Будущее за ядерными часами. Как можно использовать ядерные часы?
Измерять время люди научились тысячи лет назад. Легко можно вспомнить изобретенные ими песчаные, солнечные, водяные часы. Позже на смену им пришли механические и атомные. В быту можно обойтись любым из этих устройств, но ученым, работающим в самых передовых областях исследований, нужно определять течение времени максимально верно. Не так давно перед ними замаячила перспектива заполучить в свое распоряжение «хронометр», который будет точнее даже атомного, дающего погрешность всего в секунду на несколько миллиардов лет. Это ядерные часы.
Чтобы получить часы современного типа, нужно использовать нечто такое, что ходит взад и вперед с постоянной скоростью. В науке такая система называется осциллятором, и её ключевой характеристикой считается частота, с которой совершаются колебания. Самыми точными и надежными осцилляторами являются световые волны, состоящие из электромагнитных полей, «вибрирующих» с известной частотой. Чтобы понять, как они помогают создать атомные часы, нужно ненадолго погрузиться в квантовую механику.
Поляризация электромагнитных волн
Атом состоит из ядра, окруженного электронами. Местоположение последних определяется количеством имеющейся у них энергии. Здесь будет уместно мысленно вообразить лесенку субатомного масштаба. Чтобы электрон поднялся или спустился на одну ступеньку, он должен либо получить, либо потерять определенное количество энергии. При этом свет либо поглощается, либо испускается - на строго определенной частоте, так как квантовая механика постулирует, что частота световых волн и энергия напрямую связаны. Чем ниже одна, тем меньше другая, и наоборот.
Таким образом, при создании атомных часов ученые берут группу идентичных атомов, например, цезия-133, и воздействуют на них лазером. Луч последнего имеет заданную частоту, а следовательно и энергию, которая идеально подходит для перемещения всего одного электрона каждого атома на следующую ступеньку. Перескочившие частички в конечном счете теряют лишнюю энергию и опускаются на прежнее место, а это означает излучение света. Подсчитывая частоту этих невероятно точных колебаний, ученые отмечают течение времени.
Атомные часы разрабатываются в течение десятков лет. Сегодня они активно используются в самых передовых отраслях человеческой деятельности, в том числе в космонавтике. Но лесенка электронов вокруг атома – не единственное, что может выступить в интересующем нас качестве. Такая же структура, только меньшего размера, имеется в атомном ядре, которое, подобно электронам, способно перепрыгивать с одного уровня на другой при поглощении или выделении определенного количества энергии. Ядерные часы имеют очевидные преимущества по сравнению с атомными. Хотя бы потому, что ступеньки последних на некоторых энергетических уровнях не всегда постоянны. Их положение может изменяться на ничтожно малую величину при внешних возмущениях в электрическом или магнитном поле. А если часы имеют размер в один атом, то даже самые крошечные сдвиги могут сказаться на способности следить за временем.
Планетарная модель атома Резерфорда
Тем временем, на ядро атома внешние возмущения почти не влияют, так как его протоны и нейтроны очень тесно связаны. Но тут есть другая загвоздка, а именно гораздо меньший масштаб, в котором придется работать наблюдателю. Это, в свою очередь, означает приложение энергии, количество которой в миллионы раз больше, чем нужно для функционирования атомных часов. Вспомним, что данный параметр зависит от частоты электромагнитного излучения. Обычное ядро нужно обрабатывать не микроволнами, как в традиционных цезиевых атомных часах, и не оптическими лазерами, как в более современных хронометрах, использующих другие химические элементы. Здесь нужен лазер, испускающий гамма-лучи, отличающиеся очень высокой частотой и наполненностью энергией. При нынешнем уровне развития технологий это попросту невозможно.
Обойти ограничения может позволить известная науке лазейка, которую предоставляет радиоактивный элемент торий-229, но тут есть небольшая проблема. Ученые знают, что его ядро возбуждается одним из видов ультрафиолетового излучения, но никто из них не может определить точное количество энергии, требующееся для этого. Серьезный прорыв в понимании данного вопроса произошел в 2023 году, когда группа исследователей из ЦЕРН решила применить нетрадиционный подход к своим экспериментам. Вместо того чтобы для выяснения неизвестных параметров обработать ядра тория лазером на различных частотах, они задействовали другой радиоактивный элемент – актиний-229. Тот превращается в торий-229, причем в возбужденный. Дождавшись окончания этого состояния у химического элемента, исследователи измерили частоту испускавшегося света. Теоретически это должно было показать параметры работы лазера в ядерных часах, использующих обычный торий.
Эксперименты оказались недостаточно точными, и выделить идеальную частоту для запуска первых в мире ядерных часов не удалось, но ученые сузили диапазон поисков для последующих исследований. Это означает, что уже сейчас можно начать просчитывать варианты потенциального применения данного хронометра. Это может быть усовершенствованная GPS и прочие виды высокоточного мониторинга. Не исключено, что ядерные часы позволят отслеживать незначительные движения тектонических плит, а это прямой путь к прогнозированию землетрясений и извержений вулканов. Астрономы могли бы продвинуться в поисках темной материи. Ну и, наконец, весьма интригующе выглядит перспектива проверки постоянства законов физики. Так, например, скорость света кажется сегодня константой, однако некоторые физики предполагают, что она меняется в космических временных масштабах, пусть и очень незначительно. В общем, будем следить за развитием событий. Технология кажется весьма заманчивой.
Спасибо за внимание! Если вам понравилась статья, то можете поддержать ее "плюсиком" или подписаться на этот канал. Также хотелось бы упомянуть, что у нас есть свой Телеграм канал. Там мы постоянно публикуем интересные посты о космосе и астрономии.
Мы искренне ценим каждого нашего читателя. Если вы захотите поддержать нас материально (по кнопке ниже), то ваше имя/никнейм будут указаны в конце следующей публикации. Это наш маленький способ сказать "спасибо" за вашу доброту и поддержку!
Когда произойдет последнее полное солнечное затмение на Земле?
Полное солнечное затмение – это потрясающее напоминание о том, что небесные тела нашей системы кружатся в постоянном и очень сложном космическом танце. Но в той связи, что очертания данного движения со временем неумолимо меняются, это явление в какой-то момент происходить перестанет. Осознавая это, мы можем задаться интереснейшим вопросом: «Когда состоится последнее полное солнечное затмение?».
На школьных уроках астрономии всем нам доходчиво объясняют, что полное солнечное затмение происходит в случае, когда Земля, Луна и Солнце выстраиваются в линию, внутри которой спутник перекрывает обзор звезды с планеты. Подобное событие наблюдается обитателями Земли в среднем раз в полтора года. Само собой разумеется, что Луна гораздо меньше Солнца, однако она и несравненно ближе, поэтому кажется нам практически такой же по размеру. Если вы чувствуете, что это какое-то дикое совпадение, скажите спасибо своей интуиции. Это оно и есть. Но подобное положение дел не будет сохраняться вечно.
Вследствие гравитационного взаимодействия между Землей и Луной спутник удаляется от планеты со скоростью около 3,8 сантиметров в год. Это стало понятно после того как астронавты «Аполлонов» установили на поверхности Луны зеркала. Измеряя время, которое требуется лазерному лучу, чтобы отразиться от них и вернуться на Землю, ученые способны точно определить дистанцию до естественного спутника. Как бы то ни было, это отдаление означает, что в конечном итоге Луна станет казаться на небосклоне слишком маленькой, чтобы полностью закрыть собой Солнце.
Уголковый отражатель экспедиции Аполлон-11
Согласно имеющимся оценкам, это произойдет, когда Луна отдалится от Земли ещё примерно на 23000 километров. Если произвести несложные расчеты, то выяснится, что интересующее нас событие случится где-то через 600 миллионов лет. Но это чрезвычайно упрощенный взгляд на вещи. Дело в том, что темп удаления Луны от Земли менялся на протяжении всей истории взаимодействия двух небесных тел, и будет делать это и в дальнейшем.
Связано это с факторами, которые пусть ненамного, но все же изменяют гравитационное взаимодействие нашей планеты с Луной. Среди таковых можно упомянуть тектонику плит, климат, перемещение горных пород внутри ядра и мантии Земли. Если учесть дополнительные переменные этого характера, то, по мнению экспертов, полные солнечные затмения станут гораздо более нерегулярными и редкими примерно через 620 миллионов лет, а самое последнее из них случится через 1,2 миллиарда. Это огромный срок, и нет никакой гарантии, что человечество в каком бы то ни было виде доживет до его окончания. Так что наши потомки будут наслаждаться этим явлением, но вряд ли смогут попрощаться с ним.
Впрочем, если учесть другие прогнозы относительно будущего Солнечной системы, отсутствие полных затмений покажется нам наименьшим из зол. Астрономы предупреждают, что наша звезда с возрастом будет становиться все ярче и горячее. Через миллиард лет оно нагреет поверхность Земли до такой степени, что здесь перестанет быть возможной биологическая жизнь. То есть по указанным выше срокам мы имеем дело ещё с одним, на этот раз гораздо более печальным совпадением.
Спасибо за внимание! Если вам понравилась статья, то можете поддержать нас "плюсиком" или подписаться на наш канал. Также хотелось бы упомянуть, что у нас есть свой Телеграм канал. Там мы постоянно публикуем интересные посты о космосе и астрономии.
Сможете найти на картинке цифру среди букв?
Справились? Тогда попробуйте пройти нашу новую игру на внимательность. Приз — награда в профиль на Пикабу: https://pikabu.ru/link/-oD8sjtmAi
Шокирующее открытие: одинокий космический инопланетянин
Однажды, в далекой галактике, жил одинокий пылесос. Он не был обычным пылесосом. Нет, он был космическим пылесосом. Он мог засасывать всё, что угодно - от мелких комет до огромных астероидов.
Впрочем, его мечта не была связана с засасыванием астероидов. Он мечтал стать настоящим космическим кораблем. Он мечтал о том, чтобы исследовать звезды, встретить инопланетян и открыть новые галактики.
Все остальные пылесосы смеялись над его мечтами. "Ты же всего-навсего пылесос!" - говорили они. Но наш герой не слушал их. Он учился, тренировался и старался каждый день, чтобы стать лучше.
И в один прекрасный день он смог. Он стал настоящим космическим кораблем. Он исследовал звезды, встретил инопланетян и открыл новые галактики. И даже смог засосать супернову, когда та взорвалась прямо перед его носом.
И теперь, когда другие пылесосы видят его, они не смеются. Они смотрят на него с уважением и говорят: "Вот он, настоящий космический корабль. И кто бы мог подумать, что он когда-то был всего-навсего пылесосом?
Свежие взгляды
Однажды мальчик отправился на космический корабль в невероятное путешествие на Луну. Когда он прибыл туда, он обнаружил, что на Луне живут необычные инопланетяне, которые живут в обратном времени.
Мальчик был удивлен тем, как они живут и как работает их мир, дневной свет был ослепительный, а ночью было темно. Он хотел поговорить с этими странными существами, и они дали ему немного времени, чтобы подумать.
Однако тут мальчик узнал, что инопланетяне забывают 3 часа в сутки, поэтому он решил быстро заговорить с ними, и объяснить, что он хочет узнать про их мир и науку.
Он смог узнать много интересной информации, относящейся к науке и взаимодействию в обратном времени. Он заметил, что инопланетяне по разному воспринимают время, одни считают, что время летит быстрее, относительно землян, а другие, что наоборот, время идет медленнее.
Мальчик был очень впечатлен этими знаниями, и они внесли ценный вклад в его жизнь, так как он узнал о том, что не обязательно существует только один тип времени, наш, земной.
В итоге, мальчик вернулся на Землю, но со свежими взглядами на мир и новыми знаниями об инопланетных цивилизациях. Его приключения оставили за ним множество впечатлений, которые он никогда не забудет.
C/2023 A3 (Цзыцзиньшань – АТЛАС) — большая комета 2024 года
Что-то зачастили они
Последние годы, перевернувшие нашу привычную жизнь вверх дном, помимо всего остального, радуют нас яркими кометами.
В 2019/2020 году окрестности Солнца посетила комета NEOWISE — многие люди видели её невооруженным глазом. Начало 2023 года ознаменовалось визитом менее яркой, но очень красивой на фотографиях, кометы C/2022 E3 (ZTF), увидеть которую многим любителям помешала непогода.
И вот уже известно имя следующей хвостатой гостьи, которая с космической скоростью мчится в нашу сторону из Облака Оорта. Ей предрекают высокую яркость во время сближения с Солнцем и Землей в конце 2024 года. Не исключено, что новая комета окажется заметнее двух своих предшественниц.
Первые изображения новой кометы были получены в конце декабря 2022 года с помощью обзорной системы ZTF Паломарской обсерватории. Блеск неизвестного объекта не превышал 19m, и на него просто не обратили внимания (хотя, позже на тех снимках была выявлена слабая кома и небольшой хвост).
В начале января 2023 года комету обнаружили наблюдатели китайской обсерватории Пурпурная Гора (“Цзыцзиньшань”), но подтверждения объекта не последовало — комета перешла в разряд утерянных.
В конце февраля эту же кометы выловили наблюдатели Южно-Африканской обсерватории Сазерленд во время планового сканирования неба с целью обнаружения потенциально опасных для Земли объектов — именно этим занимается система АТЛАС (Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System (ATLAS) — Система оповещения о столкновении астероидов с Землей).
Используя результаты всех перечисленных и некоторых других наблюдений удалось достаточно точно вычислить орбиту новой кометы. Недавно она получила своё окончательное название “Цзыцзиньшань – АТЛАС” — в честь двух первых групп наблюдателей, явно обнаруживших комету. Наблюдатели проекта ZTF из Паломарской обсерватории в этот раз чести первооткрывателей не удостоились, хотя их наблюдения тоже оказались полезными.
Из расчетов ясно, что комета с Землей не столкнется, и даже рядом не пройдет — ближайшая к орбите Земли точка кометной траектории расположена в 40 млн.км. Но даже, когда комета будет в ней, Земли поблизости не окажется.
Комета “Цзыцзиньшань – АТЛАС” относится к классу долгопериодических. Период её обращения составляет около 30 тысяч лет. Когда она прилетала в прошлый раз, на Земле не было ни пирамид, ни Великой Китайской Стены. Но люди уже были. Если Вы смотрели популярный мультик «Ледниковый период», то он как раз о тех временах, когда к нам заглядывала эта комета — по заснеженным просторам бродили мамонты и саблезубые тигры, а кроманьонцы делили среду обитания с неандертальцами. Уже были в ходу каменные ножи, копья с каменными наконечниками, лук и стрелы.
И вот комета вернулась. Неандертальцев она уже не застала, а главным орудием труда человечества стал компьютер. Трудно представить, сколько удивления могло бы быть в косматой голове небесной странницы, будь она способна хоть немного размышлять и сравнивать: “Вот дела! Отлучилась совсем не на долго, а тут такие перемены!”
Стремительно пронзив внутреннюю часть Солнечной системы комета некоторым образом провзаимодействует с массивными планетами, в результате чего орбита кометы “Цзыцзиньшань – АТЛАС” немного изменится. И хотя эти изменения не окажутся критическими, но период её обращения увеличится до 32 тысяч лет. Вряд ли мы можем сейчас вообразить, что застанет она на Земле при своем следующем возвращении.
Отмечу, что комета движется в направлении противоположном по отношению к направлению движения всех планет Солнечных планет. Быть может вы слышали про “ретроградный Меркурий”, так вот, комета “Цзыцзиньшань – АТЛАС” ретроградная по определению. Впрочем, как иногда говорят в сети, “это другое”.
На момент написания этого обзора (начало марта 2023) Комета C/2023 A3 (Цзыцзиньшань – АТЛАС) располагается на расстоянии около 7 астрономических единиц от Солнца — между орбитами Юпитера и Сатурна. Нас разделяет 1 миллиард километров. Учитывая столь значительную дистанцию, комета выглядит довольно яркой и заметной — другие были бы куда слабее. Из этого астрономы сделали вывод, что комета скорее всего довольно крупная, и когда она окажется вблизи Солнца и Земли, у неё будет шанс стать видимой невооруженным глазом. Расчеты подтвердили это.
Сейчас комета находится в созвездии Змеи (той его части, которая — “Голова”), вблизи границы с созвездием Девы, и имеет 18-ю звездную величину. Пройдет год и 3 месяца, прежде чем комета “Цзыцзиньшань – АТЛАС” достигнет 10-й звездной величины и станет доступной в любительскую оптику. За это время она опишет петлю по созвездию Девы, заглянет в Весы, вернется в Деву, пересечет полностью это огромное созвездие, и к началу периода видимости в любительские телескопы окажется на границе созвездий Девы и Льва — примерно 15 июня 2024 года.
Комета будет видна на вечернем летнем небе в дни близкие к Летнему Солнцестоянию — так себе условия для наблюдателей средних северных широт (элонгация около 90°). Блеск кометы будет расти, но она неумолимо будет сближаться с Солнцем, что только ухудшит условия видимости. К середине июля 2024 элонгация уменьшится до 45°, и комета слегла погрузится под эклиптику, но блеск будет лишь около 9m — вряд ли при этом она будет доступна для наблюдений в умеренных северных широтах.
В первые дни сентября 2024 года комета “Цзыцзиньшань – АТЛАС” вступит в соединение с Солнцем, пройдя на 10° к югу от дневного светила. Блеск достигнет лишь 5m, и увидеть комету все еще будет невозможно.
Но с середины сентября 2024 года ситуация начнет меняться (хотя, касается это в первую очередь наблюдателей южного полушария — здесь комета будет располагаться над Солнцем). Ко Дню Осеннего Равноденствия яркость кометы возрастет до +2m, а элонгация — до 20°. Это типичные условия видимости планеты Меркурий — кто умеет находить неуловимый Меркурий в утренней заре, тот отыщет и комету. Кстати, Меркурий будет находиться неподалеку, но его утренняя видимость к равноденствию прекратится.
Именно в День Осеннего Равноденствия 2024 года комета “Цзыцзиньшань – АТЛАС” достигнет максимального удаления от Солнца (~23°), пройдет точку стояния, развернется и отправится в обратную сторону — начнет опять сближаться с нашей звездой, но не сразу преуспеет в этом.
28 сентября 2024 года комета C/2023 A3 (Цзыцзиньшань – АТЛАС) пройдет перигелий своей орбиты на расстоянии 0,39 астрономической единицы от Солнца (58 млн.км — совсем как Меркурий). Находясь в 22° к западу от Солнца комета достигнет блеска в 1m. В это утро и вплоть до 1 октября неподалеку от кометы будет виден серп старой Луны.
Максимума своего видимого блеска комета достигнет 5-6 октября — 0,7m — находясь в созвездии Девы, всего в 15° к югу от Солнца. Её вполне можно будет увидеть космонавты с борта МКС перед очередным восходом Солнца, коих на МКС случается 16 штук за сутки (если МКС к тому времени не затопят). Наверняка комету прекрасно рассмотрят, изучат, сфотографируют с помощью внезатменных коронографов, в том числе находящихся за пределами атмосферы. Но с поверхности Земли комету увидеть будет непросто. И уж точно — такого феерического зрелища, как на титульной картинке к этому обзору, она являть собой не будет.
Единственная географическая зона, где условия наблюдения кометы на стыке сентября-октября будут удовлетворительны, это экваториальные широты. Быстрое и отвесное погружение Солнца под горизонт позволит увидеть туманный объект с простирающимся прочь от зари вверх хвостом всего лишь в течении нескольких минут. И самое близкое по характеру видимости этой кометы — с чем его можно сравнить — скорее всего окажется комета 2020 года NEOWISE, но уже складывается ощущение, что NEOWISE была видна лучше.
В первые дни октября комета заметно ускорится в видимом перемещении по небу, и 9 – 10 октября вновь вступит в соединение с Солнцем, пройдя в 3° к северу от него. Видима она, конечно, в это время не будет.
13 октября 2024 года комета “Цзыцзиньшань – АТЛАС” пройдет на наименьшем расстоянии от Земли — 0,47 астрономической единицы или 70 млн.км — далеко и безопасно. С таких расстояний кометы фейерверков на небе не устраивают. Хотя расстояние от Солнца уже несколько возрастет — до 16°, а блеск все еще будет около 1m — небольшой шанс отыскать комету в вечерней заре у опытных наблюдателей будет.
16 октября 2024 года комета вернется в созвездие Змеи, удаление от Солнца достигнет порядка 30°, плюс к тому комета расположится заметно севернее Солнца, что улучшит её видимость. Блеск же несколько ослабнет, но не сильно — предположительно комета будет ярче 2m.
До конца октября 2024 года комета “Цзыцзиньшань – АТЛАС” продолжит удаляться от Солнца, условия её вечерней видимости будут заметно улучшаться, и это будут лучшие вечера для её наблюдений. К сожалению, её блеск теперь будет только неуклонно убывать, и к началу ноября опустится до 5-й звёздной величины, но она всё ещё будет доступна для наблюдений глазом, а уж в лёгкую оптику и подавно.
С середины до конца октября 2024 года будут те самые 2 недели, когда комета в северном полушарии Земли будет видна лучше всего. Она пройдет по южной части “Головы Змеи” и северной части созвездия Змееносца — это довольно удобная для наблюдения область неба. Блеск кометы за это время изменится от +1,5m до 5m.
К середине ноября 2024 года, находясь в “Хвосте Змеи”, комета “Цзыцзиньшань – АТЛАС” ослабнет до 7-й звездной величины. В начале декабря — недалеко от звезды Альтаир (альфа Орла) она будет лишь 9-й звездной величины. А к концу 2024 года она перестанет быть доступной для наблюдений в любительские телескопы.
Возможно, кто-то ожидал от этого визита нечто большее, но надо понимать, что яркими кометы бывают лишь тогда, они рядом с Солнцем (но тогда они теряются в его сиянии), либо когда они очень близко от Земли (как было в случае с кометой Хиакутаке 2 в 1996-м году — тогда комета прошла всего в 15 млн.км от нас и достигла 0-й звездной величины), но такое случается крайне редко (раз в 200 лет — в среднем), да и не очень безопасно это, когда рядом пролетают многокилометровые ледяные глыбы. К тому же у нас за последние 4 года три яркие кометы — грех жаловаться.
Источник: https://neane.ru/rus/7/write/0360.htm
Андрей Климковский, NEANE Records
6 марта 2023
Если вы профи в своем деле — покажите!
Такую задачу поставил Little.Bit пикабушникам. И на его призыв откликнулись PILOTMISHA, MorGott и Lei Radna. Поэтому теперь вы знаете, как сделать игру, скрафтить косплей, написать историю и посадить самолет. А если еще не знаете, то смотрите и учитесь.
Астероид Веста
Малая планета №4 — возможно, Вы слышали о ней. Многие люди что-то слышали об астероидах вообще, но что-то конкретное сказать о том или ином объекте из этого огромного множества небесных тел могут уже гораздо меньше любителей астрономии.
Исключение представляла Церера — самый крупный и открытым первым объект главного пояса. Первых помнят. О первых что-то знают. О всех следующих — уже нет.
Но в 2006 году в астрономии произошел пересмотр классификации объектов в составе Солнечной системы. И Церера выпала из множества малых планет, оказавшись среди планет-карликов — в сообществе Плутона.
И Веста осталась в главном поясе самым крупным, самым массивным, и самым ярким объектом — единственным доступным невооруженному глазу из числа всех малых и карликовых планет Солнечной системы.
В ночь со 2 на 3 августа произойдет довольно тесное сближение Весты со звездой 61 Водолея, что является хорошим поводом для того, чтобы отыскать Весту на небе. Фактически, данное астрономическое явление стало импульсом к написанию этой небольшой статьи. Не упустите возможность увидеть Весту своими глазами.
Здесь инструкция: https://astroreview.blogspot.com/2022/08/20220802-03.html
Генрих Ольберс
Весту открыл Генрих Ольберс — немецкий астроном и участник странного для научного сообщества подразделения, именуемого “Небесная полиция”. Случилось это в 1807 году — 26 лет спустя, как был случайно обнаружен Уран. Никто специально Уран не искал, да и вообще, астрономы в большинстве своем были убеждены, что все планеты давно известны. Но когда Уильям Гершель в 1781 году наткнулся на зеленоватое слегка размытое пятнышко в созвездии Тельца, которое внезапно оказалось огромной по размером и очень далекой “Новой большой планетой Солнечной системы”, у астрономов той эпохи начался очередной мировоззренческий кризис. такое периодически случается в науке, когда в сообществе ученых начинает укореняться мысль, что все давно открыто, изучено, и на их долю осталось немногое — завершить дела их предшественников — оформить накопленные сведения в красивую и компактную единую “Теорию Всего”. Именно в такие периоды на голову уже готовящихся почивать на “Лаврах Всезнания” ученых мужей вдруг сваливается нечто такое, что они никак не могут объяснить своими всеобъясняющими теориями.
Оказалось, что Уран идеально вписался в “Правило Тициуса-Боде”, согласно которому большие полуоси планетных орбит являются цленами красивой геометрической прогрессии:
0, 3, 6, 12, 24, 48, 96, 192
… если к каждому её члену прибавить 4.
Ведь именно такие средние расстояния от планет до Солнца, выраженные в десятых долях астрономической единицы:
4, 7, 10, 16, 28, 52, 100, 196
1 астрономическая единица определена как среднее расстояние от Земли до Солнца — 149,6 млн. км
В этом ряду перечислены большие полуоси орбит всех планет от Меркурия до Урана, но есть одна проблема: на расстоянии 28 (2,8 астрономической единицы) никакой планеты нет.
Это не волновало астрономов до открытия Урана, но когда Уран был открыт и точнейшим образом вписался в эмпирическое (ничем не обоснованное, а лишь умозрительно отмеченное) “Правило Тициуса-Боде”, к правилу стали относиться серьезнее. И нашлись среди серьезных астрономов энтузиасты, которые сочли полезным занятием прочесывание некоторого пояса на небесной сфере вдоль эклиптики с целью обнаружения неизвестной планеты, чья орбита может иметь большую полуось, предсказанную правилом.
Барон Франц фон Цах
Эти поиски возглавил Барон Франц фон Цах — директор обсерватории на горе Зееберг, объединив вокруг себя еще две дюжины наблюдателей, а сам этот научный кружок в шутку был назван “Небесной полицией”. В “Полицию” вступили уже известный Уильям Гершель, Шарль Мессье, Генрих Ольберс и многие другие выдающиеся астрономы эпохи.
Наблюдатели разделили эклиптику на 24 сектора (по половине созвездия в среднем) и приступили к поискам. Но по случайности новую планету открыл Джузеппе Пьяцци — директор обсерватории города Палермо, не вступивший в ряды “Небесной полиции”. Случилось это 1 января 1801 года. Очевидно, Джузеппе предпочел изучать Вселенную, в то время как остальные астрономы праздновали наступление нового столетия.
Джузеппе Пьяцци
Как можно догадаться, в те годы не существовало ни Интернета, ни телефона. Пока сообщение об открытии дошло до других обсерваторий, погода над Европой испортилась, а позже объект ушел за Солнце. Открытую планету потеряли. Но благодаря вычислением Иоганна Гаусса Генрих Ольберс вновь обнаружил “беглянку” — спустя год.
Это было довольно слабое светило — примерно 8-й звездной величины — слабее далекого Урана, да и вообще слабее всех известных планет, и даже большинства их спутников.Подозрения о том, что вряд ли это тот объект, который все искали, зародились довольно скоро.
Впрочем, объект получил статус планеты и название Церера — в честь римской богини земледелия.
В 1802 году Генрих Ольберс открывает еще один подобный объект на похожей орбите — Палладу.
В 1804 году Карл Хардинг обнаруживает еще более слабую “блуждающую звезду” на том же расстоянии от Солнца — Юнону.
В 1807 году Генрих Ольберс открывает четвертый объект на той же примерно орбите, названный в честь римской богини семейного очага — Вестой.
Уильям Гершель предлагает называть все эти новые объекты без видимых размеров, обращающихся вокруг Солнца по похожим орбитам, “Астероидами”, что переводится как “Звездоподобные”. Не сразу, но предложение было принято. Тем не менее было время, когда в Солнечной системе официально признавалось существование более десяти больших планет.
Сравнительные размеры Луны и десяти первых астероидов
Сейчас число астероидов перевалило за миллион. Они бороздят буквально все пространство Солнечной системы, ныряя в пекло солнечной короны и приближаясь к нашей звезде ближе, чем Меркурий. И есть такие, что медленно дрейфуют на самых окраинах сферы гравитационного влияния Солнца — существенно дальше Плутона. Но большинство известных астероидов сосредоточено в главном поясе — между орбитами Марса и Юпитера — как раз на предсказанном Иоганном Тициусом и Иоганном Боде среднем расстоянии от Солнца в 2,8 астрономической единицы.
Определить размеры и массы этих крошечных небесных тел долгое время не удавалось. Но благодаря некоторым косвенным методам складывалось представление о том, что это просто небольшие каменные глыбы, обломки чего-то большего, некогда существовавшего в Солнечной системе. Еще в эпоху Генриха Ольберса зародилась гипотеза о разрушенной планете Фаэтон, обломками которой теперь засорено пространство между Марсом и Юпитером. Сейчас эта гипотеза не выглядит состоятельной, поскольку суммарная масса всех известных и неизвестных астероидов главного пояса не превышает нескольких процентов массы Луны — маловато для Фаэтона.
Но все же самый крупный и первый из открытых астероидов — Церера — в 2006 году был переведен в класс планет-карликов. И тому есть причина — правильная шарообразная форма небесного тела.
Остальные астероиды тем же похвастаться не могут — их формы в значительной степени отличаются от шарообразных.
Веста не исключение.
Когда в 2011 году аппарат NASA “Dawn” (“Рассвет”) сблизился с Вестой и вышел на орбиту вокруг астероида, он прислал на Землю фотографии космического булыжника — очень похожего на типичный малый спутник Юпитера или Сатурна.
И все же Веста крупнейший из астероидов главного пояса. Долгое время имела место её затянувшаяся конкуренция с Палладой, но сейчас размеры и массы этих объектов измерены довольно точно. Диаметр паллады определен как 512 километров, а Весты — 525.
Приведенные размеры являются средними для обоих астероидов. Но их формы далеки от шарообразных, и по сути геометрию Весты можно приблизить сфероидом с осями 578 × 560 × 458 км.
Важным отличием Весты от всех остальных астероидов главного пояса является её высокое альбедо (отражающая способность). Веста отражает свыше 42% падающего на неё солнечного света. У большинства малых планет альбедо такое же, как у Луны — 10-15 процентов. Даже у Земли оно 0,39.
Благодаря высокому альбедо Веста является самым ярким астероидом на небе. Видимый блеск Весты меняется в пределах от 8,5m до 5m, что позволяет увидеть Весту невооруженным глазом без особого труда. И тут становится непонятно, как все те долгие столетия и даже тысячи лет, сколько существует астрономия, Весту не могли заметить. Но такова человеческая внимательность. Мы зачастую видим лишь то, что нам известно.
Но надо признать, что эпоха фотографической астрономии, а за ней и космические технологии исследования небесных тел, когда некоторый объект исследуется роботизированным зондом с близкого расстояния, сильно изменило сам подход к изучению, ведь теперь зачастую не человек рассматривает фотографии, присланные роботом из космоса, а искусственный интеллект анализирует данные, делая порой неожиданные выводы.
Но даже космические орбитальные телескопы видели астероиды очень смутно. Вот так Веста представлялась оку телескопа имени Хаббла:
Хорошо, что Веста относительно большая. А что же тогда можно было бы узнать из снимков астероидов в несколько километров в диаметре (а ведь они представляют порой для нас самую большую опасность).
Вот так сфотографировал Весту космический аппарат “Dawn”.
Современные методы исследований позволили выявить на неправильной каменистой поверхности Весты последствия катастрофических столкновений. Самым грандиозным из таких следов стал огромный — сравнимый с размерами всего астероида — ударный кратер “Реясильвия”. Его поперечник составляет около 500 километров. Получается, что впадина кратера как-будто намотана на выпуклую поверхность малой планеты. Представить трудно, но в этом кратере есть даже центральный пик — 22 километра высотой, что делает это возвышение одной из крупнейших гор Солнечной системы, уступающей лишь марсианскому Олимпу.
Из совокупности подобных особенностей внешнего вида Весты, и анализа сотен тысяч орбит других малых тел Солнечной системы был сделан вывод, что Веста — это реальный обломок некоторого более крупного небесного тела — возможно, подобного Церере по размерам и правильности сферической формы. В результате столкновения с чем-то соразмерным прародительница Весты была основательно разрушена. Это столкновение породило множество других астероидов, во главе которого находится Веста — это так называемое “Семейство Весты”, объединяющее более шести тысяч астероидов, по ряду характеристик близких к Весте. Прежде всего это астероиды V спектрального класса — большинство представителей этого класса родственники Весты. Все они, кроме Весты, очень небольшие, но тоже обладают высоким альбедо — видны издалека — богаты силикатами и железом. Некоторые метеориты найденные на Земле, близкие по составу к астероидам V спектрального класса, судя по всему являются осколками Весты, встретившими на своем пути Землю, и нашедшие здесь свое пристанище.
Столкновение породившее или разрушившее (роль его можно определять по-разному) случилось около 2,5 миллиардов лет назад.
Минеральные ресурсы Весты и других астероидов V спектрального класса дают основание рассматривать их как источник железа и других ценных ресурсов. Когда придет время создавать космические города-станции на орбитах вокруг Солнца, эти небесные тела могут обеспечить строительным материалом огромное количество таких проектов.
А сама Веста вполне претендует на то, чтобы принять одну из первых колоний землян в поясе астероидов. Ведь это следующий удобный объект для пилотируемых экспедиций после Марса.
Веста сближается с Землей до расстояния немного превышающего 1 астрономическую единицу. перелеты к Весте могут быть достаточно экономичными. А низкая гравитация (в 45 раз слабее Земной) позволит кораблям причаливать и отчаливать от космопорта Весты без больших затрат топлива.
Год на Весте длится немногим более 3,5 земных лет, а сутки — всего 5 часов.
Средняя температура на поверхности Весты сносная — порядка -50 градусов Цельсия, но в полдень поднимается почти до нуля. Это не сильно радует, ведь атмосферы у Весты нет, а значит без скафандров по её поверхности прогуляться не получится. Но всё равно это лучше, чем на Венере, где почти +500.
В августе месяце 2022 года малая планета Веста медленно перемещается по созвездию Водолея вблизи его границы с созвездием Козерога. Уже сейчас её блеск превышает 6-ю звездную величину, а это значит, Весту можно увидеть невооруженным глазом. На самом деле не все люди способны видеть без оптики звезды 5 и 6 звездной величины. Наше зрение претерпело значительную деградацию с тех пор, как мы погрузили себя в не угасающее даже ночью искусственное освещение. Чтобы хорошо видеть в темноте нужна темнота, а мы давно забыли, что это такое.
Тем не менее, Весту легко найти в самый простой бинокль или подзорную трубу. Сфотографировать её могут самые бюджетные фотокамеры и даже смартфоны — в отличие от нас они только прогрессируют.
О том, как отыскать на небе малую планету Весту — будущий космический дом некоторых из нас — я написал в отдельной статье. Попробуйте увидеть её, прежде чем покупать билеты на регулярный рейс “Земля — Веста”.
Регулярные обзоры предстоящих астрономических явлений в телеграм-канале "Вселенная и Человек", и в одноименном Астроблоге.
Поддержать автора можно здесь.
Спасибо!
Ясного Мирного Неба Всем!