вторник, 30 ноября 2021 г.
Объект, созданный человеком, достиг скорости 163 км/с. Космический аппарат Parker Solar Probe пролетел рекордно близко к Солнцу
Космический аппарат Parker Solar Probe обновил собственные рекорды, приблизившись к Солнцу ещё ближе и разогнавшись до ещё большей скорости. На прошлой неделе аппарат в рамках очередного витка вокруг нашей звезды приблизился к ней на расстояние всего 8,5 млн км. С одной стороны, это может показаться очень большим расстоянием, ведь даже диаметр Солнца менее 1,4 млн км, но с другой — речь о звезде, и даже на таком расстоянии невероятно жарко. Также зонд смог набрать скорость в 163 км/с или около 568 000 км/ч. Это самый быстрый объект, созданный человеком, и в ближайшее время быстрее будет только он сам. Дело в том, что такие сумасшедшие скорости Parker Solar Probe развивает благодаря гравитационным манёврам, в рамках которых он вращается вокруг Солнца и заодно постепенно приближается к нему. Достичь подобных скоростей просто используя современные двигатели невозможно. К слову, это лишь десятый виток аппарата вокруг Солнца из запланированных 24. Parker Solar Probe был запущен в 2018 году. Его целью является изучение магнитных полей Солнца и источников солнечного ветра, изучение частиц плазмы вблизи светила, изучение электромагнитных полей и так далее.
суббота, 27 ноября 2021 г.
Китай разрабатывает атомный реактор для баз на Луне и Марсе — он будет в 100 раз мощнее американского
Как сообщают китайские источники, космическая программа КНР включает разработку мощного атомного реактора для освоения Луны, Марса и дальнего космоса. Так, если NASA объявило конкурс на создание реактора 10-кВт класса, то китайцы планируют создать реактор 1-МВт класса. Окутывающая программу секретность не позволяет делиться деталями, и она же вызывает тревогу в связи с отсутствием контроля за оборотом радиоактивных материалов в ближнем космосе. В прошлом у СССР и Западного мира был совместный негативный опыт по использованию атомных силовых установок на спутниках. В 1978 году «Космос-954» разрушился над северными территориями Канады, вызвав заражение радиоактивными материалами на площади свыше 100 тыс. км2. От несчастных случаев спасло то, что эти области почти не заселены, но СССР заплатил репутацией и миллионами долларов за очистку от радиоактивного заражения. Это одна из причин, почему мирный атом пока широко в космосе не используется. Однако базы на Луне, Марсе и полёты к далёким планетам без атомных силовых установок осуществить будет куда сложнее или даже невозможно. Атомные реакторы для лунных баз и не только сейчас по-новому проектируют в США, их разрабатывает Россия (например, проект буксира «Зевс») и Европейское Космическое агентство (проект 200-кВт реактора Democritos). Китаю в этом нельзя отставать и первой ласточкой стал слабый (1-Вт класса), но уже испытанный на практике атомный питающий элемент на луноходе Yutu-2, отправленном два года назад на обратную сторону Луны. Перспективный проект 1-МВт класса будет совсем другим решением и часть его элементов уже проходят испытания, если верить источнику.
Согласно сообщениям местных СМИ, технический проект атомного реактора для будущих китайских космических программ уже завершён. Предполагается, что температура в зоне реактора будет больше, чем в земных условиях и может достигать 2000 °C. В то же время реактор может быть компактным, а для отвода лишнего тепла использоваться «зонтичная» система радиаторов. В качестве теплоносителя будут выступать расплав лития или его солей. Как вариант, для космических кораблей реакторы могут быть модульными, чтобы позволить собирать мощнейшие силовые установки для сборки вне Земли. Производство и доставка небольших модулей на орбиту будет дешевле и безопаснее.
В то же время китайские профильные специалисты выcказывают обеспокоенность секретностью вокруг подобных проектов. Секретность означает, что контроль над процессами может быть ослаблен, что может привести к тяжёлым последствиям. Отрасли нужны механизмы государственного регулирования и связи с общественностью, чтобы сделать необоснованными страхи перед возможной атомной катастрофой из космоса.
В то же время китайские профильные специалисты выcказывают обеспокоенность секретностью вокруг подобных проектов. Секретность означает, что контроль над процессами может быть ослаблен, что может привести к тяжёлым последствиям. Отрасли нужны механизмы государственного регулирования и связи с общественностью, чтобы сделать необоснованными страхи перед возможной атомной катастрофой из космоса.
воскресенье, 21 ноября 2021 г.
Pangea Aerospace провела огневые испытания первого в мире жидкостного клиновоздушного ракетного двигателя
Испанская Pangea Aerospace провела успешные огневые испытания первого в мире жидкостного клиновоздушного ракетного двигателя на своей базе в немецком Лампольдсхаузене. В ходе испытаний инженеры компании несколько раз включили и запустили на полную мощность ракетный двигатель с регенеративным охлаждением мощностью 20 кН, который получил название DemoP1. Источник отмечает, что такой двигатель отличается крайне низкой стоимостью производства, поскольку для его изготовления используется металлическая 3D-печать. Кроме того, инженерам Pangea удалось решить проблему охлаждения двигателя за счёт аддитивного производства и использования передовых материалов, таких как разработанный в NASA медный сплав GR Cop42. Напомним, клиновоздушный ракетный двигатель представляет собой тип жидкостных ракетных двигателей с клиновидным соплом, способный поддерживать аэродинамическую эффективность в широком диапазоне высот над поверхностью Земли с разным давлением атмосфер. Сопла такого двигателя могут регулировать давление истекающей газовой струи в зависимости от изменения атмосферного давления в процессе набора высоты. Одна из главных особенностей такого двигателя заключается в более эффективном расходе топлива на низких высотах по сравнению с традиционными ракетными двигателями.
Использование 3D-печати и современных материалов позволили Pangea на 15 % повысить эффективность двигателя, т.е. для доставки на орбиту груза той же массы требуется на 15 % меньше топлива. Благодаря 3D-печати инженерам компании также удалось создать систему регенеративного охлаждения, когда используемые в качестве топлива жидкие кислород и метан, находящиеся в криогенном состоянии, проходят через каналы охлаждения перед попаданием в камеру сгорания. За счёт этого удаётся эффективно охлаждать двигатель, защищая его от плавления.
«Мы открыли технологию производства клиновоздушных двигателей по очень низкой цене. Нам удалось несколько раз запустить один и тот же двигатель, продемонстрировав работоспособность технологии и нашу готовность к дальнейшим испытаниям», — считает соучредитель и генеральный директор Pangea Адриа Аргеми (Adria Argemi).
Вместе с этим Pangea получила контракт Французского космического агентства (CNES), в рамках которого будет проводиться изучение возможности масштабирования запатентованной технологии компании на более массивные двигатели, подходящие для использования в ракетах Ariane и других тяжёлых носителях. Pangea привлекла €3 млн инвестиций, которые поступили от нескольких венчурных компаний, таких как Inveready и Primo Space, а также получила несколько грантов и государственное финансирование в размере €3,5 млн на проведение дальнейших исследований. На данный момент в Pangea Aerospace работает менее 20 человек.
Использование 3D-печати и современных материалов позволили Pangea на 15 % повысить эффективность двигателя, т.е. для доставки на орбиту груза той же массы требуется на 15 % меньше топлива. Благодаря 3D-печати инженерам компании также удалось создать систему регенеративного охлаждения, когда используемые в качестве топлива жидкие кислород и метан, находящиеся в криогенном состоянии, проходят через каналы охлаждения перед попаданием в камеру сгорания. За счёт этого удаётся эффективно охлаждать двигатель, защищая его от плавления.
«Мы открыли технологию производства клиновоздушных двигателей по очень низкой цене. Нам удалось несколько раз запустить один и тот же двигатель, продемонстрировав работоспособность технологии и нашу готовность к дальнейшим испытаниям», — считает соучредитель и генеральный директор Pangea Адриа Аргеми (Adria Argemi).
Вместе с этим Pangea получила контракт Французского космического агентства (CNES), в рамках которого будет проводиться изучение возможности масштабирования запатентованной технологии компании на более массивные двигатели, подходящие для использования в ракетах Ariane и других тяжёлых носителях. Pangea привлекла €3 млн инвестиций, которые поступили от нескольких венчурных компаний, таких как Inveready и Primo Space, а также получила несколько грантов и государственное финансирование в размере €3,5 млн на проведение дальнейших исследований. На данный момент в Pangea Aerospace работает менее 20 человек.
пятница, 19 ноября 2021 г.
Кусочек Марса: Perseverance добыл на Красной планете новый камень
Марсоход Национального управления США по аэронавтике и исследованию космоса (NASA) Perseverance отличился получение еще одного образца камня. Обещает сохранить его для дальнейшего исследования. "Еще один маленький кусочек Марса, который буду носить с собой", - пишет пресс-служба аккаунта марсохода. Образец было взято из породы, что была наполнена минералом оливином, который отмечается оливково-зеленым цветом. Пока ученые размышляют над тем как силикат мог оказаться на Марсе.
четверг, 11 ноября 2021 г.
Корабль Crew Dragon-3 с новым экипажем МКС успешно выведен на орбиту
Многоразовый космический корабль Crew Dragon-3 американской компании SpaceX с четырьмя астронавтами на борту в четверг стартовал к Международной космической станции (МКС), сообщило НАСА. Запуск корабля c помощью тяжелой ракеты-носителя Falcon 9 был осуществлен 10 ноября в 21:03 по времени Восточного побережья США (11 ноября в 05:03 мск) со стартового комплекса 39А Комического центра имени Кеннеди в штате Флорида. Через 12 минут 51 секунду после запуска пилотируемый корабль будет выведен на орбиту и начнет полет к МКС. В состав экипажа Crew Dragon-3 входят астронавты НАСА Раджа Чари (командир), Том Маршберн (пилот) и Кайла Бэррон, а также астронавт Европейского космического агентства (ESA) немец Маттиас Маурер. Они будут работать на станции шесть месяцев - до апреля 2022 года. Запуск пилотируемого Crew Dragon-3 осуществлен в рамках коммерческой пилотируемой программы NASA и контракта с компанией SpaceX, которая является разработчиком корабля и носителя. Через 9 минут 29 секунд после старта многоразовая первая ступень ракеты-носителя Falcon 9 совершила успешную управляемую посадку на плавучую платформу A Shortfall of Gravitas в Атлантике, сообщила компания-разработчик SpaceX.
Во вторник на Землю после отстыковки от МКС вернулся экипаж корабля Crew Dragon-2 - астронавты НАСА Меган Макартур и Шейн Кимбро, астронавт Европейского космического агентства (ESA) Томас Песке и астронавт Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA) Акихико Хосидэ. Они провели на орбите 199 дней. Астронавты привезли с собой результаты проведенных на станции научных исследований весом около 240,5 кг. Корабль находился в составе МКС с конца апреля.
Это был уже второй регулярный пилотируемый полет к МКС нового американского пилотируемого корабля многоразового использования, разработанного компанией SpaceX в рамках коммерческого контракта с НАСА. Первый тестовый полет в беспилотном режиме корабль совершил 2 марта 2019 года. В рамках испытания он состыковался со станцией, а затем успешно вернулся на Землю. Первый испытательный запуск с экипажем состоялся 30 мая 2020 года, первый регулярный - в ноябре 2020 года. В сентябре на МКС в рамках туристической миссии Inspiration4 побывал корабль Crew Dragon с четырьмя астронавтами-любителями.
В настоящее время на борту МКС в ожидании прибытия экипажа Crew Dragon-3 продолжают работать космонавты "Роскосмоса" Антон Шкаплеров и Петр Дубов, а также астронавт НАСА Марк Ванде Хай.
Это был уже второй регулярный пилотируемый полет к МКС нового американского пилотируемого корабля многоразового использования, разработанного компанией SpaceX в рамках коммерческого контракта с НАСА. Первый тестовый полет в беспилотном режиме корабль совершил 2 марта 2019 года. В рамках испытания он состыковался со станцией, а затем успешно вернулся на Землю. Первый испытательный запуск с экипажем состоялся 30 мая 2020 года, первый регулярный - в ноябре 2020 года. В сентябре на МКС в рамках туристической миссии Inspiration4 побывал корабль Crew Dragon с четырьмя астронавтами-любителями.
В настоящее время на борту МКС в ожидании прибытия экипажа Crew Dragon-3 продолжают работать космонавты "Роскосмоса" Антон Шкаплеров и Петр Дубов, а также астронавт НАСА Марк Ванде Хай.
среда, 3 ноября 2021 г.
Webb и Roman. Какие тайны Вселенной разгадают два новых супертелескопа
29 сентября Национальная аэрокосмическая администрация (NASA) США объявила о завершении проектирования нового космического инфракрасного телескопа Roman и начале фазы его сборки и испытаний. Ожидается, что запуск телескопа в космос состоится не позднее мая 2027 г. Его стоимость оценивается в $4 млрд. Телескоп Roman должен будет подхватить эстафету исследований у инфракрасного телескопа Webb, который отправится в космос 18 декабря этого года. Разработка и строительство телескопа Webb заняли четверть века, а его стоимость достигла $10 млрд. Оба телескопа будут расположены на расстоянии 1,5 млн км от Земли (в четыре раза дальше, чем Луна) в так называемой второй точке Лагранжа системы Солнце — Земля. То есть это будут искусственные спутники не Земли, а Солнца. Они будут вращаться вокруг Солнца вместе с Землей, которая сможет удерживать их позади себя и защищать от солнечного излучения.
Главные надежды астрофизиков
Webb и Roman — это самые грандиозные астрофизические проекты за всю историю человечества. По своему значению для науки они сравнимы со знаменитым Большим адронным коллайдером, который обошелся в $10 млрд и на котором в 2012 г. был открыт бозон Хиггса. С помощью космических обсерваторий Webb и Roman ученые надеются приблизиться к разгадкам главных тайн Вселенной и обнаружить следы внеземной жизни. Подчеркнем — это инфракрасные телескопы. Их задача — улавливать космическое тепловое излучение, которое во многих участках своего диапазона вообще не наблюдается с Земли, ибо его поглощает земная атмосфера.
Почему же астрофизики возлагают свои главные надежды именно на инфракрасные космические обсерватории? Видимый свет, который мы воспринимаем своими глазами, излучают достаточно горячие звезды, как наше Солнце. От более холодных объектов тоже исходит излучение, только не видимое, а инфракрасное. И вот сейчас самые большие загадки, волнующие астрофизиков, кроются как раз не в обычных, видимых на небе звездах и галактиках, а в объектах, которые являются или кажутся более холодными.
Ученые рассчитывают, что c помощью Webb смогут заглянуть далеко в прошлое, в эпоху 100-250 млн лет после Большого взрыва / NASA
Самые темные тайны
Это, в свою очередь, даст нам новую информацию о темной материи — важнейшей компоненте галактик, наряду со звездами и черными дырами. Компьютерные модели, созданные учеными для понимания образования галактик, показывают, что они создаются, когда темная материя сливается в сгустки. Темная материя — это невидимая форма материи, общая масса которой во Вселенной в пять раз больше, чем у обычной материи (то есть у звезд, планет и межзвездного газа).
Ученые пытаются определить, из чего состоит темная материя. И тут должен прийти на помощь телескоп Roman. Он внесет ясность, исследуя структуру и распределение как обычной, так и темной материи в пространстве и времени.
Хотя темная материя невидима, она взаимодействует с обычной материей гравитационно. Именно так она и была обнаружена еще в прошлом веке. Roman будет искать проявления гравитационного линзирования, когда сгустки темной материи искажают видимые формы более далеких галактик. Миссия будет измерять местоположение и количество как обычной, так и темной материи в сотнях миллионов галактик. Полученные данные позволят выбрать между разными гипотезами о природе темной материи.
Если темная материя состоит из тяжелых частиц, она должна за короткое время разбиться на комки под действием собственного тяготения. В таком случае Roman должен увидеть формирование зародышей галактик в самом начале космической истории. Если же темная материя состоит из более легких и быстрых частиц, потребуется больше времени, чтобы осесть в сгустки. В таком случае Roman зафиксирует развитие крупномасштабных структур в более позднюю эпоху. Если астрономы смогут сузить круг кандидатов на частицы темной материи, мы будем на шаг ближе к тому, чтобы наконец обнаружить их непосредственно в экспериментах на Земле.
Еще одна загадка, которую поможет разгадать Roman, это темная энергия, которая составляет 72% от всей энергии Вселенной. Именно она ответственна за то, что Вселенная ускоряется с расширением. Это открытие, сделанное путем измерения далеких сверхновых, было удостоено Нобелевской премии по физике за 2011 г. Но природа темной энергии до сих пор вызывает споры. От того, кто прав, зависит ни много ни мало срок жизни Вселенной. Согласно одной популярной гипотезе, через пару десятков миллиардов лет под действием темной энергии Вселенная может испытать Большой разрыв — феерический апокалипсис, в результате которого все на свете (включая звезды, планеты и даже атомы) разорвется на части.
Имея такое же резкое разрешение, как у Hubble, но поле зрения в 100 раз больше, Roman будет создавать невиданные ранее большие изображения Вселенной. Новая миссия продвинет исследование тайны темной энергии способами, недоступными другим телескопам, путем картирования структуры и распределения материи в космосе, а также путем измерения большого количества далеких сверхновых. Результаты покажут, как темная энергия действует во Вселенной и как она менялась за космическую историю. И это позволит определить, какой сценарий конца света самый правдоподобный.
Телескоп Roman
Конвейер для поиска инопланетян
Помимо вселенских тайн, Webb и Roman будут заняты еще одним волнительным для человечества вопросом: одиноки ли мы? Оба телескопа будут искать экзопланеты (то есть планеты у других звезд), которые могут быть пригодны для жизни.
На данный момент в результате космических и наземных наблюдений зарегистрированы уже 4846 экзопланет, входящие в состав 3582 планетных систем. Обсерватория Webb возьмется за эту проблему основательно. Инфракрасные наблюдения позволят досконально изучить процесс рождения звезд и формирования протопланетных дисков. Также Webb будет занят поиском экзопланет, определением их масс и диаметров. А главное, он расскажет нам больше об их атмосферах и, возможно, даже найдет строительные блоки для жизни.
Когда планета проходит перед звездой, звездный свет проходит через атмосферу планеты. Атомы и молекулы атмосферы оставляют на спектре света своеобразные "отпечатки пальцев" — линии поглощения. Преимущество инфракрасных наблюдений заключается в том, что именно на инфракрасных длинах волн молекулы в атмосферах экзопланет имеют наибольшее количество спектральных характеристик. Можно надеяться, что Webb найдет планеты с атмосферой, как у нас на Земле, и обнаружит там следы сложных органических молекул. Чем более сложными окажутся эти молекулы, тем выше вероятность, что их произвели живые существа.
Далее примется за дело телескоп Roman. Он продвинет наше понимание экзопланет по трем дополнительным направлениям.
Во-первых, он проверит на эффекты гравитационного микролинзирования 200 млн звезд в направлении центра нашей галактики. Астрономы ожидают, что в результате обзора будут обнаружены тысячи планет в обитаемой зоне их звезд.
Во-вторых, телескоп будет оснащен "звездными очками" — коронографом, способным блокировать блики от звезд. Он позволит получить фотографии планет близлежащих звезд.
В-третьих, Roman будет использовать транзитный метод, отслеживая изменения светимости звезд. Астрономы ожидают, что телескоп обнаружит до 100 тыс. экзопланет, которые периодически заслоняют свои звезды, из-за чего их свет тускнеет.
Космическое оригами
James Webb Space Telescope — это совместный проект NASA, Европейского космического агентства (ESA) и Канадского космического агентства. Они получат соответственно 80, 15 и 5% рабочего времени обсерватории. Проект миссии был разработан еще в 1996 г. Телескоп назван в честь Джеймса Уэбба (1906-1992), который возглавлял NASA в 1961-1968 гг. и отвечал за реализации программы "Аполлон".
Изначально запуск намечался на 2007 г., в дальнейшем многократно переносился. Сборка аппарата была закончена только в 2019 г. Период разнообразных испытаний завершился в конце августа 2021 г.
8 сентября NASA, ESA и компания Arianespace назначили запуск обсерватории в космос на 18 декабря. Аппарат будет запущен с помощью ракеты Ariane-5 с европейского космодрома во Французской Гвиане.
Телескоп имеет исполинские размеры и доставил уйму хлопот инженерам. 18 шестиугольных зеркал из бериллия общим диаметром 6,5 м покрыты тонким слоем золота для оптимизации их отражательной способности в инфракрасном диапазоне. Заслонять обсерваторию от солнечного излучения будет развертываемый пятислойный солнцезащитный экран размером 21 на 14 м. Телескоп настолько большой, что его будут вынуждены сложить, как оригами, чтобы уместить в ракету, диаметр которой составляет 5,4 м.
После вывода в космос телескоп начнет четырехнедельный полет ко второй точке Лагранжа в системе Солнце — Земля, где и будет работать. Когда Webb достигнет пункта назначения, его сегменты будут раскрыты один за другим. Приборам нужно будет охладиться, это займет немало времени. Затем они пройдут ряд "тренировочных упражнений" и только после этого будут введены в эксплуатацию. Суммарно между запуском и получением первой научной информации пройдет около полугода. Срок работы телескопа должен составить не менее пяти лет.
Nancy Grace Roman Space Telescope — проект NASA, разработанный в 2010 г. Телескоп назван в честь Нэнси Грейс Роман (1925-2018), которая проработала в NASA 21 год и считается матерью космического телескопа Hubble. Главное зеркало телескопа Roman диаметром 2,4 м уже готово. Ожидается, что полетное оборудование будет готово в 2024 г., после чего начнется сборка всего телескопа и его испытания.
Запуск обсерватории Roman планируется осуществить не позднее мая 2027 г. c помощью американской ракеты с космодрома на мысе Канаверал (штат Флорида). Срок работы телескопа должен составить тоже не менее пяти лет.
Главные надежды астрофизиков
Webb и Roman — это самые грандиозные астрофизические проекты за всю историю человечества. По своему значению для науки они сравнимы со знаменитым Большим адронным коллайдером, который обошелся в $10 млрд и на котором в 2012 г. был открыт бозон Хиггса. С помощью космических обсерваторий Webb и Roman ученые надеются приблизиться к разгадкам главных тайн Вселенной и обнаружить следы внеземной жизни. Подчеркнем — это инфракрасные телескопы. Их задача — улавливать космическое тепловое излучение, которое во многих участках своего диапазона вообще не наблюдается с Земли, ибо его поглощает земная атмосфера.
Почему же астрофизики возлагают свои главные надежды именно на инфракрасные космические обсерватории? Видимый свет, который мы воспринимаем своими глазами, излучают достаточно горячие звезды, как наше Солнце. От более холодных объектов тоже исходит излучение, только не видимое, а инфракрасное. И вот сейчас самые большие загадки, волнующие астрофизиков, кроются как раз не в обычных, видимых на небе звездах и галактиках, а в объектах, которые являются или кажутся более холодными.
Телескоп Roman должен будет подхватить эстафету исследований у инфракрасного телескопа Webb, который отправится в космос 18 декабря 2021 г. / NASA
Машина времени с холодильником
Начнем с последних. Что значит "кажутся более холодными"? Вселенная — величайший иллюзионист. Она все вокруг нас отбрасывает в прошлое и охлаждает. И чем дальше мы вглядываемся — тем сильнее космическая иллюзия.
Свет распространяется не мгновенно, а с конечной скоростью. Поэтому все объекты мы видим не такими, какими они есть сейчас, а такими, какими они были в прошлом, с задержкой на то время, какое понадобилось свету, чтобы дойти от них до нас. Солнце мы видим таким, каким оно было восемь минут назад. А галактики на краю наблюдаемой Вселенной мы видим в миллиардах лет назад. На данный момент самой далекой обнаруженной галактикой считается GN-z11 в созвездии Большой Медведицы. Мы видим ее такой, какой она была 13,4 млрд лет назад — всего лишь через 400 млн лет после Большого Взрыва, в котором родилась Вселенная. Образована GN-z11 очень молодыми и горячими голубыми звездами самого раннего поколения, их возраст всего около 40 млн лет.
Поскольку Вселенная после Большого Взрыва расширяется, то чем дальше галактики, тем быстрее они убегают от нас. Галактики на краю наблюдаемой Вселенной убегают от нас с громадными скоростями, сравнимыми со скоростью света. Из-за этого их свет испытывает очень сильное красное смещение. Голубой свет самых первых звезд приходит к нам смещенным в инфракрасную область спектра. Хотя эти звезды очень горячие, но нам они кажутся еле теплыми. Так, галактика GN-z11 была обнаружена в 2016 г. с помощью космического телеcкопа Hubble только благодаря тому, что он способен видеть в ближнем инфракрасном диапазоне.
Телескоп Webb по чувствительности к инфракрасному излучению превосходит Hubble в 100 раз. Ученые рассчитывают, что это позволит заглянуть еще дальше в прошлое, в эпоху 100-250 млн лет после Большого взрыва. Там можно будет обнаружить рождение самых первых звезд и подробно изучить весь процесс формирования галактик.
Cамой далекой обнаруженной галактикой считается GN-z11 в созвездии Большой Медведицы. Мы видим ее такой, какой она была 13,4 млрд лет назад / NASA
Когда именно образовались первые звезды, сейчас неизвестно. Это один из вопросов, на которые Webb должен дать ответ. Теория предсказывает, что первые звезды были в 30-300 раз массивнее нашего Солнца и в миллионы раз ярче, горели всего несколько миллионов лет, прежде чем взорваться как сверхновые и превратиться в черные дыры.
Понимание первых звезд имеет решающее значение для понимания формирования галактик. За последние десятилетия ученые удостоверились, что в центре каждой галактики находится огромная черная дыра. Одна из гипотез говорит, что эта сверхмассивные черные дыры получились в результате слияния множества черных дыр, в которые превратились первые звезды. Так ли это, поможет выяснить Webb.
Кроме того, беспрецедентная инфракрасная чувствительность Webb позволит астрономам сравнивать самые ранние крохотные зародыши галактик с сегодняшними грандиозными спиральными и эллиптическими формами, помогая нам понять, как галактики формировались на протяжении миллиардов лет.
Машина времени с холодильником
Начнем с последних. Что значит "кажутся более холодными"? Вселенная — величайший иллюзионист. Она все вокруг нас отбрасывает в прошлое и охлаждает. И чем дальше мы вглядываемся — тем сильнее космическая иллюзия.
Свет распространяется не мгновенно, а с конечной скоростью. Поэтому все объекты мы видим не такими, какими они есть сейчас, а такими, какими они были в прошлом, с задержкой на то время, какое понадобилось свету, чтобы дойти от них до нас. Солнце мы видим таким, каким оно было восемь минут назад. А галактики на краю наблюдаемой Вселенной мы видим в миллиардах лет назад. На данный момент самой далекой обнаруженной галактикой считается GN-z11 в созвездии Большой Медведицы. Мы видим ее такой, какой она была 13,4 млрд лет назад — всего лишь через 400 млн лет после Большого Взрыва, в котором родилась Вселенная. Образована GN-z11 очень молодыми и горячими голубыми звездами самого раннего поколения, их возраст всего около 40 млн лет.
Поскольку Вселенная после Большого Взрыва расширяется, то чем дальше галактики, тем быстрее они убегают от нас. Галактики на краю наблюдаемой Вселенной убегают от нас с громадными скоростями, сравнимыми со скоростью света. Из-за этого их свет испытывает очень сильное красное смещение. Голубой свет самых первых звезд приходит к нам смещенным в инфракрасную область спектра. Хотя эти звезды очень горячие, но нам они кажутся еле теплыми. Так, галактика GN-z11 была обнаружена в 2016 г. с помощью космического телеcкопа Hubble только благодаря тому, что он способен видеть в ближнем инфракрасном диапазоне.
Телескоп Webb по чувствительности к инфракрасному излучению превосходит Hubble в 100 раз. Ученые рассчитывают, что это позволит заглянуть еще дальше в прошлое, в эпоху 100-250 млн лет после Большого взрыва. Там можно будет обнаружить рождение самых первых звезд и подробно изучить весь процесс формирования галактик.
Когда именно образовались первые звезды, сейчас неизвестно. Это один из вопросов, на которые Webb должен дать ответ. Теория предсказывает, что первые звезды были в 30-300 раз массивнее нашего Солнца и в миллионы раз ярче, горели всего несколько миллионов лет, прежде чем взорваться как сверхновые и превратиться в черные дыры.
Понимание первых звезд имеет решающее значение для понимания формирования галактик. За последние десятилетия ученые удостоверились, что в центре каждой галактики находится огромная черная дыра. Одна из гипотез говорит, что эта сверхмассивные черные дыры получились в результате слияния множества черных дыр, в которые превратились первые звезды. Так ли это, поможет выяснить Webb.
Кроме того, беспрецедентная инфракрасная чувствительность Webb позволит астрономам сравнивать самые ранние крохотные зародыши галактик с сегодняшними грандиозными спиральными и эллиптическими формами, помогая нам понять, как галактики формировались на протяжении миллиардов лет.
Ученые рассчитывают, что c помощью Webb смогут заглянуть далеко в прошлое, в эпоху 100-250 млн лет после Большого взрыва / NASA
Самые темные тайны
Это, в свою очередь, даст нам новую информацию о темной материи — важнейшей компоненте галактик, наряду со звездами и черными дырами. Компьютерные модели, созданные учеными для понимания образования галактик, показывают, что они создаются, когда темная материя сливается в сгустки. Темная материя — это невидимая форма материи, общая масса которой во Вселенной в пять раз больше, чем у обычной материи (то есть у звезд, планет и межзвездного газа).
Ученые пытаются определить, из чего состоит темная материя. И тут должен прийти на помощь телескоп Roman. Он внесет ясность, исследуя структуру и распределение как обычной, так и темной материи в пространстве и времени.
Хотя темная материя невидима, она взаимодействует с обычной материей гравитационно. Именно так она и была обнаружена еще в прошлом веке. Roman будет искать проявления гравитационного линзирования, когда сгустки темной материи искажают видимые формы более далеких галактик. Миссия будет измерять местоположение и количество как обычной, так и темной материи в сотнях миллионов галактик. Полученные данные позволят выбрать между разными гипотезами о природе темной материи.
Если темная материя состоит из тяжелых частиц, она должна за короткое время разбиться на комки под действием собственного тяготения. В таком случае Roman должен увидеть формирование зародышей галактик в самом начале космической истории. Если же темная материя состоит из более легких и быстрых частиц, потребуется больше времени, чтобы осесть в сгустки. В таком случае Roman зафиксирует развитие крупномасштабных структур в более позднюю эпоху. Если астрономы смогут сузить круг кандидатов на частицы темной материи, мы будем на шаг ближе к тому, чтобы наконец обнаружить их непосредственно в экспериментах на Земле.
Еще одна загадка, которую поможет разгадать Roman, это темная энергия, которая составляет 72% от всей энергии Вселенной. Именно она ответственна за то, что Вселенная ускоряется с расширением. Это открытие, сделанное путем измерения далеких сверхновых, было удостоено Нобелевской премии по физике за 2011 г. Но природа темной энергии до сих пор вызывает споры. От того, кто прав, зависит ни много ни мало срок жизни Вселенной. Согласно одной популярной гипотезе, через пару десятков миллиардов лет под действием темной энергии Вселенная может испытать Большой разрыв — феерический апокалипсис, в результате которого все на свете (включая звезды, планеты и даже атомы) разорвется на части.
Имея такое же резкое разрешение, как у Hubble, но поле зрения в 100 раз больше, Roman будет создавать невиданные ранее большие изображения Вселенной. Новая миссия продвинет исследование тайны темной энергии способами, недоступными другим телескопам, путем картирования структуры и распределения материи в космосе, а также путем измерения большого количества далеких сверхновых. Результаты покажут, как темная энергия действует во Вселенной и как она менялась за космическую историю. И это позволит определить, какой сценарий конца света самый правдоподобный.
Конвейер для поиска инопланетян
Помимо вселенских тайн, Webb и Roman будут заняты еще одним волнительным для человечества вопросом: одиноки ли мы? Оба телескопа будут искать экзопланеты (то есть планеты у других звезд), которые могут быть пригодны для жизни.
На данный момент в результате космических и наземных наблюдений зарегистрированы уже 4846 экзопланет, входящие в состав 3582 планетных систем. Обсерватория Webb возьмется за эту проблему основательно. Инфракрасные наблюдения позволят досконально изучить процесс рождения звезд и формирования протопланетных дисков. Также Webb будет занят поиском экзопланет, определением их масс и диаметров. А главное, он расскажет нам больше об их атмосферах и, возможно, даже найдет строительные блоки для жизни.
Когда планета проходит перед звездой, звездный свет проходит через атмосферу планеты. Атомы и молекулы атмосферы оставляют на спектре света своеобразные "отпечатки пальцев" — линии поглощения. Преимущество инфракрасных наблюдений заключается в том, что именно на инфракрасных длинах волн молекулы в атмосферах экзопланет имеют наибольшее количество спектральных характеристик. Можно надеяться, что Webb найдет планеты с атмосферой, как у нас на Земле, и обнаружит там следы сложных органических молекул. Чем более сложными окажутся эти молекулы, тем выше вероятность, что их произвели живые существа.
Далее примется за дело телескоп Roman. Он продвинет наше понимание экзопланет по трем дополнительным направлениям.
Во-первых, он проверит на эффекты гравитационного микролинзирования 200 млн звезд в направлении центра нашей галактики. Астрономы ожидают, что в результате обзора будут обнаружены тысячи планет в обитаемой зоне их звезд.
Во-вторых, телескоп будет оснащен "звездными очками" — коронографом, способным блокировать блики от звезд. Он позволит получить фотографии планет близлежащих звезд.
В-третьих, Roman будет использовать транзитный метод, отслеживая изменения светимости звезд. Астрономы ожидают, что телескоп обнаружит до 100 тыс. экзопланет, которые периодически заслоняют свои звезды, из-за чего их свет тускнеет.
Телескоп Webb будет занят поиском экзопланет, определением их масс и диаметров
Космическое оригами
James Webb Space Telescope — это совместный проект NASA, Европейского космического агентства (ESA) и Канадского космического агентства. Они получат соответственно 80, 15 и 5% рабочего времени обсерватории. Проект миссии был разработан еще в 1996 г. Телескоп назван в честь Джеймса Уэбба (1906-1992), который возглавлял NASA в 1961-1968 гг. и отвечал за реализации программы "Аполлон".
Изначально запуск намечался на 2007 г., в дальнейшем многократно переносился. Сборка аппарата была закончена только в 2019 г. Период разнообразных испытаний завершился в конце августа 2021 г.
8 сентября NASA, ESA и компания Arianespace назначили запуск обсерватории в космос на 18 декабря. Аппарат будет запущен с помощью ракеты Ariane-5 с европейского космодрома во Французской Гвиане.
Телескоп имеет исполинские размеры и доставил уйму хлопот инженерам. 18 шестиугольных зеркал из бериллия общим диаметром 6,5 м покрыты тонким слоем золота для оптимизации их отражательной способности в инфракрасном диапазоне. Заслонять обсерваторию от солнечного излучения будет развертываемый пятислойный солнцезащитный экран размером 21 на 14 м. Телескоп настолько большой, что его будут вынуждены сложить, как оригами, чтобы уместить в ракету, диаметр которой составляет 5,4 м.
После вывода в космос телескоп начнет четырехнедельный полет ко второй точке Лагранжа в системе Солнце — Земля, где и будет работать. Когда Webb достигнет пункта назначения, его сегменты будут раскрыты один за другим. Приборам нужно будет охладиться, это займет немало времени. Затем они пройдут ряд "тренировочных упражнений" и только после этого будут введены в эксплуатацию. Суммарно между запуском и получением первой научной информации пройдет около полугода. Срок работы телескопа должен составить не менее пяти лет.
Nancy Grace Roman Space Telescope — проект NASA, разработанный в 2010 г. Телескоп назван в честь Нэнси Грейс Роман (1925-2018), которая проработала в NASA 21 год и считается матерью космического телескопа Hubble. Главное зеркало телескопа Roman диаметром 2,4 м уже готово. Ожидается, что полетное оборудование будет готово в 2024 г., после чего начнется сборка всего телескопа и его испытания.
Запуск обсерватории Roman планируется осуществить не позднее мая 2027 г. c помощью американской ракеты с космодрома на мысе Канаверал (штат Флорида). Срок работы телескопа должен составить тоже не менее пяти лет.
Подписаться на:
Сообщения (Atom)
