Что произошло с атмосферой раннего Марса? Ученые смогли исключить одну из теорий

Ученые стали на один шаг ближе к пониманию причин превращения Марса из планеты, на поверхности которой миллиарды лет назад присутствовала вода, в тот безжизненный, засушливый мир, которым он является в настоящее время.Новый анализ самого крупного из известных науке отложения карбонатов на Марсе указывает на то, что изначальная марсианская атмосфера могла уже потерять большую часть своего основного компонента – диоксида углерода – к началу периода формирования сети речных долин.

 В своем новом исследовании американские ученые Кристофер Эдвардс и Бетани Элманн оценивают количество углерода, заключенное в отложении карбонатов, находящемся в области Nili Fossae Красной планеты, используя данные наблюдений, проведенных при помощи инструментов марсианских орбитальных аппаратов Mars Global Surveyor и Mars Odyssey НАСА.

Согласно одной из гипотез о причинах утонения марсианской атмосферы, часть диоксида углерода атмосферы Красной планеты могла быть потеряна в результате его связывания горными породами основного характера с образованием минералов карбонатного типа.

Эдвардс и Элманн сравнивают полученную ими оценку количества диоксида углерода, заключенного в форме карбонатов в отложениях области Nili Fossae, с количеством диоксида углерода, которое потребовалось бы для того, чтобы обеспечить достаточную для поддержания существования на поверхности раннего Марса воды в жидкой форме в тот период его истории, когда текущие по поверхности планеты реки вырезали на ней обширную сеть речных долин. Исследователи приходят к выводу, что такое количество диоксида углерода в атмосфере раннего Марса потребовало бы наличия на поверхности планеты в настоящее время 35 отложений карбонатов размерами не меньше, чем отложение области Nili Fossae, каждое. Авторы исследования считают, что такое количество отложений карбонатов не могло не быть до сих пор зафиксировано орбитальными марсианскими аппаратами, учитывая их высокую научную производительность, а потому делают на основании результатов своего анализа вывод о несостоятельности гипотезы потери Марсом атмосферы в результате её связывания горными породами.

Анализ снимков, сделанных «Хабблом», помогает понять процессы формирования звезд

Новый анализ снимков, сделанных космическим телескопом НАСА «Хаббл», на которых представлены 2753 молодых звездных скопления, богатых голубыми звездами, которые находятся в соседней с нами галактике Андромеды, или М31, позволил астрономам заключить, что наша галактика и галактика М31 имеют примерно одинаковые относительные количества «новорождённых» звезд.

Устанавливая, какой процент звезд скопления имеет определенную массу, или рассчитывая Начальную массовую функцию (Initial Mass Function, IMF), ученые смогли более эффективно интерпретировать информацию, которую несет свет, идущий от далеких галактик, и лучше понять историю формирования звезд нашей Вселенной.

Этот кропотливый анализ 414 мозаичных фотографий галактики М31, сделанных «Хабблом», стал ярким примером тесного сотрудничества между профессиональными астрономами и астрономами-любителями, которые вызвались добровольно помочь ученым в анализе собранных «Хабблом» научных данных.

В этом новом исследовании, возглавляемом Даниэлем Вейцом из Вашингтонского университета в Сиэттле, США, астрономы смогли рассчитать функцию IMF – которая ранее была рассчитана лишь для скоплений звезд Млечного пути –для большого количества звездных скоплений галактики М31. Результаты расчетов показали, что эта функция примерно одинакова для большого числа скоплений галактики М31 самого различного типа. Кроме того, исследователи обнаружили, что число наиболее массивных звезд в таких звездных скоплениях примерно на 25% меньше, чем считалось ранее. Обнаружение этого факта может привести к существенному пересмотру количественных оценок процессов, протекающих в ранней Вселенной, считают авторы исследования.

Туманность Гама 56: космический круговорот

На снимке представлена туманность Гама 56 (Gum 56), освещенная горячими яркими молодыми звездами, родившимися в ней. На протяжении миллионов лет звезды создавались в этой туманности из газа, который вернулся в область звездообразования, когда стареющие звезды выбросили свой материал в пространство. Данное изображение было получено с помощью 2,2-метрового телескопа в Чили.

В эту огромную область звездообразования погружены три скопления горячих молодых звезд, возраст которых составляет лишь несколько миллионов лет. Они ярко светятся в ультрафиолетовом свете. Именно свет, излучаемый этими звездами, и заставляет газовые облака туманности светиться. Излучение высвобождает электроны из атомов – этот процесс известен как ионизация – а когда они воссоединяются, то выпускают энергию в виде света. Каждый химический элемент испускает свет в характерных цветах. Большие облака водорода в туманности являются причиной ее ярко-красного свечения.

Туманность Гама 56, также известная как IC 4628 или туманность Креветка (Prawn Nebula), была названа в честь австралийского астронома Колина Стэнли Гама, который в 1955 году опубликовал каталог областей H II. Области Н II, такие как туманность Гама 56, представляют собой огромные облака низкой плотности, содержащие большое количество ионизированного водорода.

Большие доли ионизации в туманности Гама 56 пришлись на две звезды О-типа, являющиеся горячими голубо-белыми звездами, известными также как голубые гиганты из-за своего цвета. Звезды этого типа являются довольно редкими во Вселенной, поскольку большая масса голубых гигантов означает, что они не живут долго. После всего лишь примерно миллиона лет эти звезды заканчивают свою жизнь как сверхновые. Такая же участь уготовлена и многим другим массивным звездам в туманности.

Помимо большого количества вновь рожденных звезд, расположенных в туманности, эта большая область по-прежнему содержит достаточное количество газа и пыли для образования еще более молодых поколений звезд. Области туманности, которые рождают новые звезды, представлены на снимке в виде плотных облаков. Материал, образующий эти новые звезды, включает в себя остатки самых массивных звезд старшего поколения, которые уже закончили свою жизнь и выбросили материал в результате взрыва сверхновых. Таким образом, круговорот звездной жизни и смерти продолжается.

Учитывая наличие двух крайне необычных голубых гигантов в этой области, а также тот факт, что туманность отчетливо видна в диапазоне инфракрасных волн и радиоволн, пожалуй, удивительно, что данная область сравнительно мало изучена профессиональными астрономами. В диаметре туманность Гама 56 достигает примерно 250 световых лет, но, несмотря на ее огромные размеры, часто упускается из виду обозревателями. Это объясняется тем, что большую часть света она излучает на таких длинах волн, которые не видны человеческому глазу.

Туманность находится на расстоянии около 6000 световых лет от Земли. В небе ее можно найти в созвездии Скорпиона.

Юпитер

Юпитер — пятая планета от Солнца, крупнейшая в Солнечной системе. Наряду с Сатурном, Ураном и Нептуном Юпитер классифицируется как газовый гигант. Планета была известна людям с глубокой древности, что нашло своё отражение в мифологии и религиозных верованиях различных культур: месопотамской, вавилонской, греческой и других. Современное название Юпитера происходит от имени древнеримского верховного бога-громовержца

Ряд атмосферных явлений на Юпитере: штормы, молнии, полярные сияния, — имеет масштабы, на порядки превосходящие земные. Примечательным образованием в атмосфере является Большое красное пятно — гигантский шторм, известный с XVII века.

Юпитер имеет, по крайней мере, 67 спутников, самые крупные из которых — Ио, Европа, Ганимед и Каллисто — были открыты Галилео Галилеем в 1610 году.

Исследования Юпитера проводятся при помощи наземных и орбитальных телескопов; с 1970-хгодов к планете было отправлено 8 межпланетных аппаратов НАСА: «Пионеры», «Вояджеры», «Галилео» и другие.

Во время великих противостояний (одно из которых происходило в сентябре 2010 года) Юпитер виден невооружённым глазом как один из самых ярких объектов на ночном небосклоне после Луны и Венеры.  Диск и спутники Юпитера являются популярными объектами наблюдения для астрономов-любителей , сделавших ряд открытий (например, кометы Шумейкеров-Леви, которая столкнулась с Юпитером в 1994 году,  или исчезновения Южного экваториального пояса Юпитера в 2010 году) .

Масса

Юпитер — самая большая планета Солнечной системы, газовый гигант. Его экваториальный радиус равен 71,4 тыс. км, что в 11,2 раза превышает радиус Земли.

Юпитер — единственная планета, у которой центр масс с Солнцем находится вне Солнца и отстоит от него примерно на 7 % солнечного радиуса.

Масса Юпитера в 2,47 раза превышает суммарную массу всех остальных планет Солнечной системы, вместе взятых, в 317,8 раз — массу Земли и примерно в 1000 раз меньше массы Солнца. Плотность (1326 кг/м³) примерно равна плотности Солнца и в 4,16 раз уступает плотности Земли (5515 кг/м³). При этом сила тяжести на его поверхности, за которую обычно принимают верхний слой облаков, более чем в 2,4 раза превосходит земную: тело, которое имеет массу, например, 100 кг, будет весить столько же, сколько весит тело массой 240 кг на поверхности Земли. Это соответствует ускорению свободного падения 24,79 м/с² на Юпитере против 9,80 м/с² для Земли.

Большинство из известных на настоящее время экзопланет сопоставимы по массе и размерам с Юпитером, поэтому его масса (MJ) и радиус (RJ) широко используются в качестве удобных единиц измерения для указания их параметров.

Химический состав

Химический состав внутренних слоёв Юпитера невозможно определить современными методами наблюдений, однако обилие элементов во внешних слоях атмосферы известно с относительно высокой точностью, поскольку внешние слои непосредственно исследовались спускаемым аппаратом «Галилео», который был спущен в атмосферу 7 декабря 1995 года. Два основных компонента атмосферы Юпитера — молекулярный водород и гелий. Атмосфера содержит также немало простых соединений, например, воду, метан (CH4), сероводород (H2S), аммиак (NH3) и фосфин (PH3). Их количество в глубокой (ниже 10 бар) тропосфере подразумевает, что атмосфера Юпитера богата углеродом, азотом, серой и, возможно, кислородом по фактору 2—4 относительно Солнца.

Другие химические соединения, арсин (AsH3) и герман (GeH4), присутствуют, но в незначительных количествах.

Концентрация инертных газов, аргона, криптона и ксенона, превышает их количество на Солнце (см. таблицу), а концентрация неона явно меньше. Присутствует незначительное количество простых углеводородов: этана, ацетилена и диацетилена, — которые формируются под воздействием солнечной ультрафиолетовой радиации и заряженных частиц, прибывающих из магнитосферы Юпитера. Диоксид углерода, моноксид углерода и вода в верхней части атмосферы, как полагают, своим присутствием обязаны столкновениям с атмосферой Юпитера комет, таких, например, как комета Шумейкеров-Леви 9. Вода не может прибывать из тропосферы, потому что тропопауза, действующая как холодная ловушка, эффективно препятствует поднятию воды до уровня стратосферы.

Красноватые вариации цвета Юпитера могут объясняться наличием соединений фосфора (красный фосфор), серы, углерода и, возможно,органики, возникающей благодаря электрическим разрядам в атмосфере. В эксперименте, (довольно тривиально) симулирующем нижние слои атмосферы, проведённом Карлом Саганом, в среде коричневатых толинов был обнаружен 4-кольцовый хризен, a преобладающими для данной смеси являются полициклические ароматические углеводороды с 4 и более бензольными кольцами, реже с меньшим количеством колец. Поскольку цвет может сильно варьироваться, предполагается, что химический состав атмосферы также различен в разных местах. Например, имеются «сухие» и «мокрые» области с разным содержанием водяного пара.

Спутники и кольца

По данным на октябрь 2014 года, у Юпитера известно 67 спутников — наибольшее значение среди планет Солнечной системы. По оценкам, спутников может быть не менее сотни. Спутникам даны в основном имена различных мифических персонажей, так или иначе связанных с Зевсом-Юпитером. Спутники разделяют на две большие группы — внутренние (8 спутников, галилеевы и негалилеевы внутренние спутники) и внешние (55 спутников, также подразделяются на две группы) — таким образом, всего получается 4 «разновидности». Четыре самых крупных спутника — Ио, Европа, Ганимед и Каллисто — были открыты ещё в 1610 году Галилео Галилеем. Открытие спутников Юпитера послужило первым серьёзным фактическим доводом в пользу гелиоцентрической системы Коперника.

Крошечный космический телескоп Twinkle нацелен на изучение атмосфер суперземель

Несмотря на то, что ученым удалось подтвердить открытие около 2000 планет, обнаруженных за пределами Солнечной системы, нам так мало о них известно. Из чего они состоят? Пригодна ли их атмосфера для жизни? Какие погодные условия доминируют на этих планетах?
На более глубокое изучение данных планет нацелено новое поколение «глазастых» телескопов, представителем которого является космический телескоп Джеймса Уэбба. Запуск последнего запланирован на 2018 год. Однако, как утверждает команда европейских ученых, она сможет раскрыть секреты экзопланет при значительно меньших затратах.

С бюджетом всего в 50 миллионов фунтов стерлингов (79 миллионов долларов), команда проекта Twinkle планирует запустить спутник на низкую околоземную орбиту в течение ближайших трех-четырех лет, если ей удастся получить финансирование. После запуска спутник Twinkle будет изучать характерные признаки 100 близлежащих миров, расположенных на расстоянии в несколько сотен световых лет от нас, в инфракрасном диапазоне. По словам ведущего ученого команды проекта, это станет возможным даже с использованием крошечного зеркала с диаметром всего 50 см (для сравнения диаметр космического телескопа Хаббл составляет 2,4 м).

«Мы может достичь больших высот даже с использованием относительно более ограниченного оборудования», - говорит Джованна Тинетти, астрофизик из Университетского колледжа в Лондоне. По ее словам, ввиду того, то исследуемые планеты будут представлять собой горячие миры, расположенные в относительной близости к Земле, их характерные признаки будут отчетливо видны в инфракрасном диапазоне. Таким образом, используя даже небольшой телескоп, астрономы смогут выявить наличие облаков, исследовать погоду и климат.

В то время как астрономы обнаруживают все новые планеты, возможным объектом исследований аппарата Twinkle может стать экзопланета 55 Cancri e. Она вращается вокруг звезды, во многом похожей на наше Солнце. Однако планета движется настолько близко к своему светилу, что температура ее поверхности достигает 2300 градусов по Цельсию. Планета настолько мала, что крайне сложно определить ее структуру. Однако, как предполагают некоторые исследователи, несмотря на агрессивную среду, она может быть богата углеродом – элементом, связанным с жизнью.

Однако, как и в большинстве случаев, вопрос будет упираться в финансы. Новый проект будет стоить намного дешевле предыдущей миссии по исследованию планет EChO, которую Тинетти вместе со своими коллегами предложила Европейскому космическому агентству в 2011 году. Бюджет данной миссии составлял 0,57 млрд долларов. Тогда ЕКА не выбрало проект для реализации. По словам ученых, миссию удастся удешевить за счет уменьшения размеров телескопа и сужения диапазона длин волн, а также использования уже готовых коммерческих компонентов. Кроме того команда планирует предоставлять телескоп в пользование международным научным организациям, что будет приносить дополнительные средства.

Несмотря на то, что аппарат Twinkle значительно уступает в размерах другим телескопам, его научный вклад обещает быть значительным. Телескоп будет искать планеты в диапазоне видимого и инфракрасного излучений (от 0,5 мкм до 5 мкм) вокруг очень ярких звезд. Организаторы проекта также надеются заручиться поддержкой образовательных учреждений в Великобритании.