Космический аппарат NASA Dawn, изучавший Цереру и Весту, завершил свою миссию в 2018 году. Однако анализ собранных данных продолжается, и учёные обнаружили на Церере не только следы воды, но и органические соединения. Яркие участки на поверхности карликовой планеты оказались солевыми отложениями, сформировавшимися в результате испарения жидкости.
Ранее исследования показали, что под поверхностью Цереры когда-то существовал обширный резервуар солёной воды. Новые данные свидетельствуют, что около 2,5 миллиардов лет назад на карликовой планете существовал полноценный подповерхностный океан. Нагрев воды осуществлялся за счёт тепла от распада радиоактивных элементов в силикатном ядре, что характерно для молодых тел Солнечной системы.
Пик температурной активности пришёлся на период от 1,5 до 2,6 миллиардов лет назад, когда ядро Цереры достигло максимальных температур, обеспечивая постоянный приток тёплой воды в океан. В настоящее время карликовая планета значительно остыла, и радиоактивного распада уже недостаточно для поддержания жидкой воды. Остатки древнего океана, вероятно, превратились в концентрированный соляной раствор.
В отличие от спутников газовых гигантов, которые нагреваются за счёт гравитационного воздействия планет, Церера не имеет подобного источника энергии, что делает её современное состояние геологически неактивным.
Хотя в настоящее время у нас нет технологий, способных сделать космический лифт жизнеспособным на Земле, это вовсе не означает, что он не может успешно функционировать на других объектах Солнечной системы. Одним из самых перспективных мест для установки такого сооружения является Церера — Крупнейший астероид в поясе астероида и потенциально один из крупнейших источников ресурсов для расширения присутствия человечества в космосе.
В свежей научной работе исследователей из Университета Колорадо в Колорадо-Спрингс и компании Industrial CNT, производителя углеродных нанотрубок (одного из потенциальных материалов для космического лифта), подробно рассматривается, насколько полезным мог бы оказаться такой лифт.
Одним из самых примечательных фактов о Церере, полученных благодаря миссии Dawn, является то, что приблизительно 25% её состава — это вода. Вода ценна не только тем, что необходима для поддержания жизни в привычном нам виде, но и как источник топлива для двигательных установок. Некоторые испытательные спутники используют воду в качестве единственного топлива, а другие — кислород и водород, получаемые при электролизе воды.
Однако, чтобы получить доступ к этим ценнейшим ресурсам, инженерам необходимо преодолеть даже небольшой, но всё же существующий гравитационный потенциал Цереры. Здесь на помощь приходит космический лифт. Он способен решить две задачи: поднять материалы с поверхности и благодаря использованию рычага обеспечивать разгон грузов до скоростей, значительно превосходящих традиционный запуск с поверхности. Проект, изложенный в статье, учитывает обе эти функции.
В работе описан космический лифт длиной около 30 000 километров — более чем в тридцать раз превышающий диаметр самой Цереры. Если его реализовать из современных углеродных нанотрубок, он сможет транспортировать полезные грузы массой около 6534 килограммов к станции на вершине лифта. Оттуда грузы смогут быть выброшены в космос с помощью центробежной силы, создаваемой вращением станции в ритм суточного вращения Цереры, равного девяти часам. Такая конструкция позволит сократить энерговложения при доставке грузов на Землю примерно на 60%, что обеспечит экономию топлива порядка 15%.
Часть этого топлива может быть получена непосредственно с Цереры. В статье представлена матрица выбора различных двигательных установок на водной основе, из которой следует, что микроволновые электротермические двигатели (MET) обладают наибольшей эффективностью — их удельный импульс достигает почти 800 секунд. Также исследовались системы водородно-кислородного ракетного двигателя, основанные на электролизе воды и последующем сжигании ее компонентов.
Однако для разделения воды потребуется значительная энергетическая мощность, что является одной из основных проблем при создании такой инфраструктуры. Церера находится в поясе астероидов, где солнечная радиация значительно слабее, и для обеспечения энергией проекта потребуется собирать и накапливать большое количество солнечного света. В качестве альтернативных источников энергии рассматриваются двигатели Стирлинга или радиоизотопные термоэлектрические генераторы, но для масштабов проекта потребуется множество таких установок.
Еще одной сложностью станет задержка в передаче сигналов, так как, находясь за орбитой Марса, Церера требует около 25 минут на двунаправленную связь. Таким образом, ручное управление строительством космического лифта с Земли будет крайне затруднено, что делает необходимой значительную автоматизацию процессов, прежде чем проект сможет стать операционным.
Развитие таких систем автоматизации будет полезно и для других направлений космической деятельности, и их появление не за горами. Эксперты в области освоения космоса с большим энтузиазмом оценивают потенциал ресурсов Цереры. Следовательно, её дальнейшая разработка — вопрос времени, и будущие планировщики миссий будут внимательно изучать подобные исследования, чтобы определить, стоит ли человечеству взяться за одну из самых грандиозных инженерных задач в истории — создание космического лифта на Церере и оправданы ли затраты на такую инициативу.
Перед вами кратер Оккатор — одно из самых загадочных мест в Солнечной системе. Это ударное образование "красуется" на поверхности карликовой планеты Церера (диаметр 946 километров), которая находится в поясе астероидов между орбитами Марса и Юпитера.
Средний диаметр кратера составляет 92 километра, а его глубина достигает четырех километров. Но что делает Оккатор таким особенным? Давайте разберемся.
Яркие пятна
Первое, что бросается в глаза на снимках кратера Оккатор, — это яркие белые пятна. Наблюдения показали, что они представляют собой отложения кальцинированной соды (карбоната натрия) и пищевой соды (гидрокарбоната натрия). Эти вещества были "выдавлены" из недр Цереры в результате геологической активности, вызванной ударом космического тела, которое и создало кратер.
Ученые предположили, что под поверхностью Цереры скрывается толстый слой льда, насыщенного солями. Когда космический камень ударил, лед частично растаял и вода вырвалась наружу; со временем она испарилась, оставив после себя яркие солевые отложения. Это объяснение хорошо согласовалось с первыми данными, полученными космическим аппаратом NASA Dawn*.
*Данные о кратере и его загадочных пятнах были получены космическим аппаратом NASA Dawn. Этот зонд — пока единственный аппарат, посетивший пояс астероидов для изучения крупных объектов, включая Цереру.
Туман над кратером
Но настоящая сенсация произошла 21 июля 2015 года, когда Кристофер Расселл, руководитель миссии Dawn, выступил на научной конференции в калифорнийском центре имени Эймса. Он сообщил, что каждое утро над яркими пятнами в кратере Оккатор поднимается туман, который заполняет почти половину ударного образования. Это явление объясняется сублимацией водяного льда, который регулярно доставляется на поверхность в районе пятен.
Туман — это не просто красивое зрелище. Он указывает на активные процессы, происходящие под поверхностью Цереры. Ученые пришли к выводу, что под кратером Оккатор находится не просто лед, а резервуар соленой жидкой воды! Это делает Цереру одним из самых интересных объектов для поиска внеземной жизни.
Подповерхностный океан?
Наличие жидкой воды под поверхностью Цереры — это огромный шаг в понимании природы этой карликовой планеты. На Земле вода — основа жизни, и ученые не исключают, что на Церере могут существовать примитивные формы жизни. Более того, аппарат Dawn обнаружил на поверхности Цереры значительные запасы органических** соединений, немалая часть которых имеет внутреннее происхождение. Этот факт существенно повышает наши шансы на обнаружение внеземной жизни в поясе астероидов.
**Органические вещества, найденные на Церере, включают углеродсодержащие соединения, которые являются строительными блоками для жизни. Хотя пока нет прямых доказательств существования жизни на Церере, наличие воды и органики делает эту карликовую планету крайне перспективной для дальнейших исследований.
Церера — это удивительный мир, который продолжает удивлять ученых. Кратер Оккатор, его яркие пятна, туман и подповерхностное водохранилище (океан или система озер?) — все это делает Цереру уникальным объектом для изучения. Однако для того, чтобы раскрыть все ее тайны, необходимы новые миссии.
Ученые предлагают отправить к Церере новый зонд, оснащенный более совершенными инструментами. Например, аппарат мог бы взять пробы подповерхностного льда и доставить их на Землю. Такая миссия могла бы дать ответы на вопросы о возможности жизни на Церере и помочь понять, как формировались и эволюционировали подобные тела в Солнечной системе.
Эрлангер относится к кратерам вечной тьмы — солнечный свет освещает только верхние края, а дно кратера постоянно находится в тени. В некоторых кратерах такого типа был обнаружен водяной лёд.
Предложения по внеземным поселениям обычно делятся на две категории. С одной стороны, наиболее обсуждаемы планы заселить поверхности Луны и Марса. Основным недостатком этого сценария является низкая гравитация этих небесных тел, которая вызывает вопросы относительно долгосрочных последствий для здоровья, особенно для детей поселенцев, у которых будут расти мышцы и кости. Кроме того, Луна и Марс имеют площадь поверхности меньшую, чем у Земли, что может затруднить рост численности населения колоний и создать ограничения финансово-экономического характера.
Другая возможность это строительство вращающихся орбитальных поселений.
У них есть то преимущество, что они обеспечивают здоровую искусственную гравитацию в 1g. Но одной из их проблем является сложность коммуникации между отдельными поселениями.
Особенность предлагаемой Янхуненом конструкции в состоит в том, что он предлагает вместо отдельных орбитальных вращающихся спутников построить единый мегаспутник, состоящий из прикрепленных к осевому каркасу множественных вращающихся сред обитания. Это позволит обеспечить сообщение между отдельными средами обитания в сочетании с возможностью роста поселения добавлением новых блоков.
Церера выбрана, так как она обеспечит доставку строительных материалов прямо на месте добычи материалов (в последнее время все чаще употребляться термин "in situ" - "на месте" в контексте строительства внеземных колоний), и потому что в ней есть азот. Азот - необходимый компонент воздуха поселка.
Таким образом поселение будет иметь следующие характеристики:
- Земная радиационная защита. - Земная атмосфера. - Искусственная гравитация 1g. - 24-часовой суточный цикл при инсоляции 130 Вт/кв.м, как на юге Германии. - Природа, поля, парки, леса. - Плотность населения 500 человек/кв.км, как в Нидерландах. -Большой, взаимосвязанный мир.
Янхунен среди преимуществ своего поселения называет:
- Отсутствие неблагоприятной погоды. - Никаких стихийных бедствий. - Угроза ударов метеоритов может быть, по крайней мере, уменьшена, ну или, возможно, даже устранены.
В идеале можно выращивать до большей обитаемой площади, чем даже на Земле.
При проработке идеи серьезное внимание доктор Янхунен уделил технологическим аспектам, которые призваны создавать безопасную и комфортную среду мегаспутника. Защитный фильтрующий состав (7600 кг/кв.м), состоящий на 20% из воды и на 80% из силикатного реголита должен обеспечить достаточную радиационную защиту.
На человека в поселении будет приходится 2000 кв.м жилой площади, которая будет поделена на сельскохозяйственную (около 1100 кв.м на чел.) и городскую (около 900 кв.м на чел.).
Гравитация в сельскохозяйственном пространстве составит 1g. Для городского пространства считается допустимой несколько меньшая гравитация, например 0,8 g.
Чтобы иметь возможность выращивать посадки в сельском сегменте глубина почвы составляет 1,5 м, при плотности грунта 1500 кг/куб.м, а масса на единицу площади грунта составит 2250 кг/кв.м. Сельское пространство освещено естественным солнечным светом, средняя дневная инсоляция составляет 130 Вт/кв.м. Городское пространство не имеет почвы и использует искусственное освещение. Высота атмосферы составляет 50 м и 15 м для сельского и городского пространства соответственно.
Солнечный свет концентрируется во вращающейся среде обитания с помощью главного и вторичного зеркал, которые представляют собой цилиндрические параболоиды. Вторичное зеркало находится внутри оболочки среды обитания и вводит свет в световой канал, параллельный оси вращения.
Из светового канала свет направляется для освещения сельской местности через окна.
Чтобы сохранить постоянным временное использование общего количества поступающего солнечного света, сельское пространство разделено на три часовых пояса в вертикальном направлении. Часовые пояса сдвинуты друг относительно друга на ± 8 часов. Общее количество света, получаемого жилым помещением, во времени постоянно. Световой канал имеет регулируемый потолок из (более или менее разнообразного) отражающего материала. Наклон потолка, примыкающего к зоне, определяет уровень солнечного света в зоне.
Городское пространство расположено внутри светового канала и искусственно освещено. Городское и сельское пространство представляют собой концентрические цилиндрические поверхности.
Кроме того, в своем исследовании доктор Янхунен обосновал возможность использования космического лифта для обеспечения мегаспутника сырьем добываемым на Церере.
Космический аппарат НАСА Dawn обнаружил свидетельства наличия органических веществ на поверхности Цереры, карликовой планеты и крупнейшего тела Главного астероидного пояса, расположенного между орбитами Марса и Юпитера. Ученые при помощи инструмента Visible and Infrared Mapping Spectrometer (VIMS) обнаружили органический материал внутри и вокруг кратера северного полушария карликовой планеты, носящего название Эрнутет. Органические молекулы представляют интерес для ученых , поскольку они являются необходимым – хотя и не достаточным – условием зарождения и существования жизни.
«В исследовании впервые однозначно были обнаружены с орбиты органические молекулы на поверхности небесного тела из Главного астероидного пояса», - сказала Мария Кристина Де Санктис (Maria Cristina De Sanctis) из Национального астрофизического института, Италия, главный автор нового исследования.
Эти органические вещества в основном располагаются в границах области, простирающейся примерно на одну тысячу 1000 квадратных километров. Признаки присутствия органических соединений очень ярко выражены в материале дна кратера Эрнутет, южной части его кольцевого вала и в зоне, расположенной за пределами кратера к юго-западу от него. Еще одной обширной зоной с ярко выраженными признаками наличия органики является северо-западная часть гребня кратера и выброшенный из кратера материал. Явные признаки органики обнаружены и в других областях поверхности карликовой планеты.
