Rambler's Top100Astronet    
  по текстам   по ключевым словам   в глоссарии   по сайтам   перевод   по каталогу
 

Как расширялась Вселенная в 2009 году Как расширялась Вселенная в 2009 году
31.01.2010 11:07 | С. Б. Попов, Максим Борисов

2009 год был объявлен ЮНЕСКО Международным годом астрономии. Поводом послужило то, что 400 лет назад Галилео Галилей сделал первые астрономические открытия с помощью телескопа. Прошедший год ожидания вполне оправдал – было получено немало интересных результатов. Это случилось во многом благодаря работе новых наблюдательных инструментов и спутников.

Миссия   
LCROSS, разгонный блок Centaur. Изображение NASA
Миссия LCROSS, разгонный блок Centaur. Изображение NASA

Самым громким событием уходящего года астрономии стало, пожалуй, открытие запасов воды на Луне. Исследованиями нашего спутника занимались сразу несколько автоматических станций, запущенных специалистами США, Японии, Китая и Индии. Четыре аппарата в 2009 г. планово разбились о лунную поверхность, завершая при этом свою научную миссию. Речь идет о запущенных в 2007 г. китайской «Чанъэ-1» (Chang'e-1) и японской «Кагуе» (Kaguya/Selene), американском LCROSS, начавшим свое путешествие к Луне в 2009 г., и Moon Impact Probe (MIP), выпущенном из стартовавшего с Земли в 2008 г. индийского «Чандраяна-1» (Chandrayaan 1).

Места   
падения составных частей миссии LCROSS в районе кратера Кабеус.   
Изображение NASA/GSFC/UCLA
Места падения составных частей миссии LCROSS в районе кратера Кабеус. Изображение NASA/GSFC/UCLA

Подробнее стоит рассказать об LCROSS (Lunar Crater Observation and Sensing Satellite). Вместе с LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter) он составил первую за 10 лет американскую экспедицию к Луне, которая стартовала 19 июня 2009 г. Разгонный блок «Центавр» (Centaur), сброшенный 9 октября в районе кратера Кабеус (Cabeus), поднял облако пыли, сквозь которое пролетел LCROSS, проанализировавший состав этого вещества. Чуть позже LCROSS упал в тот же кратер, успев перед этим передать данные на Землю. Высота облака оказалась существенно ниже рассчитанной, что не позволило полюбоваться зрелищем с Земли. Однако выброшенного вещества вполне хватило для анализа, и 14 ноября 2009 г. NASA уже опубликовало предварительные результаты, согласно которым облако выброшенных частиц содержало до сотни литров воды.

В затененных лунных кратерах могут укрываться значительные запасы водного льда, занесенного туда кометами миллиарды лет назад. Их обнаружение принципиально важно для строительства будущих лунных баз. Ведь воду можно использовать не только для питья и бытовых нужд. Разложив ее на составляющие – водород и кислород, – мы получим пригодную для дыхания атмосферу и ракетное топливо. Помимо успеха, сопутствовавшего миссии LCROSS, в сентябре были также обнародованы данные (в частности, от индийского зонда «Чандраян-1»), которые показали, что молекулы воды в небольшом количестве присутствуют в лунном грунте повсеместно.

Перечисляя важнейшие исследования, связанные с Солнечной системой, необходимо упомянуть также и об изучении метана на Марсе и водяного льда в его приполярных районах, а также о новых открытиях марсоходов-геологов «Спирит» (Spirit) и «Оппортьюнити» (Opportunity). Впервые следы метана в атмосфере Марса были найдены в 2003 г., а за прошедший год появилось несколько статей (в частности, в журнале Science), где рассматривается его распределение по планете и скорость его разрушения (она оказалась весьма значительной). Все это говорит о том, что по крайней мере часть метана имеет явно абиогенное происхождение.

Псевдоцветное изображение кратеров Меркурия, полученное   
при последнем пролете MESSENGER. Фото NASA с сайта   
http://messenger.jhuapl.edu/
Псевдоцветное изображение кратеров Меркурия, полученное при последнем пролете MESSENGER. Фото NASA с сайта http://messenger.jhuapl.edu/

В системе Сатурна продолжает свои исследования американский аппарат «Кассини» (Cassini). В 2008 г. удалось достоверно показать наличие озер из жидких углеводородов на крупнейшем спутнике Сатурна Титане, а исследования ушедшего года позволили выявить большую переменчивость всей этой картины. Озера периодически пересыхают и «перемещаются» из полушария в полушарие в зависимости от сезона. Кроме того, были найдены новые доказательства присутствия на Титане криовулканов – то есть вулканов, извергающих вместо магмы жидкую воду. Все это может говорить о наличии скрытых под поверхностью океанов.

В 2004 г. впервые за 30 лет к Меркурию был послан зонд – американский «Мессенджер» (MESSENGER – MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry and Ranging). В 20082009 гг. MESSENGER трижды осуществлял пролеты вблизи Меркурия. В 2009 г. при последнем пролете на высоте 228 км над поверхностью планеты были сделаны снимки ранее никогда не изучавшихся областей. Спутник выйдет на высокоэллиптическую полярную орбиту вокруг самой близкой к Солнцу планеты весной 2011 г.

Между тем самый быстрый в истории человечества зонд «Новые Горизонты» (New Horizons), запущенный NASA ровно четыре года назад, 19 января 2006 года, преодолел за прошедший год половину своего пути к Плутону.

В мае астронавтам шаттла Atlantis («Атлантис», миссия STS-125) удалось восстановить работоспособность самого известного и заслуженного космического телескопа «Хаббл» (Hubble). Свежеотремонтированный «Хаббл» летом прервал на время тестирование и калибровку своих инструментов для того, чтобы сделать редкие снимки Юпитера, подвергшегося кометно-астероидной бомбардировке в районе своего южного полюса, где возникли характерные прорехи в облачности величиной с Тихий океан. Впервые это событие отметил 19 июля австралийский астроном-любитель Энтони Уэсли (Anthony Wesley) с помощью своего домашнего 14,5-дюймового (36,8 см) телескопа-рефлектора. Единственный случай подобных явлений был зарегистрирован 15 лет назад, когда в атмосферу Юпитера упали обломки кометы Шумейкеров-Леви 9.

Planck.   
Изображение ESA
Planck. Изображение ESA

Надежды на изучение недоступных ранее объектов Солнечной системы (а также удаленных слабых галактик) связаны с запущенным 14 декабря 2009 года на околоземную орбиту инфракрасным космическим телескопом NASA WISE (Wide-Field Infrared Survey Explorer), предназначенным для получения обзора всего неба в инфракрасном диапазоне.

В 2009 г. было несколько важных запусков аппаратов, работающих в интересах астрономов, изучающих дальний космос. Прежде всего это европейские «Планк» (Planck) и «Гершель» (Herschel), выведенные ESA с помощью одного ракетоносителя 14 мая 2009 г.

«Планк» предназначен для исследования реликтового фона. Он, в частности, должен построить детальную карту поляризации космического микроволнового излучения. Как ожидают, это поможет пролить свет на самые первые мгновения жизни Вселенной.

Herschel.   
Изображение ESA
Herschel. Изображение ESA

«Гершель» обладает самым большим зеркалом из всех космических телескопов (3,5 м). Его детекторы будут регистрировать инфракрасное и миллиметровое излучение, и ключевые задачи этой миссии – изучение процессов образования звезд и галактик. Кроме того, с этим спутником также связаны надежды на получение новых данных об объектах Солнечной системы.

Kepler.   
Изображение NASA
Kepler. Изображение NASA

Вероятно, самый главный астрономический запуск NASA в 2009 г. – это обсерватория «Кеплер» (Kepler). Его полутораметровое зеркало предназначено для поиска экзопланет. За 34 года работы аппарат должен обнаружить несколько планет, по массе и расстоянию от звезды подобных Земле. Первые результаты были представлены уже в январе 2010 г. Объявлено об открытии нескольких новых планет, но все это пока лишь более-менее привычные «горячие юпитеры».

Модель планеты CoRoT-7b. Асимметрия связана с тем, что   
планета повернута к звезде одним боком (из статьи arXiv:   
0912.4655)
Модель планеты CoRoT-7b. Асимметрия связана с тем, что планета повернута к звезде одним боком (из статьи arXiv: 0912.4655)
Активно поступали новые данные с европейского искателя экзопланет CoRoT (COnvection ROtation and planetary Transits), запущенного с Байконура 27 декабря 2006 г. Свежий обзор на эту тему можно найти в препринте arXiv: 0912.4655.

Данные поступают (и немедленно выкладываются в открытый доступ) и от американской гамма-обсерватории «Ферми» (Fermi), запущенной в 2008 г. От «Ферми» ждут в первую очередь новых данных по темной материи. Но пока никаких однозначных выводов нет, а с текущим состоянием можно ознакомиться в работе arXiv: 0912.3828.

Предварительные данные
Предварительные данные «Ферми» по темной материи. «Ноль» соответствует отсутствию дополнительного сигнала от частиц темного вещества. Виден избыток на энергиях 25 ГэВ. Но авторы настаивают на предварительном характере результатов. Будем ждать (из статьи arXiv: 0912_3828)

Конечно, главное – это не сами запуски, а научные результаты. За результатами удобнее всего следить по астрофизическому разделу сайта arXiv.org, там появляется порядка тысячи статей в месяц. О некоторых из них рассказывалось в Обзорах препринтов astro-ph. Ниже мы кратко расскажем о наиболее интересных, на наш взгляд, статьях, появившихся в «Архиве». Эта часть обзора касается прежде всего «дальнего космоса».

Начнем с изучения экзопланет. Астрономы открывают все более и более легкие планеты, постепенно приближаясь к массам порядка земной. Рекорд 2009 г. принадлежит планете в системе GJ 581 (arXiv: 0906.2780). Нижняя граница ее массы составляет 1,9 земной. Но это лишь граница, реально планета может быть несколько тяжелее. Такие объекты называют «суперземлями».

Соотношение масс и радиусов для разных составов планет   
(силикаты, железо, лед). Показаны положения Урана (U), Нептуна   
(N) и планеты GJ 436. Красным показано измерение радиуса для   
CoRoT-7b. Линия обрывается на вернем пределе на массу для этой   
планеты (из статьи arXiv: 0908.0241)
Соотношение масс и радиусов для разных составов планет (силикаты, железо, лед). Показаны положения Урана (U), Нептуна (N) и планеты GJ 436. Красным показано измерение радиуса для CoRoT-7b. Линия обрывается на вернем пределе на массу для этой планеты (из статьи arXiv: 0908.0241)

Измерить некоторые параметры экзопланеты нелегко. Есть лишь одна ситуация, когда задача упрощается, – если мы можем наблюдать прохождения планеты по диску звезды. В 2009 г. были открыты две интересные транзитные суперземли. Первыми успеха добились ученые из группы CoRoT (arXiv: 0908.0241). Планета CoRoT-7b – это вообще первая открытая транзитная суперземля. Ее масса составляет около 1020 земных. Немало. Но зато это первая суперземля с измеренным радиусом. Он равен 1,7 земного. Определение радиуса при известной массе дает нам плотность. Можно сделать вывод, что планета составлена в основном из горных пород. Правда, она находится слишком близко к своей звезде, поэтому вряд ли можно говорить о наличии там привычной для нас жизни.

Массы и   
радиусы разных планет. Красным кружком обозначена транзитная   
суперземля GJ 1214b. Черные ромбы показывают планеты Солнечной   
системы. Кривые соответствуют разным составам планет. GJ 1214b   
лежит выше
Массы и радиусы разных планет. Красным кружком обозначена транзитная суперземля GJ 1214b. Черные ромбы показывают планеты Солнечной системы. Кривые соответствуют разным составам планет. GJ 1214b лежит выше «водяных» планет (пунктирная и штриховая кривые). Это значит, что там заведомо есть газовая оболочка (из статьи arXiv: 0912.3229)

Другая интересная транзитная экзопланета, открытая в 2009 г. (arXiv: 0912.3229), – это GJ 1214b. Ее масса – 6,55 земной. Существенно то, что она вращается вокруг маломассивной и близкой звезды. Все это позволяет довольно детально ее исследовать.

Наконец, последний экзопланетный результат, на который мы хотим обратить ваше внимание, связан с планетой WASP-17b (arXiv: 0908.1553). Сейчас, когда еще нельзя вести речь о полноценных поисках «двойников» Земли или же явных следов жизни на экзопланетах, важнейшей задачей считается изучение процессов формирования и эволюции планетных систем. Для этого нужно не просто «ставить рекорды» и уменьшать максимальную массу «горячих суперземель», а, например, отыскивать какие-либо необычные объекты, не укладывающиеся в стандартные сценарии рождения планет.

И вот планета WASP-17b как раз обладает двумя интересными особенностями. Прежде всего, она имеет очень малую плотность – около 10% плотности Юпитера. Это объясняют тем, что эта планета сильно разогревается приливными силами. Вторая особенность WASP-17b связана со свойствами ее орбиты. Согласно общепринятым теориям, планеты образуются из вращающегося протопланетного облака. Разумеется, направление вращения «готовых» планет вокруг звезды должно в таком случае совпадать с направлением вращения самой звезды. Но в случае WASP-17b есть серьезные основания полагать, что она крутится в противоположную сторону!

Планеты на плоскости радиус - масса. Линии соответствуют   
разным плотностям (в долях плотности Юпитера). Синий, зеленый и   
фиолетовый значки соответствуют данным по WASP-17b. Синий   
является наиболее вероятным. Видно, что планета имеет рекордно   
низкую плотность (из статьи arXiv: 0908.1553)
Планеты на плоскости радиус – масса. Линии соответствуют разным плотностям (в долях плотности Юпитера). Синий, зеленый и фиолетовый значки соответствуют данным по WASP-17b. Синий является наиболее вероятным. Видно, что планета имеет рекордно низкую плотность (из статьи arXiv: 0908.1553)

Как же такое могло получиться? По всей видимости, нельзя обойтись без предположения, что WASP-17b когда-то интенсивно взаимодействовала с каким-то массивным телом. Полагают, что «горячие юпитеры» образовывались на расстояниях порядка 3 астрономических единиц (около полумиллиарда километров) от своих звезд, а потом мигрировали на близкие орбиты. Так вот, в случае WASP-17b комбинация интенсивного взаимодействия с планетой-гигантом и последующей миграции, действия механизма Козаи (Kozai) и приливной циркуляризации орбиты могла привести к тому, что мы наблюдаем.

От экзопланет перейдем теперь к звездам. Тут также один из самых интересных результатов связан с работой спутника CoRoT, который изначально и был предназначен для изучения этих объектов с помощью методов астросейсмологии. Астросейсмология позволяет получать уникальные данные о внутреннем строении звезд. Осцилляции солнечного типа, о которых идет речь в статье arXiv: 0906.3788, связаны с турбулентностью во внутренних частях звезд. Ранее такие пульсации обнаруживались только у маломассивных звезд. Теперь же с помощью спутника CoRoT они впервые открыты у массивной (10 солнечных масс) звезды.

Говоря о звездах, не надо забывать о Солнце. В 2009 г. появился важный результат, который может поставить точку в спорах о том, как же солнечная корона прогревается до высокой температуры. Авторы arXiv: 0903.3546 получили серьезные наблюдательные аргументы в пользу того, что энергия в солнечной атмосфере переносится альвеновскими волнами. Их мощности, по оценке авторов, достаточно для того, чтобы нагревать солнечную корону. Собственно, так раньше и думали, т.е. новые результаты наблюдений находятся в хорошем согласии с теоретическими расчетами.

Слева   
показано изображение фотосферы, а на правой картинке - та же   
область хромосферы по данным Шведского солнечного телескопа   
(SST). Выделена исследуемая область. На изображении одна   
угловая секунда соответствует 725 км (из статьи arXiv:   
0903.3546)
Фотография хромосферы, сделанная с помощью Шведского солнечного телескопа (SST) и свидетельствующая о присутствии альвеновских волн. Выделена исследуемая область. На изображении одна угловая секунда соответствует 725 км. Фото: David Jess, Queen's University Belfast (из статьи arXiv: 0903.3546)

Магнитная трубка   
между фотосферной и хромосферной областями. Возмущения в трубке   
приводят к появлению альвеновской волны, идущей вверх.   
Возникают торсионные колебания в направлении, перпендикулярном   
к направлению распространения волны. Эти колебания и   
наблюдались авторами (из статьи arXiv: 0903.3546)
Магнитная трубка между фотосферной и хромосферной областями. Возмущения в трубке приводят к появлению альвеновской волны, идущей вверх. Возникают торсионные колебания в направлении, перпендикулярном к направлению распространения волны. Эти колебания и наблюдались авторами (из статьи arXiv: 0903.3546)
А вот серьезные нарушения привычных циклов солнечной активности изрядно озадачивают астрономов уже не первый год. Изучением Солнца заняты теперь многие научные группы, использующие новейшие астрономические инструменты. Например, активно работает запущенная NASA в октябре 2006 года на околосолнечные орбиты пара солнечных телескопов STEREO (Solar TErrestrial RElations Observatory) и японский научный спутник «Хинодэ» (Hinode, Solar-B), стартовавший 23 сентября 2006 года. К сожалению, запущенный 30 января 2009 года на околоземную орбиту российский космический аппарат «Коронас-Фотон» (предназначенный для исследований Солнца), проработал лишь несколько месяцев вместо заявленных трех лет.