Китайские ученые предложили запустить межпланетную миссию к Нептуну в 2033 году. Это будет первый китайский аппарат, направленный к ледяному гиганту на краю Солнечной системы.
По данным портала Space news, зонд получит радиоизотопный источник энергии, который позволит ему работать на огромном расстоянии от Солнца, где солнечный свет слишком слаб для питания солнечных батарей.
Цель миссии — проведение детального изучения атмосферы, магнитного поля, системы колец и спутников Нептуна, а также крупнейшего спутника планеты — Тритона, который считается захваченным объектом из пояса Койпера и потенциально интересным с точки зрения геологии и возможного подповерхностного океана.
Запуск запланирован на 2033 год. Зонд использует гравитационные маневры у Юпитера и Сатурна для разгона, однако даже в этом случае его прибытие к Нептуну ожидается примерно через 16 лет после старта. Это будет одна из самых продолжительных и технологически сложных миссий в истории китайской космонавтики.
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.
S/2023 U1 на снимках Магеллановых телескопов, 4 ноября 2023 года. Стрелкой отмечен сам спутник. Яркая область левее — край Урана
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.
Перед вами удивительное цветное изображение Нептуна, "сшитое" из двух снимков, полученных космическим аппаратом NASA "Вояджер-2" 24 августа 1989 года.
"Вояджер-2" — единственный рукотворный объект, который когда-либо посещал систему самой дальней от Солнца планеты Солнечной системы.
На снимке видны три захватывающих атмосферных образования (подписаны на снимке ниже):
Большое темное пятно (БТП) — антициклон, напоминающий знаменитое Большое красное пятно Юпитера. Однако в отличие от юпитерианского вихря, существующего столетиями, БТП Нептуна исчезло к 1994 году.
«Скутер» — белое треугольное облако, получившее свое прозвище за невероятную скорость движения. Оно совершает полный оборот вокруг планеты всего за несколько часов!
Малое темное пятно (МТП) — циклон в южном полушарии, исчезнувший одновременно с БТП в 1994 году. Ученые предполагают, что между этими образованиями была какая-то связь, но ее природа остается загадкой.
Все эти атмосферные структуры двигались на восток с разной скоростью и редко оказывались так близко друг к другу. Так что "Вояджеру-2" несказанно повезло запечатлеть их вместе.
Следующее свидание с Нептуном запланировано на 2049 год. Это может произойти в рамках миссии NASA Neptune Odyssey, запуск которой намечен на 2031 год.
Миссия Neptune Odyssey может стать настоящим прорывом в изучении системы Нептуна. Ученые планируют детально исследовать атмосферу планеты, изучить ее магнитное поле и внутреннюю структуру, а также проанализировать состав колец и спутников. Особое внимание хотят уделить Тритону — одному из самых загадочных спутников в Солнечной системе, чью поверхность покрывает азотный лед.
Пока же ученым придется еще четверть века довольствоваться крупицами данных, переданных легендарным "Вояджером-2".
Перекличка и переплетение культур, за этим мне любопытнее всего наблюдать в моей работе.
Нюрнберг и Петергоф находятся сильно не рядом, тем не менее их связывает сквозь время и пространство лучший фонтан верхнего сада.
Петергоф
НЕПТУНБРУННЕН - Фонтан Нептуна
В XVII веке в столицах и крупных городах Европы появилась мода на сооружение помпезных фонтанов на главных площадях. Образцом для подражания служили знаменитые римские фонтаны в стиле барокко. Уже и недалекие Аугсбург и Зальцбург обзавелись главными городскими фонтанами, а Нюрнберг в этом деле отставал. В 1650 году, через 2 года после завершения тяжелой Тридцатилетней войны городские власти решили установить на площади Хауптмаркт (Hauptmarkt) скульптурную композицию в виде фонтана как символ мирной жизни и надежды на благоденствие города. Несмотря на непростое финансовое положение Нюрнберга на эти цели были выделены 22 000 гульденов. Благо с бронзой проблем не было - пушки пойдут в переплавку и символично и экономия. Кроме прочего фонтан должен был выполнять вполне прозаические функции водоснабжения горожан, старый Schöner Brunnen («Красивый» или «Прекрасный» фонтан) с этой задачей уже не справлялся. Фонтан Нептуна был изготовлен между 1650-60 годах скульпторами и золотых дел мастерами Христофором Риттером,Георгом Швейгером и Иеремией Эйслером, отливку и чеканку выполнили литейщик Вольфгант Герольд и медальер Иоган Вольрад. Однако к тому времени, когда все части нюрнбергского фонтана Нептуна были готовы, городская казна совсем оскудела, денег не нашлось ни на установку скульптур, ни на подведение водяных труб. Детали Нептунбруннен хранились на городском строительном дворе — Bauhof. В 1702 году фонтан смонтировали там же без подведения воды.
Нюрнберг
Путешествуя по Европе в 1781-1782 годах, граф и графиня Северные (великий князь Павел с супругой) приобрели «Нептуна со свитой» у обедневшего магистрата Нюрнберга за 60 000 гульденов (30 000 рублей золотом) - встретил, но не проверял цифру, что по нонешним временам это где то 8 млн.евро. Скульптурную группу доставили в Петергоф на 17 подводах и установили в 1799 в Верхнем саду в центральном бассейне вместо обветшавшей свинцовой золоченой композиции «Нептунова телега».
Павел 1
В 1881 году нюрнбергский историк и искусствовед профессор Фридрих Вандерер выступил с идеей создать копию утраченного фонтана Нептуна и уже в 1886 году по поручению обербургомистра Нюрнберга Георга Риттера фон Шух и с разрешения русского царя мастер Людвиг Ляйхманн изготовил гипсовые слепки со скульптур фонтана в Петергофе. Были изготовлены гипсовые же модели фигур и до 1902 года временно установлены в нюрнбергской Katharinenkirche. Предприниматель Людвиг Гернгрос взял на себя все расходы по изготовлению бронзовых отливок и монтажу скульптурной композиции фонтана Нептуна с обязательным условием, что он будет установлен на площади Хауптмаркт, как и задумывалось в далеком уже 1660-м году. За свою благотворительную деятельность Людвиг Гернгрос получил звание почетного гражданина Нюрнберга 30 июля 1901 года. А в следующем году, 22 октября 1902 года Нептунбруннен был наконец-то установлен на южной стороне площади.
Меценат Гернгросс был немцем иудейского вероисповедания и во времена национал-социализма это не могло пройти незамеченным. Сначала в 1933 с фонтана по распоряжению гауляйтера Франконии Штрайхера удалили табличку с именем мецената, а потом разобрали и сам фонтан. Три года спустя фонтан был установлен на площади Мариенплатц за пределами старого города (ныне площадь Вилли Брандта).
Петергоф был занят войсками вермахта в 1941 году, многие произведения искусства его парков и дворцов были вывезены в Германию в качестве трофеев или сырья для промышленности.
Верхний сад в 1944 году - противотанковый фашисткий ров
Нептунбруннен был демонтирован и перевезен в Нюрнберг, по месту рождения. Во время войны нацистам было не до установки его в первозданном виде, а после войны — тем более. В 1947 году по требованию советского правительства скульптура была возвращена в Петродворец, но с многочисленными утратами, включая отсутствующего западного всадника на морском коне. В 1956 году композицию установили на прежнее место, а в последующие годы утраты были восполнены, благодаря сделанной Лейхманом копии.
вот этого дяденьку пришлось восстанавливать по копии
Однако и нюрнбергский Нептун с Мариенплатц переехал. По новому плану застройки Нюрнберга на месте фонтана должен был быть построен автобусный вокзал и фонтан Нептуна был перемещен в Нюрнбергский городской парк (Nürnberger Stadtpark), где с 1962 года радует глаза отдыхающих горожан.
Причем многострадальный фонтан едва не переехал обратно в историческую часть Нюрнберга в 1981 году, но вместо переноса Нептуна построили новый оригинальный фонтан.
Проходит не в декабре, а в январе. В это время улицы больших городов пустеют - это семейный праздник, и люди уезжают к себе в небольшие городки или деревни праздновать с близкими. Можно поймать такие вот кадры. Обычно, людей тут очень много.
Этот снимок был получен в августе 1989 года, когда зонд завершал своё историческое сближение с системой Нептуна. Уходя в глубины межзвёздного пространства, «Вояджер-2» запечатлел этот величественный пейзаж — последний прощальный кадр далёкого гиганта и его спутника.
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.
Соединения одного атома кислорода (O) в sp3-гибридизации с водородом. Кислород легко связывается с двумя атомами водорода (H), образуя с ними ковалентные связи, — получаем нейтральную молекулу воды H2O. При условии достаточной концентрации свободных ионов водорода (H+), то есть протонов, один из них может присоединиться к готовой электронной паре молекулы воды — получится гидроксоний H3O+. Но можно ли повторить этот трюк и получить «дважды протонированный» ион H4O2+?
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.
Тритон — единственный крупный спутник в Солнечной системе с ретроградной орбитой. Почему он движется в противоположном направлении? Возможно, Нептун когда-то украл его из пояса Койпера.
Темно-лазурный полумесяц на фоне космической тьмы — это прощальный кадр Нептуна, сделанный космическим аппаратом NASA "Вояджер-2" 27 августа 1989 года.
Спустя 35 лет эта фотография, полученная с расстояния 4,35 миллиона километров от ледяного гиганта, все еще остается последним снимком самой далекой планеты нашей Солнечной системы.
"Вояджер-2" — единственный зонд, посетивший Нептун. Этот визит стал кульминацией его грандиозного "Большого тура" по внешней Солнечной системе, в ходе которого он также встретился с Юпитером, Сатурном и Ураном. После пролета мимо системы Нептуна аппарат устремился к границам Солнечной системы, чтобы стать одним из первых человеческих первопроходцев в межзвездном пространстве.
Тайны голубого гиганта
Нептун обладает плотной атмосферой, состоящей из водорода (74%), гелия (25%) и метана (1%). Несмотря на незначительное — относительно водорода и гелия — содержание метана, именно этот предельный углеводород определяет цветовую гамму планеты. Это объясняется тем, что молекулы метана эффективно поглощают красный свет солнечного спектра и отражают синий — физический процесс, известный как рэлеевское рассеяние.
Интересный факт: если бы Нептун находился на месте Земли, он казался бы нам бледно-голубым шаром. Однако в реальности ледяной гигант находится в 30 раз дальше от Солнца, чем Земля, и получает в 900 раз меньше света. Эта космическая "сумеречность" превращает голубой Нептун в таинственный темно-лазурный мир, который мы видим на снимке "Вояджера-2".
В верхних слоях атмосферы Нептуна, охлажденных примерно до -220 градусов Цельсия, бушуют самые мощные ветры в нашей планетной системе. Их скорость может достигать невероятных 600 метров в секунду или 2 160 километров в час!
Для сравнения: во время урагана Патрисия, который был самым быстрым за всю историю метеонаблюдений, скорость ветра достигала "всего" 346 километров в час. И это настоящая загадка для ученых, ведь Нептун получает крайне мало солнечной энергии. Природа таких ветров до сих пор остается неизвестной.
Загадочные кольца и луны
"Вояджер-2" также подтвердил существование у Нептуна системы темных колец и собрал данные о некоторых из его спутников. Самый интересный из них — Тритон, покрытый азотным льдом и вращающийся вокруг планеты в обратном направлении. Имеющиеся данные указывают на то, что в далеком прошлом Тритон был карликовой планетой в поясе Койпера.
На Тритоне "Вояджер-2" зафиксировал удивительное явление — криовулканизм. Из недр нептунианского спутника, сквозь разломы на его поверхности, вырывался жидкий азот, создавая гейзеры высотой до восьми километров и питая разреженную атмосферу.
Ожидание нового визита
После пролета "Вояджера-2" человечество не отправляло специальных миссий к Нептуну, поэтому сегодня ученым приходится довольствоваться данными, получаемыми с помощью наземных обсерваторий и космических телескопов. Вкупе с данными, переданными "Воджером-2", эта информация помогает лучше понять эволюционный путь Нептуна и Солнечной системы в целом.
NASA и другие космические агентства обсуждают возможность новой миссии к ледяным гигантам, но даже если она будет одобрена, достичь Нептуна удастся лишь через десятилетия.
Поэтому темно-лазурный полумесяц Нептуна, запечатленный "Вояджером-2", — это не просто историческое достижение. Это символ человеческого стремления к познанию и напоминание о том, что даже самые далекие миры могут стать чуть ближе благодаря науке и технологиям.
Комментарии