Открытия «Вояджер-1». Что увидел легендарный зонд на спутнике Ио
Эта история об открытии, которое в марте 1979 года сделал американский зонд «Вояджер-1». Открытии, раз и навсегда изменившем представление ученых о спутниках планет-гигантов Солнечной системы.
Grand Tour — «Вояджер»
В конце 60-х годов прошлого века у NASA имелась космическая программа Grand Tour, в рамках которой ученые планировали отправить к внешним планетам Солнечной системы четыре аппарата. Два в 1977 году — к Юпитеру, Сатурну, Плутону, еще два в 1979 году — к Юпитеру, Урану, Нептуну. Но, как это часто бывает в космической отрасли, правительство США значительно урезало финансирование проекта в пользу уже утвержденной программы «Шаттл» — с 1 млрд. долларов до 360 млн. долларов. Специалисты NASA пересмотрели проект и решили вместо четырех зондов отправить два, да и число исследуемых тел ограничили, вместо шести теперь их стало три: Юпитер, Сатурн, Титан. Последний мир представлял особый интерес, в список его включили из-за того, что это единственный спутник Солнечной системы, у которого есть атмосфера.
Фото: NASA / Запуск "Вояджера-1" с мыса Канаверал 5 сентября 1977 г
К полету готовились два зонда серии «Маринер»: «Маринер-11» и «Маринер-12». Станции этого типа NASA использовало с 1962 года, в разное время их отправляли к Венере, Марсу и Меркурию. Программу Grand Tour переименовали в Mariner Jupiter-Saturn, а в 1977 году проекту дали новое название — «Вояджер». Теперь зонды назывались «Вояджер-1» и «Вояджер-2». Оба они отправились в путь в 1977 году с разницей в 16 дней. Первоначально планировалось, что срок службы аппаратов составит 5 лет, но, как известно, их полет продолжается уже почти 44 года.
Камеры «Вояджеров»
На борту «Вояджеров» стоят две телевизионные камеры — широкоугольная и узкоугольная, фокусные расстояния их объективов 200 мм и 1500 мм, угол обзора 3,2° и 0,42°, соответственно. На сайте NASA говорится, что разрешения узкоугольной камеры достаточно, чтобы можно было прочесть заголовок газеты с расстояния 1 км. На тот момент это были самые передовые камеры, когда-либо установленные на космических станциях.
Данные аппаратов сохраняются на цифровой ленточный накопитель, причем, во время изучения планеты или его спутника эти данные накапливались намного быстрее, чем их можно было передать на Землю. Иными словами, во время подлета к планете зонд делал, грубо говоря, 1000 снимков, а памяти хватало только на 100. Поэтому, чтобы ускорить передачу информации зонда, NASA объединило в единую сеть радиотелескопы так называемой сети дальней космической связи Deep Space Network (DSN). Согласно сайту NASA, данные «Вояджер-1» передаются на Землю на скорости 160 бит/с, для приема сигнала используются 34-метровая и 70-метровая антенны DSN.
Каждая камера имеет собственное кольцо фильтров, в которое входят оранжевый, зеленый, синий фильтры, их можно комбинировать для получения изображений почти в естественных цветах.
Вот пример съемки «Вояджера-1» с использованием светофильтров. Снимок Земли и Луны сделан с расстояния почти 11,7 млн. км примерно через две недели после запуска зонда:
Фото: NASA / Цветное изображение, на котором Земля и Луна впервые запечатлены в одном кадре. "Вояджер-1" сделал это цветное фото на пути к Юпитеру 18 сентября 1977 года с расстояния 11,66 млн км.
Юпитер и Ио
В начале 1979 года «Вояджер-1» начал сближаться с Юпитером. Параллельно он делал снимки галилеевых спутников газового гиганта. Изображения этих спутников не разочаровали ученых. Специалисты думали, что на снимках «Вояджера-1» увидят одинаковые, ничем не отличающиеся друг от друга луны, но вместо этого перед астрономами предстали миры с уникальной геологией, совсем не похожей на геологию нашей Луны.
Фото: NASA / Обработанные снимки галилеевых спутников, сделанные "Вояджером-1" во время сближения с Юпитером в начале марта 1979 года. Слева направо: Ио, Европа, Ганимед, Каллисто.
Из всех галилеевых спутников больше всех научное сообщество озадачила Ио. Согласно спектроскопическим исследованиям, Ио представлялась ученым как тело немного большее, чем Луна, но также изрезанное кратерами. На иссушенной поверхности спутника Юпитера специалисты рассчитывали найти отложения различных солей. Но Ио оказался настоящим миром-загадкой без видимых ударных кратеров, покрытый странными желтыми, оранжевыми и белыми отложениями. Первые снимки спутника газового гиганта натолкнули астрономов на мысль, что на Ио должны происходить некие геологические процессы, которые “омолаживали поверхность, стирали следы ударных кратеров”.
В марте 1979 года «Вояджер-1» сделал снимок Ио на длинной выдержке с расстояния 4,5 млн. км, который приоткрыл завесу тайны этой луны.
На изображении специалисты NASA заметили облако, которое находилось в сотнях километров над “освещенным” серпом Ио. Вот это фото:
Фото: NASA/JPL / Увеличенное изображение Ио, сделанное "Вояджером-1" 8 марта 1979 года с расстояния 4,5 млн км. Один вулканический шлейф виден над освещенным месяцем Ио с правой стороны, второй на линии терминатора (яркое пятно).
Сперва ученые подумали, что это просто искажения, появившиеся во время съемки, но после детального анализа стало понятно, что облако реально. Поскольку у Ио крайне разреженная атмосфера, астрономы пришли к выводу, что облако — это шлейф, возникший в результате очень мощного извержения вулкана. Ему дали обозначение P1.
Чуть позже члены исследовательской группы «Вояджер» нашли на снимке еще один шлейф на границе дня и ночи (терминаторе) Ио, его обозначили P2.
Фото: NASA / Обработанный снимок Ио. Сделан "Вояджером-1" с расстояния 490 тыс км. Яркое пятно слева — шлейф, результат деятельности вулканической впадины Патера Локи. В нижней части изображения видны отложения, окружающие действующий вулкан Пеле.
Новые данные, присланные «Вояджером-1», показали, что P1 — результат деятельности активного вулкана, впоследствии названного Пеле, а P2 связан с вулканической впадиной Патера Локи, в которой находится богатое серой лавовое озеро.
Специалисты пришли к выводу, что на Ио есть действующие вулканы, и они, скорее всего, причина “молодой поверхности спутника”, а желтые, белые, оранжевые отложения не что иное, как выброшенные во время извержений на поверхность вещества: различные силикаты, сера, диоксид серы.
На других снимках Ио, полученных «Вояджером-1», ученые обнаружили восемь вулканических шлейфов.
Фото: NASA / Цветная мозаика поверхности Ио, составлена из снимков, сделанных зондом "Вояджер-1". На изображении запечатлен действующий вулкан Пеле, а также вулканический шлейф, который достигает 300 км в высоту.
Открытия зонда и последующие наблюдения за спутником Юпитера помогли специалистам понять, что Ио — самый геологически активный мир в Солнечной системе, на сегодняшний день на нем насчитывается порядка 400 действующих вулканов.
Что обнаружил последний зонд на Юпитере?
[Космический аппарат Джуно / Юнона]
Столкновение
B 1994 году фpагменты кометы Шумейкеров — Леви 9 врезались в Юпитер (на снимке), а космический телескоп предоставил первые в истории науки изображения последствия столкновения двух тел в космосе. Помимо того, что это выглядит потрясающе, снимки предоставили новое понимание о составе атмосферы Юпитера.
NASA продлевает миссии «Juno» и «InSight»
Независимая группа экспертов пришла к выводу, что миссии Juno и InSight “дали исключительные научные результаты”, и рекомендовала NASA продолжить обе миссии.
Миссия Juno расширила наши знания о внутренней структуре Юпитера, магнитосфере. Мы узнали, что его атмосферная динамика намного сложнее, чем думали ученые ранее. Продленная до сентября 2025 года или до конца срока службы (в зависимости от того, что наступит раньше), миссия не только продолжит ключевые наблюдения, но также расширит свои исследования, включая кольца Юпитера и крупные спутники планеты, в частности, запланированы сближения с Ганимедом, Европой и Ио.
Миссия InSight продлена на два года, до декабря 2022 года. В поисках и выявлении землетрясений на Марсе команда миссии собрала данные, ясно демонстрирующие сильную тектоническую активность Красной планеты. Расширенная миссия InSight будет сосредоточена на создании долгосрочных высококачественных сейсмических данных.
Расширенные миссии используют инвестиции НАСА, позволяя продолжать научные операции по цене намного ниже, чем разработка новой миссии. Отделение планетарных наук НАСА (NASA’s Planetary Science Division) в настоящее время управляет более чем дюжиной космических аппаратов в Солнечной системе.
Источник: https://aboutspacejornal.net/2021/01/08/наса-продлевает-мисс...
Руководство по поиску потенциально обитаемых планет
Количество обнаруженных экзопланет постоянно растет. И нам уже не так важно найти еще одну экзопланету, как найти такую, где может быть жизнь, откуда к нам могут прилететь братья по разуму, или куда мы сами, быть может, полетим, когда Земля станет нам тесна или непригодна для жизни. Как же найти такую экзопланету?
Что мы ищем?
Что для нас значит потенциально обитаемая планета? Это планета, на которой может быть жизнь в виде бактерий или даже растений и животных, либо планета, где жизнь в результате эволюции достигла разумной формы, как наша, или даже превзошла ее. Ну и, конечно, планета, куда мы сможем, если вообразить доступность межзвездных перелетов, отправиться и чувствовать себя там как дома. Не исключая при этом необходимость ее терраформирования.
У нас есть только один пример обитаемой планеты — наша Земля. Из далекого космоса она выглядит еле различимой голубой точкой. Предполагается, что условия на Земле лучше всего подходят для появления жизни и ее продолжительного существования. Мы можем также предположить, что подобные характеристики другой планеты позволят существовать на ней жизни долгое время. Планета может быть чуть больше или меньше, несколько теплее или холоднее, но все же похожа на нашу.
И да, мы будем придерживаться все-таки «углеродного шовинизма». Что-то подсказывает, что, например, с кремниевой жизнью или азотной нам будет сложно установить контакт, да и условия на планетах, пригодных для существования таких форм жизни, вряд ли нам подойдут.
Но все звезды, кроме родного Солнца, от нас очень далеки. Как же можно что-то узнать об их планетах? К своим планетам, «близким», мы отправляем зонды, полет которых может занимать годы. Многие из них не имеют возможности вернуться, и поэтому все исследования происходят в месте прибытия. На Землю возвращается только информация, собранная приборами. Как узнать что-то о планете, к которой мы сегодня физически не можем отправить даже один исследовательский зонд? Тем более что интересных экзопланет открыто уже множество. Способы есть.
Размер
Размер экзопланеты — это, как правило, первый параметр, который ученые узнают при ее открытии. Обнаружить планеты у других звезд и определить их размер позволяет транзитный метод. Это метод-рекордсмен по открытым планетам. Именно таким способом открывает планеты орбитальный телескоп «Кеплер». Вернее, ученые, которые обрабатывают полученные от него данные.
Таким методом, в частности, была обнаружена планета Kepler-438b. Открытая в январе 2015 года в созвездии Лиры, она долгое время считалась наиболее похожей на Землю экзопланетой. И по размеру, и по температуре на поверхности она практически идентична Земле. Ее индекс подобия (Earth Similarity Index, ESI) равен 0,88 (наша планета, соответственно, принята за 1).
Сам метод транзита не позволяет обнаружить наличие планеты у какой-то конкретной звезды. С его помощью ищут планеты около звезд в определенных участках неба. Обсерватории, подобные «Кеплеру», наблюдают за участками неба с тысячами и даже десятками и сотнями тысяч звезд. Большинство из них невооруженным глазом не видны. Периодически свет некоторых звезд тускнеет на некоторое время. Регистрируя падение яркости звезды, ученые предполагают, что оно вызвано прохождением перед ней планеты. То есть между наблюдателем — телескопом — и звездой появляется препятствие, которое и вызывает уменьшение светимости звезды, естественно, с точки зрения земного наблюдателя.
![Руководство по поиску потенциально обитаемых планет Инопланетяне, Земля, Юпитер, Наука, Экзопланеты, Астрофизика, Гифка, Длиннопост](https://cs12.pikabu.ru/post_img/2020/12/11/11/160771257014154452.jpg)
Транзитный метод / © wikipedia.org
Если такое падение яркости происходит через одинаковые промежутки времени, то оснований считать, что у этой звезды есть планета, уже больше. Кроме того, становится известен и ее орбитальный период.
При этом, для того чтобы обнаружить планету, ее плоскость орбиты, звезда и телескоп должны находиться практически на одной линии. Иначе ее просто не зарегистрировать. Это, по сути, небольшое затмение. В нашей системе тоже бывают подобные явления. Так, например, Луна скрывает диск Солнца во время солнечного затмения. Либо наши местные планеты — Венера и Меркурий — периодически проходят по диску Солнца.
И, как уже было сказано, транзитный метод дает возможность определить размеры небесного тела — радиус и объем. Ведь величина, на которую падает светимость звезды, зависит от размера проходящей по ее диску экзопланеты. Точно зафиксировав эту величину, можно определить размер планеты. Например, Kepler-438b больше Земли всего лишь на 12%.
Масса
Первой экзопланетой, открытой у «нормальной», то есть солнцеподобной, звезды, стала 51 Пегаса. Она же некоторое время называлась Беллерофоном, но сейчас получила официальное имя «Димидий». До этого открывали экзопланеты только вблизи пульсаров. Димидий находится от нас на расстоянии 50,1 световых года, и первоначально его считали твердой землеподобной планетой, что, конечно, подогревало к нему интерес.
Обнаружили планету методом доплеровской спектроскопии, или методом лучевых скоростей. А в дальнейшем ее существование подтвердили и транзитным методом. Хотя чаще бывает все-таки наоборот.
![Руководство по поиску потенциально обитаемых планет Инопланетяне, Земля, Юпитер, Наука, Экзопланеты, Астрофизика, Гифка, Длиннопост](https://cs12.pikabu.ru/post_img/2020/12/11/11/1607712624132684961.jpg)
Метод доплеровской спектроскопии / © wikipedia.org
В случае применения метода Доплера мы также самой планеты не видим, а только наблюдаем за светом звезды. Но на этот раз нас интересует не падение яркости, а наличие красного или синего смещения в ее спектре. Если звезда удаляется от нас, ее спектр сдвигается в красную сторону, если приближается к нам — то в синюю. Почему же звезда не стоит на месте? Потому что по орбите вокруг звезды обращается планета, которая, образно говоря, раскачивает свое светило, заставляет его колебаться и, соответственно, то приближаться к наблюдателю, то удаляться от него.
Оба небесных тела движутся у одного центра масс. Астрономы уже научились определять массу звезд, а зная ее, можно определить и массу планеты. Масса и радиус экзопланеты позволяет узнать ускорение свободного падения на ее поверхности. Это значит, что мы можем, например, предположить, насколько комфортно мы бы себя чувствовали, если бы высадились на планете. Кроме того, это позволяет понять, может ли планета удерживать атмосферу. И даже предположить наличие или отсутствие в ней определенных газов. Земля, например, как известно, не держит в своей газовой оболочке легкие водород и гелий. А массивный Юпитер совсем наоборот.
Сам же Димидий, как выяснилось, для жизни совсем не пригоден. Он представляет собой так называемый «горячий Юпитер» — газовый гигант с атмосферой, разогретой, по некоторым оценкам, до 1000 °C. Его масса примерно равна половине массы Юпитера, что, кстати, отражено в названии (латинское слово dimidium означает «половина»).
Плотность
Как мы видим, массу и размер планеты не всегда удается определить одновременно. Для этого нужно два метода — транзитный и Доплера. Но после этого мы можем узнать и плотность, которая определяется как отношение массы тела к занимаемому этим телом объему. А объем планет вычисляется, если известен радиус.
Kepler-78b находится от нас на расстоянии 400 световых лет. И это первая планета размером с Землю, для которой удалось рассчитать плотность. Она, конечно, на 16% крупнее Земли и примерно на 69–85% тяжелее, но все же ее плотность равна 5,3–5,6 г/см³. У нашей планеты этот показатель равен 5,52 г/см³. Это позволяет предположить, что планета, как и Земля, состоит из железа и каменных пород. Вот только одно но — на этом сходства с нашей планетой заканчиваются.
Планета слишком близка к своей материнской звезде: их разделяет всего 0,01 а. е. Орбитальный период невероятно мал — он составляет каких-то 8,5 часа. Поэтому и здесь жизнь искать, вероятнее всего, бесполезно: эта планета — лавовый океан. Температура на освещенной стороне находится в интервале 2100–2800 °C. Ее поверхность покрыта лавой.
Нахождение в обитаемой зоне
Расположенная в созвездии Лебедя, на расстоянии 1400 световых лет от нас, экзопланета Kepler-452b — первая землеподобная планета, обнаруженная в «обитаемой зоне» солнцеподобной звезды. Орбитальный период планеты — 385 земных суток. То есть год на ней только на 5% дольше, чем на Земле. Соответственно, и от своего солнца она только немного дальше. Расстояние от планеты до звезды Kepler-452 (большая полуось орбиты) — 1,046 а. е. К слову, и сама звезда на 10% больше нашего Солнца. Обитаемая зона Kepler-452 по размеру практически совпадает с той, что мы имеем в Солнечной системе.
Kepler-452b прозвали «второй Землей», но все же она больше по размеру на 60%. А вот Kepler-186f стала первой планетой с радиусом, близким к земному, обнаруженной в обитаемой зоне. Она только на 13% больше нашей планеты. И так же, как и Kepler-452b, обнаружена транзитным методом благодаря телескопу «Кеплер». Вот только обитаемая зона в этой звездной системе меньше: она находится в интервале от 0,22 а. е. до 0,4 а. е. И сама планета так же близка к своей звезде, красному карлику Kepler-186, как и наш Меркурий к Солнцу, — большая полуось ее орбиты равна 0,393 а. е. К слову, как видно из названия планеты, в семействе Kepler-186 она не одинока. Но все ее четыре «сестры» с «именами» b, c, d и e в обитаемую зону не попали. Они очень близко находятся к звезде, и там слишком жарко для того, чтобы на поверхности могла быть жидкая вода.
Сравнение обитаемых зон Солнечной системы, системы Kepler-452b и Kepler-186f / © wikipedia.org
Эти и большинство других планет считаются потенциально обитаемыми прежде всего потому, что находятся в обитаемых зонах своих звезд — то есть там, где планета может получать достаточно энергии для того, чтобы основная масса воды на планете находилась в жидком виде. Эта зона вычисляется исходя из размера и светимости звезды.
Состав атмосферы и биомаркеры
Но что же позволяет, взглянув издалека, сказать, что жизнь все-таки воспользовалась своим шансом и пробудилась на когда-то безжизненной планете? В первую очередь наличие в атмосфере планеты определенных химических соединений — биомаркеров, говорящих, например, о том, что жизнь на планете «дышит», то есть на ней идут некие биологические процессы. К примеру, взять кислород и углекислый газ. Первый выделяется растениями в результате фотосинтеза и потребляется животными в процессе дыхания, второй — выдыхается животными и поглощается растениями. Но это только один пример.
Всего же выделяют пять биомаркеров: вода, углекислый газ, метан, кислород и озон. Конечно, каждый из них может иметь свое естественное, не связанное с жизнью, происхождение. Но если их обнаружат вместе, да еще и на планете, похожей на Землю, то вероятность того, что она обитаема, будет высока.
Есть несколько способов узнать химический состав атмосферы экзопланеты. Первый — во время транзита планеты. Метод называется «трансмиссионная спектроскопия». Планета проходит между наблюдателем на Земле и своей звездой. Свет звезды проходит сквозь атмосферу экзопланеты и достигает наблюдателя. Но при этом часть света в атмосфере планеты будет поглощена. Если провести спектральный анализ, можно обнаружить химические элементы, которые в этом поучаствовали. Разбив свет звезды на радужный спектр, можно обратить внимание на провалы — темные узкие спектральные линии, каждая из которых соответствует определенному химическому элементу.
Метод спектроскопии / © solarsystem.jpl.nasa.gov
Задачи поиска потенциальных экзопланет будут стоять перед сменщиками современных телескопов «Кеплер» и «Хаббл». Сменщик первого — TESS — будет искать экзопланеты, преемник второго — «Джеймс Уэбб» — подробно изучать каждую из найденных.
Есть и еще два перспективных способа. Мы видим планеты Солнечной системы потому, что они отражают свет нашей звезды. Все планеты светят отраженным светом. В том числе и экзопланеты. Свет, идущий от некоторых планет, нам уже удается разглядеть. И здесь мы опять сможем построить спектр и попытаться найти биомаркеры. Но, кроме того, как это не покажется удивительным, планеты могут «светить» и свои светом. В данном случае речь идет о невидимом человеческому глазу инфракрасном излучении. Оба эти способа предполагают непосредственное изучение планеты, а не света, идущего от звезды. И здесь уже не имеет значение, как развернута к нашей планете плоскость ее орбиты. Но серьезные открытия в этой области еще впереди. Пока мы не располагаем достаточно мощными телескопами.
Недра планеты
Казалось бы, химический состав экзопланет вряд ли возможно определить, но ученые пытаются сделать и это. Так, две из пяти экзопланет, открытых в 2012 году около звезды Тау Кита, поспешили записать в потенциально пригодные для жизни. Но в 2015 году астрофизики из Университета Аризоны в Тусоне (США) определили химический состав звезды. Они пришли к выводу, что недра Тау Кита содержат в себе гораздо больше магния, чем наше Солнце.
Звезда и планеты, обращающиеся вокруг нее, образовались из одного и того же газопылевого облака. Следовательно, по мнению ученых, в верхних и глубинных слоях мантии этих планет содержатся существенные излишки магнийсодержащих пород — оливина и ферропериклаза. Будучи более гибкими и текучими, чем породы, доминирующие в недрах нашей планеты, они в течение долгого времени будут препятствовать формированию литосферных плит и образованию коры.
Подходящее «солнце»
Несмотря на то, что Kepler-438b уж очень похожа на Землю (ну, во всяком случае, издалека — нас разделяет около 470 световых лет), ее звезда не похожа на наше спокойное Солнце. Kepler-438 — красный карлик, по массе и размеру в два раза меньший, чем наша звезда. И он относится к вспыхивающим (переменным) звездам, которые способны резко и непериодически увеличивать светимость в несколько раз. Изучая звезду, ученые обнаружили, что вспышки на Kepler-438 происходят достаточно часто: раз в несколько сотен суток. Их мощность в десять раз превосходит солнечные. Вероятно, эти вспышки связаны с выбросами корональной массы, которые могут иметь серьезные разрушительные последствия для обитаемости планеты. В такой неспокойной обстановке планете сложно иметь атмосферу, так как она подвергается чрезмерно опасному облучению и, скорее всего, является местом, непригодным для жизни.
Kepler-438b и его звезда / © wikipedia.org
Если бы жизнь и смогла появиться на такой планете, то, вероятно, срок ее существования был бы недолгим. Ученые, конечно, надеются, что Kepler-438b может иметь магнитное поле, подобное Земле, но, вероятно, даже оно в таких условиях не поможет планете.
Магнитосфера
Наличие глобального магнитного поля — необходимое условие наличия жизни. Оно защищает планету от космической радиации и не позволяет солнечному ветру сдуть атмосферу. Как же его обнаружить?
Находясь на поверхности Земли, мы знаем о его существовании благодаря компасу. Магнитная стрелка, свободно поворачиваясь вокруг своей оси, располагается вдоль силовых линий магнитного поля Земли. Еще один признак существования магнитного поля — полярные сияния. Они вызываются потоками солнечного ветра, попадающими в полярную ионосферу. Земные полярные сияния хорошо видны из космоса, например, с борта Международной космической станции. Вот только на значительных расстояниях их уже не различить.
Но это не беда. Дело в том, что, помимо излучения в видимом диапазоне, полярные сияния генерируют и низкочастотные радиоволны. А вот они прекрасно распространяются в космосе, обнаружить их гораздо проще, чем само сияние. Например, полярное сияние на Юпитере впервые зарегистрировали именно этим способом — благодаря радиоизлучению.
![Руководство по поиску потенциально обитаемых планет Инопланетяне, Земля, Юпитер, Наука, Экзопланеты, Астрофизика, Гифка, Длиннопост](https://cs12.pikabu.ru/post_img/2020/12/11/11/1607712869128089194.jpg)
Полярные сияния на северном полюсе Юпитера / © nasa.gov
Кроме того, этот метод позволит открыть экзопланеты, ранее не обнаруженные другими способами, установить продолжительность суток на планете, наклон оси относительно плоскости орбиты и наклон магнитного поля относительно оси вращения планеты, период ее вращения и орбитальный период, а в некоторых случаях даже наличие спутников. Ну и, собственно, определить параметры магнитного поля.
Среди инструментов, на которые рассчитывают астрофизики, — низкочастотные наземные радиотелескопы LOFAR и SKA. А в перспективе — космические радиообсерватории и даже телескопы на Луне, которые прекрасно подходят для этой цели.
Ночная подсветка инопланетных городов и другие «экзотические» признаки
Вернемся к тому, как выглядит из космоса наша, безусловно, обитаемая планета, при этом населенная представителями разумной жизни. Уже на подлете к ней гипотетический пришелец мог бы увидеть огни наших городов на неосвещенной стороне планеты, принимать наши радиосигналы и даже, возможно, расшифровать их, а также смотреть наши телепередачи, заранее, еще до прибытия на планету, знакомясь с местной жизнью. Все это можно было бы делать и из далекого космоса при наличии соответствующей аппаратуры. Вот и земные ученые уже задумались, а не поискать ли признаки других цивилизаций по искусственной подсветке их поселений в далеких мирах?
Два известных американских астрофизика — Абрахам Лёб из Гарвардского университета и Эдвин Тёрнер из Принстонского — предложили искать искусственно освещенные объекты, сопоставимые по полной яркости с крупным наземным городом, на окраинах Солнечной системы, в частности, в поясе Койпера, а в дальнейшем, по мере совершенствования оптических телескопов, распространить этот метод и за пределы Солнечной системы. В силу иного спектрального состава искусственного освещения его будет достаточно легко отделить от света материнской звезды, который отражается планетой.
Свет городов в чужих мирах в представлении художника / © David A. Aguilar
А вот Лиза Калтенеггер из Гарвардского университета предлагает расширить перечень биомаркеров веществами, имеющими исключительно искусственное происхождение. То есть такими, которые в природе образовываться не должны, а примитивные организмы их не вырабатывают. К примеру, хлорфторуглероды. Он хорошо поглощают инфракрасные лучи спектра, а значит, могут быть найдены в атмосфере других планет. Если мы их когда-нибудь обнаружим, то можно будет с уверенностью сказать, что где-то в космосе есть еще живые существа, которые развились до такого уровня, что начали «цивилизованно» загрязнять свою планету.
В целом, можно сказать, что количество признаков, по которым мы можем судить о потенциальной обитаемости планет, будет только расти. Слишком много условий должно совпасть, чтобы на планете могла появиться жизнь. И их все нужно выявить, чтобы быть уверенным: планета может быть обитаема. Но для этого нам нужны новые, более совершенные инструменты.
Редкое расположение Планет спустя 800 лет
[Великое соединение | 21 декабря 2020 года]
Поиграем в бизнесменов?
Одна вакансия, два кандидата. Сможете выбрать лучшего? И так пять раз.
На стройках далеких планет
Звезда по имени Табби – аномалия, которая вызвала всплеск интереса к астроинженерным проектам внеземных сверхцивилизаций.
Находки крупнейшего «охотника за планетами», космического телескопа Kepler, то и дело привлекают интерес. Но небольшая публикация, вышедшая в сентябре 2015 года, вызвала настоящую бурю. Данные наблюдений звезды KIC 8462852 не походили ни на что, виденное прежде. Обычно проходящая между светилом и нами планета заставляет ее несильно и ненадолго, хотя и регулярно, терять блеск. KIC 8462852 ведет себя чрезвычайно странно: она тускнеет очень сильно, теряя до 85% яркости, и через неравномерные промежутки времени. Ни одна из 150 тысяч звезд, которые наблюдал Kepler, не демонстрировала ничего подобного.
Инфракрасный (слева) и ультрафиолетовый (справа) диапазоны KIC 8462852 / ©wikipedia
Блестящие загадки
Астрономы, столкнувшиеся с такой аномальной кривой блеска, засуетились. Дотошная проверка техники показала, что ни аппаратура телескопа, ни алгоритмы обработки его данных такой картины дать не могли. Расчеты позволили отбросить и гипотезу о том, что аномалию могут создавать нестабильные процессы, проходящие в самой звезде. Остаются лишь три варианта. Во-первых, нестабильный блеск звезде KIC 8462852 может придавать рой мелких, хаотично движущихся небесных тел, остатков протопланетного облака, из которого она сформировалась. Однако звезда недостаточно молода для этого, да и дополнительные наблюдения в ИК-диапазоне не обнаружили никаких следов протопланетного «мусора».
Во-вторых, затемнение способно вызывать густое облако комет или астероидов, каким-то случаем перехваченное у пролетавшей мимо звезды. Однако никаких указаний на это нет, да и облако такое долго не проживет: большая часть его тел через какие-то тысячи лет должно окончательно упасть на звезду. Получается, что мы видим уникальный, редкий случай? В такое поверить трудно.
KIC 8462852 / ©wikipedia
Остается еще одна версия, которую и озвучили авторы знаменитой статьи: мерцание KIC 8462852 может быть связано с гигантским астроинженерным сооружением, которое возвела существующая у нее цивилизация. Однако… разве такое возможно? «Инопланетяне должны оставаться самой последней гипотезой, которую стоит принимать в расчет, – сказал по этому поводу американский астроном Джейсон Райт. – Но то, что мы видим тут, – это именно то, что можно ждать от внеземной цивилизации». Есть две возможности обнаружить космическое существование «других» цивилизаций. Во-первых, принять посланные ими сигналы. Во-вторых, обнаружить «чудо». Этим термином Шкловский обозначил явления, которые не могут произойти «сами по себе», то есть явления, необъяснимые с точки зрения астрономии. «Чудеса» были бы не умышленными сигналами, цель которых – оповестить возможных наблюдателей в космосе о наличии жизни, а лишь побочным продуктом деятельности высокоразвитой цивилизации, сопутствующим ей, подобно тому как зарево на ночном небосклоне сопутствует большому городу. Простой расчет показывает, что такие явления могут наблюдаться с расстояний в сотни (если не десятки) световых лет при условии, что они соответствуют энергетическим затратам, равным мощностям звезд.
Одним словом, астрономически наблюдаемы могут быть лишь проявления «звездной инженерии». Возникновение подобной деятельности в той или иной форме на определенном этапе развития считается вполне вероятным всеми авторами (Дайсоном, Саганом, фон Хорнером, Брэйсуэллом, а также и самим Шкловским).
Космическая энергетика
Чтобы понять, о чем говорят астрофизики, нам придется вернуться на полвека назад – в золотую эпоху начала космонавтики, повального увлечения звездами и уверенности в скором выходе человека на просторы Вселенной. В те годы всевозможные проекты по радионаблюдениям далекого космоса и охоте на сигналы «братьев по разуму» только осмысливались на концептуальном уровне. Рассуждая о перспективах развития человечества и контакта с иными планетами, астроном Николай Кардашев нашел исключительно адекватный подход к тому, чтобы формализовать возможные уровни технологического развития цивилизации – здесь или под любой другой звездой.
Николай Семенович Кардашев / ©википедия
Николай Семенович Кардашев — советский астрофизик, академик РАН и живой классик радиоастрономии. Один из основоположников радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами, участник создания РАТАН-600 и других крупных радиотелескопов, многолетний руководитель Радиоастрономической станции ФИАН в подмосковном Пущино. Исследователь природы и эволюции активных ядер галактик, темной материи, один из пионеров поиска внеземных цивилизаций. Лауреат Государственной премии, Демидовской премии и др.
Главным мерилом в шкале Кардашева является способность использовать энергию: цивилизация I типа должна поставить себе на службу все доступные ресурсы родной планеты; цивилизация II типа – всю энергию своей звезды; наконец, III тип получает власть над целой галактикой. Впоследствии эта классификация была развита и дополнена знаменитым американским астрономом Карлом Саганом, который перевел эти оценки в Ватты и сделал шкалу дробной. В таком уточненном виде развитие нашей цивилизации к началу ХХ в. достигло 0,58 по шкале Кардашева, и 0,72 – в 2010 г. Ежегодный уровень энергопотребления землян сегодня составляет более 16*1012 Вт.
Для сравнения: полноценная цивилизация I типа, по расчетам Сагана, должна производить порядка 10^16 Вт, II типа – 10^26, III типа – 10^37 Вт. Предполагается, что может развиться и цивилизация IV типа, энергопотребление которой сравнимо с мощностью Вселенной и достигает уже 10^100 Вт и больше, но рассуждать о ней мы пока вряд ли способны. Ближайшие наши планы – преодоление первого рубежа и переход к цивилизации II типа. Здесь у нас по крайней мере есть почва для построения гипотез.
Так, логично предположить, что способность максимально полно использовать энергию звезды потребует строительства и эксплуатации циклопических сооружений, включая и энергопроизводящие мощности, и прочую инфраструктуру. Инженеры и ученые, фантасты и прочие мечтатели придумали для нас массу вариантов, начиная от космического лифта Циолковского и заканчивая «Стэнфордским тором», гипотетическим космическим поселением с искусственной гравитацией. Однако самый знаменитый астроинженерный проект намного масштабнее их всех вместе взятых, и он-то приведет нас снова к загадочной звезде Табби.
Астроинженерное сооружение / ©Science Art
Звездная электростанция
По предположению Фримена Дайсона, всякая развитая цивилизация рано или поздно столкнется с проблемой нехватки жизненного пространства и энергии на родной планете. И естественным решением для нее будет выход за пределы своей колыбели – строительство мегасооружения в масштабе всей планетной системы. Тонкая сферическая оболочка, окружающая материнскую звезду, позволит улавливать ее излучение, расходящееся во всех направлениях, а заодно предоставит огромные площади для заселения и эксплуатации.
Фримен Дайсон / ©википедия
Фримен Джон Дайсон — английский и американский физик-теоретик, один из создателей квантовой теории электромагнитных взаимодействий, исследователь эволюции пульсаров и нейтронных звезд. Лауреат множества научных премий, член Лондонского королевского общества, американской Национальной академии наук и РАН. Автор ряда футурологических проектов, включая «сферу Дайсона» и космический корабль с ядерно-импульсным двигателем «Орион», который прорабатывался NASA в 1950-1960 гг.
В своей минимальной форме – в виде кольца – сфера Дайсона появляется в популярных фантастических романах Ларри Нивена, действие которых развивается в громадном кольце, которое опоясывает звезду на приличном удалении. К слову, общая масса вымышленного сверхплотного материала «скрита», из которого сделано «кольцо Нивена», примерно в 300 раз больше массы Земли и близка к массе Юпитера. Такие оценки дают и грубые расчеты для сферы Дайсона вокруг нашего Солнца: на нее потребуется столько вещества, сколько содержит крупнейшая планета Солнечной системы.
Кольцо Нивена / ©Space
Появление «кольца Нивена» неслучайно. Расчеты показывают, что из-за неравномерного ускорения на экваторе и у полюсов жесткая сфера Дайсона будет испытывать опасные перегрузки, и инженерам цивилизации II кардашевского типа придется найти какие-то решения этой проблемы. Кольцо может стать одним из них, но предложены и другие варианты, включая разомкнутые конструкции и даже нечто напоминающее раковину. Но каким бы ни было такое астроинженерное сооружение, на данном этапе нам важно одно: оно должно быть громадным.
Именно циклопические размеры и необходимость улавливать львиную долю энергии материнской звезды дают нам теоретическую возможность обнаружить сферы Дайсона, если они есть в обозримом пространстве космоса. Поглощая излучение и частично нагреваясь, сфера должна обладать довольно необычным спектральным профилем. И поиски таких аномалий уже ведутся в рамках проекта SETI – много лет и пока безрезультатно. И тут на сцену возвращается звезда KIC 8462852.
Жизнь в кольце Дайсона: иллюстрация Александра Преусса / ©Александр Преусс
Снова на Табби
Как мы уже знаем, идея о том, что в окрестностях KIC 8462852 развернулось масштабное космическое строительство, была озвучена сразу, как только астрономы отметили аномальность ее блеска. И сразу же получила целый шквал критики, так что даже один из вдохновителей Института SETI и знаменитый энтузиаст поиска внеземного разума Сет Шостак выступил с крайней осторожным заявлением о том, что «благоразумнее всего будет все еще раз перепроверить». Именно этим и заняты астрономы сегодня: странностям звезды требуются объяснения. Энтузиасты и профессионалы, участвующие в программе изучения переменных звезд AAVSO, не сводят с KIC 8462852 объективов, замечая все новые странности. Так, 23 мая 2016 года звезда потемнела аж на 24%, но уже через 1,5 часа вернулась в норму: обычный транзит планеты длится куда дольше и не проявляется настолько резко. Масла в огонь дискуссий вокруг KIC 8462852 подлила работа американца Брэдли Шефера, вышедшая в январе 2016 г. Проанализировав снимки звезды на старых астрономических фотопластинках, хранящихся в Гарвардском университете, он обнаружил, что яркость KIC 8462852 за последний век упала на 0,16 звездной величины – так, будто неведомые строители заметно продвинулись вперед, дополнительно экранировав звезду. И хотя полученные Шефером результаты подвергаются регулярной критике, что-то неладное с KIC 8462852 точно происходит.
Сфера Дайсона / ©wikipedia
Теоретики снова и снова пересчитывают влияние, которое может оказать на спектр звезды нерегулярное облако пыли, рой астероидов или хвостатых комет – убедительного объяснения аномалии по-прежнему нет. Активнее прочих работу продолжают Табета Бояджян и ее коллеги по Йельскому университету. Летом 2016 года ученым удалось за считанные недели собрать 100 тыс. долларов, необходимых для покупки рабочего времени телескопов LCOGT (Las Cumbres Observatory Global Telescope Network). Финансирование обеспечили сенсация и поддержка тысяч энтузиастов, вложившихся в проект через краудфандинговую платформу Kickstarter. «Согласно нашим первоначальным планам, наблюдения будут проводиться в течение года. Каждой ночью два часа будут отданы нашей звезде», – сообщала Бояджян. Пока что долговременные наблюдения загадочной «звезды Табби» показали, что ее нерегулярные колебания яркости, вероятно, не могут быть связаны ни с планетой, ни со строительными работами внеземной цивилизации. За период наблюдений с 2016-го по декабрь 2017-го исследователи проследили за несколькими отдельными эпизодами изменения яркости «звезды Табби». Мультиспектральный анализ показал крайнюю неоднородность этого процесса. Иначе говоря, на одних длинах волн яркость падала куда сильнее, чем на других, указывая на частично прозрачный, напоминающий газопылевое облако объект, который экранирует ее. Впрочем, частично отвергнув варианты с планетой, сферой Дайсона и т. п., эксперты так и не дают ответа на вопрос о природе загадочных, нерегулярных и мощных скачков яркости звезды.
Сфера Дайсона / ©Science Art