http://polit.ru/article/2016/12/31/ps31/
31 декабря 2016, 21:15 астрономия физика
Девятая планета
Илл.: Wikimedia Commons
В 2016 году мы узнали о стольких научных открытиях, что, если напомнить даже о самых важных из них, получится долгий рассказ. Поэтому мы разбили обзор самых заметны открытий года на три части. В первой - открытия, которые связаны с космосом.
Планета X
В январе 2016 года поступила новость об открытии астрономами новой планеты Солнечной системы. Сообщается, что по расчетам планета в десять раз тяжелее Земли, находится на расстоянии не менее 200 астрономических единиц от Солнца, а обращается вокруг Солнца с периодом около 15 тысяч лет. Пока эта планета не обнаружена, но ученые напали на ее след, вычислив примерную траекторию. Лучше назвать это событие не открытием, а математическим предсказанием новой планеты.
Статью, где говорится о вычисленной планете, написали двое ученых из Калифорнийского технологического университета Майкл Браун и Константин Батыгин. Браун известен как «человек, убивший Плутон»: именно его открытия привели к тому, что Плутон утратил статус девятой планеты Солнечной системы. В своей книге он признается, что с тех пор не утратил надежду найти подлинную девятую планету.
Гипотеза появилась после того, как Браун и Батыгин занялись объяснением странностей в поведении некоторых транснептуновых объектов, включая открытую Брауном ранее Седну. Обычно расположение орбит в поясе Койпера объясняется гравитацией Нептуна. Однако Седна удаляется от Солнца на столь значительное расстояние (в перигелии – около 76 астрономических единиц), что влиянием Нептуна ее орбиту объяснить невозможно. В 2014 году был открыт второй подобный объект – 2012 VP113, чья орбита лежит еще дальше. Тогда же впервые было высказано предположение, что тут вмешалась неизвестная планета, размером больше обычных транснептуновых объектов. Открывшие 2012 VP113 астрономы Чедвик Трухильо и Скотт Шеппард заметили, что у орбит Седны и 2012 VP113 очень близки значение угла между направлением на перигелий орбиты и на точку пересечения ее с эклиптикой. Батыгин и Браун добавили к рассматриваемым транснептуновым объектам еще несколько. Особенности орбит этих небесных тел, как показало выполненное при помощи компьютера математическое моделирование, лучше всего объясняются, если предположить существование в поясе Койпера новой достаточно крупной планеты.
Илл.: NASA
Гравитационные волны
Сотрудники научного проекта LIGO на специальной пресс-конференции объявили, что им удалось экспериментально обнаружить существование гравитационных волн, существование которых предсказывалось общей теорией относительности Эйнштейна. Теоретически гравитационные волны были известны физикам давно. Работа Эйнштейна, в которой демонстрировалось, что тело, обладающее массой и движущееся с ускорением, будет распространять волны, искажающие геометрию пространства, была опубликована век назад – в 1916 году. В существовании гравитационных волн не сомневались, а вот обнаружить их в эксперименте долгое время не удавалось. Впервые гравитационная волна была отмечена 14 сентября 2015 года. Ее источником было слияние двух черных дыр, произошедшее 1,3 миллиарда лет назад. Второй раз волну зафиксировали 26 декабря того же года.
Лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, LIGO) – масштабное и инженерно очень сложное сооружение. LIGO состоит из двух обсерваторий, одна из которых расположена в Хэнфорде в штате Вашингтон, а другая – на противоположном конце страны в Ливингстоне, что в Луизиане. Расстояние между двумя обсерваториями составляет 3002 километра. Так как гравитационные волны распространяются со скоростью света, разница во времени их регистрации двумя обсерваториями, составляет несколько миллисекунд, что позволяет определить направление на источник, вызвавший гравитационную волну. Недавно была закончена модернизация интерферометра, продлившаяся 11 месяцев. Теперь его детекторы интерферометра стали на 10 % более чувствительными. Это означает, что он сможет регистрировать события, происходящие в космосе на расстоянии на 10 % дальше. Команда LIGO планирует собирать информацию в течение полугода, а затем вновь начать работу по увеличению чувствительности интерферометра. Всего за ближайшие несколько лет планируется увеличить ее вдвое. Если эта цель будет достигнута, то, экстраполируя нынешние данные, можно предположить, что ученые будут регистрировать одно слияние черных дыр в день.
Илл.: ESO/M. Kornmesser
Самая близкая к нам экзопланета
После нескольких лет изучения Проксимы Центавра астрономы наконец-то нашли доказательство, что у этой звезды имеется планета, причем весьма похожая на Землю: размером лишь немного больше. Она получила условное название Проксима b. К тому же орбита планеты располагается в обитаемой зоне звезды, то есть на ее поверхности может существовать вода в жидком виде. Расстояние до Земли от Проксимы Центавра составляет 4,25 светового года, не существует звезд, которые располагались бы еще ближе. Прошлый рекорд для планет, на которых возможно появление жизни, был равен 11,7 светового года. Он принадлежал планете Wolf 1061c в созвездии Змееносца.
Ученые наблюдали признаки планеты Проксима b в течение 60 ночей подряд начиная с января 2016 года. По их расчетам, масса этой планеты всего в 1,3 раза больше массы Земли, а вокруг своей звезды она обращается с периодом 11,2 дней. Проксима b расположена очень близко к звезде, на расстоянии, составляющем всего 5 % расстояния от Земли до Солнца. Но есть шанс, что поверхность этой планеты все-таки не выглядит как раскаленная пустыня. Дело в том, что Проксима Центавра – не слишком яркая звезда. По расчетам Проксима b получает лишь 65 % той энергии, которую получает Земля от Солнца. Так что на ее поверхности действительно может существовать жидкая вода. «Существует обоснованное подозрение, что эта планета может быть в состоянии стать вместилищем жизни», – говорит один из авторов открытия Гиллем Англада-Эскюде (Guillem Anglada-Escudé) из Университета королевы Марии в Лондоне.
Илл.: ESA
Начало проекта ExoMars
В марте 2014 года началось воплощение проекта ExoMars, который в течение долгих лет готовили Европейское космическое агентство и «Роскосмос». К Марсу отправился первый аппарат под названием TGO (Trace Gas Orbiter). Находясь на орбите на высоте 400 километров над поверхностью Марса, TGO займется поисками мест, где уровень метана наиболее высок. Именно там ученые надеются с наибольшей вероятностью обнаружить марсианскую жизнь.
Trace Gas Orbiter оборудован высокоточными спектрометрами, которые способны отслеживать метан в концентрации всего десятки триллионных долей. В ходе работы аппарата будет создана карта распределения выходов метана на Марсе, что позволит выбрать место для посадки наземного аппарата ExoMars rover – второго участника проекта ExoMars. Приборы орбитального аппарата способны обнаружить не только метан, но и другие вещества, например, уже упоминавшиеся метанол и формальдегид – возможные продукты распада метана. Поэтому ученые надеются уже на первом этапе проекта ExoMars уточнить свои представления о механизмах появления и распада метана в марсианской атмосфере. Если совместно с метаном будут выявлены другие углеводороды, например, пропан и этан, это будет сильным свидетельством в пользу того, что источником таких газов служат биологические процессы.
Когда TGO был еще на пути к Марсу, от него отделился демонстрационный десантный модуль «Скиапарелли» (Schiaparelli), получивший свое имя в честь знаменитого итальянского астронома. Он совершил к спуску на Марс в районе плато Меридиана, немного южнее марсианского экватора. Основной целью Schiaparelli была отработка технологий входа в марсианскую атмосферу, спуска и посадки, а также сбор данных о плотности атмосферы, температуре, давлении, влажности, скорости и направлении ветра.
16 октября аппараты отделились друг от друга, и «Скиапарелли» начал сближение с Марсом. Программа спуска включала несколько этапов. Во время первого торможения при входе в атмосферу аппарат «Скиапарелли» должен был защищать специальный теплозащитный экран. Затем, на высоте 11 километров, должен был раскрыться парашют, включиться малые реактивные двигатели для торможения аппарата и, наконец, при контакте с марсианской поверхностью силу удара должна погасить особая платформа.
Отклонение от сценария произошло после момента, на который было запланировано раскрытие парашюта. Орбитальный аппарат ЕКА Mars Express, отслеживавший снижение «Скиапарелли», измерил его скорость, и она оказала выше предусмотренной предварительными расчетами. Сигнал, поступающий от «Скиапарелли», исчез на 50 секунд раньше расчетного времени. Позднее ученые установили, что у «Скиапарелли» при входе в атмосферу Марса отказала система измерения высоты, в результате рассчитанная системой высота оказалась ниже уровня поверхности Марса, и модуль разбился.
Второй этап проекта ExoMars должен начаться в 2018 или 2020 году, когда на Марс отправится марсоход ExoMars rover. На планету будет спущена посадочная платформа (Surface Science Platform), которая сама по себе будет целым научным комплексом. НПО имени Лавочкина, где работают над созданием платформы, планирует разместить там около 50 килограммов научного оборудования. Находящийся на орбите TGO будет служить ретранслятором сигналов с поверхности Марса до 2023 года.