Автоматическая станция «Кассини» собрала много доказательств относительной молодости колец Сатурна — редкого и величественного явления в космосе. Судя по наблюдениям, кольца образовались лишь несколько сотен миллионов лет назад, когда по Земле уже ходили динозавры. Подобная история заставляет учёных искать ответ на вопрос, как такое могло произойти. Моделирование показало, что вероятнее всего кольца возникли из обломков столкнувшихся спутников Сатурна.

Кадр из симуляции. Источник изображения: NASA/Durham University/Glasgow University/Jacob Kegerreis/Luís Teodoro

Исследовательская группа воспользовалась суперкомпьютером Distributed Research using Advanced Computing (DiRAC) в Даремском университете (Великобритания). Учёные смоделировали почти две сотни столкновений между бывшими гипотетическими спутниками Сатурна. Ранее подобные вычисления уже проводились, но в новой работе шаг симуляции уменьшили в 100 раз, чтобы на два порядка улучшить разрешение.

Моделирование показало, что при самых разных сценариях столкновения необходимое для образования колец количество льда распространяется в границах так называемого предела Роша, где вещество захватывается гравитацией Сатурна и перемалывается в более мелкие обломки. За границами предела Роша остатки от лун после столкновений способны собраться в отдельные новые луны. Похоже, именно так был образован спутник Сатурна Рея. Эта луна находится почти на круговой орбите. Если бы она была древней, Солнце изменило бы её орбиту до эллиптической и более наклонной.

Сценарий со столкновением лун также объясняет, почему материал колец представлен преимущественно льдом. Во время столкновения лун скальная порода как более тяжёлая не смогла бы в значительном объёме мигрировать в зону гравитационного влияния Сатурна, тогда как более лёгкие ледяные обломки на это способны. Тем самым, также, скальные останки бывших лун могли бы стать основой для образования новых спутников Сатурна на других орбитах.

Знание истоков зарождения колец Сатурна и возможной эволюции его спутников имеет важнейшее значение для земной науки. Спутники Сатурна, как и спутники Юпитера, рассматриваются как миниатюрные звёздные системы, на лунах которых могла зародиться своя жизнь. Например, в подлёдном океане Энцелада, шестого по размерам спутника Сатурна. Но если эти луны молоды, то шансы найти там даже микробную биологическую жизнь сильно ниже.

По мере того, как Солнце приближается к пику своего текущего солнечного цикла, наша звезда становится всё более активной. И, по мнению учёных, пик такой активности может наступить раньше, чем предполагалось.

Источник изображения: NASA / SDO

Приблизительно каждые 11 лет Солнце переживает периоды низкой и высокой солнечной активности, что связано с количеством солнечных пятен на его поверхности. Эти тёмные области, некоторые из которых могут достигать размеров Земли или даже больше, приводятся в движение сильным и постоянно меняющимся магнитным полем Солнца.

В течение солнечного цикла Солнце переходит от спокойного к интенсивному и активному периоду. Во время пика активности, называемого солнечным максимумом, магнитные полюса Солнца меняются местами. Затем, во время солнечного минимума, на Солнце снова наступает спокойствие. Первоначально прогнозировалось, что пик активности начнётся в июле 2025 года. Теперь эксперты считают, что циклический пик, скорее всего, придётся на середину или конец 2024 года.

Текущий солнечный цикл, известный как 25-й солнечный цикл, был очень активным, более активным, чем ожидалось. Учёные из Центра прогнозирования космической погоды Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA / NWS) в Боулдере, штат Колорадо, уже отследили больше солнечных пятен, чем было насчитано на пике предыдущего цикла.

«Нет двух одинаковых солнечных циклов», — сказал Марк Миш (Mark Miesch), научный сотрудник Центра прогнозирования космической погоды (SWPC). «Этот солнечный максимум — эквивалент сезона ураганов в космической погоде. Именно в это время мы наблюдаем самые сильные штормы. Но в отличие от сезона ураганов, который длится несколько месяцев, солнечный максимум длится несколько лет».

Повышенная активность также включает в себя сильные солнечные вспышки, выбросы корональной массы и магнитные поля, которые вырываются из внешней атмосферы Солнца. Солнечные бури, порождаемые Солнцем, могут влиять на работу электросетей, GPS и авиации, а также спутников на низкой околоземной орбите. Эти явления также вызывают отключения радиосвязи и даже представляют опасность для пилотируемых космических полётов.

2 октября 2022 г. на Солнце произошла вспышка Х1, запечатлённая Обсерваторией солнечной динамики NASA (SDO). События X-класса — это самые интенсивные вспышки, и они могут повлиять на системы связи на Земле. Источник изображения: NASA / SDO

Известный пример: 29 января 2022 г. на Солнце произошла серия выбросов корональной массы, и это привело к нагреву и расширению внешней атмосферы Земли. В результате этого расширения сгорели 38 из 49 спутников Starlink, запущенных компанией SpaceX.

Но в увеличении активности нет ничего необычного, и оно будет продолжаться по мере приближения солнечного максимума. Солнечные пятна будут формироваться всё чаще, что приведёт к росту активности. «Это абсолютно нормально», — сказал Алекс Янг (Alex Young), помощник директора по науке научного отдела NASA по гелиофизике в Центре космических полётов имени Годдарда (GSFC) в Гринбелте, штат Мэриленд. «То, что мы наблюдаем, в целом вполне ожидаемо. По мере приближения к солнечному максимуму Вы видите, что все больше солнечных пятен появляются в виде сгустков. Иногда эти скопления будут больше и дольше».

На этом изображении показан выброс корональной массы. Магнитное солнечное явление может послать в космос миллиарды тонн плазмы, которая может достичь Земли в период от одного до трёх дней, воздействуя на электронные системы как на спутниках, так и на Земле. Источник изображения: NASA

«По мере того, как мы становимся все более зависимыми от технологий, от электросетей, от спутников, от самолётов и GPS, влияние космической погоды возрастает, поскольку именно эти системы подвержены влиянию солнечных бурь. Хотя этот конкретный цикл не является чем-то выдающимся с точки зрения Солнца, с нашей точки зрения он является таковым», — сказал Миш.

Новые прогнозы солнечного максимума были сделаны под руководством Скотта Макинтоша (Scott McIntosh), заместителя директора Национального центра атмосферных исследований (NCAR), и Роберта Леамона (Robert Leamon), младшего научного сотрудника Института планетарной гелиофизики Годдарда (GPHI), а также их соавторов. Институт представляет собой партнёрство Университета Мэриленда (UMB), округ Балтимор, Университета Мэриленда (UMD), Колледж Парк и Американского университета (AU) с NASA.

Вместо того, чтобы отслеживать солнечные пятна, исследователи сосредоточили внимание на так называемом «терминаторе» — точке, когда активность одного солнечного цикла исчезает с поверхности Солнца, после чего следует резкое увеличение солнечной активности в новом цикле. Солнечные пятна считаются ключевым моментом в прогнозировании солнечных циклов, но Леамон сказал, что он и его коллеги считают, что отслеживание магнитной активности, которая приводит к появлению солнечных пятен, может дать более точные прогнозы. После достижения солнечного максимума активность может сохраняться в течение многих лет.

По словам Леамона, после максимума количество вспышек на Солнце достигает пика. Увеличение происходит на фазе подъёма чётных солнечных циклов и на фазе спада нечётных циклов. «Пик последствий для Земли наступает после максимума, поэтому наибольшие последствия на ближайшие пару лет гарантированы. Именно после максимума ожидается самый большой фейерверк. Даже если солнечных пятен станет меньше, они будут более продуктивными», — сказал он.

Учёные использовали компьютерные модели и данные Обсерватории солнечной динамики NASA (SDO), чтобы создать вид сложного магнитного поля Солнца 10 августа 2018 года. Источник изображения: NASA / GSFC / SDO

«Хотя переход от солнечного минимума к солнечному максимуму обычно занимает около четырёх лет, простого пика для максимума не существует, поскольку Солнце очень изменчиво», — говорит Миш. По словам Янга, иногда во время некоторых солнечных циклов возникают два пика, когда северное и южное полушария Солнца рассинхронизируются. Это может произойти, когда количество солнечных пятен в одном полушарии достигает максимума в другое время, чем в другом полушарии, что приводит к удлинению максимума. «Солнечный максимум может длиться около двух лет, прежде чем всё пойдёт на спад, что означает, что вероятность солнечных бурь может оставаться высокой дольше, чем фактический пик», — считает Миш.

Более позитивным побочным эффектом повышенной солнечной активности являются авроры, «танцующие» вокруг полюсов Земли, известные как северное сияние (aurora borealis) и южное сияние (aurora australis). Когда заряженные частицы из выбросов корональной массы достигают магнитного поля Земли, они взаимодействуют с газами в земной атмосфере, создавая в небе разноцветное свечение.

Гигантское солнечное пятно размером почти 128748 км в поперечнике появилось на Солнце 23 октября 2014 года. Источник изображения: NASA / SDO

Геомагнитные бури, вызванные Солнцем в феврале и апреле, привели к тому, что авроры стали видны там, где их редко можно увидеть, в том числе на юге, в Нью-Мексико, Миссури, Северной Каролине и Калифорнии в США, а также на юго-востоке Англии и в других частях Великобритании. По словам Янга, в зависимости от местности, авроры не всегда видны над головой, но они могут вызывать красочное зрелище на горизонте. По словам Янга, тем, кто хочет увидеть более интенсивные авроры в будущем, возможно, стоит отправиться на Аляску, в Канаду, Исландию, Норвегию, Скандинавию или на верхний полуостров штата Мичиган. «Я видел авроры — это одно из самых удивительных явлений, которые я когда-либо наблюдал», — сказал он.

Хотя наиболее вероятным временем возникновения солнечных бурь является период максимума, они могут произойти в любой момент цикла, сказал Миш. Специалисты Центра прогнозирования космической погоды (SWPC) используют данные наземных и космических обсерваторий, магнитные карты солнечной поверхности и ультрафиолетовые наблюдения за внешней атмосферой Солнца, чтобы определить, когда на Солнце наиболее вероятны солнечные вспышки, выбросы корональной массы и другая космическая погода, которая может повлиять на Землю.

По словам Билла Муртаха (Bill Murtagh), координатора программ центра, прогнозы, наблюдения, предупреждения и оповещения предоставляются тем, кого затрагивает космическая погода, как можно скорее, от нескольких часов до нескольких недель. Солнечные вспышки могут повлиять на связь и GPS практически сразу, поскольку они нарушают ионосферу Земли, или часть верхней атмосферы. Высокоэнергетические частицы, высвобождаемые Солнцем, могут также вывести из строя электронику на космических аппаратах и воздействовать на астронавтов, не имеющих надлежащей защиты, в течение от 20 минут до нескольких часов.

Частицы, посылаемые с большой скоростью от Солнца во время выбросов корональной массы, могут достичь Земли за 30-72 часа, вызывая геомагнитные бури, которые влияют на спутники и создают электрические токи в верхних слоях атмосферы, которые проходят через Землю, оказывая влияние на электросети.

Согласно исследованиям Геологической службы США (USGS), регионы к востоку от Аппалачских гор, на верхнем Среднем Западе и на Тихоокеанском Северо-Западе более подвержены нарушениям в работе электросетей, поскольку земля в этих районах проводит ток по-разному в зависимости от её состава. Бури также влияют на схемы полётов коммерческих авиакомпаний, которым предписано держаться подальше от полюсов Земли во время геомагнитных бурь из-за потери связи или сбоев навигации.

Солнечная вспышка среднего размера и выброс корональной массы вырвались из крупной активной области 14 июля 2017 г. Витки — это частицы, вращающиеся по спирали вдоль линий магнитного поля, которые образовались после взрыва. Изображения были получены в диапазоне длин волн экстремального ультрафиолетового света. Источник изображения: NASA / GSFC / SDO

Предсказать, когда следующая большая солнечная буря повлияет на Землю, довольно сложно. Экстремальные бури случались и раньше, например, одна из них вывела из строя электросеть в Квебеке в 1989 году. «Событие Кэррингтона» 1859 года остаётся самой интенсивной геомагнитной бурей из когда-либо зарегистрированных, в результате которой телеграфные станции искрились и загорались, а небо светилось арктическим сиянием даже в тропических широтах. Если подобное событие произойдёт сегодня, оно может причинить ущерб на триллионы долларов и вывести из строя некоторые электросети на долгое время. «Мы не знаем, когда произойдёт следующая крупная катастрофа. Она может произойти через пару недель или через 50 лет», — сказал Муртаг.

Солнце и его тайны очаровывали человечество на протяжении тысячелетий. Солнце является якорем нашей Солнечной системы и обеспечивает тепло и свет, необходимые жизни для выживания, однако остаётся много вопросов о его внутренних процессах, которые определяют его магнитную активность. Разгадка оставшихся секретов Солнца с помощью таких миссий, как Parker Solar Probe NASA и Solar Orbiter Европейского космического агентства (ESA), может улучшить прогнозы. А у учёных будет шанс изучить Солнце во время полного солнечного затмения 8 апреля 2024 года.

Учёные Уорикского университета предложили «теорию сэндвича» — новую модель формирования планет, которая объясняет, как между двумя более крупными планетами в звёздной системе может появиться ещё одна небольшая.

Источник изображения: warwick.ac.uk

Классическая модель формирования планет предполагает, что они образуются из протопланетных дисков, возникающих вокруг звезды на ранних этапах развития системы. Частицы протопланетного диска со временем «слипаются» как снежный ком и в течение миллионов лет формируют крупные тела. Классическая теория также объясняет, почему каменистые планеты вроде Венеры и Земли оказались ближе к Солнцу, а газовые гиганты Сатурн и Юпитер — на некотором отдалении от него.

Учёные Уорикского университета выдвинули теорию, согласно которой в протопланетных дисках кольца вещества чередуются с пустотами, в которых планеты уже сформировались. Потоки пыли между ними относительно невелики, но в этих остаточных кольцах вещества между более крупными «братьями и сёстрами» могут появляться более мелкие планеты. Они чем-то напоминают тонкий слой начинки между двумя толстыми ломтями хлеба в сэндвиче.

Авторы исследования утверждают, что при наблюдении на экзопланетами им удалось найти подтверждения своей гипотезы. Она также объясняет появление в Солнечной системе Марса и Урана, окружённых с обеих сторон более крупными планетами.

Как считают учёные, взрыв близкой сверхновой рядом с Солнцем на заре формирования нашей звезды мог поставить точку в истории формирования нашей звёздной системы — если бы не облако молекулярного газа, выступившего в роли своеобразного щита.

Иллюстрация. Источник изображения: NASA

Учёные пришли к такому мнению после изучения изотопов элементов, обнаруженных в метеоритах. Обычно такие объекты являются фрагментами астероидов, сформировавшихся из материалов, находившихся рядом, когда формировалась звезда и другие планеты. Таким образом, метеориты являются своеобразными остатками, позволяющими исследователям реконструировать эволюцию Солнечной системы.

Изучение радиоактивных изотопов алюминия в образцах метеоритов позволило установить, что около 4,6 млрд лет назад в системе появился дополнительный радиоактивный алюминий — лучшим объяснением этому, по мнению учёных, является «впрыск» материала от взорвавшейся рядом сверхновой.

По данным исследователей Национальной астрономической обсерватории Японии, находившаяся во «младенчестве» Солнечная система, вероятно, действительно пережила такой взрыв, а окружавший её «кокон» защитил от полного уничтожения. Взрывы сверхновых обычно случаются, когда у массивных умирающих звёзд заканчивается топливо для ядерного синтеза и их ядра больше не могут противостоять гравитационному коллапсу. Это и приводит к взрыву, благодаря которому в космос выбрасываются элементы, накапливавшиеся во время жизни звезды. Материалы становятся кирпичиками следующего поколения звёзд — но достаточно мощный взрыв может негативно повлиять на находящуюся рядом звезду и зарождающуюся планетную систему.

Поскольку звёзды обычно рождаются в гигантских облаках молекулярного газа, по мнению учёных, у взорвавшейся сверхновой ушло около 300 тыс. лет, чтобы «взломать» плотную защиту, окружавшую Солнечную систему. Метеориты, богатые радиоактивными изотопами, в своё время откололись от астероидов, родившихся в первые 100 тыс. лет существования Солнечной системы, когда она всё ещё находилась в плотном газовом «коконе», который защищал её от жёсткой радиации — радиация могла негативно сказаться на формировании планет вроде Земли. Новые результаты свидетельствуют о том, что плотные «нити», сформировавшиеся из окружавшего систему газа, могли задержать и доставить в регион, близкий к Солнцу, и радиоактивные изотопы. Ожидается, что открытие станет критически важным для понимания процесса формирования и эволюции звёзд и их планетарных систем.

Например, подобные «нити» могут играть важную роль в защите молодой Солнечной системы от жёсткой радиации соседних звёзд, которая могла бы «испарить» протозвёздный диск, что повлияло бы на его конечный размер, в результате это обязательно сказалось бы на формировании планет в диске.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» нашёл водяной пар вокруг кометы, расположенной в главном поясе астероидов между Юпитером и Марсом. Наблюдение космического аппарата вносит очередное доказательство в копилку гипотезы, что вода на Земле могла появиться благодаря кометам. Открытие телескопа также показывает, что вода в ранней Солнечной системе могла сохраняться в виде льда в главном поясе астероидов.

Источник изображения: NASA, ESA

Вопреки названию, в главном поясе астероидов помимо астероидов также присутствуют объекты, которые периодически показывают ореол, называемый комой, а также хвост из газа и пыли. Недавно они были классифицированы как кометы. 238P/Read является одним из трёх объектов главного пояса астероида, попавшего под эту классификацию.

Комета 238P/Read в объективе «Джеймса Уэбба» 8 сентября 2022 года. Источник изображения: NASA, ESA, CSA, M. Kelley, H. Hsieh, A. Pagan

До этого считалось, что все кометы возникают в поясе Койпера за Нептуном или в так называемом облаке Оорта, на окраинах Солнечной системы, где лёд может храниться вдали от Солнца. Ледяной материал, который испаряется, когда комета приближается к Солнцу, это то, что придаёт ей характерную кому и хвост, отличающие её от астероидов. Долгое время исследователи предполагали, что водяной лёд может сохраняться и в более теплом поясе астероидов внутри орбиты Юпитера. Однако экспериментально подтвердить это удалось только благодаря наблюдениям «Джеймса Уэбба».

«В прошлом мы наблюдали объекты в главном поясе со всеми характеристиками комет, но только благодаря таким точным спектральным данным от "Уэбба" мы можем сказать, что этот эффект определённо создаётся водяным льдом. Благодаря наблюдениям кометы 238P/Read, проведённым "Уэббом", мы можем показать, что водяной лёд из ранней Солнечной системы может сохраниться в поясе астероидов», — говорится в заявлении ведущего автора исследования, астронома Мэрилендского университета Майкла Келли (Michael Kelley).

В то же время наблюдение за кометой 238P/Read породило новую загадку. На объекте не оказалось углекислого газа, который ожидали увидеть учёные. Исследователи поясняют, что обычно около 10 % летучих веществ кометы составляет углекислый газ, который легко испаряется под воздействием солнечного тепла. Однако у 238P/Read углекислого газа обнаружено не было.

Спектральный анализ комет 238 P/Read (белым) и 109 P/Hartley 2 (синим) на наличие воды и углекислого газа. Источник изображения: NASA, ESA, CSA, J. Olmsted

Учёные выдвинули несколько предположений. Одно из них заключается в том, что комета содержала углекислый газ в момент своего формирования, но со временем полностью его потеряла под воздействием Солнца. Углекислый газ испаряется легче, чем водяной лёд, и его запасы могли исчезнуть за миллиарды лет. Согласно альтернативному предположению, комета из главного пояса астероидов могла образоваться в особенно тёплой части Солнечной системы, где углекислый газ был недоступен.

Международная команда астрономов, оценив сопровождающие Нептун так называемые троянские астероиды, установила, что все они имеют красный цвет разной степени насыщенности, краснее, чем большинство астероидов в Солнечной системе. Результаты исследования опубликовали в журнале Monthly Notices Королевского астрономического общества Великобритании. Наблюдение позволяет учёным делать некоторые выводы об истории Солнечной системы.

Источник изображения: lmencos/pixabay.com

Троянские астероиды представляют собой облако небесных тел, сопровождающих Нептун на параллельной орбите вокруг Солнца. Они находятся в гравитационно стабильном положении между Нептуном и Солнцем и — между Нептуном и карликовой планетой Плутон. Первый из них открыли в 2001 году, пока описаны менее 50 подобных небесных тел.

Причина не в том, что таких астероидов мало, вероятно, их просто трудно обнаружить на большом удалении от Нептуна, поскольку размеры в поперечнике составляют всего 50-100 км, а находятся они на орбитах в 4,5 млрд км от Солнца. Для обнаружения и исследования использовались самые крупные и мощные телескопы Земли.

По словам ведущего автора исследования Брайса Болина (Bryce Bolin) из подведомственного NASA Центра космических полётов Годдарда, в новой научной работе число исследованных объектов значительно увеличилось. Команда объединила данные, собранные за последние два года четырьмя телескопами — оборудованием Паломарской обсерватории в Калифорнии, «Джемини север» и «Джемини юг» на Гавайях и в Чили, а также телескопом Кека на Гавайях. Исследователи отследили 18 троянских астероидов и оценили их цвет. Оказалось, что они краснее большинства астероидов Солнечной системы, включая даже насыщенные красные варианты.

Троянские астероиды Нептуна, снятые разными телескопами. Источник изображения: Брайс Болин

Такой цвет, по данным учёных, свидетельствует о том, что сопровождающие Нептун астероиды богаты нестабильными компонентами вроде аммиака и метанола, лёд из которых очень чувствителен к теплу и быстро переходит в газообразное состояние, когда на него в достаточной степени воздействует солнечная радиация. Из-за этого астероиды ближе к Солнцу имеют менее красный оттенок, поскольку их аммиак и метанол давно испарились. Если ближе к Солнцу астероиды лишь слегка красноваты, то за орбитой Плутона у них тёмно-красный цвет.

Более того, похоже, что некоторые астероиды сформировались на заре формирования Солнечной системы ещё дальше от Солнца, чем они находятся сегодня и только позже переместились ближе к Нептуну, попав в его гравитационную ловушку. Изучение этих объектов может помочь понять, как формировались астероиды в молодой Солнечной системе и как изменился их состав за последние 4,6 млрд лет.

Сегодня в 15:14 по московскому времени с космодрома Куру во Французской Гвиане стартовала европейская ракета-носитель Ariane 5 с автоматической межпланетной станцией JUICE. Спустя примерно 29 минут станция отделилась от носителя и теперь должна быть занята раскрытием солнечных панелей. Началось путешествие длиною 8 лет. К Юпитеру станция подлетит в июле 2031 года.

Источник изображений: ESA

Прежде чем лечь на курс к системе Юпитера, станция JUICE совершит несколько гравитационных манёвров рядом с Землёй, в системе Земля-Луна и вблизи Венеры. Последний пролёт рядом с гравитационным колодцем Земли станция совершит в январе 2029 года. К Юпитеру она приблизится в июне 2031 года, но научную работу начнёт за шесть месяцев до этого. Научная программа аппарата рассчитана на четыре года и завершится в 2035 году падением на Ганимед — один из естественных спутников Юпитера.

В системе Юпитера станция JUICE подробно и самым современным набором научных приборов изучит такие ледяные луны газового гиганта, как Ганимед, Европа и Каллисто. Считается, что эти малые планеты располагают глубочайшими подлёдными океанами с жидкой водой, где вполне способна зародиться биологическая жизнь. Там есть тепло, вода и растворённые в ней минералы — полный набор для появления жизни, которую мы знаем по Земле. На Европе, например, воды может быть до трёх раз больше, чем на Земле.

Юпитер с со своими крупнейшими лунами

Когда через несколько миллиардов лет Солнце закончит своё существование и начнёт сбрасывать свою оболочку, Земля погибнет. Искать спасения придётся на окраинах Солнечной системы и луны Юпитера представляются для этого перспективной запасной площадкой.

Впрочем, миссия JUICE также будет изучать систему Юпитера как эталонный образец для зарождения и поиска жизни вокруг газовых гигантов в остальной Вселенной. Для этого там существуют благоприятные возможности в определённых рамках, и было бы неразумно их игнорировать. Поэтому станция изучит также атмосферу Юпитера, магнитную среду в его системе, систему колец и другие спутники (включая крайне вулканически активный Ио).

Автоматическая межпланетная станция JUICE ESA

Станция JUICE несёт 10 солнечных батарей каждая со сторонами 2,5 × 3,5 м по пять с каждой стороны аппарата — всего площадь батарей достигает 85 м². Сухая масса станции около 2400 кг, а полностью заправленная топливом она весит около 6000 кг. На борту станции имеется 10 научных приборов европейского, американского и японского производства.

Пакет приборов дистанционного зондирования (JANUS, MAJIS, UVS, SWI) включает в себя возможности получения изображений и спектральных изображений от ультрафиолетового до субмиллиметрового диапазона длин волн. Геофизический пакет включает лазерный альтиметр (GALA) и радарный эхолот (RIME) для исследования поверхности и недр лун, а также радиотехнический эксперимент (3GM) для исследования атмосфер Юпитера и его спутников и измерения их гравитационных полей.

Пакет «in situ» — для экспериментов непосредственно в месте проведения (в космосе) — содержит мощный набор инструментов для изучения среды частиц (PEP), магнитометр (J-MAG) и инструмент радио- и плазменных волн (RPWI), включая датчики электрических и магнитных полей и четыре зонда Ленгмюра.

В заключение немного о ракете-носителе Ariane 5. Для этой ракеты вывод в космос станции JUICE стал предпоследним в длинном послужном списке за почти 30-летнюю карьеру. Это одна из надёжнейших ракет в мире, которой чуть больше года назад, например, доверили запуск такого поистине бесценного прибора, как телескоп «Джеймс Уэбб». Последний запуск Ariane 5 состоится 21 июня 2023 года. Затем ей на смену придёт новая тяжёлая европейская ракета Ariane 6. Первый запуск Ariane 6, как ожидается, произойдёт до конца текущего года. И это будет уже другая история.

В четверг 30 марта марсоход NASA Perseverance («Настойчивость») начал сбор образцов пород в рамках старта новой научной программы — Delta Top Campaign. Предыдущая программа Delta Front Campaign привела к подготовке в общей сложности 22 контейнеров с образцами. Десять из них сброшены на открытую площадку-хранилище, а остальные будут храниться на борту марсохода. Новая программа предусматривает сбор образцов в верховьях дельты древней реки.

Источник изображения: NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS

Каждая новая научная программа ориентирована на сбор образцов в одной конкретной зоне. Всего на борту марсохода 43 титановых пробирки-контейнера. Каждый раз производится два забора породы или керна. Один образец будет помещён в хранилище на поверхности Марса, а другой останется на борту марсохода. Если ровер не сможет вернуть образцы к месту отправки на Землю (а с ним может многое что произойти за следующие 7 с лишним лет ожидания), то роверы или вертолёты миссии по возвращению образцов сами подберут пробы с поверхности планеты.

Первый керн по новой программе взят 30 марта. Это была 16-я проба в виде керна. Марсоход в рамках первой программы взял для образцов пыль с поверхности и сделал забор атмосферы Марса. Последующие керны ровер будет брать по мере продвижения к верхней точке дельты древней реки. Эта область перспективна по двум причинам. Наносы породы могли быть принесены издалека, что расширяет зону исследований, а вторая причина — это изобилие карбонитов в образцах. На Земле карбониты содержат признаки биологической жизни, которую также мечтают обнаружить в пробах с Марса.

Также карбониты примечательны тем, что минералы образуются в присутствии жидкой воды. Изучение их образцов позволит восстановить историю воды на Марсе. Это важно не только для понимания климатической истории Красной планеты. Нам крайне необходимо построить надёжную климатическую модель Земли, а для этого требуются данные по планетам и климатам в широчайшем диапазоне. Изучение атмосфер экзопланет, кстати, из той же серии — это даёт нам богатые данные для прогнозирования климата нашей планеты. Впрочем, это уже другая история.

Из числа 14 концептуальных разработок грант NASA получил проект, который может совершить революцию в освоении далёких уголков Солнечной системы. Это проект ракетного двигателя, который теоретически позволит ракете за 5 лет преодолеть тот путь, который зонд «Вояджер-1» проделал за 35 лет. Полёты внутри системы перестанут быть событиями длиною в человеческую жизнь.

Источник изображения: Artur Davoyan

Сумму в размере $175 тыс. NASA выдало группе учёных из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. «На первом этапе мы продемонстрируем осуществимость предложенной концепции двигательной установки путём детального моделирования различных подсистем предложенной двигательной установки и проведения экспериментальных исследований», — сказал руководитель проекта Артур Давоян (Artur Davoyan).

В основе предложенного решения pellet-beam (луч-пеллеты) лежит та же концепция, что и со звёздным парусом, питаемым внешней лазерной установкой. В своё время российский бизнесмен Юрий Мильнер и знаменитый британский ученый Стивен Хокинг инициировали проект Breakthrough Starshot, цель которого заключается в отправке мини-спутников к звездной системе Альфа Центавра. Небольшой зонд должен был приводиться в движение мощной лазерной установкой на орбите Земли, которая била бы в парус и разгоняла бы космический аппарат.

Концепция pellet-beam предполагает почти то же самое, но только вместо фотонов в парус или двигатель с мощным магнитным полем будут бить сгустки плазмы. Очевидным образом плазма будет сильнее взаимодействовать с парусом или магнитным полем двигателя корабля, чем не имеющие массы фотоны. Это позволит быстрее и сильнее разогнать корабль и, что более важно, намного более тяжёлый, чем лёгкий как пёрышко зонд под парусом. В конце концов, на зонде размером с обувную коробку много оборудования отправить нельзя по определению.

Согласно расчётам, для разгона корабля массой 1 т до скорости 120 км/с понадобится 10-МВт лазер на орбите. Двигатель pellet-beam позволит достичь внешних планет менее чем за год, а уйти на 100 а.е. примерно за 3 года. Выскочить из гравитационной линзы Солнца на удалении примерно 500 а.е. можно будет за 15 лет. На такой скорости пройденное за 35 лет зондом «Вояджер-1» расстояние в 122 а.е. будет преодолено за 5 лет.

Концепция pellet-beam предполагает, что топливо будет подаваться не из корабля, а в корабль. Гранулы топливного вещества будут выстреливаться в сторону корабля и облучаться мощным лазером. За счёт эффекта лазерной абляции вещество будет испаряться с поверхности гранул и ускоряться, превращаясь постепенно в облачко летящей на огромной скорости плазмы. Плазма будет бить в магнитное поле двигателя корабля и ускорять его. Звучит как фантастика, но NASA не пожалело на разработку концепции денег. Будет интересно узнать, что из этого получится.

Наблюдение не очень далёкой звезды помогло сделать открытие, которое проливает свет на путь воды во Вселенной. Оказалось, что вода в звёздных системах присутствует ещё в протозвёздных дисках, то есть существует ещё до рождения звёзд. Одна известная книга оказалась права, свет появился позже воды.

Источник изображения: ESO/L. Calçada

Группа учёных из Национальной радиоастрономической обсерватории США провела серию наблюдений за молодой и ещё не до конца сформированной звездой V883 Orionis, которая находится от нас на расстоянии 1300 световых лет. Эта звезда окружена пропланетным диском, где планетам ещё предстоит сформироваться. Впрочем, звезда всё ещё растёт, притягивая к себе вещество из диска, и возникающие в процессе аккреции выбросы энергии делают наблюдения крайне ценными.

С такого расстояния мы не можем знать, присутствует ли в протозвёздном диске водяной лёд, и каково в нём соотношение обычной и тяжёлой воды (с дейтерием). Изучить химический состав вещества мы может только по спектральным линиям в его газообразном состоянии. Вспышки звезды V883 Orionis в процессе аккреции вещества испаряют водяной лёд далеко за пределами зоны постоянной аккреции. Фактически учёные получают возможность взглянуть на протозвёздный диск в девственной чистоте до того, как процессы звездообразования затронут его вещество.

Изучение спектральных линий воды в протозвёздном диске V883 Orionis показало такое же соотношение обычной и тяжёлой воды, как и в кометах нашей родной Солнечной системы. Это означает, что будущие кометы в системе V883 Orionis и кометы в нашей системе получат и получили «изначальную вселенскую» воду, которая была в межзвёздном пространстве ещё до рождения звезды или Солнца, если говорить о нас.

Похоже, наблюдение за V883 Orionis позволяет дать ответ на один из фундаментальных вопросов, откуда на Земле появилась вода? Главное в проделанной работе то, что появилось убедительное доказательство, что вода присутствовала в межзвёздной среде задолго до рождения Солнца. На Землю она могла попасть не только с кометами и астероидами, но также с частичками пыли в виде льда на их поверхностях, что, в частности, улучшало сцепление и могло ускорить процесс образования планет до полного вступления в силу явления гравитации.

Наконец, открытие намекает на распространённость воды во Вселенной и, следовательно, на высокую вероятность появления биологической жизни где-то ещё помимо Земли.

В журнале Planetary Science Journal вышло исследование учёного из Калифорнийского университета в Риверсайде, в котором рассматриваются конфигурации Солнечной системы с гипотетической планетой между Марсом и Юпитером. Эта область пространства пустует, и учёные не могут выяснить почему. Однако попытка поместить в этот промежуток планету закончилась бы для Земли катастрофой, как показало компьютерное моделирование.

Источник изображения: Pixabay

«Наша Солнечная система более тонко настроена, чем я считал раньше. Всё работает, как сложные часовые механизмы. Если добавить ещё шестеренок, все сломается», — сказал в интервью учёный.

Исследователь пытался найти ответ на две очевидные загадки в строении Солнечной системы. Во-первых, это отсутствие планет промежуточной массы между Землёй и Нептуном, который в четыре раза больше Земли и в 17 раз тяжелее её, а также незаполненное планетой пространство между орбитами Марса и Юпитера. Обе загадки были совмещены в серии компьютерных моделей, в которых между Марсом и Юпитером помещалась одна суперземля.

Расчёты показали, что существует одна точно выверенная орбита, по которой могла бы вращаться суперземля и не нарушать при этом все остальные орбиты планет солнечной системы. Однако в подавляющем большинстве случаев присутствие суперземли между Марсом и Юпитером дестабилизировало бы орбиты абсолютно всех планет системы. Венера, Меркурий и Земля были бы выброшены из системы, как и внешние планеты Нептун и Уран.

Всё дело в том, орбитальное движение гипотетической суперземли обязательно оказало бы влияние на Юпитер, а уже эта планета-гигант своей гравитацией разбалансировала бы все остальные орбиты. И даже если бы Земля осталась в Солнечной системе, её орбита удлинилась бы настолько, что о существовании жизни на ней нечего было бы говорить. Поэтому для нас очень удачно сложилось, что между Марсом и Юпитером суперземли в конечном итоге не оказалось.

Несмотря на некоторую натянутость эксперимента, моделирование поможет ответить на ряд вопросов при изучении иных звёздных систем. Совсем ненужных знаний не бывает, а уже тем более, если говорить об эволюции нашей планетной системы. Ведь могли быть варианты и не факт, что в будущем они не появятся в том или ином виде.

Группа учёных из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе создала модель, которая показывает возможные пути распространения геологических и биологических образцов из недр и океана ледяного спутника Сатурна Энцелада. Модель объясняет образование кольца E вокруг Сатурна и обещает более простые поиски биологической жизни под многокилометровым ледяным панцирем Энцелада.

Энцелад в кольце E Сатурна. Источник изображения: NASA/JPL/Space Science Institute)

Посетившая систему Сатурна межпланетная автоматическая станция «Кассини-Гюйгенс» среди прочих исследований сделала физико-химический анализ кольца E вокруг Сатурна, которое, как считается, в основном состоит из вещества, выброшенного из недр спутника Сатурна Энцелада. Об этом говорят размеры зёрен и химический состав вещества — кремнезём. Но как оно туда попадает, исходя из недр Энцелада, проходя 10-км толщу воды подлёдного океана и преодолевая 20-км ледяной щит подповерхностного океана, доподлинно неизвестно.

Предложенная учёными модель объясняет физику процесса, во-первых, гравитационным влиянием Сатурна на Энцелад, во-вторых, геологическими процессами на Энцеладе и, в-третьих, физическими процессами в его океане.

Поскольку орбита Энцелада не круговая, а эллиптическая, приливные силы деформируют ядро луны, порождая трещины и выход тепла ядра через них в океан. Тем самым происходит выброс частиц кремнезёма в толщу воды, где они вместе с возможным биологическим материалом подхватываются конвекционными потоками и возносятся к поверхности. Подчеркнём, всё это описано не словами, а математической моделью, имитирующей настоящие физические процессы с высокой точностью.

Через трещины во льдах минеральные образцы со дна Энцелада и возможные образцы биологической жизни выбрасываются гейзерами на поверхность и в космическое пространство луны. Аналогичные процессы наблюдаются в земных условиях и хорошо изучены на примере геотермальных источников, где, кстати, полно жизни даже в отсутствии солнечного света. Всё это по аналогии позволяет надеяться найти биологическую жизнь также и на Энцеладе или на другой из лун Сатурна или Юпитера с похожими условиями.

Проект посадочного зонда NASA для изучения спутника Сатурна Титана. Источник изображения: Johns Hopkins/APL

Самое замечательное во всей этой истории, что для поиска признаков жизни на ледяных лунах не нужно готовить невообразимую по сложности экспедицию с бурением десятков километров льда и погружением в океан и на его дно. Признаки жизни на Энцеладе будут везде на её поверхности, для нахождения которых будет достаточно сравнительно простого спускаемого аппарата. И такие аппараты уже проектируются, но это уже другая история.

Впервые загадочные радиальные образования на кольцах Сатурна чётко зафиксировали космические аппараты «Вояджер», посетившие систему Сатурна в 80-х годах прошлого века. С тех пор учёные пытаются разгадать загадку образования «спиц» и не могут положить конец научному спору об этом явлении. Мешает внести ясность сезонность явления, которое длится 7 лет из 30 во время полного оборота Сатурна вокруг Солнца.

Слева на кольцах видны тёмные пятна — это те самые спицы. Источник изображения: NASA, ESA и Amy Simon (NASA-GSFC);

В северном полушарии Сатурна весеннее равноденствие наступит 6 мая 2025 года. Возникновение спиц на кольцах планеты-гиганта ранее наступало за несколько лет до дня равноденствия и длилось несколько лет после него. Тем самым учёным можно приступать к наблюдению этого редкого явления, для чего в программе «Хаббла» предусмотрены соответствующие окна. И первые снимки спиц в новом цикле этот космический телескоп уже получил, о чём сообщили в NASA.

Новые наблюдения будут объединены с предыдущими наблюдениями зонда «Кассини». Эта межпланетная станция с относительно близкого расстояния наблюдала кольца Сатурна по 2017 год включительно. Последнее равноденствие Сатурна произошло в 2009 году, что позволило зонду собрать ценную информацию по спицам — светлым или тёмным (в зависимости от угла обзора) радиальным образованиям в области колец, отдалённо напоминающим спицы в колесе.

По мере приближения весеннего равноденствия в северном полушарии Сатурна его кольца всё сильнее наклоняются к Солнцу. К моменту летнего или зимнего солнцестояния, когда Солнце находится на максимально высокой или низкой широте спицы исчезают. Предполагаемая причина возникновения спиц — это переменное магнитное поле планеты. Поле взаимодействует с солнечным ветром, что создаёт электрически заряженную среду. На Земле, например, это ведёт к возникновению северного сияния.

Заряженная среда в области колец Сатурна может заставлять мельчайшие частицы колец взлетать над кольцами, временно и материально обозначая силовые линии магнитного поля планеты. Это делает их видимыми на фоне колец из более крупных глыб. Свет и тень сильнее подчёркивают эффект отделения, что позволит «Хабблу» лучше рассмотреть это явление и, быть может, поставить точку в вопросе о его происхождении и механизмах.

Космическая обсерватория «Джеймс Уэбб» (JWST) не предназначена для поиска небольших объектов в Солнечной системе, но это не помешало сделать удивительное открытие — обнаружить в главном поясе астероидов между орбитами Марса и Юпитера один из самых маленьких астероидов. Его размеры составляют от 100 до 200 м и обнаружен он с расстояния свыше 100 млн км.

Источник изображения: N. Bartmann (ESA/Webb), ESO/M. Kornmesser and S. Brunier, N. Risinger (skysurvey.org)

Самое забавное, что данные об астероиде, которые ещё предстоит подтвердить последующими наблюдениями, получены из отбракованных снимков во время калибровки прибора MIRI. В начале своей научной работы в космосе «Джеймс Уэбб» настраивал свои приборы, включая камеру среднего инфракрасного диапазона MIRI, по тестовым изображениям. В частности, MIRI настраивали в процессе охоты за известным астероидом (10920) 1998 BC1. Калибровочные снимки 1998 BC1 должны были помочь настроить работу с рядом фильтров изображений камеры, но их посчитали испорченными.

Позже учёные ещё раз изучили эти калибровочные снимки с камеры MIRI и обнаружили на них объект, похожий на небольшой астероид. Предполагаемые размеры объекта составляют от 100 до 200 м. Казалось бы, редкая и случайная удача, но астрономы уверены, что таких находок у «Уэбба» будет всё больше и больше. Одной из задач обсерватории JWST будет наблюдение в главном поясе астероидов менее 1 км в поперечнике. Но рабочие характеристики камеры MIRI оказались настолько хороши, что в поле зрения наверняка будут попадать астероиды намного меньшего размера.

По понятным причинам астрономы не могут наблюдать достаточно малые небесные тела. Их банально не видно в телескоп. Между тем, для построения стройной модели эволюции Солнечной системы данные наблюдений за малыми астероидами — это как часть головоломки, без которой картина будет оставаться неполной. Наблюдения с помощью «Уэбба» в комплексе с другими инструментами обещают обнаружить недостающие фрагменты.

Детальный анализ более чем 200 тыс. архивных снимков с телескопа «Хаббл» показал, что в поясе планет нашей системы присутствует фоновое свечение неизвестного происхождения. Область «призрачного сияния» распространяется до 5 млрд км от Солнца. Это как если в комнате выключить свет, а стены, пол и потолок продолжали бы светиться. Строгого объяснения этому феномену у учёных пока нет. Одно из них — это «пылят» кометы.

Источник изображения: NASA, ESA, Andi James (STScI)

Невероятная чувствительность космической обсерватории «Хаббл» к видимому спектру позволяет улавливать очень слабые фотоны. До сих пор астрономы фильтровали любые фоновые источники фотонов, стремясь собрать больше информации о наблюдаемых объектах. Но некоторые из них задумались: а что, если выбросить с изображений «Хаббла» звёзды, кометы, планеты и другой рассеянный свет от малых и больших астероидов в Солнечной системе? Так родилась программа SKYSURF по оценке фонового свечения в нашей системе.

Анализ помог сделать открытие — до сферы радиусом примерно 4,8 млрд км небо само по себе равномерно светится с интенсивностью, суммарно примерно равной силе свечения десяти светлячков. Тем самым в Солнечной системе есть некая структура, которая излучает, но, скорее, рассеивает свет от Солнца. И речь именно о структуре, поскольку этот объект или облако светится равномерно во всех направлениях.

Можно предположить, что свечение межпланетного пространства внутри системы вызывает распад комет на пыль и газы. Но в этой связи было сделано ещё одно открытие. Зонд NASA «Новые горизонты» (New Horizons) провёл измерение фонового свечения в нашей системе далеко за планетами и поясом астероидов, а именно на удалении от 6,4 до 8 млрд км от Солнца, и тоже обнаружил слабое фоновое свечение, природу которого учёные пока не могут доказать.

Пока астрономы сходятся на том, что природа внутреннего фонового свечения и внешнего может отличаться. Как дела обстоят на самом деле, ещё предстоит выяснить. Программа SKYSURF только обозначила проблему, а решать её придётся в новых экспериментах.