Перед вами солнечная фотосфера — видимая "поверхность" звезды, предстающая в виде плотной мозаики из светлых гранул и темных промежутков между ними. Именно так в сверхвысоком разрешении выглядит поверхность нашего светила, где раскаленная плазма непрерывно поднимается из глубин и переносит энергию наружу.
Светлые гранулы на изображении — это вершины гигантских конвективных ячеек. В центре таких структур находится наиболее горячая поднимающаяся плазма, а по краям — остывающее вещество, плотность которого возрастает, из-за чего оно вновь опускается в глубину. Поэтому границы между гранулами выглядят темнее: там плазма холоднее, плотнее и движется вниз. Все это — прямое проявление бурной солнечной конвекции, которая никогда не прекращается.
Особого внимания заслуживают крошечные яркие точки в темных межгранульных промежутках. Это не артефакты съемки, а области очень сильных локальных магнитных полей. Они выглядят ярче потому, что магнитное давление меняет структуру плазмы, позволяя нам увидеть более глубокие и горячие слои звезды, лежащие ниже фотосферы. Именно поэтому на снимке эти участки выделяются как маленькие сверкающие "искорки" среди более темной сетки.
Белая линия в нижней левой части кадра показывает масштаб: ее длина составляет 5 000 километров. На изображении ниже я добавил Землю в ее реальном размере относительно этого снимка, чтобы вы могли еще нагляднее оценить, насколько крошечные по меркам Солнца элементы на деле имеют колоссальные размеры в масштабах нашей планеты. Отдельные солнечные гранулы сопоставимы по размерам с территориями крупных государств.
Снимок был получен в сентябре 2007 года с помощью Шведского 1-метрового солнечного телескопа (англ. SST — Swedish 1-m Solar Telescope) на испанском острове Ла-Пальма. Этот инструмент, установленный в обсерватории Роке-де-лос-Мучачос, является одним из наиболее эффективных наземных солнечных телескопов в мире. Высочайшая детализация достигается не только благодаря современной адаптивной оптике, но и за счет сложной компьютерной обработки, которая позволяет компенсировать искажения, вызванные земной атмосферой.
Такие наблюдения позволяют ученым буквально видеть физику звезды в действии. Чем точнее наше понимание поведения плазмы и магнитных полей на Солнце, тем лучше мы можем разобраться в природе солнечных вспышек, корональных выбросов массы и других явлений космической погоды. В перспективе это помогает совершенствовать прогнозы событий, способных нарушить работу спутников, навигации, радиосвязи и даже вывести из строя наземную инфраструктуру.
Это произошло 14 июня 2015 года. Международная сеть автоматических роботизированных телескопов ASAS-SN, предназначенная для непрерывного мониторинга всей видимой небесной сферы, зафиксировала в созвездии Индейца вспышку чудовищной яркости.
Нечто, получившее обозначение ASASSN-15lh, вспыхнуло так ярко, что с лихвой затмило свою родительскую галактику — целиком, с миллиардами звезд. При подсчете были получены невообразимые цифры: в пике светимость превосходила светимость нашего Солнца примерно в 570 миллиардов раз. Для сравнения: светимость Млечного Пути превосходит солнечную "всего" в 20 миллиардов раз.
В январе 2016 года команда ученых, которую возглавил профессор Субо Донг из Института астрономии и астрофизики имени Кавли при Пекинском университете, опубликовала в журнале Science исследование, в котором событие ASASSN-15lh было названо "самой яркой сверхновой в истории наблюдений". Однако вскоре начались сомнения, и уже через несколько месяцев было опубликовано несколько исследований, опровергающих вывод команды Донга.
Но обо всем по порядку.
Дешевая, но эффективная система
ASAS-SN — это сеть небольших роботизированных телескопов с диаметром зеркал всего 14 сантиметров, расположенных в разных точках Земли. Их задача проста и грандиозна одновременно: каждую ночь сканировать все доступное небо в поисках малейших изменений яркости. Сверхновые, вспышки в ядрах галактик, переменные звезды — любое событие, нарушающее привычный покой ночного неба.
Система работает автоматически. Камеры снимают один и тот же участок неба несколько раз за ночь, а алгоритмы сравнивают кадры в поисках новых ярких точек. Если изменения выявлены, то астрономы тут же получают уведомление и начинают наблюдения с помощью больших наземных и космических телескопов, доступных в тот момент. Именно так нашли ASASSN-15lh: на снимках участка неба появилась яркая точка там, где раньше была лишь едва заметная тусклая галактика, удаленная примерно на 3,8 миллиарда световых лет от нас.
Почему решили, что это сверхновая
Изначально все указывало на сверхяркую сверхновую типа SLSN-I — очень редкий класс взрывов массивных звезд, светимость которых в десятки раз ярче обычных сверхновых. Событие ASASSN-15lh демонстрировало запредельную светимость, спектр без водорода, плавный рост яркости, который достиг пика примерно через 30 дней, а затем начал медленно угасать. Все это в общем-то ничем не отличалось от поведения известных сверхярких сверхновых. Вот только мощность была несоизмеримо больше.
И эту аномалию команда Донга связала с тем, что в центре взрыва родился магнетар — быстро вращающаяся нейтронная звезда с невероятно сильным магнитным полем. Вращаясь, магнетар теряет энергию и подсвечивает выброшенную взрывом оболочку изнутри, подобно гигантской космической лампочке внутри расширяющегося газопылевого облака. Этот механизм объяснял и долгое свечение, и невероятную яркость. Но ученые признали, что это, по сути, костыль. Гипотеза звучала складно, однако реальные концы с концами в ней не сходились.
Фундамент гипотезы дал трещины
Сверхяркие сверхновые достигают пика и за несколько недель-месяцев стремительно тускнеют. Событие ASASSN-15lh падало в яркости гораздо медленнее и даже на какое-то время зависло на максимальном уровне светимости. Кроме того, спектр тоже был странным — линии оказались слишком широкими, а скорости выброса вещества казались аномально высокими. Проще говоря, при внимательном рассмотрении событие ASASSN-15lh не вписывалось в рамки сверхяркой сверхновой.
И еще одна любопытнейшая деталь, которая настораживала с самого начала: местоположение. Большинство сверхярких сверхновых взрываются в карликовых галактиках с низкой металличностью и активным звездообразованием — там рождаются очень массивные и горячие звезды, которые, проживая очень короткую — по астрономическим меркам — жизнь, становятся кандидатами на такой взрыв. Событие ASASSN-15lh было зафиксировано в крупной, старой галактике. И самое важное: объект располагался точно в центре галактики. Не на краю, не в спиральном рукаве, а в ядре — там, где обычно прячется сверхмассивная черная дыра.
Дубль два
В конце 2016 — начале 2017 года уже погасший было объект неожиданно вспыхнул снова. Яркость выросла примерно на 10%. Не секрет, что сверхновые так себя не ведут, ибо гибель звезды — одноразовое событие. Можно наблюдать, как оболочка сброшенного вещества расширяется и остывает, как взаимодействует с окружением, но взрыв происходит один раз. Так что данное событие стало весомым аргументом в руках тех, кто изначально сомневался в верности интерпретации данных команды Донга.
Несколько международных команд ученых независимо друг от друга предложили радикально иное объяснение: событие приливного разрушения (англ. Tidal Disruption Event, TDE). Это принципиально иной тип катастрофы, инициатором которого является не звезда, а черная дыра.
Представьте звезду, которая однажды подлетела слишком близко к сверхмассивной черной дыре массой в миллионы или даже миллиарды солнечных. Пересекая так называемый радиус приливного разрушения, светило сталкивается с настолько сильным гравитационным градиентом, что ее буквально разрывает на части. Та сторона звезды, что находится ближе к черной дыре, испытывает притяжение во много раз сильнее, чем противоположная — и звезда начинает растягиваться.
Часть вещества, что падает в черную дыру, попадает сначала в аккреционный диск, раскручивается и разогревается до миллионов градусов, излучая в рентгеновском, ультрафиолетовом и видимом диапазонах. Это может продолжаться месяцы и годы, постепенно затухая по мере того, как вещество поглощается черной дырой.
TDE — редкое явление. В типичной галактике такая "гравитационная мясорубка" разрывает звезду в клочья примерно раз в 10–100 тысяч лет. В наблюдаемой Вселенной около двух триллионов галактик, а астрономы наблюдали лишь несколько десятков событий такого рода, и большинство из них были относительно тусклыми. Так что если ASASSN-15lh действительно является TDE, то перед нами несравненный рекордсмен.
Весомые аргументы
Команды астрофизиков во главе с Йоргосом Лелудасом и Питером Брауном провели детальный анализ спектра, кривой блеска и положения объекта. Локация в самом центре галактики, где находится сверхмассивная черная дыра массой примерно 100 миллионов масс Солнца, перестала быть просто совпадением. Изменения в спектре выдали характерные признаки именно аккреционного диска, а не остывающей оболочки сверхновой.
Все, абсолютно все указывало на то, что перед нами TDE — но только при одном условии: черная дыра должна вращаться очень быстро. Вращение черной дыры напрямую определяет, сколько энергии высвободится при поглощении материи. И чтобы объяснить колоссальную светимость события ASASSN-15lh, сверхмассивная черная дыра, разорвавшая звезду, должна вращаться практически с максимально возможной скоростью.
Кстати, повторная вспышка тоже вписывается в эту картину: вещество падает в черную дыру неравномерно, образуя в аккреционном диске сгустки, которые время от времени приводят к всплескам излучения. Это нормальное поведение в случае с TDE, но нетипичное для сверхновой.
Спор не закончен
Дебаты продолжаются до сих пор. Некоторые астрономы по-прежнему считают, что ASASSN-15lh — экзотическая сверхновая. Спектр на ранних стадиях, по их мнению, больше похож на взрыв звезды, чем на приливное разрушение. Эволюция цвета объекта сначала была типичной для сверхярких сверхновых — от синего к красному, хотя позже появились аномалии. А повторная вспышка, что была зафиксирована в конце 2016 — начале 2017 года, может быть связана со спецификой взаимодействия сброшенной оболочки с окружающим веществом.
Есть и еще один аргумент: даже для TDE ASASSN-15lh — слишком яркое событие. Чтобы получить такую светимость, нужны крайне специфические условия: экстремальная скорость вращения черной дыры, очень массивная исходная звезда и, вероятно, узкий релятивистский джет, направленный почти точно на нас в момент наблюдения с помощью системы ASAS-SN. Все это делает сценарий маловероятным, но не невозможным.
Если ASASSN-15lh однажды вновь вспыхнет, это станет железобетонным аргументом в пользу TDE-гипотезы. А пока остается лишь ждать и наблюдать.
В сравнении с человеческой жизнью и даже с целыми цивилизациями Солнце кажется вечным и неизменным. Однако наше светило непрерывно теряет массу, и каждую секунду оно становится легче на миллионы тонн — и это медленно меняет орбиты всех объектов Солнечной системы, включая Землю.
В ядре Солнца протекают термоядерные реакции: водород превращается в гелий, выделяя колоссальную энергию. Часть массы при этом превращается в энергию по формуле Эйнштейна E=mc² — в среднем около четырех миллионов тонн в секунду. Эта масса не исчезает в никуда, а рассеивается по космическому пространству в виде тепла и света, часть из которых достигает Земли, делая ее пригодной для жизни.
Кроме того, наша звезда постоянно испускает солнечный ветер — поток заряженных частиц, который на огромной скорости разлетается по всей Солнечной системе. Этот процесс уносит еще примерно 1–2 миллиона тонн вещества в секунду. Таким образом, Солнце "худеет" примерно на 5–6 миллионов тонн в секунду, то есть порядка 430–520 миллиардов тонн в сутки.
Для нас, живущих на пылинке в бескрайней Вселенной, это может показаться каким-то невообразимым числом. Но на самом деле — это ничтожно мало. За миллиард лет Солнце лишится всего около 0,01% своей массы, так что для звезды такие потери — капля в море. Но даже эта "капля" имеет последствия.
Гравитация Солнца удерживает объекты Солнечной системы на орбитах. Чем меньше масса звезды, тем слабее притяжение — и орбиты начинают медленно, но необратимо расширяться. Земля, например, отдаляется от Солнца со скоростью около 1–2 сантиметра в год.
Спасет ли это планету?
Примерно через пять миллиардов лет, когда запасы водорода в солнечном ядре подойдут к концу, звезда начнет превращаться в красного гиганта, стремительно расширяясь и сбрасывая свои внешние оболочки. Может показаться, что миграция Земли должна обеспечить спасение от столь катастрофических изменений, но... к сожалению, это не поможет.
Раздувающееся Солнце поглотит Меркурий, Венеру и, вероятно, достигнет земной орбиты, которая к тому времени "уползет" всего на 50–100 тысяч километров от ее нынешнего положения.
Что будет с Землей?
Даже если Земля физически не будет поглощена умирающим Солнцем, условия на ней станут адскими задолго до финала.
Примерно через миллиард лет океаны начнут испаряться, атмосфера разрушится, поверхность раскалится. Практически вся жизнь — кроме каких-нибудь экстремофилов, живущих глубоко под поверхностью — исчезнет намного раньше, чем Солнце достигнет максимального размера.
"Ничто не вечно, немногое долговечно, конец у вещей различный, но все, что имеет начало, имеет и конец", — писал римский философ Луций Анней Сенека.
Молекулярные облака — это области межзвездного пространства с высокой концентрацией газа и пыли. Температура внутри таких облаков очень низкая, около -260 градусов Цельсия, что способствует образованию молекул, в первую очередь водорода.
В определенный момент части облака начинают сжиматься под действием собственной гравитации. Этот процесс может запустить близкая вспышка сверхновой (взрыв массивной звезды) или прохождение облака через спиральный рукав галактики, где повышенная гравитация создает волны сжатия в межзвездном газе. При сжатии гигантское облако фрагментируется — разделяется на множество более мелких сгустков. Каждый такой сгусток продолжает сжиматься, постепенно превращаясь в протозвезду — зародыш будущей звезды. В результате из одного молекулярного облака формируется не одна звезда, а целое звездное скопление.
Именно в одном из таких скоплений и появилось наше Солнце. Ученые определили это, изучая химический состав Солнечной системы, в частности, наличие в ней определенных радиоактивных изотопов, таких как алюминий-26 и железо-60. Эти короткоживущие изотопы должны были попасть в протосолнечное облако извне, причем совсем незадолго — по астрономическим меркам — до формирования планет. Единственное убедительное объяснение их присутствия — рядом с будущим Солнцем взорвалась звезда, один из его массивных "родственников" в скоплении. Вспышка сверхновой не только обогатила нашу будущую планетную систему новыми элементами, но могла также послужить тем самым спусковым крючком, запустившим процесс рождения самого Солнца.
За миллиарды лет звезды из родного скопления Солнца разбрелись по разным частям Млечного Пути. Наша звезда вместе со своей формирующейся планетной системой тоже переместилась от места своего рождения. По расчетам астрономов, Солнце сделало уже более 20 оборотов вокруг центра Галактики, пройдя путь длиной около 100 000 световых лет. Сейчас астрономы пытаются найти "братские" светила, исследуя звезды схожего возраста и химического состава. Некоторые кандидаты уже обнаружены, например, звезда HD 162826, находящаяся в 110 световых годах от нас.
Изучение "семейной истории" Солнца важно не только для понимания его происхождения. Это помогает раскрыть тайны формирования планетных систем и даже происхождения жизни на Земле, ведь условия рождения звезды влияют на всю ее дальнейшую судьбу и судьбу объектов на ее орбите.
Представьте себе объект, который был свидетелем рассвета мироздания, когда первые звезды только начинали зажигаться, "прорезая" своими лучами кромешную тьму. И это не какая-то очень далекая галактика, которую можно разглядеть только с помощью самых продвинутых космических телескопов, а древнейший звездный сгусток — из таких когда-то собирались галактики.
Речь идет о шаровом скоплении M 15 (NGC 7078), расположенном в Млечном Пути, на расстоянии около 36 000 световых лет от нас в направлении созвездия Пегаса. Данное скопление — космическая капсула времени, несущая в себе секреты юной Вселенной, которые до сих пор не дают покоя астрономам.
M 15 — одно из самых плотных и древних скоплений в нашем галактическом окружении. Его возраст составляет примерно 13 миллиардов лет. Для сравнения: возраст Вселенной — 13,8 миллиарда лет. В сферическом объеме скопления, имеющего средний диаметр 175 световых лет, сосредоточены сотни тысяч звезд (по некоторым оценкам, около миллиона). Столь чудовищная плотность приводит к частым взаимодействиям между светилами и создает уникальные условия для изучения звездной эволюции.
Одна из самых интригующих загадок M 15 скрывается в ядре скопления. Наблюдения за движением звезд в центральной области указывают на присутствие массивного, но при этом очень компактного объекта. Ведущая гипотеза гласит, что это черная дыра промежуточной массы — "недостающее звено" между черными дырами звездной массы и сверхмассивными монстрами в "сердцах" галактик. Если это подтвердится, то последующие исследования могут пролить свет на механизм формирования и роста сверхмассивных черных дыр.
Кроме того, в M 15 обнаружено уже девять пульсаров (быстро вращающихся нейтронных звезд-маяков) — для шарового скопления это очень много, и прямое следствие высокой частоты тесных гравитационных взаимодействий в плотном ядре, где часто формируются и "перетасовываются" двойные системы.
M 15 движется по крайне вытянутой (эллиптической) орбите вокруг центра Млечного Пути. Скопление периодически "ныряет" в плотный галактический диск, а затем уносится высоко в разреженное гало — сферическую область, где обитают древнейшие звездные популяции нашей Галактики. Каждое такое прохождение сквозь диск — испытание на прочность, способное вырывать звезды из внешних областей скопления приливными силами.
Химический состав скопления, бедный тяжелыми элементами ("металлами"), говорит о том, что оно сформировалось из первозданного газа ранней Вселенной. Изучая M 15, астрономы обретают возможность заглянуть в эпоху рождения первых звездных систем. Поэтому скопление является ценным объектом для наблюдений, в том числе для таких космических телескопов, как NASA/ESA "Хаббл" и NASA "Джеймс Уэбб".
Солнце кажется символом абсолютного, запредельного жара. На него невозможно долго смотреть без защиты, его свет нагревает планеты и поддерживает жизнь на Земле, а внутри него уже около 4,6 миллиарда лет непрерывно идут термоядерные реакции.
Поэтому фраза "ядро Земли горячее поверхности Солнца" может показаться ошибочной.
Однако ошибки тут нет.
Видимая поверхность Солнца — фотосфера — имеет температуру около 5 500 °C. А температура в центре Земли составляет примерно 6 000 °C. То есть самые глубокие области нашей планеты действительно горячее солнечной поверхности.
Ключевое слово здесь — "поверхность". Солнце не одинаково горячее во всех слоях. Его фотосфера — это лишь внешняя видимая оболочка, и она относительно "холодная". А вот в солнечном ядре температура достигает 15 миллионов градусов, что не идет ни в какое сравнение с температурой ядра нашей планеты.
И все же вопрос, озвученный в заголовке, остается интересным. Объем Земли примерно в 1,3 миллиона раз меньше объема Солнца — так откуда у небольшой каменной планеты в центре такая температура?
Часть тепла Земля хранит с момента своего рождения. Около 4,54 миллиарда лет назад наша планета начала формироваться из пыли, слипшихся фрагментов и обломков планетезималей, которым повезло меньше, чем будущей Земле. Столкновения в процессе формирования были чудовищными: энергия ударов превращалась в тепло, а молодая Земля постепенно разогревалась.
Позже тяжелые вещества, прежде всего железо и никель, начали опускаться к центру планеты. Так формировалось металлическое ядро. Этот процесс тоже выделял энергию и сделал внутренние области Земли еще горячее.
Но древнее тепло — не единственный источник. В недрах планеты продолжают распадаться радиоактивные элементы, такие как уран, торий и калий. Их распад сопровождается высвобождением энергии, которая пополняет тепловой запас земных глубин.
При этом наша планета, разумеется, остывает, но делает это очень неохотно: тысячи километров горных пород работают как мега-эффективная теплоизоляция. Солнечная система прекратит свое существование раньше, чем недра нашей планеты остынут до хоть сколько-нибудь ощутимых значений.
Не менее интересен и тот факт, что внутреннее ядро Земли остается твердым. На первый взгляд это странно: температура огромная, железо должно плавиться. Но на глубине более 5 000 километров давление достигает миллионов атмосфер. Оно настолько сильно сжимает атомы железа, что им трудно свободно смещаться относительно друг друга. А плавление — это как раз переход в состояние, при котором атомы могут двигаться гораздо свободнее. При таком давлении для плавления нужна намного более высокая температура, поэтому внутреннее ядро остается твердым даже при экстремальном нагреве.
Выше находится внешнее ядро — оно жидкое. Здесь давление ниже, чем во внутреннем ядре, поэтому железо-никелевый расплав сохраняет подвижность. Движение этой проводящей жидкости участвует в создании магнитного поля Земли.
Раскаленное ядро — не странный пережиток прошлого, а "сердце" всей планеты. Оно хранит тепло древней Земли, поддерживает внутреннюю динамику и помогает создавать магнитный щит, без которого на нашей планете никогда не было бы всего того разнообразия флоры и фауны, что мы наблюдаем сегодня.
Предвкушая заявления "экспертов во всех областях науки" о том, что есть только Кольская сверхглубокая и никто глубже 12 километров не был, заранее отвечаю: температуру земного ядра ученые определяют косвенными методами.
Они изучают, как сейсмические волны от землетрясений — а в прошлом и от подземных ядерных испытаний — проходят сквозь планету. Скорость этих волн меняется в зависимости от плотности, температуры и состояния вещества. По этим изменениям можно понять, что происходит в глубинах Земли. Для подтверждения оценок используют и экспериментальный способ: ученые берут железо и никель, сжимают их до давлений, сопоставимых с давлением в земном ядре, и нагревают, чтобы определить, при какой температуре металл начинает плавиться.
Так оценки температуры ядра опираются не на фантазии, а на сейсмологию и физику вещества в экстремальных условиях.
Глядя на ясное ночное небо вдали от городских огней, мы видим бесконечную черную бездну, усыпанную мириадами звезд. На самом деле невооруженным глазом можно различить всего около 6 000 звезд (около 3 000 в каждом полушарии), и все они предстают перед нами как крошечные мерцающие — из-за атмосферной турбулетности — точки света. А ведь речь идет о ближайших к нам звездах — космических соседях в пределах нескольких сотен световых лет от Солнечной системы.
Современные наземные и космические телескопы позволяют преодолеть это ограничение и рассматривать далекие звезды в деталях. Это не только завораживает, но и дает ученым возможность изучать процессы звездной эволюции.
Перед вами — самое детализированное на сегодняшний день изображение красного гиганта R Зайца (R Leporis), полученное 15 ноября 2023 года с помощью массива радиотелескопов ALMA в чилийской пустыне Атакама. Эта умирающая звезда, расположенная в созвездии Зайца на расстоянии 1 490 ± 40 световых лет от Земли, находится на поздней стадии своего жизненного цикла.
R Зайца окружает сложная кольцевая структура из газа и космической пыли, которая постоянно пополняется веществом, истекающим с поверхности раздувшегося и пульсирующего гиганта. Наблюдения также зафиксировали необычное явление: звезда периодически "выбрасывает" облака углеродной сажи в окружающее пространство, словно гигантский космический вулкан.
Радиус R Зайца сегодня почти в 500 раз превышает солнечный. Если бы звезда находилась на месте нашего светила, то все планеты земной группы — Меркурий, Венера, Земля и Марс — оказались бы внутри ее оболочки. При этом болометрическая светимость гиганта, то есть суммарное излучение во всех диапазонах спектра, превышает солнечную более чем в 13 000 раз.
Примечательно, что R Зайца относится к классу углеродных звезд — в ее атмосфере углерод преобладает над кислородом. Это придает ей характерный темно-красный оттенок и способствует образованию сложных углеродных соединений в окружающей газопылевой оболочке.
R Зайца и будущее Солнца
Изучая R Зайца, ученые получают редкую возможность заглянуть в отдаленное будущее нашей собственной звезды. Через 5–7 миллиардов лет Солнце пройдет через аналогичную стадию красного гиганта, увеличившись в размерах и сбросив значительную часть своего вещества в космическое пространство.
В конечном итоге, когда звезда израсходует все топливо и сбросит оставшиеся оболочки, от нее останется лишь "огарок" — белый карлик, представляющий собой сверхплотное ядро из электронно-ядерной плазмы размером примерно с Землю, но с массой, сопоставимой с массой Солнца.
Полное остывание белого карлика займет десятки миллиардов лет (а по некоторым моделям — триллионы лет), и все это время он будет напоминать о некогда существовавшей планетной системе R Зайца, которая, возможно, когда-то могла быть пригодной для жизни.
NGC 6872 — самая большая известная спиральная галактика в наблюдаемой Вселенной, раскинувшаяся на 717 000 световых лет. Для сравнения: наш Млечный Путь имеет диаметр около 100 000 световых лет.
Эта галактика находится в созвездии Павлина на расстоянии примерно 212 миллионов световых лет от Земли. Ее гигантские размеры — результат гравитационного взаимодействия с соседней галактикой IC 4970 (сверху), которая растянула спиральные рукава NGC 6872, придав им нетипичную форму.
Поэтому, несмотря на колоссальные размеры, по массе NGC 6872 не выделяется на фоне крупных спиральных галактик вроде нашей. Большая часть ее "объема" приходится на чрезвычайно разреженные газовые потоки и области молодых звезд.
Изображение было получено 1 октября 2014 года наземным Очень большим телескопом (VLT), находящимся под управлением Европейской южной обсерватории (ESO).
Квазары — ярчайшие объекты из всех, что доводилось наблюдать человечеству. Яркость одного такого объекта может превосходить яркость Солнца в триллион раз — он светит ярче целой галактики с миллиардами звезд. Эти космические маяки, находящиеся на расстоянии в миллиарды световых лет от Земли, позволяют астрономам заглянуть в очень далекое прошлое Вселенной.
Но что представляют собой квазары и какие силы обеспечивают им столь невероятную яркость? Давайте разбираться.
Что такое квазар?
Слово "квазар" — сокращение от "квазизвездный радиоисточник". Первый объект такого рода, выглядевший как точечный источник света, похожий на яркую звезду, был обнаружен в 1960 году астрономами Алланом Сэндиджем и Томасом Мэтьюзом. Однако от типичного светила его отличало огромное количество энергии, излучаемой в радиодиапазоне. Несмотря на это, находка, получившая обозначение 3C 48, долгое время рассматривалась как "нетипичная звезда".
Сегодня мы знаем, что 3C 48 и подобные ему объекты — это квазары, представляющие собой активные ядра галактик, в центре которых находятся сверхмассивные черные дыры массой от нескольких миллионов до миллиардов солнечных масс. Такая черная дыра с лютой жадностью пожирает огромное количество материи, которая ее окружает — газ, пыль, целые звезды — и в ходе этого процесса генерирует колоссальное количество энергии.
Не секрет, что сама черная дыра не способна быть источником света — все, что падает за горизонт событий, не способно вырваться наружу. Но материя, устремляющаяся к черной дыре, разогревается до миллионов градусов, образуя вокруг нее светящийся аккреционный диск. Именно этот диск и джеты (струи вещества, выбрасываемые вдоль оси вращения черной дыры со скоростью, близкой к скорости света) обеспечивают запредельную яркость квазара.
Для сравнения, светимость Солнца около 3,8 × 10^26 ватт. По земным меркам это, конечно, впечатляющий показатель, но в масштабах космоса — капля в море.
Типичный квазар излучает энергию на уровне 10^40–10^41 ватт и светит ярче, чем вся наша галактика Млечный Путь, в которой может быть более 400 миллиардов звезд.
Просто представьте: объект размером с Солнечную систему (аккреционный диск квазара имеет диаметр в несколько световых дней или недель) светит ярче, чем галактика диаметром в 100 000 световых лет с сотнями миллиардов звезд.
Как работает квазар
Сверхмассивная черная дыра, по сути являющаяся сердцем квазара, поглощает материю с невероятной скоростью — в среднем несколько солнечных масс в год. Падающее вещество закручивается в аккреционный диск, где частицы сталкиваются, трутся друг о друга, разгоняются до релятивистских (околосветовых) скоростей.
Трение и сжатие разогревают диск до 10-100 миллионов градусов, из-за чего материя начинает излучать в рентгеновском и ультрафиолетовом диапазонах, то есть в одних из самых энергетичных форм света.
Примечательно, что не вся материя попадает в черную дыру — часть выбрасывается вдоль ее магнитных полюсов в виде релятивистских джетов — узких струй плазмы, способных двигаться со скоростью 99,999<...>% скорости света. При этом протяженность джетов может составлять миллионы световых лет, что позволяет наблюдать их далеко за пределами родительской галактики.
Если джет направлен в сторону наблюдателя, квазар кажется еще ярче из-за релятивистского усиления — эффекта, при котором излучение от объекта, движущегося почти со скоростью света, фокусируется в узкий конус.
Рекордсмен среди квазаров
Самый яркий из известных квазаров — QSO J0529−4351, идентифицированный* в 2024 году. Его светимость превышает светимость Солнца в 500 триллионов раз!
*На самом деле объект оказался в данных наблюдений еще в 1980 году. Однако его десятилетиями считали просто звездой.
QSO J0529−4351 находится на расстоянии около 12 миллиардов световых лет от нас, а значит свет от него, который мы видим сегодня, был испущен, когда возраст Вселенной составлял примерно 1,8 миллиарда лет — она была еще совсем юной.
В центре этого квазара находится сверхмассивная черная дыра массой около 17–20 миллиардов масс Солнца. И эта черная дыра — одна из наиболее быстрорастущих в известной Вселенной. Каждый день она поглощает около одной солнечной массы.
Есть ли квазары рядом с нами?
Абсолютно все известные квазары удалены на миллиарды световых лет от нас. В близлежащих галактиках их нет. Почему?
Потому что квазары существовали исключительно в молодой Вселенной, когда галактики были переполнены газом и пылью — топливом для сверхмассивных черных дыр. В те времена черные дыры активно питались, стабилизируя свои галактики и интенсивно светясь.
Со временем сверхмассивные черные дыры расчистили свои окрестности — поглотили все до чего позволяло "дотянуться" гравитационное поле — и перешли в "спящий режим". То есть сверхмассивные черные дыры никуда не делись, они продолжают пребывать в центрах всех крупных галактик, включая Млечный Путь, — но они больше не светятся** как квазары, потому что нет для этого ресурсов.
**И все же в центрах некоторых галактик есть активные черные дыры. Однако в сравнении с квазарами они светятся крайне тускло, потому что вокруг уже нет такого количества "свободной" материи.
Квазары и судьба галактик
Энергия, выделяемая квазаром, настолько велика, что способна остановить звездообразование в родительской галактике.
Связано это с тем, что джеты и мощное излучение нагревают окружающий газ и часть его выбрасывают из галактики, лишая ее ключевого материала для формирования новых звезд. Это подтверждают наблюдения: в наиболее массивных галактиках практически прекратилось звездообразование.
Интересное наблюдение: в нашей Галактике каждый год рождается всего около 2-3 новых звезд, что является очень низким показателем. Можно предположить, что Стрелец А*, сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Пути, в свое время питала квазар, который "выжег" львиную долю газа.
Квазары — это одновременно разрушители и созидатели. Они отвечали за рост галактик и распределение материи в ранней Вселенной, формируя ее структуру.
Эра квазаров закончилась миллиарды лет назад. Однако свет, испущенный ими, все еще продолжает свое путешествие по просторам Вселенной, рассказывая о том, каким было это таинственное мироздание в самом начале своей истории.
Космическая хроника — это увлекательное путешествие сквозь пространство и время через астрономические снимки. В этой рубрике вас ждут обзоры как легендарных фотографий эпохи первых космических миссий, так и новейших изображений от современных космических телескопов и наземных обсерваторий. Каждый кадр, представленный здесь, — это окно в далекие миры, рассказы о взрывах звезд, столкновениях галактик и бесчисленных тайнах космоса, которые человечество продолжает неустанно исследовать.
Скрытная вспышка сверхновой
Кассиопея А — остаток сверхновой на расстоянии около 11 000 световых лет от нас.
Для земных наблюдателей вспышка произошла около 300 лет назад — именно тогда свет от взрыва достиг Земли. Однако никаких достоверных исторических записей об этом событии не сохранилось, хотя оно должно было выглядеть как яркая вспышка на небе. Такой астрономический пробел объясняется тем, что это была нетипичная звездная гибель: перед вспышкой светило сбросило значительную часть своего вещества, которое окутало систему плотной оболочкой. Когда произошел взрыв, космический кокон поглотил большую часть излучения вспышки, скрыв катастрофу от свидетелей.
Изображение было получено 11 декабря 2023 года с помощью космического телескопа NASA "Джеймс Уэбб", который позволяет разглядеть то, что осталось от этого безмолвного апокалипсиса — расширяющееся облако из тяжелых элементов, разбросанных взрывом по космическому пространству.
Бывшая карликовая планета
Тритон — крупнейший спутник Нептуна со средним диаметром 2 707 километров. Ученые считают, что когда-то он был карликовой планетой из пояса Койпера — ледяной окраины Солнечной системы за орбитой Нептуна, где находится всем известный объект — Плутон.
Поверхность Тритона — одно из самых холодных мест в Солнечной системе: температура здесь опускается до -235°C. При таком экстремальном холоде азот из разреженной атмосферы конденсируется в виде инея и оседает на поверхность. За миллиарды лет это привело к формированию толстой ледяной коры.
Снимок был получен космическим аппаратом NASA "Вояджер-2" 25 августа 1989 года. Это единственный рукотворный объект в истории человечества, который посещал Нептун с его загадочным пленником из пояса Койпера.
Сложная планетарная туманность
Туманность Кошачий Глаз (NGC 6543) — планетарная туманность в созвездии Дракона, удаленная примерно на 3 300 световых лет от нас. Эта туманность, сформировавшаяся в результате гибели звезды с массой около пяти солнечных масс, имеет одну из самых сложных структур среди подобных объектов.
NGC 6543 демонстрирует концентрические газовые оболочки, струи высокоскоростного газа, биполярные джеты и необычные ударные узлы. В центре туманности находится чрезвычайно горячая звезда типа Вольфа-Райе, имеющая температуру около 80 000 K и массу чуть больше одной солнечной массы (для сравнения: температура солнечной поверхности составляет 5 780 K или 5 506 °С). Мощные порывы ее звездного ветра, скорость которых достигает 1 900 километров в секунду, "выдули" внутреннюю полость туманности и сформировали видимую структуру через ударное взаимодействие с ранее выброшенным материалом.
Изображение было получено с помощью Северного оптического телескопа (англ. Nordic Optical Telescope), расположенного в обсерватории Роке де лос Мучачос на острове Пальма (Канарские острова, Испания).
"Адское" полярное сияние
Перед вами южное полярное сияние на Юпитере, наблюдаемое в инфракрасном диапазоне орбитальным аппаратом NASA "Юнона". Изображение было получено 27 августа 2016 года во время одного из первых пролетов зонда над планетой. Напомню, что "Юнона" находится в системе газового гиганта с 4 июля 2016 года и все еще остается действующим аппаратом.
Было установлено, что юпитерианские полярные сияния в сотни раз мощнее земных и они никогда не прекращаются. В отличие от нашей планеты, где сияния образуют кольцо вокруг полюса, на Юпитере сложная магнитная архитектура позволяет заряженным частицам проникать глубоко в полярные области, формируя уникальные динамические структуры: центральные циклоны, активные области на рассветной и закатной сторонах, и яркие дуги главного аврорального овала (эллиптической зоны, где наблюдаются максимальные интенсивность и частота полярных сияний).
Марс и его атмосфера
Этот исторический кадр, полученный орбитальным аппаратом NASA "Викинг-1" 30 июля 1976 года, демонстрирует испещренную кратерами поверхность Красной планеты и прослойку разреженной углекислотной атмосферы на горизонте.
Левее центра виден кратер Галле диаметром 230 километров, расположенный на восточном краю гигантского бассейна Аргир. Это ударное образование неофициально называют "смайлик" из-за изогнутой горной гряды и двух меньших горных скоплений, которые в совокупности напоминают улыбающееся лицо — яркий пример парейдолии.
Орбитальные аппараты программы "Викинг" картографировали поверхность Марса с разрешением 150–300 метров на пиксель, а некоторые области были сняты с разрешением до 8 метров на пиксель. "Викинг-1" проработал на орбите Красной планеты до 17 августа 1980 года, передав бесценные данные, которые проложили путь для всех последующих марсианских миссий.
Солнце - наш космический маяк, источник жизни и центр Солнечной системы. Каждый день мы видим его на небе, но часто ли мы задумываемся о том, что ждет нашу звезду в далеком будущем? Как ученые могут предсказать судьбу светила, которое будет сиять еще миллиарды лет? Давайте отправимся в увлекательное путешествие по времени и узнаем, какое будущее уготовано нашему Солнцу.
Астрономы изучают жизненные циклы звезд уже много десятилетий. Наблюдая за звездами разных возрастов и масс, ученые составили детальную картину звездной эволюции.
Большинство звезд, включая наше Солнце, проводят большую часть своей жизни на так называемой "главной последовательности". Это стабильный период в жизни звезды, когда она сжигает водород в своем ядре, превращая его в гелий. На диаграмме Герцшпрунга — Рассела, которая показывает соотношение между яркостью и температурой звезд, главная последовательность выглядит как диагональная полоса.
Солнце - типичный представитель звезд главной последовательности средней массы. Изучая звезды, похожие на Солнце, но находящиеся на разных этапах эволюции, астрономы могут предсказать, что произойдет с нашим светилом в будущем. Это похоже на то, как мы можем предсказать будущее развитие ребенка, наблюдая за людьми разного возраста.
Возраст и состав Солнца: космические часы
Определение и уточнение возраста Солнца — одна из важнейших задач астрофизики. Ученые используют несколько методов, чтобы точно установить, сколько лет нашему светилу:
Анализ химического состава
Исследуя спектр солнечного света, астрофизики могут определить, какие элементы присутствуют в Солнце и в каких пропорциях. С течением времени состав звезды меняется, поэтому это дает ключ к определению ее возраста.
Гелиосейсмология
Изучение колебаний поверхности Солнца позволяет заглянуть в его недра и получить информацию о внутренней структуре, которая меняется с возрастом.
Большинство астероидов сформировалось одновременно с Солнечной системой. Измеряя соотношение различных изотопов в образцах астероидного вещества (включая метеориты, которые являются фрагментами астероидов, достигшими Земли), ученые могут определить возраст Солнечной системы и, следовательно, Солнца.
Сравнение с другими звездами
Наблюдая за звездами, похожими на Солнце, но находящимися на разных этапах эволюции, астрономы могут уточнить оценку возраста нашего светила.
Комбинируя эти методы, ученые пришли к выводу, что Солнцу около 4,6 миллиарда лет. Это действительно середина жизненного пути для звезды такой массы, как наше Солнце.
Солнцеподобные звезды обычно проводят на главной последовательности около десяти миллиардов лет. Это означает, что у нашего светила в запасе примерно пять миллиардов лет стабильной жизни, прежде чем начнутся драматические изменения.
Интересно отметить, что состав Солнца также дает нам информацию о формировании всей Солнечной системы. Например, наличие определенных тяжелых элементов указывает на то, что наше Солнце является звездой второго поколения, или звездой населения I, сформировавшейся из остатков предыдущих звезд. Следовательно, вся Солнечная система — продукт "переработки" древних звезд.
Компьютерное моделирование: виртуальное путешествие в будущее
Современные суперкомпьютеры позволяют создавать сложные модели звездной эволюции. Ученые "запускают" виртуальное Солнце и наблюдают за его изменениями на протяжении миллиардов лет, учитывая все известные физические процессы.
Эти модели учитывают множество факторов:
Ядерные реакции в центре Солнца;
Перенос энергии от ядра к поверхности;
Изменения в химическом составе;
Гравитационное сжатие и расширение;
Потеря массы через солнечный ветер.
Компьютерные симуляции позволяют ученым "увидеть" будущее Солнца во всех деталях, от постепенного увеличения яркости до драматических изменений в конце жизни звезды.
Ближайшие пять миллиардов лет: медленное нагревание
Солнце будет постепенно становиться ярче и горячее. Его светимость будет увеличиваться примерно на 10% каждый миллиард лет. Это приведет к серьезным изменениям на Земле задолго до финальных стадий эволюции звезды. Уже через миллиард лет океаны могут начать испаряться, а атмосфера - улетучиваться в космос.
Красный гигант: грандиозное расширение
Примерно через 5-7 миллиардов лет Солнце исчерпает запасы водорода в ядре и начнет расширяться, превращаясь в красный гигант. Его размер увеличится в сотни раз, а внешние слои охладятся и покраснеют. На этой стадии Солнце может поглотить ближайшие планеты, включая Меркурий, Венеру и, возможно, Землю.
Планетарная туманность: космический фейерверк
В конце жизни Солнце сбросит внешние слои, образуя красивую планетарную туманность. Это будет похоже на гигантский космический фейерверк, видимый на огромных расстояниях. Сброшенное вещество обогатит межзвездную среду элементами, которые могут стать строительным материалом для новых звезд и планет.
Финальная стадия - Солнце станет плотным белым карликом размером примерно с Землю. Этот небольшой, но очень горячий объект будет медленно остывать в течение триллионов лет, постепенно угасая и превращаясь в черный карлик - холодный, темный остаток некогда яркой звезды.
Заключение: наше место во Вселенной
Хотя будущее Солнца может казаться далеким, понимание его эволюции критически важно для науки. Это знание помогает нам лучше понять нашу планету, Солнечную систему и место человечества во Вселенной.
Изучение судьбы Солнца - яркий пример того, как наблюдения, теоретическая физика и компьютерное моделирование объединяются, чтобы заглянуть в будущее, отстоящее от нас на миллиарды лет. Оно напоминает нам о грандиозных масштабах космоса и времени, в которых существует наша цивилизация.
Пока Солнце продолжает свой неспешный танец в космосе, мы, его дети, продолжаем исследовать и восхищаться чудесами Вселенной, частью которой являемся.
Корональные петли на Солнце — гигантские арки раскаленной плазмы, которые могут достигать высоты в сотни тысяч километров над поверхностью нашей звезды.
Эти структуры формируются вдоль линий магнитного поля и содержат вещество с температурой от одного до нескольких миллионов градусов Цельсия.
Самые крупные корональные петли способны вместить до 100 планет размером с Землю, а их основания часто расположены в солнечных пятнах.
Когда магнитные поля, поддерживающие эти петли, дестабилизируются, происходят корональные выбросы массы — явления, способные вызвать геомагнитные бури на Земле и нарушить работу спутников и электрических сетей.
NGC 6872 — крупнейшая из известных спиральных галактик в наблюдаемой Вселенной, расположенная в созвездии Павлина на расстоянии около 212 миллионов световых лет от Земли.
Ее максимальный размер от края до края вытянутых спиральных рукавов достигает 717 000 световых лет. Для сравнения: диаметр Млечного Пути — примерно 100 000 световых лет.
Исполинские размеры объясняются гравитационным взаимодействием с соседней линзовидной галактикой IC 4970, диаметр которой оценивается в 151 000 световых лет. Время от времени она проходит рядом и буквально вытягивает спиральные рукава NGC 6872, смещая мощные потоки газа к периферии. В результате рукава приобрели вытянутую, асимметричную форму, а в них запустилось активное звездообразование.
Несмотря на колоссальный размер, общая масса NGC 6872, включая гало темной материи, сопоставима с массами других крупных спиральных галактик, включая Млечный Путь. Большая часть гигантского "объема" NGC 6872 представлена чрезвычайно разреженными газопылевыми облаками и молодыми звездными скоплениями, а не плотным звездным населением.
NGC 6872 — яркий пример того, что гравитационные взаимодействия способны радикально изменить форму и масштаб галактики, но при этом не превращая ее в нечто принципиально иное. Но эта стабильность временна. NGC 6872 и IC 4970 уже гравитационно связаны и, согласно моделированию, в далеком будущем их ожидает слияние в одну галактику. Сейчас же мы наблюдаем раннюю стадию этого процесса с предсказуемым финалом.
Изображение, используемое в статье, было получено 1 октября 2014 года наземным Очень большим телескопом (VLT), находящимся под управлением Европейской южной обсерватории (ESO).
Это не просто газопылевое облако в космосе, а то, что осталось от звезды, которая когда-то была похожа на Солнце: на исходе жизни она сбросила внешние слои, обнажив свое раскаленное ядро, которое начало "дожигать" окружающий материал своим мощным излучением.
Обнаженное ядро, расположенное в центре туманности, представляет собой белый карлик — самый горячий из известных с температурой поверхности около 200 000 градусов Цельсия. Для сравнения: температура поверхности Солнца около 5 500 градусов.
Этот раскаленный остаток, чья светимость в 1 100 раз превосходит солнечную, и делает туманность видимой: ультрафиолетовое излучение ионизирует выброшенный газ, из-за чего он начинает светиться.
Форма NGC 2440 не похожа на аккуратный "пузырь". Туманность сложная, асимметричная, местами словно "рваная", встречаются узлы и неравномерные струи. Связано это с тем, что звезда сбросила свои оболочки не за один заход: выбросы происходили импульсами и каждый раз в разных направлениях — поэтому туманность выглядит хаотично.
Исследование таких объектов имеет огромную ценность для прогнозирования будущего Солнечной системы. Дело в том, что мы не можем проследить эволюцию одной и той же звезды от ее рождения до гибели — жизненный цикл занимает миллиарды лет. Но солнцеподобные звезды во Вселенной представлены на разных этапах жизни: где-то они только начали "разгораться", где-то пребывают в стабильном состоянии, где-то уже раздуваются в красные гиганты, а где-то, как здесь, завершили свой эволюционный путь и оставили после себя планетарную туманность с белым карликом.
И вот, объединяя такие "кадры", полученные из разных уголков Млечного Пути, мы фактически воссоздаем хронологию событий и понимаем, какое будущее ждет наше Солнце. Пока оно находится на главной последовательности, каждый миллиард лет его светимость будет увеличиваться примерно на 10%. Уже при таком росте Земля со временем станет непригодной для жизни*, хотя простейшие организмы, скрывающиеся глубоко под поверхностью, будут продолжать существовать еще несколько миллиардов лет.
*Эволюция Солнца приведет к сильному повышению температуры на Земле, испарению всех водоемов, включая Мировой океан, и последующему росту температуры из-за усиления парникового эффекта. Земля станет подобием Венеры.
Затем, когда запасы водорода в светиле начнут заканчиваться, ядро сожмется и разогреется еще сильнее, а внешние слои звезды начнут раздуваться — Солнце перейдет в фазу красного гиганта примерно через 5–6 миллиардов лет. Это приведет к поглощению Меркурия и Венеры, хотя Земля в физическом плане может уцелеть. Затем Солнце сбросит оставшиеся оболочки, а излучение со стороны ядра ионизирует выброшенный газ, заставив его ярко светиться. Примерно через 10–50 тысяч лет окружающее облако газа станет слишком разреженным и перестанет быть видимым. И тогда на месте Солнца останется лишь медленно остывающий белый карлик.
Хотите больше науки в вашей жизни? Тогда приглашаю вас в мой Telegram-канал — здесь каждые четыре часа выходит новый материал: https://t.me/thespaceway
Космическая хроника — это увлекательное путешествие сквозь пространство и время через астрономические снимки. В этой рубрике вас ждут обзоры как легендарных фотографий эпохи первых космических миссий, так и новейших изображений от современных космических телескопов и наземных обсерваторий. Каждый кадр, представленный здесь, — это окно в далекие миры, рассказы о взрывах звезд, столкновениях галактик и бесчисленных тайнах космоса, которые человечество продолжает неустанно исследовать.
Эпицентр звездообразования
Галактика Серебряная Монета (NGC 253) — одна из ближайших к нам ярких массивных галактик за пределами Местной группы, удаленная примерно на 10 миллионов световых лет от Земли. Диаметр NGC 253 составляет примерно 120 500 световых лет, что делает ее на 20 500 световых лет больше Млечного Пути.
NGC 253 — галактика со вспышкой звездообразования. Наиболее интенсивные процессы протекают в ее ядре и вдоль спиральных рукавов, где темп рождения новых светил значительно выше, чем у большинства типичных спиральных галактик. Высокая светимость в инфракрасном диапазоне связана с тем, что излучение поглощается и переизлучается обширными областями космической пыли, что одновременно указывает на богатые запасы холодного молекулярного газа — основного материала для формирования звезд.
Столь бурное звездообразование может быть связано с недавним — по космическим меркам — поглощением карликовой галактики.
Снимок был сделан 19 сентября 2025 года астрономом-любителем Чаком Аюбом.
Карта Малого Магелланова Облака
Радиоизображение Малого Магелланова Облака (ММО), полученное Австралийским радиоинтерферометром ASKAP (Australian Square Kilometre Array Pathfinder) в рамках проекта EMU Early Science в 2017 году. Для сбора данных использовались 16 из 36 антенн телескопа.
ММО — карликовая галактика-спутник Млечного Пути, вращающаяся на расстоянии около 203 000 световых лет от нас. Диаметр этой звездной фабрики вдоль большой оси составляет "всего" 7 000 световых лет.
Данные, полученные ASKAP, позволили идентифицировать области стремительного звездообразования, которые стали целями для наблюдений с помощью других инструментов. Все это помогает ученым лучше понять механизм зарождения, эволюции и гибели звезд.
Древний звездный мегаполис
Messier 5 (M 5) — шаровое звездное скопление в созвездии Змеи, удаленное примерно на 24 500 световых лет от Земли. Изображение было получено с помощью космического телескопа NASA/ESA "Хаббл", 2 мая 2011 года.
M 5 — дом для более чем 100 000 гравитационно связанных звезд, плотно "упакованных" в сферу диаметром около 165 световых лет.
Возраст скопления составляет более 13 миллиардов лет! Для сравнения: возраст Млечного Пути около 13,61 миллиарда лет, а Вселенной — 13,8 миллиарда лет.
Кометное ядро
Четырехкилометровое ядро кометы 67P/Чурюмова — Герасименко в естественных цветах, сфотографированное зондом Европейского космического агентства (ESA) "Розетта" с расстояния 20 километров, 21 августа 2014 года.
Аппарат "Розетта" вышел на орбиту вокруг кометы 6 августа 2014 года, а 12 ноября сбросил на ее поверхность посадочный модуль "Филы" — первая в истории посадка на комету. Из-за слабой гравитации и неровной, рыхлой поверхности, "Филы" дважды отскочил и "прикометился" в тени, что в разы сократило срок его активного существования. Тем не менее аппарат проработал почти 57 часов, успешно передав все данные.
Лунный пейзаж от "Клементины"
Большое темное пятно в кадре — Море Мечты (лат. Mare Ingenii), находящееся на обратной стороне Луны. Снимок был сделан 9 апреля 1994 года космическим аппаратом "Клементина".
"Клементина" — совместная экспериментальная миссия NASA и Командования воздушно-космической обороны Северной Америки (NORAD), запуск которой был осуществлен 25 января 1994 года. В конце апреля того же года зонд направили к астероиду (1620) Географ, но 4 мая у него отказал бортовой компьютер, и аппарат стал неуправляемым.
И все же миссия оказалась очень успешной, так как в ее рамках была создана первая полная карта Луны в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах.
Космический телескоп NASA/ESA "Хаббл", несмотря на солидный для столь сложной техники возраст в 35 лет, продолжает радовать ученых бесценными данными, а ценителей прекрасного — завораживающими снимками.
Сегодня я хочу вновь совместить эстетику с познанием Вселенной, поэтому предлагаю вашему вниманию детализированные снимки части туманности Вуаль с развернутыми комментариями, которые расширят область познания для всех желающих.
Космическая катастрофа, породившая красоту
Туманность Вуаль — это все, что осталось от звезды, масса которой превосходила солнечную в 20 раз. Когда такие гиганты исчерпывают запасы ядерного топлива (водорода и гелия, которые превращаются в более тяжелые элементы), их жизнь заканчивается грандиозной вспышкой сверхновой. Звездное вещество разлетается по космическому пространству со скоростью в тысячи километров в секунду.
Туманность Вуаль находится на расстоянии около 2 400 световых лет от Земли в созвездии Лебедя. Этот объект настолько огромен (около 100 световых лет в поперечнике), что если бы человек мог лицезреть ее невооруженным глазом, то туманность заняла бы область на небе в шесть полных Лун, расположенных в ряд.
Примечательно, что звездный взрыв, породивший этот шедевр Млечного Пути, произошел "всего" около 10 000 лет назад.
Палитра космических элементов
Яркие цвета туманности — это не вольная художественная фантазия, а реальное свечение химических элементов в экстремальных условиях:
Красный цвет — свечение атомов водорода, самого распространенного элемента во Вселенной;
Сине-голубой цвет — излучение кислорода;
Желто-оранжевый цвет — свечение серы, создающей специфические переходные тона.
"Внутренности" туманности разогреты до миллионов градусов Цельсия, что и заставляет атомы излучать свет в различных спектральных линиях.
Живая история Вселенной
"Хаббл" ведет регулярные наблюдения за туманностью Вуаль с 1994 года. Благодаря этому в распоряжении астрономов данные об эволюции объекта за три десятилетия.
Известно, что ударная волна от вспышки сверхновой продолжает распространяться через межзвездную среду, сталкиваясь с окружающим газом, который вследствие этого сжимается и нагревается. Этот процесс, продолжающийся тысячи лет, порождает сложные волокнистые структуры, которые мы наблюдаем как замысловатую сеть светящихся нитей.
Круговорот материи в природе
Звездные взрывы играют одну из ключевых ролей в эволюции Галактики. Они не только обогащают межзвездное пространство тяжелыми элементами, которые были синтезированы в недрах массивных звезд, но и стимулируют звездообразование в окружающих их газопылевых облаках.
Когда говорят о межзвездных объектах, обнаруженных в Солнечной системе, официальный порядок выглядит так: 1I/Оумуамуа в 2017 году, 2I/Borisov в 2019 году и 3I/ATLAS в 2025 году. Но есть важный нюанс: "первый обнаруженный" не значит "первый прилетевший".
За три года до Оумуамуа, 8 января 2014 года, над западной частью Тихого океана взорвался небольшой метеор. Событие было зафиксировано CNEOS — специализированным центром NASA при Лаборатории реактивного движения, который занимается расчетом орбит околоземных объектов и оценкой риска их столкновения с Землей.
Позже астрономы Амир Сирадж и Ави Леб изучили параметры этого объекта — скорость, направление движения и высоту вспышки — и пришли к выводу, что он с высокой вероятностью мог прилететь из межзвездного пространства.
"Это был очень быстрый объект, и я подумал: "Боже мой, это может быть межзвездный метеор", — рассказывал Сирадж. По его словам, важная находка фактически пряталась у всех на виду — в открытых архивах NASA.
Однако сначала исследование осталось почти незамеченным и не получило широкой огласки.
Самое любопытное началось позже. В 2022 году Космическое командование США заявило, что данные о скорости "огненного шара", замеченного у побережья Папуа — Новой Гвинеи в 2014 году, достаточно точны, чтобы указывать на межзвездную траекторию. Объект получил обозначение CNEOS 2014-01-08 и стал кандидатом на звание первого известного межзвездного метеора, вошедшего в атмосферу Земли.
Разница в том, что Оумуамуа мы увидели как отдельный объект, пролетающий через Солнечную систему. Его можно было наблюдать телескопами, измерять блеск, спорить о форме и природе. А метеор 2014 года — совсем другой случай: небольшое тело размером меньше метра вошло в атмосферу, вспыхнуло и исчезло. Его возможное межзвездное происхождение установили уже постфактум, анализируя архивные данные.
Поэтому порядок межзвездных объектов может быть немного другим:
2014 год — CNEOS 2014-01-08, первый известный межзвездный объект, столкнувшийся с Землей.
2017 год — 1I/Оумуамуа, первый межзвездный объект, обнаруженный телескопами в космосе.
2019 год — 2I/Borisov, первая подтвержденная межзвездная комета.
2025 год — 3I/ATLAS, третий подтвержденный межзвездный объект и вторая межзвездная комета.
И, конечно, было бы наивно полагать, что до CNEOS 2014-01-08 ничего подобного не происходило. Вероятно, такие тела уже не раз пролетали через Солнечную систему, сгорали в атмосфере или уходили обратно в межзвездное пространство незамеченными.
Получается, межзвездные гости могут быть гораздо более распространенным явлением, чем кажется. Некоторые исследования даже предполагают, что прямо сейчас в Солнечной системе могут находиться тысячи объектов, когда-то "украденных" гравитацией Солнца и Юпитера у других звездных систем.
По мере развития технологий и внедрения искусственного интеллекта в анализ больших массивов данных мы, вероятно, начнем находить такие объекты все чаще. Для науки это постепенно станет новой нормой. А вот уфологам придется трудиться усерднее, придумывая новый сценарий для каждого межзвездного странника, забредшего в нашу планетную систему.
В ходе пилотируемой миссии NASA "Артемида-2" был сделан впечатляющий снимок лунного затмения, который озадачил многих. Все дело в том, что темный диск Луны усеян множеством ярких точек, создающих впечатление, будто на ее поверхности горят огни — если не целых городов, то как минимум баз постоянного присутствия людей. Но все куда прозаичнее.
На самом деле эти светящиеся точки — не реальные источники света на Луне. Это так называемые горячие пиксели — артефакты, возникающие на матрице цифровой камеры. Чтобы получить качественный снимок затмения в условиях крайне низкой освещенности, камеру настроили на высокую светочувствительность. Большое значение параметра ISO, определяющего чувствительность сенсора к свету, позволило запечатлеть детали в темноте, но одновременно усилило цифровой шум — случайные светлые точки, появляющиеся на изображении.
Однако в космосе на фотосъемку влияет еще один фактор, с которым люди на Земле почти не сталкиваются, — космические лучи. Это потоки высокоэнергетических частиц, главным образом протонов и ядер атомов, которые непрерывно пронизывают космическое пространство. Часть из них приходит от Солнца, часть рождается при вспышках сверхновых и других мощных процессах далеко за пределами Солнечной системы. Пройдя через корпус космического корабля "Орион" и матрицу камеры, они оставили энергетические следы на сенсоре. Каждый такой след выглядит как яркая точка на снимке.
Для аппаратуры это в основном источник незначительных помех и редких сбоев, а для человека при длительном воздействии — серьезный фактор риска: космическое излучение повреждает клетки и ДНК, повышает вероятность рака, катаракты и может приводить к нарушениям в работе нервной и сердечно-сосудистой систем. Кстати, фантазеры, рассуждающие о колониях на Луне, Марсе и у черта на куличках, почему-то этот фактор обходят стороной.
Мы, живя на Земле, защищены от большей части космических лучей благодаря плотной атмосфере и магнитосфере. Поэтому астрофотографы с подобной проблемой почти не сталкиваются. Но в открытом космосе высокоэнергетические частицы воздействуют на аппаратуру гораздо сильнее. Чем дольше выдержка и выше светочувствительность камеры, тем заметнее этот эффект. Именно поэтому на снимке затмения от "Артемиды-2" оказалось так много ложных световых точек.
Таким образом, этот кадр, несмотря на всю его эстетическую привлекательность, служит важным напоминанием о том, насколько суровы и опасны условия за пределами нашей родной планеты.
В таком виде галактическое ядро предстает чрезвычайно активной областью, наполненной раскаленным газом, плотными пылевыми облаками и следами мощных энергетических процессов.
В центре нашей Галактики царят одни из самых экстремальных условий, какие только можно представить. Здесь находятся протяженные газовые структуры, нагретые до миллионов градусов, остатки звездных взрывов и сверхмассивная черная дыра Стрелец A*, связанная с ядром Млечного Пути.
Особую выразительность этому изображению придают гигантские вытянутые структуры, поднимающиеся над центральной областью. Они наглядно показывают, что процессы в галактическом ядре могут влиять на окружающую среду на расстояниях в сотни световых лет.
Составные изображения дают возможность увидеть более полную картину мира, большая часть которой скрыта от наших органов чувств. Обходя эти ограничения с помощью технологий, ученые лучше понимают эволюцию галактик, а значит — и Вселенной в целом.
Комета 67P/Чурюмова — Герасименко (далее Чурюмова — Герасименко) — одно из самых детально изученных небесных тел в Солнечной системе. Этот космический скиталец, состоящий из двух фрагментов*, по форме напоминает гигантскую резиновую уточку.
*Размеры кометы: 4,1 км × 3,3 км × 1,8 км (большая часть); 2,6 км × 2,3 км × 1,8 км (меньшая часть).
2 марта 2004 года к комете был запущен зонд Европейского космического агентства (ESA) "Розетта", который в мае 2014 года достиг своей цели, став ее временным искусственным спутником.
К концу сентября 2016 года комета начала удаляться от Солнца, и космический аппарат получал все меньше энергии от солнечных панелей. Перед учеными встал выбор: перевести аппарат в "спящий режим" до следующего сближения с Солнцем или получить максимум научных данных. Так как не было гарантий, что зонд сможет пережить чрезмерное охлаждение, ESA выбрало второй вариант — контролируемое столкновение с кометой. 30 сентября 2016 года зонд "Розетта" начал свое четырнадцатичасовое падение к поверхности. Зонд был направлен прямо в район активных "колодцев" — местных гейзеров кометы. До последней секунды аппарат передавал на Землю бесценные данные анализа газовых потоков. Со скоростью всего 3 километра в час — медленнее пешехода — аппарат мягко коснулся поверхностью кометы, навсегда став ее частью.
Я предлагаю вашему вниманию десять детализированных снимков особенностей кометы Чурюмова — Герасименко, полученных навигационной камерой аппарата "Розетта" в моменты максимального сближения с этим удивительным объектом.
Природные космические "двигатели"
В кадр, полученный с расстояния 7,7 километра, попала одна из многочисленных ям на поверхности кометы. Ученые предполагают, что углубления такого рода работают как "двигатели" небесного тела.
Именно отсюда, преодолевая пористые недра кометы, газ вырывается наружу и уносит с собой пыльные частицы кометного материала. Этот процесс обеспечивает характерную кометную активность, которую можно наблюдать по мере ее приближения к Солнцу.
Изображение охватывает область площадью 866 на 866 метров.
Космические столовые горы
Этот впечатляющий вид вдоль горизонта демонстрирует несколько плосковершинных образований, возвышающихся над неровной поверхностью. Стены этих гор испещрены многочисленными трещинами и глубокими разломами, а у их подножия лежат обломки, которые, скорее всего, когда-то скатились со скал и раскрошились под воздействием эрозионных сил.
Изображение, полученное с расстояния 7,8 километра от поверхности, охватывает область площадью 859 на 859 метров.
Валун Хеопс
В левом верхнем углу фотографии возвышается валун Хеопс — самый большой и яркий из всех валунов в этом регионе. Этот сплюснутый эллипсоид впечатляет своими размерами: 45 метров в ширину и 25 метров в высоту.
Хеопс и окружающие его валуны, выступающие из-под гладкой, пыльной поверхности, напомнили ученым знаменитые пирамиды в Гизе, поэтому он был назван в честь Великой пирамиды фараона Хеопса.
Изображение, полученное с расстояния 7,8 километра от поверхности, охватывает область площадью 854 на 854 метра.
Кометные скалы
Этот снимок охватывает меньшую долю кометы и более ровный рельеф области "шеи". На заднем плане величественно возвышаются скалы большей доли кометы, что добавляет особой эффектности изображению.
Изображение, полученное с расстояния 7,8 километра от поверхности, охватывает область площадью 855 на 855 метров.
Страницы каменной летописи
На этом снимке большой доли кометы Чурюмова — Герасименко особое внимание привлекают ряды длинных параллельных бороздок и гребней в центре кадра — наложенные друг на друга природные образования способны поведать историю протяженностью в миллиарды лет.
Если бы человечество организовало миссию по сбору образцов из этой области с их последующей доставкой на Землю, то у нас появилась бы возможность узнать много нового о первых "днях" существования Солнечной системы.
Изображение, полученное с расстояния 8,8 километра от поверхности, охватывает область площадью 855 на 855 метров.
Плато со «свежими ранами»
На этом снимке выделяется специфическая плоская структура, расположенная на возвышенном плато большей доли кометы. У основания этого образования виднеются участки с более светлым материалом — возможно, это "свежие раны" Чурюмова — Герасименко, обнажившиеся в результате эрозии или столкновения с небольшим небесным телом.
Изображение, полученное с расстояния 7,8 километра от поверхности, охватывает область площадью 854 на 854 метров.
Впадины, заполненные щебнем
Этот снимок показывает вид от меньшей доли кометы (на переднем плане в левом нижнем углу) к большей, которая занимает основную часть кадра. Здесь преобладают углубления, заполненные обломками.
Считается, что эти округлые впадины могут быть связаны с источниками активности кометы, возможно, с выходами газа из пористых недр.
Изображение, полученное с расстояния 7,7 километра от поверхности, охватывает область площадью 847 на 847 метров.
Скалистый выступ и дыхание кометы
На этой фотографии представлен вид на тело большой доли кометы. Широкий приподнятый участок на горизонте резко контрастирует с окружающим пейзажем. По обеим сторонам внутренней части "стены" было выявлено присутствие более яркого материала, происхождение которого может быть связано с недавней активностью кометы.
И, действительно, если присмотреться, то на заднем плане виден слабый поток газа и пыли — свидетельство того, что комета "дышит" и остается активной.
Изображение, полученное с расстояния 7,8 километра от поверхности, охватывает область площадью 857 на 857 метров.
Гравитационная головоломка
Относительно небольшие валуны, попавшие в кадр, словно бросают вызов гравитации, цепляясь за крутые склоны большей доли кометы. Не менее интригующая деталь находится справа, где слои породы выглядят сжатыми — возможно, это след древней космической катастрофы.
Одна из теорий предполагает, что комета образовалась в результате мягкого столкновения двух меньших тел, что объясняет ее необычные форму.
Изображение, полученное с расстояния 7,8 километра от поверхности, охватывает область площадью 857 на 857 метров.
"Шея" кометы
На заключительном снимке продемонстрирована усеянная валунами область "шеи" кометы — соединение между двумя долями. Меньшая доля расположена слева, большая — справа. Именно шея является источником наибольшей активности кометы Чурюмова — Герасименко.
На фотографии виден четкий контраст между грубым материалом скальных стен и мягким, более «текстурированным» материалом, похожим на пыль и песок. В левом нижнем углу кадра видны валуны, которые визуально малы, но отдельные экземпляры выше 10 метров.
Изображение, полученное с расстояния 7,7 километра от поверхности, охватывает область площадью 844 на 844 метра.
Космический аппарат NASA "Галилео" работал в системе Юпитера с декабря 1995 по сентябрь 2003 года. За восемь лет зонд совершил 11 близких пролетов мимо Европы, ледяного спутника со средним диаметром 3 122 километра, и передал первые детальные изображения ее поверхности. Однако качество снимков было ограничено технологиями того времени.
Для улучшения архивных снимков использовался метод машинного обучения. Я обучил нейросеть на сотнях высококачественных снимках различных небесных тел и их искусственно ухудшенных версиях, включавших добавление шумов, артефактов и размытия. Цель очень проста: научить ИИ восстанавливать утраченные детали, а не выдумывать их.
После многочисленных итераций модель была применена к нескольким архивным снимкам "Галилео". Результат: изображения Европы стали значительно четче, проявились детали поверхности, которые раньше терялись в шуме и артефактах съемки.
В рамках миссии "Галилео" были получены первые убедительные доказательства существования подледного океана на Европе:
Бортовые инструменты зонда зафиксировали индукционный отклик магнитного поля Европы на изменения магнитного поля Юпитера. Это возможно только при наличии проводящего слоя под поверхностью — скорее всего, соленой воды.
На Европе очень мало ударных кратеров. Это означает, что ее ледяная кора быстро и часто обновляется. Многочисленные трещины, хребты и области "хаотического рельефа" указывают на то, что лед движется над жидким слоем.
Толщина ледяного панциря оценивается в 15-25 километров. Под ней, по данным гравиметрических измерений, находится глобальный океан глубиной от 60 до 150 километров. Если это так, то воды на Европе больше, чем во всех морях и океанах Земли вместе взятых.
Исходя из земного опыта, мы знаем, что для жизни нужны три компонента: жидкая вода, источник энергии и разнообразная химия. И Европа всем этим располагает.
Вода под ледяной корой существует благодаря приливному нагреву — гравитация Юпитера постоянно сжимает и растягивает спутник, что генерирует обилие тепла.
Энергия поступает не только от приливов, но и, возможно, от гидротермальных источников на дне океана — их питает тепло от радиоактивного распада в каменном ядре Европы. Аналогичное наблюдается на Земле в районе срединно-океанических хребтов.
Химические элементы, доставляемые, например, астероидами, могут поступать с поверхности через трещины во льду. В 2013 и 2016 годах космический телескоп NASA/ESA "Хаббл" зафиксировал выбросы водяного пара высотой до 200 километров — весомый аргумент в пользу того, что подледный океан Европы может напрямую контактировать с космосом.
Ученые считают, что условия в океане Европы напоминают условия в земных подледных озерах Антарктиды, таких как озеро Восток на глубине более 3,7 километра, где была обнаружена изолированная от внешнего мира жизнь.
Все это делает Европу одной из самых перспективных целей для поиска внеземной жизни в пределах Солнечной системы.
14 октября 2024 года состоялся запуск миссии NASA Europa Clipper, которая прибудет в систему Юпитера в апреле 2030 года. Планируется, что аппарат совершит не менее 50 пролетов мимо Европы, изучая ледяную кору, состав поверхности и, если повезет, то даже пролетит сквозь выбросы водяного пара, как это сделал зонд NASA "Кассини" в случае с сатурнианским Энцеладом. Кроме того, Europa Clipper будет искать наиболее подходящие места для будущей посадочной миссии.
Архивные снимки "Галилео", восстановленные с помощью машинного обучения, дают возможность по-новому взглянуть на Европу и настроиться на открытия, которые ждут нас в ближайшее десятилетие.
Комментарии