Взяв за основу систему TRAPPIST-1, ученые смоделировали, как атмосферы планет околоземной массы могут сосуществовать с излучением подобных звезд. Оказалось, с очень большими проблемами.
Иллюстрация планет системы TRAPPIST-1 в представлении художника. Расстояния планет до звезды не в реальном масштабе
Чтобы на поверхности планеты была жидкая вода, у нее должна держаться достаточно плотная атмосфера. К счастью, астрономы могут искать и изучать атмосферы по изменениям излучения звезды, когда экзопланета пролетает на ее фоне. Вот только планет много, а для сбора подходящих данных требуются продолжительные наблюдения. Одна из таких целей для наблюдений — система TRAPPIST-1 с семью каменистыми планетами, четыре из которых сравнимы по массе с Землей и находятся в «обитаемой» зоне.
Авторы нового исследования, препринт которого выложен на arXiv, решили проверить, есть ли на этих планетах атмосферы, смоделировав условия системы. Чтобы иметь возможность масштабировать результаты работы на другие потенциально обитаемые миры, они не стали строго придерживаться параметров конкретных планет системы TRAPPIST-1. Так ученые проигнорировали оценки плотности, рассчитав радиусы смоделированных планет по массе (0,8, 1 и 1,2 массы Земли), исходя из плотности нашей планеты (5,5 грамма на кубический сантиметр).
Целью исследователей было посмотреть, как атмосферы таких планет выдерживают воздействие маломассивной звезды спектрального класса М — вроде той, что находится в центре TRAPPIST-1. Для этого они применили модель верхней атмосферы под названием Kompot Code, которая описывает одномерную термохимическую структуру «поверхности» атмосферы на границе с космосом.
В использованную модель заложено более 500 реакций 63 химических элементов. Она учитывает воздействие различных механизмов нагрева и охлаждения. В частности, рентгеновского и инфракрасного излучений, а также охлаждающего эффекта от углекислого газа в верхних слоях атмосферы.
Инфографика, иллюстрирующая планеты системы TRAPPIST-1 и Солнечной системы, относительно их плотности и удаления от звезды. Параметры всех планет сравниваются с параметрами системы Земля — Солнце
Сопоставив смоделированные данные с параметрами TRAPPIST-1, ученые пришли к выводу, что большинство планет этой системы не могли сохранить свои атмосферы, независимо от их состава. Под излучением звезды верхние слои атмосферы должны были нагреться настолько, что молекулы начали вылетать из поля тяготения планеты.
С учетом возраста системы (по одной из оценок, примерно 7,6 миллиарда лет), даже если бы там была атмосфера в 100 раз массивнее земной, она бы вся уже рассеялась. По предположению авторов, аналогичная история должна быть у всех планет земного типа, находящихся рядом со звездами спектрального класса М.
Результаты моделирования подтверждают итоги наблюдений. Ни на одной из планет системы не обнаружили признаков наличия водородной атмосферы. По данным телескопа «Джеймс Уэбб», на планетах TRAPPIST-1b и TRAPPIST-1с нет плотных атмосфер. Согласно другой работе, в атмосфере TRAPPIST-1c не доминируют ни СO2, ни O2.
Хотя авторы новой работы заявили, что ни на одной из планет TRAPPIST-1 не могла сохраниться атмосфера, отметим, что плотность этих планет говорит об обратном. У всех них плотность ниже плотности Земли и Венеры, притом что масса многих сопоставима с земной. Сложно представить, как это возможно без наличия атмосферы из легких элементов. Остается дожидаться данных новых наблюдений за этими объектами.
Исследователи космоса регулярно проверяют наличие жизни на Земле — в первую очередь для калибровки существующих и перспективных научных методов. Новый подобный эксперимент провели швейцарские специалисты, работающие над проектом космического телескопа-интерферометра LIFE. Они проверили, сможет ли такой инструмент обнаружить обитаемую планету с расстояния в десять парсеков. А в качестве калибровочной мишени выбрали единственное известное небесное тело, где наличие жизни гарантированно подтверждено.
GIF
Естественно, нельзя взять и отправить телескоп за десять парсеков (почти 33 световых года) от Земли, чтобы исследовать ее как экзопланету. Для своего эксперимента швейцарские ученые воспользовались методами моделирования. В качестве отправной точки они взяли данные, накопленные инфракрасным прибором AIRS со спутника дистанционного зондирования Земли Aqua (EOS PM-1). На основе этого массива информации получилась модель излучения нашей планеты в среднем ИК-диапазоне.
К этому потоку излучения добавили шум и поправки на расстояние, с которого проводится наблюдение — те самые десять парсеков. Наконец, получившуюся бледную точку в небе «показали» симулированным приборам симулированного телескопа. Результаты получились весьма обнадеживающие: в таких условиях предполагаемые к размещению на LIFE детекторы способны уловить достаточно света, чтобы проанализировать его и надежно установить спектральные линии важнейших для жизни соединений.
В первую очередь ученых интересовали углекислый газ, вода, озон и метан. Все эти молекулы в эксперименте удалось не только обнаружить, но и установить их концентрации в атмосфере Земли. Симуляция учитывала сезонность на исследуемой планете и обзор с разных ракурсов. Но эти факторы на эффективность обнаружения целевых молекул повлияли слабо. Тем не менее сам факт сезонности также получилось установить, а это важный фактор жизнепригодности планеты.
Проще говоря, располагающие аналогичными нашим научными методами инопланетяне в радиусе 10 парсеков от Земли способны не просто увидеть, что она пригодна для жизни, но и с большой уверенностью утверждать, что эта планета обитаема прямо сейчас. Аналогично и перспективный телескоп LIFE сможет просканировать на жизнепригодность экзопланеты в радиусе 32,6 световых года от нас. А то и обнаружить внеземную жизнь!
Научная статья с описанием методики исследования, используемых данных и моделей, а также подробными выводами опубликована в рецензируемом журнале The Astrophysical Journal. Авторы работы — астрофизики из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) и Цюрихского университета (UZH).
Проект Large Interferometer For Exoplanets (LIFE, дословно — «Большой интерферометр для [поиска] экзопланет») стартовал в 2017-м и базируется в Цюрихе. Это международная коллаборация, работающая над подготовкой миссии по обнаружению и анализу экзопланет, пригодных для жизни. По состоянию на 2024 год технический облик телескопа не закончен, однако совершенно точно это будет космический интерферометр из пяти небольших аппаратов, функционирующих как единая обсерватория. По плану они будут запущены в регион неподалеку от Космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) и дополнят его инструментарий.
Но почему именно этот крошечный мир со средним диаметром в 504 километра может стать местом, где мы впервые обнаружим внеземную жизнь?
История началась в 2005 году, когда космический аппарат NASA "Кассини", проработавший в системе Сатурна с 30 июня 2004 года по 15 сентября 2017 года, заметил нечто удивительное — из южного полюса Энцелада вырывались гигантские струи водяного пара и ледяных частиц. Это событие перевернуло наше представление о малых ледяных телах Солнечной системы, которые ранее считались геологически мертвыми.
12 марта 2008 года произошло еще более удивительное событие — "Кассини" совершил невероятно смелый маневр, пролетев сквозь один из этих водяных шлейфов, чтобы поймать несколько кристаллов льда. Анализ данных показал:
Вода подледного океана Энцелада оказалась соленой, с содержанием органических молекул и химических соединений, удивительно похожих на те, что обнаружены в глубинах земных океанов.
В составе шлейфов было зафиксировано аномально высокое содержание метана — газа, который на Земле часто является продуктом жизнедеятельности организмов.
В 2018 году анализ данных выявил наличие сложных органических молекул с массой более 200 атомных единиц — это уже непосредственные предшественники аминокислот, строительных блоков жизни. Кроме того, были найдены соединения фосфора, которые крайне необходимы для образования ДНК.
Все эти открытия подтвердили существование под ледяной корой Энцелада глобального океана жидкой воды глубиной до 10 километров. Но почему обнаружение жизни именно здесь стало бы настоящей научной революцией?
Ответ кроется в невероятном расстоянии. Энцелад удален примерно на 1,4 миллиарда километров от Земли. Если мы обнаружим там жизнь, которая однозначно возникла независимо от земной, это будет означать, что в одной только нашей Солнечной системе жизнь зародилась минимум дважды.
А если такое произошло в пределах одной планетной системы, то какова вероятность, что среди миллиардов звезд в нашей Галактике жизнь — это очень редкое, уникальное явление? Практически нулевая. Обнаружение даже простейших микроорганизмов на Энцеладе будет означать, что наша Вселенная, скорее всего, кишит жизнью.
Особенность Энцелада также в том, что его гейзеры буквально выбрасывают образцы подледного океана в космос. Нам не нужно бурить километры льда, чтобы добраться до воды — достаточно отправить новый космический аппарат, оснащенный самыми продвинутыми инструментами, который будет пролетать сквозь шлейфы, собирать образцы и осуществлять беспрецедентный анализ прямо на месте. Гейзерная активность делает Энцелад гораздо более доступным для исследований, чем другие миры с подповерхностными океанами, такие как Европа и Ганимед (спутники Юпитера).
Учитывая ограниченное количество энергии и питательных веществ в океане этого маленького спутника, ученые предполагают, что если жизнь там и существует, то она, вероятно, представлена простейшими микроорганизмами. Но даже такое открытие полностью перевернет наше понимание распространенности жизни во Вселенной.
Миссия NASA Europa Clipper, запущенная 14 октября 2024 года, хоть и направляется к юпитерианской Европе, она даст нам бесценный практический опыт дистанционного исследования подледных океанов. Ученые надеются, что в обозримом будущем получит финансирование миссия NASA Enceladus Life Finder, целью которой будет сбор гейзерных образцов и их изучение. Enceladus Life Finder — наша возможность получить ответ на один из самых волнующих вопросов: одиноки ли мы во Вселенной?
Открытая планета в представлении художника К.С. Петрова-Водкина
В журнале «Астрономический вестник» опубликована
статья о новой планете, которую удалось обнаружить российским учёным в
начале 2023 года. Небесное тело может похвастаться гигантским океаном из
жидкости, напоминающей водку по составу.
По размеру эта планета
подобна Марсу, но около 30% её площади покрыты океаном. Спектральный
анализ позволил сделать вывод, что в нём содержится не вода и даже не
спирт, а скорее водка. Главный научный сотрудник Института астрономии
РАН Геннадий Клювин отдельно подчеркнул: только в России есть приборы,
позволяющие определять наличие подобной жидкости на других планетах.
Расстояние от Земли до планеты составляет 108 световых лет, она
вращается вокруг звезды GJ9827 в созвездии Рыб. Пока специалисты не дали
название новому небесному телу – согласно действующим правилам, это
можно сделать после подтверждения открытия Международным астрономическим
союзом.
«Есть несколько предложений: «Русская», «Наша», «Бахус».
Уже между собой называем её Белой планетой. Получим официальный документ
от коллег и будем думать», – сообщил один из первооткрывателей
«Комсомольской правде».
Международная команда исследователей открыла двойную звездную систему со сверхмалыми, сверхлегкими звездами и с чрезвычайно коротким периодом вращения вокруг общего центра масс. Хотя теоретические модели предсказывали наличие таких типов систем во Вселенной, напрямую астрономы их еще ни разу не наблюдали.
Двойная звездная система TMTS J0526 в представлении художника
Субкарлики — небольшие, очень тусклые и относительно старые звезды, которые впервые обнаружили американские астрономы Уолтер Адамс (Walter Adams) и Альфред Джой (Alfred Joy) в 1922 году. Тогда эти светила называли «промежуточными белыми карликами», поскольку они тусклее звезд главной последовательности, но ярче белых карликов. Термин «субкарлик» прижился позднее.
Со временем специалисты стали открывать все больше таких объектов. Выяснилось, что эти тела могут отличаться друг от друга размерами, температурными показателями, спектральным классом и даже источниками энергии. Поэтому ученые стали разделять эти объекты на холодные и горячие субкарлики.
Например, одно из главных отличий горячих субкарликов от холодных в том, что первые в своих ядрах сжигают гелий, а вторые — водород.
В предыдущих исследованиях китайские астрономы предположили, что горячие субкарлики могут быть самыми маленькими звездами Вселенной, а еще — частью двойных маломассивных звездных систем со сверхкоротким периодом вращения (в таких системах масса светил, предположительно, может варьироваться от 0,32 до 0,36 массы Солнца).
Гипотеза китайских астрономов противоречит устоявшемуся в научном сообществе мнению, что звание «самых маленьких звезд Вселенной» носят красные карлики.
Однако международная команда астрономов под руководством китайского Университета Цинхуа подтвердила догадки своих коллег. С помощью массива оптических телескопов Tsinghua University-Ma Huateng Telescope for Survey (TMTS) ученые отыскали бинарную звездную систему, один из компаньонов в которой — горячий субкарлик крошечных размеров. После детального анализа его параметров выяснилось, что это самая маленькая звезда из когда-либо наблюдавшихся. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Astronomy.
Звездная система получила обозначение TMTS J052610.43+593445.1, она находится примерно в 2760 световых годах от Земли. Один из ее обитателей — J0526A, белый карлик с углеродно-кислородным ядром, который имеет массу около 74 процентов от массы Солнца (0,735 массы Солнца). Второй — горячий субкарлик J0526B, масса которого составляет 0,361 массы Солнца. Интересно, что радиус этого крошечного объекта всего лишь в семь раз больше радиуса Земли. Для сравнения: радиус Юпитера в 11,2 раза превышает земной, а Сатурна — в 9,5 раза. То есть субкарлик J0526B меньше двух газовых гигантов.
Белый карлик J0526A и горячий субкарлик J0526B обращаются вокруг общего центра масс с периодом 20,5 минуты — это рекорд для такого типа двойных систем, но не для бинарных звездных систем вообще. Например, белые карлики рентгеновской двойной звезды HM Рака вращаются друг вокруг друга с периодом 5,4 минуты.
Интересно, что в новой системе более тяжелый компаньон J0526A напрямую астрономами не наблюдался. То, что он там существует, удалось выяснить по гравитации. Поскольку белый карлик намного плотнее субкарлика, он подвергает «напарника» сильному гравитационному воздействию, из-за чего сферическая форма последнего деформируется, начинает вытягиваться.
Точный механизм образования горячих субкарликов пока остается загадкой. Однако известно, что такие тела точно не могут возникать как «классические» звезды. Авторы работы предположили, что для формирования субкарликов необходима звезда-компаньон, с которой происходят гравитационное взаимодействие и обмен веществом. Вероятно, взрыв белого карлика приводит к выбросу общей оболочки, что и превращает звезду-компаньона в субкарлика. Потом в дело вступает гравитация, ускоряющая взаимное сближение.
Дальнейшие исследования с помощью наземных и космических телескопов помогут подтвердить или опровергнуть эту гипотезу. В любом случае, чтобы понять, как именно появляются звезды меньше планет, нужно найти как можно больше таких объектов.
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.
Примерно в 1000 световых годах от Земли вокруг молодой звезды вращается гигантский диск из газа и пыли, порождающий новые планеты. Это не только самый большой диск формирования планет, который когда-либо находили астрономы, но и объект с совершенно уникальным поведением.
Диск охватывает почти около 640 миллиардов километров – примерно в 40 раз шире всей нашей Солнечной системы. Хотя объект впервые идентифицировали в 2016 году, астрономы только сейчас использовали космический телескоп Хаббл для получения первого изображения этого планетного питомника в видимом свете. Новые снимки показали необычайно хаотичную среду с "волокнами" материи, простирающимися гораздо дальше над и под диском, чем ожидалось. Странно, но эти вытянутые нити сконцентрированы только с одной стороны диска.
Команда опубликовала результаты 23 декабря в The Astrophysical Journal, включая прозвище для загадочного космического объекта – "Dracula's Chivito" ("Чивито Дракулы"), отсылка к происхождению двух исследователей: одного из Трансильвании (родины Дракулы) и одного из Уругвая (родины чивито – бифштекса в булке). При взгляде сбоку диск формирования планет напоминает сэндвич с тёмной центральной полосой, обрамлённой белыми верхним и нижним слоями газа и пыли.
Кристина Монш, ведущий автор исследования заявила:
Уровень детализации, который мы наблюдаем, редко встречается при съёмке протопланетных дисков, и эти новые изображения показывают, что планетные питомники могут быть гораздо более активными и хаотичными, чем мы ожидали.Мы видим этот диск почти сбоку, и его тонкие верхние слои и асимметричные особенности особенно впечатляют.
Все планеты формируются из дисков газа и пыли, окружающих молодые звёзды. Астрономы долго считали, что эти протопланетные диски были относительно упорядоченными, спокойными средами, где планеты постепенно формируются миллионы лет. Недавние исследования опровергли это предположение, указывая на большую сложность и разнообразие среди этих систем.
Соавтор Джошуа Беннетт Ловелл добавил:
Мы были ошеломлены асимметрией этого диска. Хаббл дал нам возможность наблюдать хаотичные процессы, формирующие диски при создании новых планет – процессы, которые мы пока не до конца понимаем, но теперь можем изучать совершенно по-новому.
Тот факт, что вытянутые нити "Чивито Дракулы" появляются только с одной стороны, предполагает, что динамичные процессы – например, падение газа и пыли в диск или другие взаимодействия с космическим пространством вокруг – формируют этот небесный сэндвич.
Диск скрывает молодую звезду (или звёзды) внутри себя, но исследователи полагают, что там может находиться либо одна массивная горячая звезда, либо двойная пара. Сам диск содержит в 10–30 раз больше массы, чем Юпитер, а значит, там достаточно материала для формирования множества газовых гигантов. По сути, "Чивито Дракулы" – это увеличенная модель того, как выглядела наша Солнечная система 4,6 миллиарда лет назад.
Теоретически Чивито Дракулы может породить обширную планетную систему. Хотя формирование планет может отличаться в таких массивных средах, базовые процессы, вероятно, схожи. Сейчас у нас больше вопросов, чем ответов, но эти новые изображения – отправная точка для понимания того, как формируются планеты с течением времени и в разных условиях.
"Чивито Дракулы" представляет собой естественную лабораторию для изучения формирования планет. Хаббл и другие космические телескопы, такие как Уэбб, продолжат наблюдения за этим уникальным диском, чтобы раскрыть, что именно формирует его необычную структуру.
В системе Урана, на поверхности 470-километрового спутника с романтическим названием Миранда, природа создала нечто поистине грандиозное — самый высокий утес в Солнечной системе.
Уступ Верона (лат. Verona Rupes), как назвали это колоссальное образование, поражает своими масштабами: его высота достигает 20 километров, а протяженность составляет 116 километров. Эквивалентный утес на Земле имел бы высоту более 270 километров!
Происхождение этого гиганта окутано космической драмой. Ученые полагают, что уступ Верона — безмолвный свидетель древней космической катастрофы, когда в Миранду врезалось массивное небесное тело.
Удар был настолько мощным, что из-за него спутник буквально раскололся. После этого произошло смещение 30-километровой ледяной коры, сформировавшее этот колоссальный утес. Последствия этого катастрофического события до сих пор видны на поверхности спутника в виде обширной сети разломов и деформаций.
В условиях слабого гравитационного поля Миранды прыжок с вершины утеса продлился бы около 12 минут — время, достаточное для того, чтобы осмыслить все величие этого уникального места.
Первые — и до сих пор последние — детальные снимки этого удивительного образования были получены космическим аппаратом NASA "Вояджер-2" 24 января 1986 года. С тех пор уступ Верона остается одним из самых впечатляющих геологических объектов, известных человечеству.
Команда планетологов из Массачусетского технологического института, которую возглавил доктор Сигэру Вакита, моделируя сценарии формирования многокольцевых ударных кратеров Тайр и Калланиш на ледяной поверхности Европы, спутника Юпитера, пришла к выводу: толщина ледяной коры Европы, отделяющей подповерхностный океан от космической среды, составляет не менее 20 километров.
Из этого следует, что для получения ответа на вопрос, есть ли в океане Европы жизнь, нам придется очень много и долго бурить. Технологий для этого у человечества нет, как и нет соответствующего опыта и щедрого финансирования науки, так что ни сегодня, ни через двадцать лет, мы не сможем реализовать проект такого масштаба.
Пока же команда Вакиты предлагает осуществить не менее интересный проект по "проникновению в подповерхностный океан Энцелада", небольшого ледяного спутника Сатурна. Стоит отметить, что в отличие от океана Европы с океаном Энцелада у нас уже был прямой — хотя и незначительный — контакт за счет гейзерной активности. Это событие, произошедшее в рамках миссии NASA "Кассини", показало, что по составу подповерхностный океан Энцедала очень похож на Земной; он содержит все химические ингредиенты, необходимые для зарождения жизни.
Гейзерная активность Энцелада связана с разломами на южном полюсе спутника, и команда Вакиты предлагает отправить к краю одного из них посадочный модуль с гибкими (мягкими) роботами на борту, которые просто... упадут внутрь. Разломы имеют доступ к подповерхностному океану, а значит рано или поздно роботы окажутся в нем. Для организации такой миссии нужно решить как минимум две глобальные проблемы:
Найти способ качественно передавать данные из океана, находящегося под ледяной корой толщиной не менее километра (вероятно, посадочный модуль + спутник-ретранслятор решат вопрос);
Найти около миллиарда долларов для организации миссии.
Международная команда ученых применила машинное обучение для анализа более 400 образцов: древних осадочных пород, окаменелостей, современных микроорганизмов и фрагментов метеоритов разного возраста. Цель была амбициозной — научить алгоритм отличать органику биологического происхождения от небиологической в породах возрастом миллиарды лет.
Для этого исследователи использовали метод "случайного леса". Его суть в том, что алгоритм искал не один конкретный признак жизни, а сложные химические закономерности — своего рода молекулярный отпечаток, который остается после живых организмов даже тогда, когда исходные биомолекулы давно разрушились.
Метод показал точность выше 90% и дал особенно интересный результат на древнейших образцах. Так, в породах возрастом более 3,3 миллиарда лет были обнаружены "химические подписи" биологического происхождения. Это намного древнее прежних надежных молекулярных следов, которые находили в породах возрастом около 1,7 миллиарда лет.
Кроме того, анализ указал на признаки кислородного фотосинтеза уже около 2,5 миллиарда лет назад — примерно на 800 миллионов лет раньше прежних молекулярных данных.
Если результаты исследования подтвердятся другими методами, это изменит наши представления о ранней истории жизни на Земле. Возможно, сложные биохимические процессы появились существенно раньше, чем считалось, а эволюция на молодой планете шла быстрее и эффективнее.
И, конечно, если метод докажет свою эффективность, его начнут использовать и в астробиологии. Подобные алгоритмы могут пригодиться при изучении марсианских пород, а в перспективе — образцов с Европы, Энцелада и Титана прямо на месте. В поиске биосигнатур ИИ способен превзойти человека: он работает не с очевидными признаками, а со сложными химическими сочетаниями, которые человеческий глаз просто не увидит.
Мы стоим на пороге революционного события: уже в обозримом будущем поиск следов внеземной жизни сможет обойтись без безумно дорогих и опасных пилотируемых миссий — и даже без доставки образцов на Землю. Если машина научится надежно читать химию других миров на месте, главная задача будет сводиться к доставке оборудования к цели — а с этим мы уже хорошо научились справляться.
На расстоянии около 18 000 световых лет от Земли, в направлении созвездия Стрельца, находится удивительный космический объект, который фактом своего существования бросает вызов нашему пониманию предельных скоростей во Вселенной
Этот объект, получивший скучное название PSR J1748-2446ad, представляет собой самый быстрый известный пульсар* во Вселенной. Обладая диаметром примерно 32 километра и массой около двух масс Солнца, пульсар PSR J1748-2446ad совершает полный оборот вокруг своей оси за 1,396 миллисекунды (716 оборотов в секунду!).
При такой невероятной скорости вращения PSR J1748-2446ad балансирует на грани разрушения. Если бы он вращался на 20% быстрее, то центробежная сила разорвала бы его на части.
*Что такое пульсар? Представьте себе сверхплотную нейтронную звезду – бывшую массивную звезду, сжатую до размеров города. Теперь представьте, что она бешено вращается, а ее магнитное поле, в миллиарды раз более мощное, чем земное, направлено не вдоль оси вращения, а под углом к ней. Из магнитных полюсов звезды бьют узкие лучи излучения – словно два космических прожектора на противоположных концах.
Подобно фигуристу, который ускоряет вращение, прижимая руки к телу, пульсар получает свою головокружительную скорость в результате сжатия. Когда массивная звезда коллапсирует в нейтронную звезду, она сохраняет большую часть своей массы, но сжимается до крошечного — относительно исходного — размера. При этом сохраняется и момент импульса звезды. В результате такого экстремального сжатия огромной массы она начинает вращаться с колоссальной скоростью.
Космический маяк
Каждый оборот пульсара отмечается вспышкой радиоизлучения, которую можно зафиксировать с Земли. Эти регулярные импульсы делают пульсары невероятно точными космическими часами. Астрономы используют их как инструменты для поиска гравитационных волн, проверки фундаментальных теорий гравитации и изучения структуры межзвездной среды. А космические агентства даже разрабатывают системы навигации для космических кораблей, основанные на сигналах от пульсаров – своеобразные космические GPS.
PSR J1748-2446ad был открыт в 2004 году командой астрономов, использовавших радиотелескоп Грин-Бэнк в США, и он до сих пор удерживает титул самого быстрого известного пульсара во Вселенной.
Астрономы зафиксировали необычное скопление объектов в поясе Койпера – огромном кольцеобразном регионе ледяных тел за орбитой Нептуна. Открытие стало второй подобной отдалённой структурой, наблюдаемой в дальних пределах Солнечной системы.
Как сообщает New Scientist, в 2011 году исследователи обнаружили "ядро" из более чем 100 объектов пояса Койпера на расстоянии 44 астрономических единиц от Солнца, или в 44 раза дальше, чем расстояние между Солнцем и Землёй. Новое "внутреннее ядро" идентифицировала команда под руководством астрофизика Принстонского университета Амира Сираджа, как описано в статье (рецензия статьи пока не окончена).
Команда проанализировала орбитальные данные 1650 объектов пояса Койпера и обучила алгоритм выявлять любые скопления.
Ядро никогда не находилось в одиночестве – когда алгоритм обнаруживал ядро, он также находил другую группу.
Внутреннее ядро, как следует из названия, находится лишь немного ближе к Земле, чем изначально идентифицированное ядро – на расстоянии 43 астрономических единиц от Солнца. Пока неясно, выступает ли внутреннее ядро продолжением ядра или представляет собой отдельную структуру.
Орбиты объектов внутреннего ядра необычно совпадают с плоскостью Солнечной системы. Многие объекты в окрестностях вращаются вокруг звезды по более эксцентричной плоскости, порой наклонённой на десятки градусов.
Такое орбитальное спокойствие сигнализирует об очень старой, нетронутой структуре – типе структуры, способной дать ключи к эволюции Солнечной системы, к тому, как гигантские планеты перемещались по своим орбитам, через какие межзвёздные среды проходила Солнечная система, и множеству других аспектов ранних дней Солнечной системы.
Открытие может помочь лучше понять, как Нептун мигрировал из внутренней Солнечной системы к нынешнему местоположению миллиарды лет назад. Эксперты полагают, что движение планеты наружу заставило объекты пояса Койпера временно попасть под гравитационное притяжение Нептуна, что привело к их скоплению.
К счастью, обсерватория Веры Рубин в Чили может пролить больше света на вопрос. Учитывая экстремальную удалённость от Солнца, объекты пояса Койпера получают лишь крошечную долю света звезды, что делает их обнаружение крайне трудным процессом. Однако команда обсерватории ожидает идентифицировать около 40,000 объектов за Нептуном в ближайшие годы.
Астрономы также предполагают, что пояс Койпера может содержать гораздо более крупные объекты размером с карликовые планеты или даже огромную планету в несколько раз больше Земли – правда, эта гипотеза спорная и до сих пор не обнаружено конкретных доказательств в ее пользу.
Поиск мегаструктур в самых дальних пределах Солнечной системы может помочь лучше понять её эволюцию. Чем больше мы узнаём об архитектуре пояса Койпера, тем больше узнаём об истории Солнечной системы.
На полученных изображениях — примерно 100 миллионов объектов, и это лишь сотая доля предстоящей работы. По этим снимкам ученые в итоге составят самую большую трехмерную карту Вселенной и даже попытаются понять природу темной энергии.
Euclid находится в точке Лагранжа L2 на расстоянии 1,5 миллиона километров от Земли и наблюдает Вселенную в оптическом и инфракрасном диапазонах. Основная цель миссии — за шесть лет провести полный обзор небесной сферы. Европейское космическое агентство 15 октября поделилось результатами первой части этой огромной работы — мозаикой, собранной из 260 изображений. Она покрывает участок неба в южном полушарии, который по площади в 500 с лишним раз больше пространства, закрываемого полной Луной.
На этом «пазле» запечатлены 100 миллионов звезд и галактик. Сильное впечатление на ученых произвело то, что можно и рассматривать малейшие детали вроде звездного скопления рядом с далекой галактикой, и одновременно обозревать масштабы космоса. Общий вид Вселенной от телескопа Euclid необходим астрофизикам для выполнения одной из важнейших задач современной науки — разобраться, что за неведомая темная энергия все время расширяет Вселенную и притом ускоряет ее расширение.
По разным оценкам, она составляет от 68 до 74% массы-энергии Вселенной, то есть большую часть. Но природа ее неясна, хотя есть правдоподобные гипотезы. Астрофизики надеются, что обзор Euclid позволит лучше понять, как действует темная энергия.
Между тем еще 22% космоса — это темная материя, о которой известно только то, что она обладает огромной массой и заключает галактики в невидимые «коконы». Без нее галактик не было бы вообще: звезды не могли бы удерживаться вместе. Их взаимной гравитации не хватило бы даже с учетом центральной сверхмассивной черной дыры. И Euclid в этом вопросе тоже будет очень полезен: он способен «видеть», как практически любая масса искажает ткань пространства-времени и создает оптическое явление под названием «гравитационная линза».
Этот эффект проявляется в том, что какой-то фоновый объект выглядит слегка растянутым или смещенным. Когда, например, черная дыра следует по небу, закрывая собой далекую галактику, то эта галактика позади нее вытягивается в подкову или даже целое кольцо. Это сильное гравитационное линзирование. В то же время темная материя, по представлениям ученых, работает как слабая, едва заметная линза, и ее может заметить только очень чувствительный телескоп.
Астрономы обсерватории Gaia представили самое детальное трехмерное изображение Млечного Пути. Это карта, которая фиксирует движение двух миллиардов звезд и расширяет наше понимание происхождения Солнечной системы.
Новая 3D-карта создана на основе данных европейской обсерватории Gaia, работающей на расстоянии до 1,5 млн километров от Земли. Обновленный атлас показывает структуру галактики, соседние карликовые системы и впервые — ускорение движения Солнца по галактической орбите.
Эксперты называют проект одним из ключевых инструментов для реконструкции истории Млечного Пути.
Карта яркости и цвета галактики. Более высокие концентрации звезд показаны более интенсивными цветами. /ESA/Gaia/DPAC
Самая детальная 3D-карта Млечного Пути
В обсерватории Gaia наблюдали за небом с 2013 года. Новая публикация стала крупнейшим обновлением за все время работы миссии, поскольку в базу вошли данные о положении, скорости, яркости и цвете двух миллиардов звезд.
Этот масштаб позволяет рассматривать галактику не как статичную структуру, а как динамическую систему, изменяющуюся на протяжении миллиардов лет.
Карта подтвердила: Солнечная система ускоряется, двигаясь по орбите все ближе к центру галактики со скоростью около семи миллиметров в секунду.
Уточнение этих параметров помогает точнее рассчитывать возраст и эволюцию нашей системы.
На фото соседние с Млечным Путем карликовые галактики — Большое и Малое Магеллановы Облака. /ESA/Gaia/DPAC
Почему это важно
Отдельный блок новой работы посвящен внешним областям диска, так называемому антицентру.
Здесь движения звезд указывают на древние колебания структуры Млечного Пути.
Данные также показывают, что галактика однажды приблизилась к системе Стрелец настолько, что гравитация Млечного Пути деформировала звезды на ее окраинах.
По оценкам ESA, процесс поглощения Стрелца продолжается и сегодня.
Gaia также обновила «перепись» ближайших к нам объектов: теперь учтено 92% тел в пределах 326 световых лет.
Для сравнения: аналогичное исследование 1957 года включало меньше тысячи объектов, а в 1991 году — около четырех тысяч.
Будущее Галактики
Работа миссии остается технически сложной.
По словам астронома Флора ван Лееувена, Gaia измеряет расстояния до объектов, удаленных на тысячи световых лет, с точностью, сопоставимой с измерением толщины человеческого волоса с расстояния более 2000 километров.
Однако эти данные становятся фундаментом современной астрофизики, позволяя изучать происхождение и будущее галактики.
Gaia продолжит наблюдения и построение все более точных моделей. Уже сегодня новая 3D-карта делает возможным взгляд на историю Млечного Пути с точностью, недоступной предыдущим поколениям астрономов.
Недавнее исследование астрономов из Калифорнийского университета в Беркли показало, что самые массивные черные дыры в известной Вселенной остановили свой рост. Наблюдения за 32 квазарами с черными дырами массой более 10 миллиардов солнечных масс показали, что все они достигли этого предела примерно 1,5 миллиарда лет назад.
Ученые предполагают, что существует фундаментальный предел роста черных дыр, связанный с эффективностью аккреции материи или с истощением доступного для поглощения вещества в их галактиках. Это открытие помогает объяснить, почему мы не наблюдаем черные дыры с массами в 100 миллиардов солнечных масс.
За пределами нашей родной Земли, в бескрайних просторах Вселенной, скрываются миры, полные загадок и тайн. Одним из таких удивительных мест является Европа - ледяной спутник Юпитера, чья поверхность хранит следы активности, намекающей на возможность существования жизни.
Европа. Спутник Юпитера.
Возможно, под толстым панцирем льда Европы скрывается огромный океан жидкой воды, который, по мнению ученых, может быть благоприятной средой для зарождения и развития живых организмов. Этот факт заставляет нас задуматься о том, что жизнь во Вселенной может существовать не только на планетах, подобных Земле, но и в самых неожиданных и экстремальных условиях.
Загадочные трещины и разломы на поверхности Европы, напоминающие шрамы на ее ледяной коре, свидетельствуют о мощных геологических процессах, происходящих в недрах этого спутника. Ученые предполагают, что под толщей льда могут находиться гидротермальные источники, которые могли бы стать колыбелью для зарождения жизни, подобно тому, как это произошло на ранней Земле.
Возможно ли, что в этом далеком мире существуют неизвестные науке организмы, способные выживать в условиях, которые кажутся нам невозможными для жизни?
Присоединяйтесь к нам в путешествии по граням реальности, где тайны Вселенной раскрываются одна за другой, а возможности жизни простираются далеко за пределы нашего воображения.
Ученые предполагают, что под толщей льда Европы могут находиться гидротермальные источники (черные и белые курильщики), аналогичные тем, что были обнаружены на дне океанов Земли. Эти источники могли бы обеспечивать необходимые условия для зарождения и поддержания жизни, подобно тому, как это произошло на ранней Земле.
"Черный курильщик" на дне океана
Одной из наиболее интригующих особенностей Европы является ее подледный океан. Согласно расчетам, этот океан может быть глубиной до 100 километров и содержать больше воды, чем все океаны Земли вместе взятые. Такой огромный объем жидкой воды, защищенной от космической радиации ледяным панцирем, создает потенциально благоприятные условия для существования жизни.
Исследователи предполагают, что в этом подледном океане могут обитать примитивные формы жизни, адаптированные к экстремальным условиям. Возможно, там существуют микроорганизмы, способные выживать в условиях высокого давления, низких температур и отсутствия солнечного света.
Одним из наиболее интригующих вопросов является то, как могла бы зародиться жизнь на Европе.
Некоторые ученые выдвигают гипотезу, что жизнь могла быть занесена на спутник Юпитера метеоритами или кометами, содержащими органические соединения.
Другие предполагают, что жизнь могла возникнуть самостоятельно в гидротермальных источниках
Несмотря на множество теорий и гипотез, окончательный ответ на вопрос о существовании жизни на Европе может быть получен только после проведения более детальных исследований. Ученые уже разрабатывают планы по отправке автоматических зондов к этому загадочному спутнику Юпитера, чтобы изучить его поверхность и подледный океан.
Одним из наиболее перспективных проектов по изучению Европы является миссия NASA под названием "Europa Clipper". Этот космический аппарат, запуск которого запланирован на 10 октября 2024 год, будет совершать многочисленные облеты спутника Юпитера, детально картографируя его поверхность и собирая ценные научные данные.
Europa Clipper
"Europa Clipper" оснащен передовыми научными инструментами, которые позволят ему провести всестороннее исследование Европы. Среди них - радиолокатор, способный "заглянуть" под ледяную кору и изучить структуру подледного океана, а также спектрометры для анализа химического состава поверхности и атмосферы.
Ожидается, что данные, полученные этой миссией, помогут ученым лучше понять геологические процессы, происходящие на Европе, и оценить потенциал этого спутника для существования жизни. Кроме того, "Europa Clipper" может помочь определить наиболее перспективные места для будущих исследований, включая возможную высадку на поверхность.
Однако для окончательного ответа на вопрос о наличии жизни на Европе потребуется более амбициозная миссия, которая сможет проникнуть сквозь ледяную кору и исследовать подледный океан напрямую. Такая миссия, получившая название "Europa Lander", находилась в стадии разработки и планировалась к запуску в 2030-х годах. Но, к сожалению, в 2023 году миссия Europa Lander не была признана приоритетной и не была включена в бюджет NASA.
Спускаемый аппарат на поверхности Европы в изображении художника
По разработанной стратегии проект "Lander" будет представлять собой автоматический зонд, способный совершить мягкую посадку на поверхность Европы и пробурить ледяную кору, чтобы достичь подледного океана. Он будет оснащен научными инструментами для анализа состава воды, поиска признаков жизни и изучения условий в этом экстремальном подводном мире.
Одной из главных задач "Lander" является поиск биомаркеров - химических соединений, которые могут указывать на присутствие живых организмов. Для этого зонд будет оборудован высокочувствительными масс-спектрометрами и другими аналитическими инструментами.
Кроме того, "Lander" сможет изучить геологические и геофизические процессы, происходящие на Европе, что поможет ученым лучше понять эволюцию этого загадочного спутника Юпитера и его потенциал для жизни.
Помимо миссий NASA, изучением Европы занимаются и другие космические агентства. Европейское космическое агентство (ЕКА) разработало и запустило собственный проект под названием "JUICE" (JUpiter ICy moons Explorer),который стартовал с земли 14 апреля 2023 года.
JUICE (рисунок художника)
Основной целью миссии "JUICE" является комплексное исследование не только Европы, но и других крупных спутников Юпитера - Ганимеда и Каллисто. Космический аппарат оснащен широким набором научных инструментов, включая камеры высокого разрешения, спектрометры, радары и магнитометры.
После выхода на орбиту вокруг Юпитера (ориентировочно июль 2031 года), "JUICE" совершит серию облетов Европы, Ганимеда и Каллисто, детально изучая их поверхности, внутреннее строение и окружающую среду. Особое внимание будет уделено исследованию подледных океанов, возможно существующих на этих спутниках и поиску признаков жизни.
Одной из ключевых задач миссии станет изучение магнитного поля Ганимеда, который является единственным спутником в Солнечной системе, обладающим собственным глобальным магнитным полем. Это может пролить свет на процессы формирования и эволюции планет и их спутников.
Кроме того, "JUICE" будет исследовать атмосферу Юпитера, его магнитосферу и взаимодействие с солнечным ветром. Эти данные помогут ученым лучше понять гигантскую планету и ее влияние на окружающее пространство.
Параллельно с "JUICE", ЕКА рассматривает возможность отправки отдельной миссии для высадки на поверхность Европы или Ганимеда. Такая миссия могла бы стать логическим продолжением исследований, проведенных "JUICE", и позволила бы получить более детальную информацию о внутреннем строении и потенциальной обитаемости этих спутников.
Несмотря на активные исследования Европы и других спутников Юпитера, ученые сталкиваются с рядом технических и научных вызовов, которые необходимо преодолеть для достижения более глубокого понимания этих миров.
Одной из главных проблем является сложность высадки на поверхность Европы. Толстый ледяной панцирь спутника усеян многочисленными трещинами и разломами, что делает поиск подходящей площадки для посадки крайне затруднительным. Кроме того, высокие уровни радиации в окрестностях Юпитера могут повредить чувствительное оборудование космического аппарата.
Для решения этих проблем ученые рассматривают различные варианты, включая использование ядерных источников энергии для защиты от радиации и применение специальных систем амортизации для безопасной посадки на неровную поверхность. Также изучается возможность высадки не на саму Европу, а на один из ее более мелких спутников, таких как Амальтея или Тематис, для дальнейшего исследования с орбиты.
Другим серьезным вызовом является необходимость бурения сквозь толстый ледяной панцирь Европы для изучения подледного океана. Ученые разрабатывают специальные буровые установки, способные пробиться через многокилометровый слой льда и достичь жидкой воды. Однако при этом стоит пока нерешенный вопрос о том, как не загрязнить потенциально обитаемую среду земными микроорганизмами.
Помимо технических трудностей, исследователи сталкиваются с научными загадками, связанными с происхождением и эволюцией спутников Юпитера. Одной из наиболее интригующих тайн является источник энергии, поддерживающий активность на Европе. Ученые предполагают, что это может быть связано с приливными силами, вызванными гравитационным взаимодействием с Юпитером и другими спутниками, но точные механизмы пока не ясны.
Независимо от результатов, эти исследования станут важной вехой в истории космических исследований и расширят наши представления о Солнечной системе и Вселенной в целом. Каждый новый шаг в изучении этих загадочных миров приближает нас к разгадке одной из величайших тайн – существованию жизни за пределами Земли и открывает нам новые грани реальности, портал в неизведанное
Наш Telegram-канал. Еще больше тайн, паранормального и неизведанного.
Наш TikTok. Короткие ролики сверхъестественных явлений
В классической физике принято выделять три агрегатных состояния вещества, хорошо знакомые каждому еще с начальной школы: твердое, жидкое и газообразное. Однако в астрофизике и физике высоких температур этого набора недостаточно.
При очень высоких температурах или под действием интенсивного излучения газ ионизируется: его атомы теряют часть электронов, и вещество превращается в плазму — ионизированный газ, содержащий свободные электроны и ионы.
Именно наличие большого числа заряженных частиц делает плазму особой формой материи. В отличие от обычного газа, она активно взаимодействует с электрическими и магнитными полями, а ее свойства зависят не только от температуры и плотности, но и от того, как заряженные частицы воздействуют друг на друга через эти поля. Благодаря этому плазма может образовывать потоки, волны, нити и другие замысловатые структуры, поскольку ее поведение определяется не только законами газовой динамики, но и действием электромагнитных полей.
На Земле плазма естественного происхождения встречается довольно редко. Преимущественно она сосредоточена в ионосфере — верхней области атмосферы, простирающейся примерно от 60 до 1 000 километров над поверхностью планеты.
Здесь под действием солнечного излучения атомы и молекулы теряют электроны, образуя разреженную плазменную оболочку. Помимо этого, земная плазма возникает при разрядах молний, полярных сияниях и некоторых других высокоэнергетических атмосферных явлениях.
Однако в масштабах Вселенной именно плазма, а не твердые тела, жидкости или обычные газы, является наиболее распространенной формой обычной материи. По современным оценкам, в плазменном состоянии находится от 99% до 99,999% видимой материи во Вселенной. Из нее состоят Солнце и другие звезды, горячие туманности, звездные короны, солнечный ветер и значительная часть межзвездной и межгалактической среды.
Особенно важна роль плазмы в звездах. При экстремально высоких температурах вещество там не может сохраняться в виде обычного газа: атомы теряют электроны, и звездное вещество переходит в ионизированное состояние. Именно в этой плазменной среде протекают термоядерные реакции, благодаря которым звезды светят, а в их недрах синтезируются новые химические элементы. Без плазмы не существовало бы ни самого Солнца в его нынешнем виде, ни звездного нуклеосинтеза, постепенно обогащающего Вселенную элементами тяжелее водорода и гелия.
Плазма лежит и в основе многих процессов, определяющих космическую погоду. Солнечные вспышки, корональные выбросы массы, магнитные бури и потоки заряженных частиц связаны с поведением плазмы и магнитных полей. Поэтому ее изучение важно не только для фундаментальной науки, но и для практики: чем лучше мы понимаем плазменные процессы, тем точнее можем прогнозировать явления, способные влиять на космические аппараты, навигацию, радиосвязь и энергосистемы на Земле.
При этом плазму не только изучают на расстоянии, но и давно используют в земных технологиях — от неоновых ламп и плазменных дисплеев до промышленных резаков, систем обработки материалов и экспериментальных термоядерных установок.
Вот и получается любопытный парадокс: мы живем среди твердых тел, жидкостей и газов, поэтому именно они кажутся нам основой мироздания. Но стоит взглянуть на Вселенную шире, и становится ясно: привычная земная картина — лишь частный и редкий случай. В космических масштабах господствует именно плазма.
Недавнее исследование астрономов из Калифорнийского университета в Беркли показало, что самые массивные черные дыры в известной Вселенной остановили свой рост. Наблюдения за 32 квазарами с черными дырами массой более 10 миллиардов солнечных масс показали, что все они достигли этого предела примерно 1,5 миллиарда лет назад.
Ученые предполагают, что существует фундаментальный предел роста черных дыр, связанный с эффективностью аккреции материи или с истощением доступного для поглощения вещества в их галактиках. Это открытие помогает объяснить, почему мы не наблюдаем черные дыры с массами в 100 миллиардов солнечных масс.
Спутник Юпитера Ио — самое вулканически активное тело в Солнечной системе. Его вулканы выбрасывают серу и диоксид серы на высоту до 500 километров! Причина такой активности — приливные силы Юпитера, которые буквально "месят" недра Ио как тесто. Температура лавы достигает 2 000 °C — горячее земных вулканов. На поверхности нет воды, зато есть временные озера, заполненные расплавленной серой.
В 1979 году космический аппарат NASA "Вояджер-1" впервые сфотографировал извержение вулкана Пеле с выбросом на 300 километров. Ученые были шокированы, так как никто не ожидал найти действующие вулканы так далеко от Солнца, да еще на относительно небольшом небесном теле (средний диаметр Ио — 3 643 километра).
Сегодня на Ио идентифицировано более 400 вулканов. Этот желто-оранжевый мир постоянно обновляет свою поверхность со скоростью около сантиметра в год, погребая любые кратеры под новыми потоками лавы.
Ио — один из четырех крупнейших спутников Юпитера со средним диаметром 3 643 километра и самое вулканически активное тело в Солнечной системе.
Этот удивительный мир размером чуть больше нашей Луны (диаметр 3 475 километров) буквально трещит по швам под воздействием приливных сил со стороны газового гиганта. На Ио не менее 400 действующих вулканов, выбрасывающих серу, диоксид серы и расплавленные породы на высоту до 300 километров!
Изучение этого огненного мира сопряжено с серьезными рисками для дорогостоящих космических аппаратов. Связано это с тем, что орбита Ио проходит через мощнейшие радиационные пояса Юпитера — области захваченных магнитным полем заряженных частиц. Каждый зонд, приближающийся к Ио, рискует полностью выйти из строя. Несмотря на эти опасности, ученым удалось получить уникальные снимки и собрать бесценные данные.
Я предлагаю вашему вниманию одни из самых впечатляющих фотографий этого инопланетного ада.
Вулкан на Ио
Извержение вулкана на краю диска Ио, запечатленное зондом NASA "Галилео" в июне 1997 года. Это был первый случай прямого наблюдения внеземной вулканической активности в таких деталях.
Полученное изображение стало визуальным доказательством невероятной мощи геологических процессов, протекающих на самом активном теле в Солнечной системе.
Гигантский выброс вулкана Тваштар
Этот кадр — мимолетный взгляд на Ио с помощью камеры космического аппарата NASA "Новые горизонты", который 1 марта 2007 года пролетал мимо системы Юпитера по пути к Плутону.
В момент фотосъемки произошел гигантский выброс вулкана Тваштар (лат. Tvashtar). С данного ракурса видна только верхняя часть извержения — источник находится на 130 километров ниже края диска спутника, на его обратной стороне.
Ио и Европа: контраст миров
Составное изображение вулканически активного спутника Ио и спокойной ледяной луны Европы, полученное путем объединения двух изображений, полученных "Новыми горизонтами" 2 марта 2007 года.
Ио ожидаемо в своем репертуаре — демонстрирует вулканическую активность. Ночная сторона спутника освещена солнечным светом, отраженным от атмосферы Юпитера.
Портрет огненного мира
Общий вид Ио, полученный космическим аппаратом NASA "Галилео" 19 сентября 1997 года с расстояния около 500 000 километров.
Яркие желто-оранжевые и красные оттенки поверхности создают соединения серы различной температуры — от ярко-желтой горячей до темно-красной остывшей. Благодаря постоянным извержениям поверхность Ио полностью обновляется "всего" за несколько миллионов лет — это делает спутник одним из самых "молодых" миров в Солнечной системе.
На снимке цвета усилены (сделаны более насыщенными и контрастными) с целью упрощения идентификации геологических структур.
Натриевое облако Ио
Завораживающий снимок Ио в тени Юпитера, полученный "Галилео" 9 ноября 1996 года с расстояния 2,3 миллиона километров. Яркая вспышка у восточного края спутника — это солнечный свет, рассеиваемый 100-километровым выбросом вулкана Прометей, находящегося на обратной стороне луны.
Желтоватое свечение создают атомы натрия из обширного газового облака вокруг Ио — продукта постоянных вулканических извержений. Этот "натриевый хвост" простирается на миллионы километров и виден даже с Земли в мощные телескопы (при использовании фильтров).
Гора-великан на поверхности Ио
Впечатляющий снимок горного ландшафта Ио, полученный "Галилео" в феврале 2000 года. Невысокий безымянный уступ высотой около 250 метров тянется от верхнего левого угла к центру изображения. Гора Монджибелло, зубчатый хребет в левой части снимка, возвышается почти на семь километров над равнинами Ио.
Ученые считают, что горы Ио появляются в результате тектонического поднятия блоков коры вдоль разломов под воздействием приливных деформаций. Острые, угловатые вершины указывают на молодой возраст горы, тогда как "сглаженные" возвышенности свидетельствуют о более древнем происхождении.
Этот снимок у меня почему-то вызывает некую тревожность.
Первые вулканы за пределами Земли
Историческая фотография от зонда NASA "Вояджер-1", полученная 5 марта 1979 года с расстояния 30 800 километров — первое в истории изображение следов недавней вулканической активности за пределами Земли.
Центральная фигура изображения — вулканическая кальдера диаметром около 50 километров с темными лавовыми потоками, расходящимися от краев на расстояние свыше 100 километров. Некоторые потоки достигают 15 километров в ширину.
Открытие активного вулканизма на Ио стало сенсацией: до этого момента считалось, что любые спутники — очень холодные миры без какой-либо геологической активности.
Подповерхностные океаны на спутниках газовых гигантов — не редкость в нашей Солнечной системе. К Европе и Ганимеду у Юпитера, Энцеладу и Дионе у Сатурна и, возможно, Тритону у Нептуна теперь можно добавить еще одного кандидата — Мимас, спутник Сатурна.
Мимас — небольшой спутник Сатурна диаметром всего 396 километров, внешне напоминающий «Звезду Смерти» из киноэпопеи «Звездных войн» из-за огромного 140-километрового кратера Гершель. Поверхность сатурнианского спутника, испещренная множеством ударных образований, не давала ученым никаких намеков на существование жидкого океана под ледяной корой.
Однако данные миссии "Кассини" показали странные неравномерности в орбите этого маленького спутника. Такие аномалии могли быть вызваны двумя причинами:
Наличием каменного ядра очень необычной формы;
Присутствием жидкого подповерхностного океана.
Компьютерное моделирование, проведенное международной командой исследователей, указывает на второй вариант как наиболее вероятный. Первая гипотеза оказалась ошибочной — чтобы вызывать наблюдаемые орбитальные аномалии, ядро Мимаса должно было бы иметь форму блина, что физически крайне маловероятно.
Самый молодой океан Солнечной системы
"Мимас — небольшая луна, и ее сильно кратерированная поверхность не давала никаких намеков на скрытый океан под ней, — объясняет доктор Ник Купер, соавтор исследования из Лондонского университета королевы Марии. — Наше открытие добавляет Мимас в эксклюзивный клуб спутников с подповерхностными океанами, но с особым отличием: его океан удивительно молод, его возраст не превышает 25 миллионов лет".
В зависимости от используемой модели, возраст подповерхностного океана Мимаса может составлять от 2 до 25 миллионов лет. Для сравнения, подповерхностному океану юпитерианской Европы около 4,5 миллиарда лет — примерно столько же, сколько самой Солнечной системе.
Если модели верны, то океан Мимаса надежно изолирован от агрессивной среды космоса ледяным панцирем толщиной от 20 до 30 километров.
"Существование относительно недавно образовавшегося океана делает Мимас главным кандидатом для изучения учеными, исследующими происхождение жизни", — подчеркивает доктор Купер.
Подповерхностный океан Мимаса может подарить ученым уникальную возможность изучить, как быстро могут формироваться условия, потенциально пригодные для возникновения жизни. Если в таком молодом океане будут обнаружены хотя бы предбиотические соединения, то это может полностью изменить наше понимание скорости эволюционных процессов.
Наследие легендарной миссии "Кассини"
Это открытие стало возможным благодаря данным космического аппарата «Кассини» — результату международного сотрудничества NASA, Европейского и Итальянского космических агентств. Зонд провел в системе Сатурна 13 лет, детально изучая планету, ее кольца и многочисленные спутники. Данные, собранные за это время, продолжают приводить к значимым открытиям.
Миссия «Кассини» завершилась 15 сентября 2017 года, когда аппарат был преднамеренно направлен в атмосферу Сатурна, где сгорел, чтобы избежать возможного химического загрязнения потенциально обитаемых спутников, которое могло бы создать ложные биомаркеры при будущих исследованиях.
"Это была замечательная командная работа: коллеги из пяти разных учреждений и трех разных стран объединились под руководством доктора Валери Лэйни, чтобы раскрыть еще одну интересную и неожиданную особенность системы Сатурна", — резюмировал доктор Купер.
Комментарии