Самые интересные космические открытия в 2020 году
В прошедшем году ученые не только делали новые открытия — в списке космических загадок тоже случилось пополнение: это странные радиокруги, исчезающие планеты, следы самого мощного межгалактического взрыва и даже непонятно как выжившая сверхновая.
Самая «экстремальная» экзопланета
В рядах экзопланет появилась новая — K2-141b. Это каменистая и раскаленная экзопланета. Да, как и на Земле, на ней есть океаны, которые испаряются, превращаясь в облака, а затем конденсируются и выпадают обратно на поверхность в виде дождя. Только в случае с K2-141b речь идет не о воде, а о камнях.
В 2020 году астрономы смоделировали атмосферу и погоду K2-141b и получили весьма впечатляющую картину. Дневная сторона планеты нагревается до 3000 °C, превращая поверхность в огромный океан лавы глубиной 100 км. Камень фактически испаряется при такой температуре, создавая атмосферу, в основном состоящую из диоксида кремния. Сверхзвуковой ветер переносит двуокись кремния на ночную сторону планеты, где она охлаждается при температуре ниже –200 °C и выпадает в виде каменного дождя.
Планета, которой никогда не существовало?
Экзопланета Дагон (ранее Фомальгаут b) была обнаружена возле звезды Фомальгаут — одной из самых ярких звезд на ночном небе, расположенной всего в 25 световых годах от Земли. Экзопланету ученые обнаружили в 2008 году, и она была первой экзопланетой, обнаруженной напрямую, а не косвенными методами наподобие наблюдения за эффектами, которые проявляются у родительской звезды.
Но в 2020 году астрономы попросту не нашли Фомальгаут b на небе. После анализа десятилетних наблюдений Хаббла оказалось — то, что было ярким пятном света в 2004 году, полностью исчезло уже к 2014 году. И обычно экзопланеты так себя не ведут.
Поэтому новое исследование предложило логичное объяснение – Фомальгаут b никогда не существовала, во всяком случае, в виде планеты. Компьютерное моделирование показало, что это, скорее всего, было плотное пылевое облако, созданное в результате столкновения двух астероидов или комет, которые затем дрейфовали рядом друг с другом почти 10 лет.
Бетельгейзе не планирует взрываться
Еще в 2019 году Бетельгейзе начала тускнеть, чем озадачила астрономов. Второй эпизод потемнения звезды опять заставил ученых думать о взрыве, но все оказалось гораздо прозаичнее.
Новое исследование выяснило, что такие эпизоды вызывают пульсации, а вовсе не готовность красного сверхгиганта к взрыву. Более того, оказалось, взрыва можно ждать еще примерно 100 тысяч лет, а сама звезда по размерам меньше, чем предполагалось, и находится ближе к Земле — на расстоянии в 530 световых лет. Правда, опасаться все равно не стоит — взрыв никак не отразится на нашей планете.
Еще одна звезда со странной судьбой: в начале 2020 года астрономы обнаружили, что белый карлик под названием SDSS J1240 + 6710 стал сверхновой – и пережил взрыв, не разлетевшись по галактике. Хотя сверхновая обычно — финальный этап жизни звезд.
Вероятно, дело в необычном составе звезды — в нем не было водорода или гелия, но зато присутствовали углерод, натрий и алюминий, которых обычно нет в белых карликах. Размер небесного тела — всего около 40% от массы Солнца. И сейчас оно проносится через галактику со скоростью 900 000 км/ч.
Единственное объяснение, которое придумали ученые: звезда каким-то образом пережила частичную сверхновую, о чем говорит ее состав. Но пока окончательного вердикта астрономы так и не вынесли.
Звезда превращается в планету из-за черной дыры
Но, пожалуй, самая необычная судьба ждет звезду в галактике GSN 069. Примерно через триллион лет она может превратиться в планету, похожую на Юпитер, благодаря бесконечному сближению с черной дырой.
Это выяснилось, когда астрономы заметили яркие рентгеновские всплески через каждые 9 часов — оказалось, что это звезда, вращающаяся по уникальной спирографической орбите вокруг черной дыры. Вспышки были вызваны веществом, которое выплескивалось с поверхности звезды каждый раз, когда она проносилась мимо черной дыры.
За несколько миллионов лет звезда превратилась из красного гиганта в белого карлика. Если дать ей еще триллион лет, она остынет настолько, что превратится в планету.
Следы самого мощного взрыва во Вселенной
Как и галактические вулканы, черные дыры иногда вспыхивают и испускают мощные вспышки энергии, пробивая дыры в окружающем их газе. А в прошедшем году телескопы обнаружили один из самых больших «кратеров», когда-либо существовавших во Вселенной.
Похоже, что сверхмассивная черная дыра в центре скопления галактик Змееносца в какой-то момент в далеком прошлом очень мощно «выстрелила» извержением — в обнаруженный кратер можно подряд поместить пятнадцать галактик Млечного Пути. Количество энергии, которое потребовалось, чтобы оставить такой межгалактический след, сложно даже представить — это было самое мощное извержение черной дыры во Вселенной.
Пульсар с самым сильным магнитным полем
В этом году внимание астрономов привлек еще один тип нейтронной звезды — она обладает самым сильным магнитным полем, которое когда-либо наблюдали во Вселенной.
Ученые подсчитали, что магнитное поле этого пульсара достигает 1 млрд Тесла (Тл). Например, магнитное поле Солнца составляет около 0,4 Тл, среднего белого карлика — 100 Тл, а у Земли — и вовсе 30 мкТл.
Новая космическая загадка — странные радиокруги
Ученые не стали изобретать сложных названий для новой космической загадки — это странные радиокруги (odd radio circles, или ORC). Они представляют собой необъяснимые сгустки радиоизлучения, которые не соответствуют ни одному известному науке объекту или явлению.
Несколько ORC были обнаружены на радиоизображениях в виде четких кругов, и они не испускают никаких оптических, инфракрасных или рентгеновских сигналов. Астрономы еще не могут сказать, насколько они далеко находятся от Земли и каковы их реальные размеры.
Астрономы уже исключили вероятность, что это артефакты, остатки сверхновой и пылевые облака. Сейчас ORC кажутся новым астрономическим объектом, и теперь астрономы разгадывают эту загадку.
Скоростные магистрали в Солнечной системе
Ученые выяснили, что в Солнечной системе проходит самая настоящая скоростная «автострада» — извилистые туннели и каналы вокруг планет. По ним небесные тела наподобие комет и астероидов могут перемещаться по галактике гораздо быстрее обычного.
Например, от Юпитера до Нептуна небесное тело может долететь меньше, чем за 10 лет, хотя без магистрали это занимает больше 100 тысяч лет. На практике это открытие означает, что, спроектировав космические корабли с учетом скоростных каналов, можно сэкономить на ракетном топливе и путешествовать не только на ближайшие к Земле планеты, но и в отдаленные уголки Солнечной системы.
Источник
Ядерный «Нуклон» для космического «Зевса» проходит испытания
Касаясь этого перспективного проекта, глава «Роскосмоса» заявил, что разрабатываемый в России ядерный буксир «Зевс» займется поиском жизни во Вселенной. На первом этапе планируются миссии на Марс и Венеру. «А в будущем, после создания термоядерных возможностей, при движении за пределы Солнечной системы станет важнейшей задачей обнаружить и понять: одни ли мы в космосе, или есть иная жизнь», — цитирует РИА Новости сказанное Дмитрием Рогозиным.
Тема ядерной энергетики для освоения космического пространства была обсуждаемой и на совещании с участием президента России, которое прошло в Самаре 12 апреля 2021 года — в знаковый день 60-летия первого полета в космос. Тогда главе государства доложили, что некоторые элементы ядерного буксира уже существуют «в железе».
Напомним: в 2010 году правительство России выделило первые 500 миллионов рублей на создание «космического корабля с атомным реактором». А точнее — с ядерной энерго-двигательной установкой мегаваттной мощности. Такой, чтобы могла служить тяговым (или разгонным) двигателем в полете и быть при необходимости источником энергии для орбитальной станции или посадочного модуля.
К решению этой задачи официально подключились государственная корпорация «Росатом» и Федеральное космическое агентство (ныне — ГК «Роскосмос»). Как считали тогда и считают сегодня, такие двигатели, особым образом сконструированные для работы в условиях невесомости, неизбежно потребуются для длительных космических миссий — межпланетных полетов, долговременных станций на земной и лунной орбитах, а в перспективе — для стационарных баз на Луне и других объектах Солнечной системы…
Сама по себе идея использовать ядерные двигатели на космических аппаратах родилась не на пустом месте и уходит корнями в начало 60-х. Уже тогда академики Мстислав Келдыш, Сергей Королев и Игорь Курчатов — первые лица советской космической программы и советского Атомного проекта — выдвигали подобные задачи. Аналогичные разработки с прицелом на создание новых вооружений велись и в США.
Советский Союз вывел с 1970 по 1988 годы на различные орбиты 32 космических аппарата с термоэлектрической ядерной энергоустановкой (принцип ее работы основан на превращении энергии распада атома в электрическую энергию). Те установки имели сравнительно небольшую мощность и ограниченный во времени срок службы, после чего сходили с орбиты, создавая головную боль — куда упадут радиоактивные обломки? — для наземных служб слежения.
В конце 80-х была заключена договоренность не запускать больше спутники с такими энергоустановками. Но сейчас, в связи с активной подготовкой международных экспедиций к Луне и Марсу, прежние запреты могут быть пересмотрены.
Именно с таким расчетом за создание общей концепции ТЭМ взялись специалисты Центра имени Келдыша («Роскосмос»), а ядерную установку для него стали проектировать в московском НИКИЭТ («Росатом») с участием подмосковного НПО «Луч», где занялись разработкой особых видов ядерного топлива. Весь проект, рассчитанный на 9 лет, предусматривал финансирование в объеме 17 миллиардов рублей. К 2012 году обещали эскизный проект, а дальше — техническое проектирование и моделирование всей системы на суперкомпьютерах. Отработка ядерного реактора как двигательной установки для ТЭМ — 2015 год.
Время от времени в печати проскальзывали отрывочные сведения о состоянии работ, а потом под предлогом режима секретности и они перестали появляться. Вновь об этой теме заговорили на уровне первых лиц «Роскосмоса» и «Росатома» летом-осенью 2020 года. И тогда же стало известно, что к проекту активным образом подключилось конструкторское бюро «Арсенал», расположенное в Петербурге и располагающее своей производственной базой.
В декабре 2020 года с «Арсеналом» заключён контракт на участие в проекте «Зевс-Нуклон». По сведениям из открытых источников, контракт оценен в 4, 2 миллиарда рублей и предусматривает создание аванпроекта, в котором должны быть учтены-интегрированы все наиболее значимые наработки, полученные в организациях «Росатома» и «Роскосмосе» в рамках общего проекта. Оговорено, что указанные в контракте работы предстоит завершить к июлю 2024 года.
Досье «РГ»
Конструкторского бюро «Арсенал» известно пилотными разработками в области космической техники с конца 60-х годов прошлого века. Именно здесь созданы космические аппараты радиолокационной разведки «УС-А» с ядерной энергоустановкой. Их летно-конструкторские испытания начались в 1973 году, а в 1975-м они приняты в эксплуатацию. Эта и другие успешно выполненные работы дали основание закрепить за КБ «Арсенал» статус головного предприятия по созданию космических комплексов наблюдения.
Источник
Отображение квантовых границ: новые эксперименты, предназначенные для тестирования таинственного квантового мира
Исследователи разрабатывают новые эксперименты, чтобы протестировать и составить карту таинственного квантового царства.
Кардиологу не нужно разбираться в квантовой механике, чтобы проводить успешные операции. Даже химикам не всегда нужно знать эти фундаментальные принципы для изучения химических реакций. Но для Канг-Куен Ни , доцента химии, химической биологии и физики Морриса Кана , квантовая спелеология — это, как и исследование космоса, поиски открытия огромного и загадочного нового царства.
Сегодня большая часть квантовой механики объясняется уравнением Шредингера , своего рода основной теорией, которая определяет свойства всего на Земле. «Несмотря на то, что мы знаем все, что в принципе управляет квантовой механикой, — говорит Ни, — на самом деле это трудно наблюдать, а вычислить практически невозможно».
С помощью нескольких хорошо аргументированных предположений и ряда новаторских методов Ни и ее команда могут достичь почти невозможного. В своей лаборатории они проверяют текущие квантовые теории химических реакций на реальных экспериментальных данных, чтобы приблизиться к проверяемой карте законов, управляющих таинственным квантовым миром. А теперь, благодаря ультрахолодной химии, в которой атомы и молекулы охлаждаются до температур немногим чуть выше абсолютного нуля, когда они становятся хорошо управляемыми, Ни и сотрудники из ее лаборатории собрали реальные экспериментальные данные о ранее неизведанных квантовых границах.
«Мы знаем основные законы, которые управляют всем», — рассказывает Ни. «Но поскольку почти все на Земле состоит как минимум из трех или более атомов, эти законы быстро становятся слишком сложными для решения».
В своем исследовании , опубликованном в Nature , Ни и ее команда намеревались идентифицировать все возможные результаты энергетического состояния, от начала до конца, реакции между двумя молекулами калия и рубидия — более сложной реакции, чем те, что ранее изучались в квантовой сфере. Это сложный прорыв: на самом фундаментальном уровне реакция между четырьмя молекулами имеет огромное количество измерений ( например, электроны, вращающиеся вокруг каждого атома, могут одновременно находиться в почти бесконечном количестве мест ). Эта очень высокая размерность делает невозможным вычисление всех возможных траекторий реакции с помощью современных технологий.
«Точно рассчитать, как перераспределяется энергия во время реакции между четырьмя атомами, не под силу лучшим на сегодняшний день компьютерам», — говорит Ни. Квантовый компьютер может быть единственным инструментом, который однажды сможет выполнить такие сложные вычисления.
Между тем, расчет невозможного требует нескольких хорошо аргументированных предположений и приближений ( например, выбор одного местоположения для одного из этих электронов ) и специальных методов, которые предоставляют Ни и ее команде полный контроль над своей реакцией.
Одним из таких методов стало еще одно недавнее открытие лаборатории Ни: в исследовании , опубликованном в журнале Nature Chemistry , она с коллегами использовала надежную особенность молекул — их высокостабильный ядерный спин — для управления квантовым состоянием реагирующих молекул на всем протяжении вплоть до конечного результата. Они также открыли способ обнаружения продуктов от единственного события реакции столкновения, когда 10 000 молекул могут реагировать одновременно. С помощью этих двух новых методов команда смогла определить уникальный спектр и квантовое состояние каждой молекулы отдельного продукта реакции, что подразумевает сверхточный контроль, который необходим для измерения всех 57 путей , по которым может происходить их калиево-рубидиевая реакция.
В течение нескольких месяцев команда проводила эксперименты для сбора данных по каждому из этих 57 возможных каналов реакции, воспроизводя каждый канал каждую минуту в течение нескольких дней, прежде чем перейти к следующему.
«Тест», — говорит Мэтью Николс, научный сотрудник лаборатории Ни и соавтор обоих исследований, «указывает на хорошее соответствие между измерением и моделью для подмножества, содержащего 50 пар состояний, но выявляет значительные отклонения в нескольких парах состояний».
Другими словами, их экспериментальные данные подтвердили, что предыдущие прогнозы, основанные на статистической теории ( которая намного менее сложна, чем уравнение Шредингера ), в основном точны. Используя свои данные, команда смогла измерить вероятность того, что их химическая реакция затронет каждый из 57 каналов реакции. Затем они сравнили свои проценты со статистической моделью. Только семь из 57 показали достаточно значительное расхождение, чтобы бросить вызов теории.
«У нас есть данные, которые расширяют эту границу», — считает Ни. «Чтобы объяснить семь отклоняющихся каналов, нам нужно вычислить уравнение Шредингера, что по-прежнему невозможно. Итак, теперь теория должна наверстать упущенное и предложить новые способы эффективного выполнения таких точных квантовых вычислений».
Затем Ни с командой планируют урезать свой эксперимент и проанализировать реакцию только между тремя атомами ( одной молекулой и атомом ). Теоретически эту реакцию, которая имеет гораздо меньшие размеры, чем реакция с четырьмя атомами, должно быть легче вычислить и изучить в квантовой сфере. И все же команда уже обнаружила кое-что странное: промежуточная фаза реакции длится на много порядков дольше, чем предсказывает теория.
«Это уже загадка, — размышляет Ни. «Теперь дело за теоретиками».
Источник