Одиссея: На край света [Космические зонды и научные миссии]

Источник: https://nplus1.ru/news/2021/04/09/lcrt-second-phase

Ссылка на оригинальный материал - www.esa.int/ESA_Multimedia/Images/2021/02/Falling_to_...

Дело в том, что в этой паре каждая масса в контексте гравитационного воздействия проявляла бы себя аналогично тому, как это происходило бы, если бы ее «партнером» была масса с ее же свойствами. То есть положительная масса будет притягивать отрицательную массу, так же как и положительную, отрицательная масса будет отталкивать положительную, так же как отталкивает отрицательную.

В конце 80-х годов прошлого века, развивая теорию об отрицательной массе, американский физик Роберт Форвард понял, что такие свойства позволили бы не только делать эффектные фокусы с парящими над Землей предметами или создавать летающие аппараты, которые можно поднимать в воздух со значительно меньшими затратами энергии, но, что более интересно, создать не требующий топлива привод для космического корабля. Потребность в пополнении запасов топлива это одно из главных ограничений традиционных реактивных двигателей при рассмотрении перспектив дальних межзвездных перелетов.

В своем исследовании Форвард не только обосновал, что существование отрицательной массы не противоречит теории относительности Эйнштейна, но и то, что ее теоретические свойства во взаимодействии с обычной массой не нарушают и другие фундаментальные законы физики, такие как законы сохранения энергии и импульса.

Принцип действия двигателя, предлагаемого Форвардом, напоминает известный трюк с осликом и морковкой, когда, сколько бы ослик не шел к морковке, она от него всегда будет удаляться. Только здесь все в некотором смысле наоборот. Привод космического корабля состоит из пары «колец»: кольцо, расположенное по ходу движения впереди, сделано из обычной материи, заднее из отрицательной. «Заднее» кольцо отталкивает посредством антигравитации «переднее», которое в свою очередь, продвигаясь вперед, притягивает к себе «заднее».

Хороший вариант вечного бестопливного двигателя! Осталась самая малость – обнаружить где-то во Вселенной вещество с отрицательной массой. Нельзя сказать, что это совсем безнадежное дело, хотя и не 100%-ное. В своем исследовании Форвард возлагает надежды на определенные «пустоты» и «пузыри» во Вселенной, которые могут оказаться ценными месторождениями нового ценного ресурса. Но, чтобы добраться до одного из них, нужен межзвездный двигатель, не зависящий от возможности дозаправки, с которой на маршруте явно будут проблемы. В общем, тоже вопрос, который замыкается сам на себя, как и трюк с морковкой.

И в конце, важная информация на заметку инженерам, которые будут производить монтаж деталей двигателя с отрицательной массой (после того, как мы найдем отрицательную материю): запчасти из отрицательной материи перемещаются в направлении, противоположном тому, в котором задано движение. То есть, если толкнуть предмет из отрицательной материи в сторону от себя, то он полетит как раз в толкающего. Непривычно, сложно, опасно. Но оно того стоит!

Подробнее попробуем разобраться с тонкостями этой технологии, выглядящей (и справедливо) нереальной, в видео, которое готовится к выходу в ближайшее время на нашем ютуб-канале.

Маленький мир Ио

Мозаика поверхности Ио, составленная из снимков, сделанных «Вояджером-1» во время пролета мимо спутника на расстоянии 20 тыс. км. Здесь изображены вулканические равнины.

В 1979 году «Вояджер-1» пролетел мимо Ио и сделал серию снимков спутника. На фотографиях ученые увидели разноцветный пейзаж, лишенный ударных кратеров, это натолкнуло астрономов на мысль, что поверхность луны газового гиганта геологически молодая. Также специалисты заметили, что на поверхности Ио преобладают гладкие равнины, усыпанные горами выше Эвереста, а также странные ямы, заполненные непонятным веществом, чуть позже выяснилось, что это потоки лавы. Детальный анализ снимков показал, что Ио — вулканический мир; по оценкам ученых, там находится около 400 активных вулканов.

Титан

На этом снимке, сделанном «Вояджером-1» в ноябре 1980 года с расстояния 435 тыс. км, запечатлена плотная атмосферная дымка спутника Сатурна Титана.

Приборы зонда показали, что Титан окутан дымкой, которая сливается со слоем облаков над северным полюсом спутника и полностью закрывает поверхность. Во время сближения с Титаном, зонд обнаружил, что у этой луны есть атмосфера, более плотная, чем у Земли.

Энцелад

На снимке Энцелад — один из восьмидесяти двух спутников Сатурна. Это фото в 1981 году сделал «Вояджер-2» с расстояния 112 тыс. км.

Луна газового гиганта оставалась для ученых тайной до тех пор, пока ее не посетили «Вояджеры». Аппараты выяснили диаметр Энцелада — почти 500 км, узнали, что рельеф поверхности спутника весьма разнообразен: на Энцеладе есть как области с большим количеством кратеров, так и практически без ударных образований. Чуть позже специалисты предположили, что области без кратеров на самом деле не являются таковыми, с течением времени ударные образования на них заполняются материалом, который выбрасывается в результате геологической активности.

Кроме того, приборы зондов показали, что орбита спутника проходит по довольно узкой и плотной области E-кольца Сатурна, а значит, кольцо может состоять из вещества, выбрасываемого с поверхности Энцелада.

Кольца Урана

В 1986 году зонд «Вояджер-2» запечатлел систему колец Урана. На фото показаны девять первых колец, которые выглядят как темные линии на фоне ярких облаков планеты. Наиболее заметно кольцо Эпсилон, на снимке оно справа; слева едва различимы три кольца, их обозначают просто цифрами 4, 5 и 6.

Благодаря данным станции ученые открыли два новых кольца. В результате число известных колец планеты увеличилось до одиннадцати. Первые девять в 1977 году открыл американский астроном Джеймс Эллиот, а в 2003 году еще два обнаружил телескоп “Хаббл”. На 2021 год известно о тринадцати кольцах, окружающих Уран.

В 2016 году, анализируя архивные данные «Вояджера-2», ученые обнаружили два ранее неизвестных спутника Урана, общее число лун планеты-гиганта увеличилось до двадцати девяти.

Нептун

Последним космическим телом, которое встретилось на пути «Вояджера-2», был Нептун. Зонд исследовал атмосферу планеты, ее магнитосферу и сделал несколько снимков газового гиганта.

В 1989 году зонд запечатлел два явления в атмосфере Нептуна: Малое и Большое Темные Пятна. По мнению ученых, эти объекты представляют собой антициклоны. Вокруг пятен могут дуть сильные ветры, скорость которых, по некоторым данным, может превышать скорость звука.

В 1994 году “Хаббл” попытался сфотографировать пятна, однако оказалось, что они исчезли. Сейчас специалисты наблюдают за новым гигантским пятном в атмосфере Нептуна, которое появилось недавно — Северным Большим Темным Пятном.

Post Scriptum

Согласно сайту NASA, на 2021 год «Вояджер-1» и «Вояджер-2» находятся от Земли на расстоянии 22 и 19 млрд. км, соответственно, в межзвездной среде, и до сих пор работают исправно, продолжают передавать научные данные. Стоит отметить, что аппараты еще не покинули пределы Солнечной системы, которая, как предполагают астрономы, заканчивается за границами Облака Оорта — гипотетической области в пространстве, источника долгопериодических комет. Никто точно не может сказать, где на самом деле кончается Облако Оорта, некоторые считают, что оно простирается на триллионы километров. «Вояджер-1» — самый дальний от Земли рукотворный объект.

Материал подготовил Игорь Байдов

Фото: NASA / На этом архивном фото запечатлен испытательный образец "Вояджера-2", он не летал в космос.

Итак, заходим на сайт NASA и смотрим, где сейчас находятся зонды. От Земли «Вояджер-1» удален на расстояние почти в 23 млрд. км, он летит со скоростью 16,9 км/с, или 61 000 км/ч относительно Солнца. Что же касается «Вояджера-2», его и нашу планету разделяет почти 19 млрд. км, относительно Солнца его скорость 15 ,3 км/с, или 55 000 км/ч.

Прежде чем приступить к основной части статьи, сделаем небольшое пояснение.

Во многих СМИ, в том числе и англоязычных, пишут что эти роботы вышли за пределы Солнечной системы. На сайте NASA это опровергается, там говорится, что зонды покинули гелиосферу и сейчас движутся в межзвездной среде, то есть по-прежнему на них оказывает влияние Солнце. По словам Ольги Катушкиной, сотрудника Института космических исследований РАН, Солнечная система располагается в межзвездной среде, поэтому нельзя считать, что «Вояджеры» с нашей системой распрощались.

Где конец Солнечной системы — вопрос, на который ученые пока не ответили. Есть версия, что за границами Облака Оорта — гипотетической области, которая служит “домом” долгопериодическим кометам. Протяженность этого “облака” может составлять триллионы километров.

Как поддерживается “жизнь” аппаратов?

Источник питания зондов — комплект из трех радиоизотопных термоэлектрических генераторов MHW-RTG (РИТЭГ). Каждая такая батарея представляет собой 38-килограммовый цилиндр, внутри которого хранится 4,5 кг плутония-238, выделяющего 2400 Вт тепла, которое затем преобразуется в электрическую энергию.

Фото: historicspacecraft.com / Так выглядит радиоизотопный термоэлектрический генератор, установленный на борт "Вояджеров"

Комплекты MHW-RTG на борт «Вояджеров» установили еще в 1975 году, то есть работать они начали за два года до старта. К моменту пуска каждый генератор выработал 157 Вт электрической мощности. Это означает, что во время пуска суммарная электрическая мощность комплекта генераторов одного зонда составила 471 Вт.

Каждый РИТЭГ «Вояджеров» вырабатывает электрическую мощность при помощи трех сотен кремний-германиевых термопар (выработка происходит за счет разницы внутренней и внешней температур РИТЭГов). Однако эти термопары со временем “стареют” и подвергаются воздействию нейтронного излучения, которое появляется при распаде плутония. От этого их производительность падает.

Миссия Voyager Interstellar Mission продолжается уже 44 года, период полураспада плутония-238 — 88 лет, это значит, что через 88 лет мощность генераторов упадет в два раза. Зная время полета зондов, можно предположить, насколько уже уменьшился запас плутония и упала мощность. В каждом цилиндре остается около 75-77% плутония, а производительная мощность упала до 241-249 Вт. Этого едва ли достаточно, чтобы поддерживать обогрев научных приборов космических кораблей и при этом отправлять на Землю даже слабый сигнал.

Фото: NASA / Знаменитый снимок планеты Земля "Pale Blue Dot", сделанный "Вояджером-1" в 1990 году. На фото запечатлена наша планета с расстояния 6 млрд. км (посередине на коричневой полосе справа)

На 2021 год почти все научные инструменты на «Вояджерах» отключены, работают лишь некоторые приборы, которые проводят исследования магнитного поля и плазмы.

Каждый год выработка необходимой для зондов энергии падает на 4 Вт. К 2025 году она упадет до критического уровня и ее больше не хватит для общения с Землей. Тогда ученые отключат приборы на «Вояджерах», но перед этим специалисты установят с ними сеанс связи, чтобы принять последний поток данных.

РИТЭГи продолжат выделять тепло на протяжении "10 периодов полураспада", или 880 лет после запуска. Примерно в 2845 году запасы плутония истощатся, и зонды “умрут”.

Что с аппаратами будет дальше?

Зонды двигаются по инерции, их двигатели отключили после завершения основного этапа миссии.

Учитывая, что скорость «Вояджера-1» больше, чем его собрата, он первым удалится от Солнца на 1 световой год. Произойдет это через 20 120 лет. Приблизительно в 40 000 году зонд встретится со своей первой звездой — Gliese 445. Сейчас Gliese 445 находится от Земли на расстоянии чуть больше 17 световых лет и она быстро несется в направлении нашего светила, гораздо быстрее, чем «Вояджер-1» удаляется от него. Когда произойдет “встреча”, зонд будет находиться от Солнца в 2 световых годах, а Gliese 445 — на расстоянии 4 световых лет. «Вояджер-1» пролетит мимо звезды на расстоянии 1,7 световых лет от нее.

Фото: NASA / В кружочке звезда Gliese 445, расположенная на расстоянии 17,6 световых лет от Земли. Примерно через 40 000 лет «Вояджер-1» будет к этой звезде находиться гораздо ближе, чем к нашему Солнцу.

Что касается «Вояджера-2», на сайте NASA говорится, что примерно через 40 000 лет зонд пройдет на расстоянии 1,7 световых года от звезды Ross 248, а через 296 000 лет пролетит в 4,3 световых годах от Сириуса, самой яркой звезды ночного неба.

По мнению ученых, аппараты покинут пределы Солнечной Системы где-то через 28 000-80 000 лет, после чего их захватит притяжение Млечного Пути. Зонды начнут долгое скитание по галактоцентрической орбите, будут вращаться вокруг центра Галактики вместе с Солнцем и другими звездами. Один оборот вокруг центра они будут делать каждые 200 млн. лет.

Чтобы разорвать притяжение Галактики, зондам нужно развить скорость около 330 км/с, что маловероятно, поэтому аппараты надолго останутся на орбите вокруг Галактического центра. Пройдут миллиарды лет, прежде чем фотоны высоких энергий наконец разрушат «Вояджер-1» и «Вояджер-2». Правда, нельзя исключать и встречи с астероидами, в этом случае зонды погибнут намного раньше.

Но если столкновений не произойдет, только представьте, аппараты будут продолжать свое путешествие даже тогда, когда исчезнет Земля, другие планеты нашей системы, и даже когда Солнце превратится в белый карлик.

Автор: Игорь Байдов

Пустые области между галактическими нитями имеют плотность примерно в 10 раз меньше величины, характерной для наблюдаемой Вселенной. Продолжительные наблюдения этих странных мест позволили предположить, что в них могут находиться протогалактические облака. Из этих разреженных участков могут формироваться галактики. Войды имеют границы – так называемые галактические нити. Помните крупномасштабную структуру Вселенной? Картинку, которую нередко сравнивают с нейронами головного мозга? Галактические нити сияют самыми разнообразными оттенками, а между ними – огромные пустоты, это и есть войды.

Почему же они образовались? Самое правдоподобное объяснение на сегодняшний момент – после Большого взрыва на ранних стадиях расширения Вселенной вещество не отличалось однородным распределением. Во время инфляционного периода, когда температура была невообразимо высокой (10х28 градусов), стремительно возрастали квантовые флуктуации. Они приводили к появлению зон неоднородной плотности материи. В одних направлениях вещество концентрировалось, а в других пространство оставалось незаполненным. Войдами стали области с аномально малой плотностью космического вещества. Учёные полагают, что в этих таинственных областях может прятаться тёмная материя, ведь она не имеет электромагнитного поля и недоступна для прямого наблюдения. Состав, природа этого вещества неизвестна. Её можно обнаружить только путём косвенных наблюдений и сложных математических расчётов. Скорее всего, она состоит из слабо взаимодействующих и массивных элементарных частиц.

Войд Волопаса

Одним из примечательных войдов является Пустота Волопаса. Она находится в 700 миллионах световых лет от нас в одноименном созвездии. Её диаметр пугает – он оценивается примерно в 330 миллионов световых лет. Только представьте – даже со скоростью света лететь столько времени в абсолютной черноте! Причём, Пустота Волопаса – не такое уж редкое явление. По некоторым подсчётам, доля подобных пустот составляет около 50 % от всей Вселенной, а то и больше!

Созвездие Волопаса

Неужели в этой пустоте совсем ничего нет? Учёные считают, что всё же подобные пустоты заполнены неким содержимым – возможно, там есть сильно разреженные протогалактические облака из пыли и газа, формирующие впоследствии галакики, ну а о втором компоненте было написано чуть выше – это тёмная материя, ведь свет, проходящий через войды, преломляется, но чем?

Если бы мы хотели взглянуть на Пустоту Волопаса, то мы видели бы лишь глубокий чёрный цвет, и сразу вспоминается русская поговорка: «Темно, хоть глаз коли!». Пустота Волопаса была открыта в 1981 году американским астрономом Робертом Киршнером. Находка взбудоражила учёных, так как она абсолютно не вписывалась в привычное представление о Вселенной: звёзды находятся в галактиках, галактики – в скоплениях. С того момента появилось множество теорий: что Пустота осталась пустой ещё с самых ранних лет существования Вселенной; что это сверхмассивная чёрная дыра, пожирающая всё вокруг себя; что там прячутся от наших глаз инопланетные высокоразвитые цивилизации, а фанаты «Матрицы» и вовсе говорят, что якобы, «не прогрузились текстуры».

Но не всё так жутковато, как кажется на первый взгляд. Да, регион действительно напоминает немного форму сферы, но это не чёрная дыра, и галактики там всё-таки есть, только их очень мало. К настоящему времени в Пустоте Волопаса найдено 60 галактик, однако это слишком скромно для такого огромного пространства, потому что, если сравнить плотность Вселенной, то на такой участок должно приходиться около 10 000 галактик. Между этим количеством галактик огромное расстояние. Предполагается, что войд Волопаса – самый идеальный вакуум в космосе. В нём редко бы встречались не только камни и пыль, но и разного рода частицы. Для взаимодействия частиц в этой огромной пустоте могут уйти целые эпохи, если какое-либо взаимодействие вообще там возможно.

Крупномасштабная структура Вселенной

Учёные считают, что вещество притягивается именно к краям пустоты (ведь чем притянет сама пустота?!), поэтому она в своём стабильном пустом состоянии может пребывать бесконечно долго. Можно притянуть часть вещества, да, но не настолько же!

Кстати, ещё одной версией образования подобных гигантских пустот является то, что более мелкие пустоты сливались друг в друга, наподобие того, как несколько маленьких мыльных пузырей сливаются в один большой пузырь. Найденные галактики в Пустоте Волопаса имеют странные трубчатые формы. Учёные думают, что такой внешний вид их обусловлен тем, что они находились когда-то на границах меньших пустот, слившихся впоследствии воедино, однако, это лишь предположение, ведь почему так получилось – толком никто не знает.

Интересно высказывание Михаила Анисимова: «Пустота - это пустыня - идеальный вакуум, где частицы вещества летят через миллионы световых лет без стычек и перемен, и для них эта пустота – хранилище неподвижного времени… Время там стоит! » И действительно… Миллионы лет мрака и холода. Как там может идти время? И идёт ли оно там вообще?

Несомненно, войды – это одна из новых и необъяснимых загадок Вселенной.

источник