Сохраняй посты, комментируй и ставь оценки
Вчера, 21.12. Качество не очень из-за смога и из-за того, что пришлось снимать, практически высунувшись из окна. Но всё равно море удовольствия получила.
Снимала двумя разными объективами.
Открытие трех тел, вращающихся вокруг Урана и Нептуна достаточно необычно. Последний раз новую луну у Урана находили более 20 лет назад.
До февраля этого года у Урана и Нептуна официально было лишь 27 и 14 спутников соответственно. Это намного больше, чем у Земли, Марса или Плутона, но, в то же время, в несколько раз меньше, чем у Юпитера и Сатурна (две эти планеты имеют пару сотен спутников). Одна из причин такого количественного разрыва с другими планетами-гигантами — слабая изученность спутниковых систем Урана и Нептуна. Они лежат в 19 и 30 раз дальше от Солнца, чем Земля, и в несколько раз дальше, чем пятая и шестая планеты. Если на орбитах вокруг Сатурна и Юпитера работали земные космические зонды, то для седьмой и восьмой планеты Солнечной системы такого не было. Быстро пролетающие мимо них космические аппараты не имели возможностей для детального изучения окрестностей этих планет.
Теперь астрономы из Института Карнеги (США) сообщили об обнаружении еще одного спутника Урана, 28-го по счету, и двух новых спутников Нептуна, 15-го и 16-го. Астроном Скотт Шеппард (Scott S. Sheppard) отмечает, что это самые тусклые спутники, когда-либо открытые у этих тел. Их удалось обнаружить только после специальной процедуры компьютерной обработки изображений.
Спутник Урана пока имеет временное имя S/2023 U1. Такое название отражает дату первого снимка, на котором его в конце концов смогли различить (он был сделан в ноябре 2023 года, но на обработку и проверку ушло время). Его диаметр — лишь восемь километров, что делает его, по всей видимости, самой малой из лун этой планеты. Полный оборот вокруг планеты-хозяина это тело делает за 680 земных суток. Постоянное имя нового спутника будет назначено позже. По правилам, действующим для этой планеты, его возьмут из имен персонажей Шекспира.
Две свежеоткрытые луны Нептуна — S/2002 N5 и S/2021. Хотя из названий видно, что самые старые снимки, на которых их нашли, относятся к 2002 и 2021 годам, это совсем не значит, что их открыли в ту пору. Дело в том, что простой фиксации объекта рядом с какой-то планетой недостаточно для понимания того, что это. В основном подобные объекты — тусклые звезды на «заднем фоне» за планетой.
Чтобы подтвердить, что речь именно о спутниках, астрономы сравнили снимки разных лет и исходя из них предсказали места, где можно найти эти же тела в 2022 и 2023 году. После таких наблюдений стало возможно уверенно говорить об их статусе спутников.
S/2002 N5 имеет 23 километра в диаметре и делает один оборот вокруг Нептуна за девять земных лет, то есть речь о спутнике, весьма удаленном от своей планеты. S/2021 N1 меньше, только 14 километров в диаметре, и делает один оборот вокруг Нептуна за 27 лет. Постоянные имена этих спутников, по традиции, будут взяты из греческого пантеона.
Новые открытия, скорее всего, последние для спутников настолько крупных размеров. Почти наверняка Нептун и Уран имеют еще немало подобных тусклых лун на сильно вытянутых и удаленных от них орбитах. Однако размеры еще неоткрытых тел меньше. Судя по опыту Юпитера и Сатурна, находящихся ближе к земным телескопам, там может быть немало тел размерами менее 8-10 километров. Чтобы увидеть их надежно, нужны зонды на орбитах седьмой и восьмой планет — или специальные наблюдения космических телескопов.
Фотография сделана зондом "Кассини" с расстояния около 1.4 миллиарда километров от нас.
Исследователи из Сколтеха и их китайские коллеги определили, что предсказанный ранее экзотический молекулярный ион акводий (aquodiium) должен быть стабилен в условиях недр Урана и Нептуна. Эту необычную частицу можно представить себе как молекулу воды, к которой прицепились два «лишних» протона, что дает ей двойной положительный заряд. Если акводий действительно присутствует внутри ледяных гигантов, то он участвует в формировании их необычных по сравнению с другими планетами магнитных полей.
Исследование опубликовано в журнале Physical Review B. Магнитные поля Урана и Нептуна до сих пор вызывают у ученых куда больше вопросов, чем поля Юпитера, Сатурна и Земли. Источник магнетизма в недрах нашей планеты — циркуляция жидкого электропроводящего железоникелевого сплава. Считается, что подобным образом поля Юпитера и Сатурна порождает циркулирующий на большой глубине водород, который при столь высоких давлениях и температурах переходит в металлическое состояние и тоже обладает электронной проводимостью.
Предполагается, что магнитные поля Урана и Нептуна вызваны циркуляцией вещества, для которого характерна не электронная, а ионная проводимость. Иными словами, не электроны, а электрически заряженные атомы или молекулы — то есть ионы — сами направленно движутся и тем самым переносят электрический заряд. Какие именно ионы и в каком соотношении циркулируют в недрах ледяных гигантов — пока неясно. И здесь может крыться часть разгадки того, почему их магнитные поля так необычны: сильно отклонены от осей вращения этих планет и исходят не из их центров.
Один из авторов посвященного акводию исследования, профессор Сколтеха Артем Оганов, поясняет различие между двумя типами проводимости — и причем тут новый ион: «В условиях, которые существуют в недрах Юпитера, водород становится жидким металлом, его электропроводность обусловлена наличием свободных электронов, которые все атомы водорода сбрасывают „в общий котел“ при столь сильном сжатии. А в Уране, как мы предполагаем, сами ионы водорода, то есть протоны, переносят заряд. При этом совершенно не обязательно в форме свободных ионов H+, а, например, в виде гидроксония H3O+, аммония NH4+ и ряда других ионов. Наше исследование дополняет этот ряд ионом H4O2+, химия которого представляет большой интерес».
Гибридизациями в химии называют стандартные варианты совмещения двух и более электронных орбиталей атома, на основании которых можно получить своего рода шаблоны молекул и молекулярных ионов с участием этого атома. Один из таких шаблонов имеет форму правильного тетраэдра, в центре которого располагается атом с так называемой sp3-гибридизацией — например, углерод, азот или кислород. А в каждой из четырех вершин — либо валентный электрон, либо целая электронная пара, которая самодостаточна и не участвует в формировании нормальных (ковалентных) связей с другими атомами. Простейший пример — атом углерода с четырьмя валентными электронами по вершинам тетраэдра. Если добавить четыре атома водорода, получится молекула метана CH4.
У кислорода на внешней электронной оболочке уже есть две укомплектованные электронные пары в добавок к двум одиночным валентным электронам, поэтому «шаблон» sp3-гибридизации реализуется так: две вершины тетраэдра заняты электронными парами, а в оставшихся двух валентные электроны могут образовать связи с атомами водорода — получится молекула воды H2O. Если к одной из «родных» электронных пар кислорода присоединить протон, то есть лишенный собственного электрона атом водорода, то получится ион гидроксония H3O+ — кстати, именно его концентрацией в действительности определяется водородный показатель (известный как pH) водных растворов, ведь выделяемые кислотами в раствор протоны тут же присоединяются к молекулам воды.
«Вопрос был в том, можно ли к гидроксонию присоединить еще один протон и получить недостающее звено в этой цепи? В нормальных условиях такая конфигурация чрезвычайно невыгодна с энергетической точки зрения, но наши расчеты говорят, что она реализуется при выполнении двух условий, — рассказывает профессор Сяо Дун из Нанькайского университета (Китай), идея которого легла в основу работы. — Во-первых, нужно высокое давление, которое вынуждает вещество уменьшить свой объем, и тут разделить неиспользованную электронную пару кислорода с еще одним ионом водорода — хороший выход. Получается как бы третья ковалентная связь с водородом, только оба электрона в ней — от кислорода. И второе условие: нужно много свободных протонов, то есть сильнокислая среда».
Авторы опубликованного в Physical Review B исследования использовали самые современные методы моделирования, чтобы понять, как вода и плавиковая кислота поведут себя в экстремальных условиях. При давлении порядка 1,5 млн атмосфер и температуре 3 тыс. градусов Цельсия в симуляции стали четко различимы ионы акводия H4O2+.
Ученые считают, что открытый таким образом новый ион может влиять на поведение и свойства водных сред, в частности кислых сред под большим давлением. Условия, о которых идет речь, примерно соответствуют тому, чего можно было бы ожидать от Урана и Нептуна, где немыслимая толща водного океана оказывает колоссальное давление на глубинные слои вещества и присутствие кислот тоже возможно. А значит, должен образовываться акводий, который будет циркулировать вместе с другими ионами и делать свой вклад в магнитные поля этих планет. Быть может, он даже участвует в формировании неизвестных нам земных минералов, устойчивых в экстремальных условиях. Освещенное в пресс-релизе исследование поддержано грантом Российского научного фонда.
На снимке, сделанном зондом "Кассини" 20 марта 2009 года - игра света и теней в кольцах газового гиганта. В верхней части кадра видно южное полушарие Сатурна, освещенное рассеянным светом от колец, а в нижней - сами кольца, на которые падает тень от газового гиганта, делая их едва видимыми. Снимок сделан в естественных цветах при помощи широкоугольной камеры космического аппарата с расстояния примерно 892 тыс. км. от Сатурна. Масштаб изображения - 50 километров на пиксель.
Кольца Сатурна могут быть такими же старыми, как и сама планета, несмотря на то, что выглядят значительно моложе и чище, чем этого можно было бы ожидать. Причиной этому является их устойчивость к загрязнению, заявили ученые в исследовании, представленном в журнале Nature Geoscience.
«Изначально считалось, что кольцам примерно 4,5 миллиарда лет, однако интерпретация наблюдений космического аппарата «Cassini» значительно снизила их возраст», – рассказывают авторы исследования.
Когда «Cassini» достиг системы Сатурна в 2004 году, он увидел, что кольца гиганта выглядят относительно яркими и чистыми. Это неожиданно, так как если бы они сформировались миллиарды лет назад, то за прошедшее время должны были загрязниться блуждающей по космосу пылью. Опираясь на наблюдения, ученые понизили возраст колец примерно до 400 миллионов лет.
«Мы проверили, так ли это, смоделировав столкновения каменистых тел с частицами ледяных колец. Оказалось, что зачастую удары приводят к полному испарению микрометеороидов, после чего пар расширяется, охлаждается и конденсируется в магнитном поле Сатурна, образуя заряженные наночастицы и ионы. Затем заряженные частицы либо сталкиваются с планетой, либо подвергаются электромагнитному втягиваются в атмосферу, либо полностью избегают гравитационного притяжения», – пояснили авторы исследования.
Моделирование показало, что на кольцах оседает очень мало материала, и это позволяет им оставаться относительно чистыми, поэтому низкий уровень загрязнения никак не свидетельствует о молодости.
«Мы предполагаем, что этот процесс потенциально может происходить и в кольцах Урана и Нептуна, а также на ледяных лунах вокруг планет-гигантов», – заключили авторы исследования.
Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун
Небольшой тест на внимательность. Прежде, чем читать следующий абзац, попробуйте определить, чем последнее фото Сатурна в подборке отличается от остальных?
На первых трех снимках хорошо видны тени от колец планеты, но на последнем снимке не сразу ясно, что тонкая тёмная полоска, идущая по экватору планеты, и есть искомая тень. Снимок (а точнее, это мозаика из нескольких фото) сделан зондом «Кассини» в августе 2009 года в момент равноденствия на Сатурне. В этот момент Солнце проходит небесный экватор Сатурна и кольца расположены ребром к светилу. По сравнению с шириной, толщина колец незначительна: от десятков метров до 1 км. Поэтому тень и представляет собой узкую полоску. Равноденствие наступает на Сатурне примерно каждые 15 лет. В этот момент не только тени колец исчезают, но и сами кольца для земных наблюдателей, так как мы их в этот момент видим с ребра. А разглядеть километровый объект с расстояния в 1,4 млрд км является непростой задачей.
На снимке видны волны гравитационного возмущения, размер спутника всего 8 километров
Съемка с захватом инфракрасного света позволяет увидеть больше деталей в атмосфере планеты.
Комментарии