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
Мы не можем жить без космоса: 8 главных космических прорывов за 10 лет
1. Десятилетие экзопланет
Экзопланеты — это планеты, обнаруженные за пределами Солнечной системы, то есть они вращаются не вокруг Солнца, а вокруг других звезд. И 2010-е годы аналитическое издание о технологиях Arstechnica назвало «экзопланетным десятилетием».
Формально к 2010 году человечеству было известно 430 подтвержденных экзопланет. Но уровень наблюдательной техники тогда был не слишком высоким, поэтому ученые знали не о самых интересных планетах (относительно небольших, похожих на Землю), а о самых заметных и больших. К 2010 году самой маломассивной из известных экзопланет была CoRoT-7b — впятеро массивнее Земли и слишком близкая к своей звезде, чтобы можно было говорить о возможности существования там жизни (температура на поверхности — больше тысячи градусов Цельсия).
Запущенный в 2009 году космический телескоп «Кеплер» произвел революцию в нашем понимании других планетных систем. На сегодня подтвержденных экзопланет — 4104, и подавляющее их большинство открыто именно «Кеплером». Из этих тысяч десятки находятся в зоне потенциальной обитаемости, то есть там, где температура позволяет существование на их поверхности жидкой воды. Причем значительная часть таких планет находится сравнительно недалеко от нашей системы — в нескольких десятках световых лет.
Открытия «Кеплера» произвели в научном мире что-то вроде «спутникового шока» 1957 года, когда полет первого спутника заставил США предпринять целый ряд мер для сокращения отставания от СССР в космосе — вплоть до пересмотра американской образовательной системы. Из-за «Кеплера» самые разные страны стали вкладывать куда больше в телескопы и спектрографы (приборы для поиска экзопланет), что привело к огромному количеству дополнительных открытий. Дело дошло до того, что даже у ближайшей к Земле звезды была найдена планета в зоне обитаемости (Проксима Центавра b).
Стало ясно, что мнение астрономов прошлого об «уникальной Земле», якобы не имеющей аналогов в других планетных системах, не подтверждается — условия для возникновения жизни во Вселенной существуют в большом количестве мест. Это означает, что она куда населеннее, чем казалось до 2010-х годов.
2. Конец эпохи шаттлов
Дорога в будущее состоит не из одних только успехов. В 2011 году после многолетних мучений и аварий NASA окончательно прекратило полеты шаттлов (многоразовые космические корабли, используемые США). Всего за 1981−2011 годы пять шаттлов совершили 135 полетов, и два из них были потеряны в катастрофах, унесших жизнь 14 астронавтов. На один их запуск тратили примерно по $0,5 миллиарда, а с учетом затрат на научно-исследовательские и конструкторские работы получалось и вовсе по $1,5 миллиарда.
Для сравнения: две советские космические катастрофы в 1967 и 1971 годах унесли жизни четырех космонавтов, но они случились в первую дюжину лет пилотируемых космических полетов и объяснялись большой технической новизной этой отрасли в то время. Штаты же провели первые 20 лет своих полетов без единой жертвы, пока не сменили корабли «Сатурн» на многоразовые шаттлы. Это стало главной причиной сворачивания полетов космических «челноков» — крупнейшей неудачи космической программы в истории.
3. Начало эпохи полетов частных компаний в космос
Однако на смену старому приходит новое. Отказ от неудачных шаттлов заставил NASA обратиться к частным космическими решениям — разработку космического грузового корабля для доставки грузов на МКС поручили двум частным компаниям. SpaceX смогла решить эту задачу первой, начав снабжение станции 25 мая 2012 года с помощью своих многоразовых кораблей Dragon (выводимых в космос тогда еще одноразовыми ракетами Falcon 9). С 2014 года за ней последовала и компания Orbital ATK с кораблем Cygnys.
Далеко не всё в частной космонавтике пока протекает гладко: пилотируемые корабли Dragon смогут начать полеты к МКС — и заменить шаттлы в этом смысле — только в 2020 году. Причины, впрочем, не всегда в самих частниках. NASA требует от своих частных исполнителей прохождения массы процедур бюрократического характера, сильно замедляющих полеты новой техники.
4. Российский космический телескоп и сверхмассивные черные дыры
В 2011 году был запущен парящий в космосе «Радиоастрон» — российский суперрадиотелескоп, прояснивший физику в окрестностях черных дыр (и многое другое). Идея этого необычайного аппарата, который стоит сравнить с «Кеплером» в радиодиапазоне, — в его использовании совместно с земными радиотелескопами. «Радиоастрон» вошел в состав системы, сопоставляющей его данные и данные от множества наземных телескопов. Расстояние между ним и его земными компаньонами составляло до 340 тысяч километров — именно настолько «Радиоастрон» мог удаляться от Земли, идя по своей орбите. За счет этого удалось получить рекордное в истории астрономии разрешение, рассмотрев очень удаленные объекты с высокой точностью.
Результаты этих наблюдений произвели сильное воздействие на внегалактическую астрономию. «Радиоастрон» впервые помог в деталях рассмотреть события в окрестностях далеких сверхмассивных черных дыр (СМЧД). Такие дыры часто становятся центрами других галактик — например, СМЧД Стрелец А* лежит в центре нашей Галактики, и именно эта и ей подобные черные дыры стали тем зерном, вокруг которого сформировалась галактика в целом. Однако самых активно пожирающих материю черных дыр в нашей Галактике нет, и чтобы изучать их влияние на окружающий мир, нужно «рассматривать» объекты в десятках и сотнях миллионов световых лет. Сделать это в деталях помог именно «Радиоастрон».
Среди достижений телескопа — первое измерение толщины «релятивистской струи». Так называют струю плазмы, заряженных и разогнанных до околосветовых скоростей частиц, выбрасываемых из окрестностей сверхмассивных черных дыр. У основания толщина струи оказалась равна световому году — благодаря этому открытию теперь можно намного детальнее понять, что конкретно происходит со сверхмассивными черными дырами.
Это не просто абстрактная научная задача: Стрелец А* в нашей Галактике пару миллионов лет назад тоже был активной черной дырой. Он выбрасывал мощные «релятивистские струи» и небезопасное излучение, да так, что был видим на земном небе наравне с нынешней полной Луной. Если мы узнаем мощность таких вспышек активности в деталях, то лучше поймем, могут ли они угрожать земной жизни.
5. Открытие воды на Луне
Еще одно не просто теоретическое достижение космонавтики — обнаружение воды в приполярных кратерах на Луне. Впервые это было сделано в кратере Шеклтон, 22% поверхности которого оказалось занято именно льдом, скрытым под тонким слоем лунного реголита (а местами — и обнаженного). Жидкая вода на поверхности Луны существовать не может, лед также быстро исчез бы под лучами Солнца, но в полярные кратеры солнечный свет никогда не заглядывает, поэтому огромные запасы льда и сохранились там относительно целыми.
Находка создает довольно большую проблему для теоретической планетологии. Самая популярная теория возникновения Луны — в результате столкновения Земли и древней планеты Тейя — делает существование лунной воды невозможным: столкновение двух планет должно было нагреть выброшенные на орбиту Земли обломки до тысяч градусов, и любая вода бы оттуда быстро «вылетела». Однако факты упрямы: воды на земном спутнике немало — порядка 100 миллиардов тонн.
Попытка объяснить ее заносом с кометами не выдержала критики: российские астрономы в 2016 году показали, что скорость столкновения комет с объектами в окрестностях Земли такова, что практически вся кометная вода после удара улетает обратно в космос. Но с практической точки зрения важно другое: сто миллиардов тонн воды на Луне — немалое подспорье в создании лунной базы. Из воды легко получить кислород и водород. Первый нужен для дыхания, а второй — отличное ракетное горючее.
6. Первые посадки космической ракеты на хвост в земных условиях — начало эры многоразовых ракет
Как известно, SpaceX сперва разработала свою двухступенчатую ракету Falcon 9 для доставки грузовых кораблей Dragon к МКС, однако компания Илона Маска с самого начала планировала сделать ракету многоразовой. Разработчики собирались использовать парашюты, но быстро выяснилось, что скорость удара о воду или землю все равно будет слишком велика. Тогда SpaceX начали создавать первую ступень, садящуюся на хвост, — по типу посадочных модулей для советских лунных автоматов или посадочных модулей для высадки астронавтов на Луне. Задача в земных условиях оказалось очень сложной: боковой ветер сносит первую ступень, пытающуюся сесть на хвост, а посадка на морскую платформу добавляет в уравнение качку. Только 21 декабря 2015 года компании удалось впервые в земной истории посадить первую ступень ракеты на хвост.
Масса и стоимость этой части ракеты равна двум третям от общей. За счет многоразовой первой ступени, которую SpaceX уже использует до трех раз подряд, цена одного запуска такой ракеты упала до $50 миллионов. На сегодня на рынке нет более экономичных предложений для ракеты с такой же большой полезной нагрузкой, как у Falcon 9: российские «Протоны» запускались дороже $60 миллионов, и на сегодня SpaceX уже практически вытеснила их с рынка.
Удешевление космических полетов стало вполне реальным и осязаемым фактом.
7. Первый полет на метановом ракетном двигателе
Метановые ракетные двигатели испытывали еще в СССР. Причины любви к ним просты: во‑первых, метан — эффективное и недорогое топливо, горящее практически без сажи. Кислород-керосиновые ракеты оставляют много сажи, и поэтому многоразовое использование тех же первых ступеней Falcon 9 (на керосине) ограничено несколькими разами. Метановые двигатели без переборки можно будет использовать до сотни раз.
Второе крупное преимущество: керосин-кислородный и водород-кислородные двигатели реально заправлять только на Земле. Метан — другое дело, потому что его можно сравнительно легко получить из марсианского грунта. Кроме того, метан значительно проще удерживать в баке, чем водород. Его можно накапливать прямо в ракетных баках на той ракете, что доставит людей на Марс.
Метановый двигатель Rapror, разработанный SpaceX, имеет еще одно преимущество: это первый ракетный двигатель с полной газификацией топлива перед сгоранием, что позволяет ему извлекать максимум тяги из того же объема горючего и окислителя.
8. Открытие водных потоков на Марсе
В отличие от Луны, наличие воды на Марсе никогда особо никем и не отрицалось. Его полярные шапки состоят не только из сухого льда (СО2), но и из водяного льда, что давно известно астрономам. Однако считалось, что вода эта на поверхности Красной планеты существует только в твердом виде.
Однако в 2011 году непальский студент Лухендро Ойджа нашел на склоне одного из кратеров в южном полушарии Марса сильные сезонные изменения. На фото, относящихся к местному лету, на склоне кратера были явно видны темные подтеки, а местной зимой они исчезали.
Хотя иметь жидкую воду близко к поверхности и полезно, но там она, скорее всего, насыщена солями. Однако подтеки должны откуда-то браться, и, по современным представлениям, поверхностный слой грунта на Марсе часто может быть богат льдом.
Открытие имеет очень большое значение не только в плане освоения Красной планеты. Не менее важно другое: близкая к поверхности жидкая вода обычно встречается там же, где и жизнь. Поскольку на Марсе летом появляются не только водные потоки, но и загадочный рост концентрации метана и кислорода, нельзя исключать, что все это звенья одной цепи. В таком сценарии жидкая вода, открытая студентом-непальцем, может быть тем фактором, что позволяет местной простейшей жизни вырабатывать и метан, и кислород.
Источник