Жизнь на планете в окружении четырех Солнц
[Аномальная система HD 98800 (TV Чаши)]
[Аномальная система HD 98800 (TV Чаши)]
В данный момент новаторскую концепцию изучают исследователи из Аэрокосмической корпорации и Лаборатории реактивного движения NASA. А с ее помощью они планируют проводить наблюдения за экзопланетами.
В основе концепции лежит идея о гравитационной линзе, которая будет создаваться Солнцем, и сможет предоставить 100-миллиардное усиление сигнала, что, в свою очередь, позволит рассмотреть детали размером до 10 километров в поперечнике на объектах до 100 световых лет от нас.
Астрономия, вне всякого сомнения, одна из самых интересных областей физики. В последние несколько десятилетий одним из процветающих направлений в этой области был поиск экзопланет. И хотя первую планету открыли только в 1992 году, на начало апреля 2020 года существует уже 4 144 подтверждённые экзопланеты. Нас, как любителей НФ, естественно, больше всего интересуют те 55 из них, которые считаются потенциально обитаемыми. К сожалению, с обычными телескопами у нас не получится сделать фотографию Земли 2.0 с такой детализацией, которая позволила бы нам понять, есть ли у неё особенности, свидетельствующие о наличии жизни.
Недавно очередной этап конкурса Программы инновационных передовых концепций НАСА (NIAC), по результатам которого будет распределяться финансирование, прошла миссия по использованию Солнца в качестве гравитационной линзы. Её цель – изменить текущую ситуацию с телескопами, воспользовавшись эффектом солнечного гравитационного линзирования.
Всё началось с Эйнштейна
Галактика LRG 3-757 с сильным гравитационным линзированием; вид через телескоп Хаббла
Неудивительно, что именно Эйнштейн в 1936 году подсчитал, что гравитационное поле звезды может служить линзой. Если объект расположен за звездой на линии прямой видимости некоего наблюдателя, то для него её изображение сформирует кольцо. Сегодня это явление называют кольцом Эйнштейна. Только в 1979 году этот эффект был открыт экспериментально – два подозрительно одинаковых наблюдаемых объекта оказались одним и тем же объектом, изображение которого дублировалось гравитационной линзой. Сегодня гравитационное линзирование используется для подсчёта количества и распространения тёмной материи. Как уже ясно из начала этой статьи, благодаря тому, что гравитационная линза усиливает яркость объектов, она может работать и в качестве гравитационного телескопа, позволяя находить тусклые галактики ранней Вселенной.
ИИ и астрономы-любители помогают искать иголки в стоге сена
Гравитационные линзы попадаются редко, и чтобы найти их, сначала нужно пересмотреть тысячи изображений различных галактик. Кроме того, остаётся нетривиальной задачей распознать и исправить искажение изображения, произошедшее в гравитационной линзе. Поэтому проект Space Warps полагался на астрономов-любителей в поисках гравитационных линз в данных, снятых астрокамерой Hyper Suprime-Cam. Также для фильтрации данных астрономических обзоров можно использовать алгоритмы с машинным обучением. В частности, для поиска гравитационных линз уже были использованы свёрточные нейросети такого же рода, которые занимаются распознаванием лиц в проекте DeepFace от Facebook.
Используем Солнце в качестве линзы
Концепция миссии солнечной гравитационной линзы
У гравитационной линзы, в отличие от оптической, фокус оказывается не точкой, а линией. Как видно на картинке, проект солнечной гравитационной линзы (SGL) фокусирует входящий свет на линии, начинающейся на расстоянии в 550 а.е. от Солнца. Если расположить в этой точке телескоп, то SGL сможет усилить яркость удалённого объекта примерно в 10^11 раз и дать угловое разрешение в 10^-10”. Для экзопланеты размером с Землю, находящейся на расстоянии в 30 парсек (100 световых лет), телескоп SGL дал бы разрешение в 25 км на пиксель, что позволило бы нам разглядеть особенности её поверхности и найти признаки обитаемости.
Нитка жемчуга с солнечными парусами
Как, с точки зрения художника, могло бы выглядеть изображение землеподобной планеты, полученное телескопом SGL
Концепцию SGL хорошо объясняют в приведённом ниже видеоролике. Одной из крупных проблем будет доставка до фокальной точки Солнца. Самый далёкий космический зонд на сегодня, Вояджер-1, был запущен в 1977 году и находится на расстоянии в 148 а.е. При такой скорости движения у него ушло бы более 150 лет на то, чтобы добраться до ближайшей фокальной точки SGL. Современные двигатели на химическом топливе или ядерной энергии не подходят к требованиям по скорости и долговременной работе этого проекта. Вместо них в SGL предлагается использовать солнечные паруса, которые будут двигаться благодаря радиационному давлению Солнца. Подлетев поближе к Солнцу, космический корабль SGL сможет разогнаться до скорости 25 а.е./год, и долететь до нужной фокальной точки менее чем за 25 лет.
Однако было бы непрактично использовать один-единственный корабль, поскольку во время долгого полёта высок риск отказа оборудования. Вместо этого, согласно концепции миссии будет использован подход “нитки жемчуга” – в нём каждая жемчужина будет состоять 10-20 небольших космических кораблей (микроспутников) весом до 100 кг, летящих строем. А вся нить будет состоять из нескольких бусин, запускаемых с интервалом в 1 год. Избыточность в виде множества микроспутников уменьшает риск провала миссии, устраняя единую точку отказа. Также это позволит распределить стоимость миссии во времени и между участниками – в ином случае миссия такого масштаба вряд ли сможет найти достаточно финансов.
Каждый микроспутник будет работать по большей части автономно, что будет тем важнее, чем дальше он будет улетать от Земли. В конечной точке задержка сигнала будет составлять порядка четырёх дней. Чтобы достичь автономной навигации, обработки данных и управления отказами, миссия SGL предполагает использовать несколько новых технологий из сферы ИИ, а также таких загадочных технологий, как “объясняемый ИИ”, “машины с обучением в течение всей жизни”, “обучение с минимумом разметки” и “нейроморфные чипы“.
Также возникают проблемы с оборудованием для получения изображений. Для блокирования прямого света от Солнца используется коронограф с фазовой маской, работающей по схеме деструктивной интерференции. Однако свет от короны Солнца всё равно остаётся, и накладывается на кольцо Эйнштейна. Для уменьшения наложения телескоп нужно расположить ещё дальше от Солнца, на расстоянии порядка 650 а.е. Наконец, телескоп будет недостаточно крупным для того, чтобы видеть всё кольцо Эйнштейна целиком. Изображение экзопланеты земного размера, находящейся на расстоянии в 30 парсек, SGL сжимает в цилиндр диаметром порядка 1,3 км, находящийся в непосредственной близости от фокальной линии. Чтобы метровый телескоп получил изображение размером 1000 х 1000 пикселей, космическому кораблю придётся сканировать эту область попиксельно, двигаясь с шагом в 1,3 м. А потом изначальное изображение экзопланеты можно будет воссоздать при помощи алгоритма обращения свёртки.
Когда мы этого достигнем?
Когда же мы сможем получить первое изображение экзопланеты высокого разрешения? Естественно, график реализации проекта такого масштаба будет весьма размыт, и даты могут легко меняться на 5-10 лет. В отчёте о второй фазе финансирования утверждается, что необходимые технические доработки позволят осуществить запуск проекта в 2028-2030-х годах. Следовательно, реалистично будет ожидать получения первых данных от проекта в начале 2060-х.
На какую планету они будут смотреть? Поскольку до того, как миссия SGL достигнет своей цели, наверняка будет открыто несколько новых потенциально обитаемых планет, её цель ещё не определена окончательно. На сегодня одним из наиболее многообещающих кандидатов кажется TRAPPIST-1e – скалистая планета размером почти с Землю, возможно, содержащая воду, и расположенная на расстоянии в 12,1 парсек. Эту планету более пристально изучит телескоп имени Джеймса Уэбба, который планируется запустить в следующем году.
Что они будут искать? Поиски признаков обитаемости будут включать в себя спектроскопическое исследование атмосферы на предмет наличия таких биомаркеров, как кислород и метан. Также можно будет поискать искусственные источники света и радиопередачи.
Солнце не только позволило жизни возникнуть на Земле – оно может стать инструментом поиска жизни на других планетах. Здорово, что на вопрос о том, одиноки ли мы во Вселенной, можно будет получить ответ ещё при нашей жизни. Заставляет задуматься, а сколько подобных телескопов в данный момент направлено на нашу планету.
1. Свет
2. Телескопы
3. Введение в Солнечную систему
4. Экзопланеты
5. Чёрные дыры
Швейцарские астрономы обнаружили экзопланету, на которой идет железный дождь. Аномалия связана с большой разницей температур на противоположных сторонах небесного тела. Планета с аномальными осадками было обнаружена Эренрайхом вместе со своими коллегами с помощью Очень большого телескопа (VLT), расположенного в чилийской пустыне Атакама. Результаты наблюдений были получены с помощью приемника ESPRESSO в сентябре 2018 года. Об этом пишется в журнале Nature.
Расположенная на расстоянии около 640 световых лет от Земли планета WASP-76b находится в созвездии Рыб. Из-за того что она отдалена от материнской звезды на небольшое расстояние, на полный оборот вокруг нее уходит 43 часа. Также по этой причине температура на дневной стороне планеты достигает 2400 градусов Цельсия. Этого достаточно для испарения металлов, пары которых переносятся на противоположную сторону WASP-76b, которая приблизительно на тысячу градусов холоднее. В результате резкого понижения температуры происходит конденсация паров, и металл выпадает в виде дождя. «Представьте, что вместо моросящих капель воды на поверхность выпадают железные капли». Еще одной особенностью WASP-76b ученые назвали ситуацию «застрявшего в тылу», когда небесное тело постоянно обращено одной стороной к материнской звезде. Из-за разницы температур на экзопланете бушуют ветра, достигающие скорости 18 тысяч километров в час. (профессор Женевского университета в Швейцарии Давид Эренрайх (David Ehrenreich)
В начале марта международная группа астрономов обнаружила экзопланету, порождающую мощные радиосигналы. Ученые выяснили, что небесное тело испускает излучения из-за взаимодействия с магнитным полем родительской звезды GJ1151. А в конце февраля астрономы отчитались об изучении планеты K2-18b, находящейся в 124 световых годах от Земли. На планете были найдены водяной пар, водород, небольшое количество аммиака и метана, что позволяет судить о потенциальном наличии жизни. Живые организмы могут произойти из широкого слоя жидкой воды, обнаруженной на небесном теле.
Астрономы обнаружили причудливую экзопланету, на которой ночью льётся железный дождь. Дневная сторона этого мира, получившего название WASP-76 b, не менее адская. Температура может достигать 2400 градусов по Цельсию — достаточно горячей, чтобы испарять металл.
“Можно сказать, что на этой планете дождливые вечера, вот только дождь там железный”, — сказал астроном Женевского университета Дэвид Эренрайх, который возглавил новое исследование, говорится в пресс-релизе.
WASP-76 b немного меньше Юпитера и находится примерно в 640 световых годах от Земли в созвездии Рыб. Его ужасающая погода вызвана его действительно экстремальной орбитой. Газовые гиганты, такие как WASP-76 b, называются горячими Юпитерами, потому что они вращаются слишком близко к своим звездам — в этом случае почти в 10 раз ближе, чем Меркурий к нашему Солнцу.
Дневная сторона WASP-76 b получает получает в тысячи раз больше излучения чем Земля получает от Солнца. И это обжигающее излучение испаряет железо на дневной стороне. Сильные ветры переносят железный пар на более прохладную ночную сторону, где он конденсируется в железные капли. Экстремальная разница температур между дневной и ночной сторонами приводит к сильным ветрам, которые приносят пары железа с ультра-горячей дневной стороны на более прохладную ночную сторону, где температура снижается до примерно 1500 градусов по Цельсию.
Исследователи обнаружили планету с помощью очень большого телескопа Европейской южной обсерватории (VLT) в Чили. В частности, открытие стало возможным благодаря прибору под названием эшелле-спектрограф ESPRESSO для скальных экзопланет и стабильных спектроскопических наблюдений. Астрономы первоначально планировали использовать этот прибор VLT для изучения похожих на Землю планет вокруг таких звёзд, как наше Солнце. Однако они подозревали, что экстремальные размеры VLT идеально подходят для изучения атмосферы других экзопланет. Оказывается, они были правы.
“Мы скоро поняли, что огромная светособирающая мощь VLT и исключительная стабильность ESPRESSO делают этот приёмник идеально приспособленным для изучения атмосфер экзопланет”, — говорит Педро Фигейра, учёный работающий в ESO в Чили. ссылка
1 новость:
Ученые из Обсерватории Gemini получили изображение удивительной туманности, которая имеет форму песочные часы.
CVMP 1 называют самой красивой планетарной туманностью. Также она отличается чрезвычайно большими размерами.
Несмотря на свое название, планетарные туманности не имеют ничего общего с планетами. Просто в ранние телескопы они внешне походили на планеты, а в дальнейшем сохранилось первоначальное название.
CVMP 1 расположена примерно в 6500 световых годах от нас в южном созвездии Циркуль. Она возникла, когда старый красный гигант отбросил свои внешние слои в межзвездное пространство, а горячее ядро звезды-прародителя вызывало свечение газа и пыли. Это сформировало форму песочных часов
Источник:
https://nationalastro.org/news/celestial-hourglass/
https://www.universetoday.com/145191/heres-a-new-planetary-n...
2 новость:
Получен удивительный снимок минилуны Земли
14 февраля 2020 года астрономы в Catalina Sky Survey в Тусоне, штат Аризона, обнаружили крошечный тусклый объект, движущийся по небу. Что это было?
Ученые пока называют его Временно захваченным объектом или возможной мини-луной. Скорее всего этот объект – ни что иное как захваченный астероид. Ему дали название 2020 CD3.
Источник:
https://www.space.com/minimoon-2020-cd3-discovery-around-ear...
https://www.universetoday.com/145157/astronomers-discover-a-...
https://www.universetoday.com/145175/a-picture-of-earths-new...
3 новость:
Полное лунное затмение 2019 позволило ученым взглянуть на Землю как на экзопланету и дало подсказку как может выглядеть действительно обитаемая планета.
Есть несколько способов искать жизнь на других планетах. Один из них - слушать радиосигналы, которые могут посылать инопланетяне (проект SETI и другие), а можно изучать атмосферу экзопланет, чтобы найти биосигнатуры жизни, то есть любое проявление последствий жизнедеятельности, научно доказывающее существование жизни в прошлом или настоящем. Но что они должны из себя представлять и какими должны быть?
Для этого необходимо посмотреть с помощью телескопов и имеющейся аппаратуры на планету, которая точно обитаема, и искать отличия с планетами, на которых жизни нет. На данный момент времени, единственная планета, на которой точно есть жизнь – это Земля.
Источник:
https://arxiv.org/abs/2002.08690
https://www.universetoday.com/145235/during-a-lunar-eclipse-...
https://phys.org/news/2020-03-total-lunar-eclipse-earth-tran...
4 новость:
Суперземля K2-18b. Она находится в 124 световых годах от нас. Ее радиус в 2,6 раза больше радиуса Земли, а масса – в 8,6 раз больше массы нашей планеты.
Планета располагается в зоне обитаемости, то есть в той области от своей звезды, где условия могут быть подходящими для существования воды в жидкой фазе. В прошлом году астрономы обнаружили следы большого количества водяного пара в атмосфере K2−18b.
Источник:
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ab7229
https://www.cam.ac.uk/research/news/large-exoplanet-could-ha...
https://www.sciencedaily.com/releases/2020/02/200226212008.h...
5 новость:
4 марта NASA объявила о начале давно запланированной модернизации основной 70-метровой антенны сети Дальней космической связи (DSN) в Австралии, которые члены научной команды миссии Voyager используют для связи с космическим аппаратом, запущенным в 1977 г. и достигшим межзвездного пространства в ноябре 2018 г.
Источник:
https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?release=2020-044
https://www.space.com/voyager-2-on-its-own-nasa-deep-space-n...
Группа астрономов из штата Пенсильвания только что подтвердила существование G 9-40b, гигантской супер – Земли, находящейся всего в 90 световых годах от нашей планеты, что делает ее одной из ближайших известных экзопланет.
Планета, по крайней мере, в два раза массивнее Земли и может даже быть такой же большой, как Нептун. Впервые она была обнаружена космическим телескопом НАСА Kepler в 2019 году.
Команда использовала Habitable Zone Planet Finder (HPF), маломассивный инструмент для поиска планет, прикрепленный к 10-метровому телескопу Хобби-Эберли в обсерватории Макдональд в Техасе.
Но эта конкретная планета не очень пригодна для жизни. Ее поверхность нагревается свыше 3100 градусов по Цельсию — жарко, но все же значительно холоднее Солнца.
Тот факт, что до нее всего около 90 световых лет, означает, что она «входит в число 20 ближайших известных транзитных планетных систем и в настоящее время является второй ближайшей транзитной планетой, обнаруженной миссией К2 на сегодняшний день», согласно заявлению Гудмундура Стефанссона, ведущего автора статьи, опубликованной в Астрономическом журнале в начале этого месяца.
Астрономы считают, что экзопланета является отличным кандидатом для более пристального изучения космическим телескопом Джеймса Уэбба, который планируется запустить в марте 2021 года.