Продолжаем подводить астрономические итоги 2021 года. В предыдущем обзоре мы рассказали о запущенных или начавших научную деятельность в минувшем году космических аппаратах. Теперь представляем подборку интересных результатов в области астрономии, астрофизики, космологии и планетологии.
1. Станция InSight определила размеры марсианского ядра
Внутреннее строение Марса по данным станции InSight.
Данные сейсмической станции InSight, с 2018 года работающей в районе марсианского экватора на нагорье Элизий, позволили с достаточной уверенностью определить внутреннюю структуру планеты — размеры ядра и толщину марсианской коры. В отличие от земных и даже лунных сейсмометров, составляющих сеть устройств для сейсмотомографии, на Марсе астрономы располагают только этой единственной сейсмостанцией. Исследование внутренней структуры планеты только по одной опорной точке заключается в анализе корреляции сигналов разной природы — сейсмических волн от марсотрясений, ударов метеоритов и даже от порывов марсианского ветра. Эти сигналы проходят сквозь породы планеты и отражаются от различных сейсмических границ на глубине (например, от границы между корой и мантией или от границы марсианского ядра). По времени путешествия волны можно пытаться определить глубину залегания соответствующей поверхности раздела. Подробнее про марсианскую сейсмотомографию можно прочитать в этом материале. Летом 2021 года анализ накопленных данных наконец позволил утверждать, что у Марса есть достаточно крупное ядро, занимающее половину радиуса планеты (1800 километров), и по крайней мере внешняя его часть находится в жидком состоянии, как и на Земле. Кроме того удалось, хоть и с хорошей неопределённостью, установить, что марсианская кора имеет среднюю толщину в несколько десятков километров и даже составить очень грубую и экстраполированную фактически по одной точке карту распределения её толщины по планете. Подробнее о внутренней структуре Марса по свежим данным InSight можно прочитать в июльской статье.
2. Радиолокация позволила изучить внутреннее строение Венеры
Первый снимок поверхности Венеры 1975 г.
Из-за плотной атмосферы с давлением 90 атмосфер и облаков непосредственно наблюдать за поверхностью Венеры так же, как наблюдают за Марсом, не получается. Кроме того, атмосфера Венеры вращается отдельно от её поверхности: один оборот вокруг оси планета делает за 243 дня, а атмосфера — за 4 (более подробно про явление суперротации на Венере можно прочитать здесь). Для исследования строения Венеры использовали принцип эхолокации: с радиотелескопа на Земле посылается сигнал в диапазоне радиочастот, а отражённый сигнал принимается на антенны двух обсерваторий, разнесённых на значительное расстояние — на западном и восточном побережье Северной Америки. По корреляции двух сигналов можно отследить крупные элементы рельефа на поверхности, на которых рассеиваются радиоволны, и по этим данным установить с хорошей точностью скорость вращения. Кроме того, вариации этой скорости за пятнадцать лет наблюдений позволили установить момент инерции планеты, то есть сделать вывод о распределении массы по глубине и о размерах ядра. Подробнее про эхолот для Венеры см. статью по ссылке.
3. Водяной пар на спутниках Юпитера
Телескоп Hubble позволяет рассмотреть полярные сияния на спутниках Юпитера. Ультрафиолетовые линии кислорода в атмосфере Ганимеда.
В атмосфере сразу двух спутников Юпитера — Европы и Ганимеда — обнаружили водяной пар. На обоих небесных телах предполагается существование океана или обширных водоёмов под многокилометровым слоем льда. Существование подлёдного океана на Европе проявляется в виде водяного пара в выбросах криовулканов. Такие струи, имеющие высоту подъёма до сотен километров над поверхностью, раньше удавалось зафиксировать при помощи наземных инфракрасных телескопов, а также по данным зонда «Галилей», который, как оказалось, случайно пересёк один из таких гейзеров ещё в конце 1990-х (что выяснилось значительно позже по результатам обработки его архивных данных). Но, как показали данные «Хаббла» за полтора десятилетия, водяной пар на спутниках существует не только там, где сквозь лёд прорываются гейзеры — он в сопоставимых концентрациях присутствует в атмосфере почти над всей поверхностью. Правда, только на Ганимеде. На Европе атмосфера из водяного пара проявилась только на одном её полушарии — обращённом в сторону, обратную движению спутника по орбите. Открытие примечательно ещё и тем, что оно сделано при помощи данных «Хаббла». Этот телескоп работает в видимом и ультрафиолетовом диапазоне спектра, а характерные частоты именно молекул воды, в отличие от частот отдельных атомов — это инфракрасные волны значительно меньшей частоты. Доступные ультрафиолетовые частоты «Хаббла», как оказалось, можно использовать для обнаружения молекулярных сигнатур косвенно, подсчитывая баланс интенсивностей по разным линиям спектра кислорода отдельно для разных точек планеты и даже в зависимости от высоты. Подробнее о воде на спутниках Юпитера см. эту статью. NASA и Европейское космическое агентство в ближайшие годы планируют запуск аппаратов (соответственно JUICE и Europa Clipper) для более подробного исследования спутников Юпитера в том числе и с точки зрения поиска биосигнатур в их атмосферах.
4. Тёмная сторона Плутона
Карты Плутона по данным Huble и New Horizons (a — b). (c) — (d) — часть южного полушария на обратной стороне, которую удалось реконструировать по снимкам с подсветкой Харона.
Космическая станция New Horizons в 2006 году отправилась исследовать Плутон и другие объекты пояса Койпера. В 2015 году корабль совершил облёт вокруг Плутона. Снимки этого времени пока являются основным и наиболее детальным источником информации о Плутоне и его спутниках Хароне и Гидре. Аппарат подробно сфотографировал только видимую сторону Плутона — которая на момент подлёта была освещена Солнцем. Снимки обратной стороны, которые станция New Horizons сделала, уже удаляясь от планеты, получены на фоне контровой засветки от Солнца, и ожидаемо на них без обработки виден только тёмный силуэт небесного тела. Некоторые детали ещё удаётся рассмотреть на лимбе, то есть самом краешке диска, но основная часть тёмной стороны остаётся недосягаемой для исследований — в ближайшие десятки лет, пока на ней длится полярная зима, источников её освещения не предвидится.
Тем не менее астрономам удалось «вытянуть» недоэкспонированные изображения части обратной стороны Плутона, используя в качестве подсветки его спутник Харон. Отражённый от Харона солнечный свет падает примерно на половину «недоступной» области полярной ночи — так же, как Луна освещает Землю в фазе первой или третьей четверти. Это освещение на много порядков менее яркое по сравнению с контровой засветкой от Солнца, и для выделения нужного сигнала потребовалась сложная математическая обработка нескольких сотен изображений с вычитанием прямого солнечного света. В результате получилось рассмотреть несколько крупных структур на тёмной стороне планеты. Пока это выглядит не очень презентабельно по сравнению с подробно картированной видимой стороной, однако, в отличие от Луны, других возможностей заглянуть на тёмную сторону Плутона в ближайшие десятилетия не будет. Подробнее о тёмной стороне Плутона можно прочитать в этой статье.
5. Солнечный ветер и границы гелиосферы
Солнечная система и её ближние окрестности: гелиосфера — область под защитой солнечного ветра.
Орбиты планет Солнечной системы находятся внутри защитного пузыря — гелиосферы, которая создаётся солнечным ветром — потоками заряженных частиц высокой энергии от Солнца. Она защищает объекты Солнечной системы от воздействия уже галактических потоков частиц и излучения. По мере удаления от Солнца солнечный ветер ослабевает и на границе гелиосферы (далеко за орбитами планет) его воздействие становится сравнимым с излучением в межзвёздной среде. Из-за движения Солнечной системы по Галактике гелиосфера распространяется на разные расстояния в зависимости от направления. Так, наименьшую толщину она имеет в сторону движения Солнца (около 120 астрономических единиц, то есть расстояний между Землёй и Солнцем; 1 а.е. — это 150 миллионов километров). В противоположном направлении её «хвост» распространяется на несколько сот а.е. Оба «Вояджера» не так давно прошли границу гелиосферы в её самой тонкой части (подробнее можно прочитать об этом здесь). Но о структуре этой оболочки и её размерах астрономы могли судить фактически только по двум этим «точкам выхода». Новое исследование позволило наконец составить трёхмерную карту гелиосферы во всех направлениях. Для этого использовались данные спутника IBEX, или Interstellar Boundary Explorer за десять лет его работы (на протяжении полного солнечного цикла 2009 — 2019 гг, в котором ощутимо изменяется интенсивность солнечных частиц и границы гелиосферы). Принцип исследования напоминает эхолокацию: регистрируется «уходящий» сигнал, то есть собственно солнечный ветер, и его «отклик» — потоки частиц определённого класса, отражённые с разных направлений от границ гелиосферного пузыря. По времени их путешествия (2—6 лет) можно определить расстояние до границы в каждом направлении. Подробнее про галактическую эхолокацию см. отдельную статью.
6. Сколько длится день на экзопланетах?
Движение планет вокруг звезды HR 8799.
Астрономам удалось измерить скорость вращения вокруг оси у нескольких экзопланет в системе звезды на расстоянии 129 световых лет. Эта система с обозначением HR 8799 — одна из первых, в которой ещё в 2008 году были получены прямые изображения её спутников (саму звезду можно даже рассмотреть в созвездии Пегаса невооружённым глазом). Планеты представляют собой газовые гиганты с массами около десяти масс Юпитера на расстояниях до нескольких десятков астрономических единиц до звезды. Как правило, параметры движения экзопланет определяют по сдвигу их спектральных линий в зависимости от скорости и направления перемещения, то есть эффекту Доплера. Этим методом в середине 1990-х годов были открыты первые планеты в других звёздных системах. Более точные измерения спектров теоретически можно использовать для анализа и собственного вращения планеты — в этом случае по сдвигу спектральных линий нужно определить разницу в перемещении внутреннего и внешнего края видимого диска планеты, то есть выйти на скорость их вращения вокруг оси. Использование спектрометрических инструментов нового поколения наконец позволило приблизиться к точности, достаточной для определения продолжительности суток, пока что хотя бы на планетах-газовых гигантах недалеко от нас. Таким образом впервые установлено, что три планеты в системе HR 8799 обращаются вокруг оси с линейной скоростью на поверхности от 10 до 15 км/с (у Юпитера скорость вращения на экваторе составляет 12 км/с), а продолжительность их суток может составлять от 3 до 24 часов. Более точные спектрометры позволяют, кроме продолжительности суток, измерять температуру и состав атмосферы планет. См. также заметку о первом определении продолжительности суток на планетах вне Солнечной системы.
7. Антизвёзды где-то рядом
Источники гамма-излучения — кандидаты в «антизвёзды».
Обнаружение нескольких событий аннигиляции ядер антигелия в недавних экспериментах на МКС позволило предположить, что антиматерии в окружающем пространстве может быть больше, чем мы думали. Так, в галактическом диске может находиться даже некоторое небольшое количество звёзд из антиматерии, существование которых и объясняет наблюдаемый небольшой поток антивещества в виде антигелиевых распадов. Обнаружить такие звёзды теоретически можно по следам их взаимодействия с обычным веществом: межзвёздный газ и пыль (из обычного вещества) должны аннигилировать при контакте с такими объектами с выделением гамма-излучения, обладающего некоторыми характерными чертами в спектре. Из каталога примерно 6 тысяч источников гамма-излучения, созданного по данным космического телескопа Ферми, астрономы выделили 14 объектов, которые по особенностям спектра излучения могут быть звёздами, состоящими из антивещества. Оценки показывают, что антивеществом может быть сложена одна звезда на 400 тысяч «обычных» звёзд галактического диска. Подробнее об этом можно прочитать в отдельной статье на нашем портале.
8. Туманность — остаток «китайской» Сверхновой
Предполагаемая точка взрыва Сверхновой 1181 года на карте китайских созвездий. На вставке туманность Pa 30 — то, что осталось от взрыва SN 1181 (снимки в ИК, ультрафиолетовом и рентгеновском диапазоне).
Большинство Сверхновых, взрывы которых удаётся зафиксировать, относится к объектам глубокого космоса, то есть они взрываются в других галактиках, в лучшем случае — в галактиках-спутниках Млечного Пути вроде Магеллановых облаков. В историческое время наблюдалось всего пять взрывов Сверхновых поблизости (в нашей Галактике), о которых есть свидетельства, причём только две из них, SN 1572 и 1604 года, оказались доступны для приборных наблюдений. Описания остальных трёх взрывов сводятся к не очень ясным с астрономической точки зрения записям в средневековых хрониках. У четырёх из этих Сверхновых установлены их остатки — туманности, которые можно постфактум исследовать, сопоставляя с имеющимися описаниями собственно взрыва. Самая известная из них — остаток Сверхновой 1054 года под названием Крабовидная туманность.
Одна из этих пяти Сверхновых оставалась самой загадочной. Речь идёт о взрыве 1181 года, подробно описанном только в китайских и японских хрониках. Из-за отсутствия точных координат взорвавшейся звезды установить туманность — её «потомка» уверенно не удавалось. Вероятным кандидатом считался единственный подходящий объект, известный ранее на этом пятачке неба, но он не проходит по основным параметрам — его возраст по разным данным составляет несколько тысяч лет, а не несколько сот, как полагается остатку от «недавнего» взрыва SN 1181. В 2021 году астрономы нашли доказательства того, что недавно обнаруженное неяркое межзвёздное облако в созвездии Кассиопеи с обозначением Pa30 является тем самым неизвестным остатком «китайской» Сверхновой. Сверхновая 1181 относится к редкому типу Iax, в которых происходит взрыв белого карлика в двойной звёздной системе с его неполным разрушением. По сравнению с другими классами Сверхновых это — сравнительно тусклые вспышки с низкой скоростью разлёта облака, после которых звезда ещё долго гаснет на небосклоне — как раз на такой характер указывают и китайские хроники SN 1181. С этим открытием астрономы получили возможность исследования редкого вида вспышек, а также наконец завершили идентификацию всех известных по историческим записям Сверхновых. Подробнее о китайской «гостевой звезде» и её остатке см. сентябрьскую статью.
9. Обсерватория в Тибете нашла 12 источников сверхмощных галактических лучей
Обсерватория LHAASO в Тибете для исследования космических частиц сверхвысоких энергий.
Высокогорная обсерватория LHAASO в Тибете обнаружила излучение сверхвысокой энергии от двенадцати галактических источников, или певатронов. Это — объекты пока не совсем ясной природы в Галактике, которые могут ускорять космические частицы до энергий порядка петаэлектронвольт (1015 эВ). Частицы таких энергий могут рождаться в определённых областях галактики, в частности, вблизи остатков сверхновых, пульсаров, в молекулярных облаках с интенсивным образованием звёзд, или в районе центральной сверхмассивной чёрной дыры. На недавно построенной китайской обсерватории для исследования космических лучей почти за год работы удалось зафиксировать всего 530 фотонов с энергиями от 100 ТэВ (тераэлектронвольт), происходящих от 12 различных галактических источников. Фотоны сверхвысоких энергий фиксируются по вызванным ими атмосферным ливням — потокам частиц, образующимся в каскаде реакций космического фотона с атомами атмосферы. Такие ливни могут распространяться на поверхности в несколько квадратных километров, и их фиксируют при помощи батареи из нескольких тысяч детекторов, распределённых на большой площади. Из двенадцати зафиксированных таким образом источников пока только один удалось установить с определённостью: им оказалась Крабовидная туманность — остаток взрыва Сверхновой 1054 года. Остальные могут указывать пока на два-три возможных кандидата на соответствующем участке неба. Подробнее про «галактические ускорители частиц» см. эту статью.
10. Галактика с двумя чёрными дырами — почти рядом
Два ядра галактики NGC 7727 с чёрными дырами на рекордно близком расстоянии.
Телескоп VLT в Чили обнаружил ближайшую к нам пару сверхмассивных чёрных дыр в одной из «соседних» галактик неправильной формы. Две чёрные дыры в галактике NGC 7727 также находятся на рекордно близком друг от друга расстоянии в 1600 световых лет. Меньшая из них с массой около 6 миллионов масс Солнца, вероятно, является остатком от недавнего поглощения небольшой галактики. На сегодня известно только несколько таких объектов, в которых сохранилось ядро поглощённой галактики со своей чёрной дырой. Через некоторое время две чёрные дыры должны слиться, вызвав всплеск гравитационных волн.
Вам может быть интересно:
Лучшие постройки и архитектурные проекты 2021 года.
Источник: