Телескоп «Спитцер»: 15 ярчайших открытий за 15 лет в космосе

25 августа 2018 года исполнилось 15 лет с момента запуска инфракрасной космической обсерватории Spitzer. В связи с этим NASA опубликовало список из 15 самых ярких его открытий. Начнём с самых, если так вообще можно выразиться, простых.

1. Погода вне дома, или первая метеорологическая карта экзопланеты

В 2009 году по данным «Спитцера» была составлена первая в мире карта движения атмосферных масс на экзопланете. Речь идёт о мире HD 189733b, расположенном в 63 световых годах от Земли в созвездии Лисички. В частности, на планете были обнаружены ветра, скорость которых в несколько раз превышает скорость звука в этой среде.

К слову, «Вести. Наука» (nauka.vesti.ru) писали о более подробной метеорологической карте той же планеты, составленной в 2015 году с помощью 3,6-метрового наземного телескопа.

2. Откуда берутся дети, или «родильные дома» звёзд

Инфракрасное излучение проникает через облака пыли и газа лучше, чем видимый свет. Поэтому «Спитцер» предоставил беспрецедентные данные об объектах, скрытых за такими облаками. Это, в частности, относится к областям звездообразования, где из межзвёздного газа рождаются новые светила.

Напомним, что с помощью других инструментов в таких областях были обнаружены ингредиенты жизни.

3. Не сегодня собрались, или самоё древнее скопление галактик
В 2011 году «Спитцер» обнаружил скопление галактик COSMOS-AzTEC3. Этот объект расположен в 12,6 миллиарда световых лет от Земли. Для сравнения: возраст Вселенной: 13,7 миллиарда лет.

Скопление COSMOS-AzTEC3 стало самым далёким (и, соответственно, древним) скоплением галактик, обнаруженным в то время. Оно предоставило астрономам уникальную информацию об образовании «звёздных островов» в ранней Вселенной.

4. Из чего же, из чего же, из чего же, или химический состав кометы

В 2005 году космический зонд Deep Impact врезался в комету Tempel 1. Это было запланированное столкновение. Учёные хотели узнать, из чего состоит небесное тело, а для этого им нужен был рой обломков. «Спитцер», наблюдавший этот выброс, помог определить его химический состав.

Среди ингредиентов кометы оказались такие неожиданные компоненты, как глина, карбонаты, соединения железа и ароматические углеводороды. Это снабдило учёных ценной информацией о том, из какого вещества когда-то образовалась Солнечная система.

5. Властелин колец, или самое далёкое кольцо Сатурна

В 2009 году космический телескоп открыл у знаменитой планеты новое кольцо, теперь известное как кольцо Фебы. Оно начинается на расстоянии шести миллионов километров от планеты, то есть гораздо дальше, чем любое другое её кольцо.

Источником материала для «украшения» служит, вероятно, спутник Сатурна Феба. Вещество этого кольца очень разреженно, поэтому оно слабо отражает солнечный свет (да и самого солнечного света в окрестностях Сатурна уже довольно мало). Именно поэтому, несмотря на впечатляющие размеры, кольцо так долго ускользало от наблюдателей и было обнаружено только благодаря инфракрасному телескопу.

6. Мёртвые звёзды играют в углеродные мячики, или первые фуллерены в космосе
Фуллерены — это особая форма углерода. Молекула этого вещества имеет сходство с футбольным мячом.

Фуллерены широко применяются на Земле, но до 2010 года никто не знал, образуются ли они в космосе. Именно «Спитцер» впервые наблюдал линию этих веществ в спектре космического объекта.

Речь идёт о белом карлике Tc 1, окружённом туманностью из выброшенного когда-то вещества. Напомним, что белый карлик образуется из ядра умирающей звезды, перед этим сбросившей внешние слои. Форму фуллерена, очевидно, принял углерод, когда-то образовавшийся в этом светиле в результате термоядерных реакций.

К слову, «Вести. Наука» писали о том, как космический фуллерен признали ответственным за таинственное поглощение межзвёздным газом света определённой частоты.

7. Столкновения миров, или пылевые облака вокруг звёзд

Космический телескоп обнаружил облака пыли вокруг некоторых звёзд. Такая пыль может образоваться в результате столкновения планет. Подобный «бильярд», как считается, характерен для молодых планетных систем и играет важную роль в их формировании.

К слову, ранее мы писали о звезде, которая окружена облаком пыли экзотического происхождения, и, похоже, она «пожирает» собственные планеты.

8. Неземная химия, или первые молекулы в атмосферах экзопланет

В 2007 году «Спитцер» стал первым телескопом, непосредственно обнаружившим спектральные линии молекул, присутствующих в атмосферах экзопланет. Речь идёт о двух горячих юпитерах: HD 209458b и уже упоминавшемся HD 189733b.

Сегодня химические составы экзопланет изучаются массово. К слову, по результатам подобных исследований выяснилось, что на HD 189733b идёт силикатный снег.

9. Всматриваясь в бездну, или самые далёкие квазары
В 2010 году «Спитцер» обнаружил рекордно далёкие на тот момент квазары J0005-0006 и J0303-0019. Свет от них добирался до Земли более 13 миллиардов лет из 13,7 миллиарда лет существования Вселенной.

Напомним, что квазары представляют собой сверхмассивные чёрные дыры, окружённые облаком падающего на них вещества. Эта раскалённая материя служит чрезвычайно мощным источником излучения, поэтому телескопы улавливают свет квазаров, расположенных даже на самых больших расстояниях от Земли. Но настолько далёкие объекты — «штучный товар». Они предоставляют астрономам бесценную информацию о ранней юности Вселенной.

К слову, мы писали о том, какой квазар сейчас является обладателем рекорда по дальности.

10. Ну очень далёкий мир, или планета в тысячах световых лет от Земли

В 2010 году космическая обсерватория обнаружила одну из самых далёких известных на сегодняшний день планет. Речь идёт о газовом гиганте, расположенном на расстоянии 13 тысяч световых лет от Земли. Для сравнения: подавляющее большинство известных экзопланет находятся менее чем в тысяче световых лет от нас.

Открытие было сделано с помощью микролинзирования. Напомним, в чём заключается это явление. Когда одна звезда заслоняет собой другую, её гравитация искривляет лучи первой и увеличивает её яркость подобно линзе. Если такая «линза» имеет планету, это сказывается на наблюдаемой картине.

К слову, некоторые исследователи считают, что с помощью гравитационного линзирования им удалось открыть планеты даже в другой галактике.

11. Глаза в глаза, или первые прямые наблюдения экзопланет

Именно «Спитцер» в 2005 году стал первым инструментом, напрямую зарегистрировавшим излучение экзопланеты. До этого планеты открывались лишь косвенно, например, по затмениям, которые происходят, когда такое тело заслоняет часть диска родительской звезды.

Речь снова идёт о горячих юпитерах (в данном случае на руку астрономам играют размеры таких миров, они больше, а потому и обнаружить их проще): TrES-r1 и HD 209458b. С тех пор им были посвящены многочисленные исследования. Например, российские учёные разработали способ измерить магнитное поле второй планеты.

12. Не брезговать мелочью, или «перепись» небольших астероидов

Инфракрасная обсерватория оказалась бесценной для изучения астероидов. Ведь «небесные камни» не испускают собственного света, а солнечный отражают довольно плохо. Поэтому их трудно наблюдать в оптический телескоп. А вот в инфракрасном диапазоне астероиды излучают довольно интенсивно.

Именно поэтому «Спитцер» очень много сделал для каталогизации околоземных тел диаметром менее ста метров. К слову, мы писали о том, сколько подобных глыб может угрожать Земле.

13. Мы — дети Галактики, или беспрецедентная карта Млечного Пути

В 2013 году учёные создали одну из самых обширных карт Галактики. Для этого они использовали более двух миллионов снимков «Спитцера», сделанных за десять лет.

Как уже упоминалось выше, инфракрасное излучение лучше проникает сквозь завесу газа и пыли, чем видимый свет. Поэтому на карте «Спитцера» оказались регионы, которые невозможно увидеть ни в какие оптические телескопы. Например, он показал человечеству неизвестные далёкие области звездообразования.

К слову, мы писали о составлении карты Галактики и другим инструментом — оптическим телескопом Gaia.

14. Удивительно взрослые дети, или древнейшие галактики и их неожиданная зрелость

"Спитцер" открыл несколько рекордно далёких галактик. Свет от некоторых из них добирался до Земли более 13,4 миллиарда лет (ещё раз напомним, что Вселенной 13,7 миллиарда лет).

В этом открытии астрономов больше всего удивило то, насколько крупными были эти звёздные системы. Ранее считалось, что такие большие галактики должны были образоваться много позже путём слияния нескольких мелких. В последние годы было сделано много подобных открытий, и специалисты пересматривают свои теории, в том числе и благодаря данным «Спитцера».

15. Семь планет подарил мне мой друг телескоп, или знаменитая система TRAPPIST-1

 В 2017 году было объявлено об открытии планетной системы у звезды TRAPPIST-1. В ней оказалось целых семь землеподобных планет, и это рекорд. Три из них находятся в зоне обитаемости, то есть на их поверхности потенциально возможно существование жидкой воды.

"Спитцер" сыграл важную роль в исследовании этой системы, потратив на неё более 500 часов наблюдательного времени. В частности, с его помощью окончательно установили количество планет, а также оценили их размер и массу.

"Вести. Наука" много писали о последующих исследованиях этой системы. Например, мы рассказывали, как «Хаббл» обнаружил на мирах TRAPPIST-1 воду, а тщательные наблюдения на многих инструментах позволили выяснить их химический состав.

Телескоп «Спитцер» по-прежнему в строю, и если он сделает новые интересные открытия, мы обязательно расскажем о них.

Удивительные находки ставят новые вопросы относительно атмосфер планет-гигантов

Самая горячая точка газовой планеты, расположенной рядом с далекой звездой, располагается не там, где ее ожидали увидеть астрофизики – открытие, которое противоречит предсказаниям, сделанным на основе современной модели атмосфер планет этого класса. В отличие от нашего Юпитера так называемые «горячие юпитеры» обращаются очень близко к родительской звезде, так близко, что один оборот вокруг звезды они совершают менее чем за трое суток. Одно полушарие этих планет всегда обращено к звезде, в то время как другое полушарие всегда «смотрит» в космическую тьму. Поэтому самая горячая точка в атмосфере таких планет располагается на дневной стороне. Наблюдения за другими горячими юпитерами и теоретические предсказания указывают также на то, что в атмосферах этих планет близ экватора дуют ветра в восточном направлении, которые иногда смещают самую горячую точку к востоку. Однако в случае таинственной экзопланеты CoRoT-2b самая горячая точка обнаружилась в противоположном направлении – к западу от центра. 

Исследовательская группа под руководством Лизы Данг (Lisa Dang), студента докторантуры Университета Макгилл, Канада, наблюдавшая эту планету при помощи космического телескопа НАСА Spitzer («Спитцер»), предлагает три возможных объяснения этого факта.

Во-первых, планета может вращаться вокруг внутренней оси настолько медленно, что один оборот вокруг оси происходит дольше, чем полный оборот вокруг звезды. В этом случае, действительно, формируются ветра, дующие в западном направлении, однако гипотеза плохо соответствует модели гравитационного взаимодействия между звездой и планетой, находящейся на настолько узкой орбите. Вторая рассматриваемая командой Данг гипотеза объясняет западное смещение горячей точки взаимодействием с магнитным полем планеты. Это дало бы редкую возможность изучить магнитное поле экзопланеты. Третья гипотеза говорит о том, что восточную часть планеты могут покрывать толстым слоем облака, заставляющие ее казаться менее яркой, чем на самом деле. Однако эта гипотеза плохо сходится с современными моделями циркуляции атмосферы на таких планетах.

Для выбора в пользу одной из рассматриваемых гипотез или выработки новых предположений команде Данг требуются дополнительные наблюдения системы CoRoT-2 при помощи нового космического телескопа НАСА James Webb («Джеймс Уэбб»), запуск которого намечен на следующий год.

Космические телескопы «Хаббл» и «Спитцер» наблюдают очень далекую галактику

Ученые наблюдают при помощи космических телескопов Hubble («Хаббл») и Spitzer («Спитцер») самую настоящую «иголку в стоге сена» - самую далекую галактику, когда-либо наблюдаемую на снимке, изображение которой было растянуто и увеличено в результате феномена, известного как гравитационное линзирование. Эта молодая галактика под названием SPT0615-JD существовала в то время, когда нашей Вселенной было всего лишь 500 миллионов лет. Хотя ранее ученые уже наблюдали другие примитивные галактики в эту раннюю эпоху эволюции Вселенной, однако изображения этих галактик выглядели как красные точки, из-за их малого размера и гигантских расстояний до них. Однако в этом случае гравитационное поле массивной галактики, лежащей на переднем плане, не только усилило свет, идущий от далекой галактики, но и растянуло изображение галактики в дугу (длиной примерно 2 угловых секунды).

По этому изображению в новом исследовании ученые во главе с Бреттом Салмоном (Brett Salmon) из Института исследований космоса с помощью космического телескопа, США, смогли определить истинные размер и форму этой галактики. Согласно предварительным данным, полученным авторами работы, масса этой галактики составляет не более 3 миллиардов масс Солнца (для сравнения, масса Млечного пути составляет примерно 300 миллиардов солнечных масс), а диаметр галактики – около 2500 световых лет (диаметр нашей Галактики – примерно 100000 световых лет). Эта галактика является прототипом молодых галактик, появившихся вскоре после Большого взрыва, отмечает Салмон.

Исследование было представлено на 231-м собрании Американского астрономического общества

Раскаленная экзопланета 55 Рака е может обладать атмосферой

По поверхности суперземли 55 Рака е, превосходящей по размеру нашу планету примерно в два раза, предположительно, текут потоки лавы. Планета находится очень близко к родительской звезде, кроме того, она всегда обращена к родительскому светилу одной и той же стороной – и поэтому на планете имеются «вечные» дневная и ночная стороны. Базируясь на результатах исследования, проведенного в 2016 г. при помощи космического телескопа НАСА Spitzer («Спитцер»), ученые предположили, что лава свободно течет и формирует озера на дневной стороне планеты, но затвердевает на ночной стороне планеты. Теперь более глубокий анализ тех же самых данных, собранных при помощи космической обсерватории Spitzer, показывает, что у этой планеты, вероятно, имеется атмосфера, компоненты которой могут быть схожи с компонентами атмосферы Земли, однако толщина атмосферы экзопланеты при этом существенно больше толщины газовой оболочки нашей планеты. Лавовые озера, излучающие энергию непосредственно в космос, создали бы зоны местного нагрева поверхности до очень высоких температур – чего не наблюдалось при анализе данных, собранных при помощи обсерватории Spitzer.

Используя усовершенствованную модель течения потоков энергии по поверхности планеты и излучения ее обратно в космос, исследователи, возглавляемые Изабель Анджело (Isabel Angelo), нашли, что температура на ночной стороне планеты будет не такой низкой, как считалось ранее. «Холодна я сторона» является все же весьма горячей по земным стандартам – средняя температура здесь достигает 1300-1400 градусов Цельсия – при этом на «горячей стороне» планеты температура составляет около 2300 градусов Цельсия. Разница между температурами дневной и ночной сторон планеты имела бы большую величину при отсутствии атмосферы, пояснили авторы работы.

Цифровой календарь демонстрирует лучшие снимки, сделанные «Спитцером»

Космический телескоп НАСА на прошлых выходных отмечал 12 лет со дня своего запуска в космос, и в честь этого события американское космическое агентство выпустило бесплатный цифровой календарь, составленный из великолепных снимков, сделанных «Спитцером».

Этот новый календарь включает дюжину лучших видов самых разных уголков нашей Вселенной, полученных космическим телескопом НАСА «Спитцер», запущенным в космос 23 августа 2003 г. и продолжающего свою научную деятельность в космосе и по сей день.

«Конечно, нельзя полностью передать масштаб огромной сокровищницы научных знаний, собранных «Спитцером», всего в 12 снимках, – сказал научный сотрудник проекта «Спитцер» Майкл Вернер из Лаборатории реактивного движения НАСА в заявлении для прессы. – Однако эти «жемчужины» демонстрируют уникальные возможности «Спитцера» наблюдать как самые близкие, так и значительно удаленные от нас объекты Вселенной».

Обращающийся вокруг Солнца аппарат «Спитцер» был последним стартовавшим с Земли космическим телескопом программы «Великие обсерватории» НАСА, включающей, кроме «Спитцера» ещё три космических телескопа: «Хаббл» (старт в 1990 г.), гамма-обсерваторию «Комптон» (1991 г.) и рентгеновскую обсерваторию «Чандра» (1999 г.).

«Спитцер» изучал Вселенную в инфракрасном свете. Ученые использовали обсерваторию для исследования далеких галактик и внесолнечных планет, а также более близких к нам космических объектов, таких как кометы и астероиды Солнечной системы. В мае 2009 г. у «Спитцера» закончился хладореагент, однако обсерватория продолжает наблюдать Вселенную при помощи инструмента Infrared Array Camera в рамках «теплой миссии», которая может продлиться до конца текущего десятилетия, говорят должностные лица НАСА.