Не только факты 7

Не только факты №7
Когда-нибудь, указывая свой полный почтовый адрес, мы будем заканчивать его: «планета Земля (третья от звезды), Солнечная система, галактика Млечный Путь (между рукавом Стрельца и рукавом Персея), Местная группа галактик (подгруппа Млечного пути), скопление Девы, сверхскопление Ланиакея». Ну а пока мы лишь начинаем составлять первые карты крупномасштабной структуры нашей части Вселенной. Одним из пионеров этих исследований стал американский астрофизик Брент Талли. На полученной им детальной трехмерной карте наших космических окрестностей видно, как галактики образуют густые скопления и длинные нити, которые притягиваются к «центру тяжести» Ланиакеи, Великому аттрактору. По разным оценкам, он может быть в десятки, а то и сотни тысяч раз тяжелее всего Млечного пути. Возможно, эта гравитационная аномалия вселенских масштабов – невероятно большое сверхскопление галактик. Однако в точности природа Великого аттрактора неизвестна.
Брент Талли, профессор Гавайского университета: «Галактики как деревянные обломки в море. Течения уносят их от "островов", галактических скоплений в сторону ближайшего "материка", к области Большого аттрактора».
Цвета на перспективном изображении Ланиакеи соответствуют плотности вещества в данной области. Синие участки – это войды, почти лишенные вещества пустоты между галактическими нитями. Отдельные галактики показаны белыми сферами, направления их движения – конусами.
 «Брак» ядра: огромная магнитная аномалия над Атлантикой
Магнитное поле Земли защищает свою поверхность и ее обитателей — включая всех людей с их хрупкими телами, а также чувствительной электроникой, — от смертельно опасных космических лучей и летящих от Солнца заряженных частиц. Однако в некоторых местах эта невидимая броня слабеет, а бреши растут. Поэтому ученые со всего мира очень внимательно изучают такие аномалии, чтобы лучше понимать механику работы магнитогидродинамического динамо в недрах планеты, а также прогнозировать изменения в магнитном поле.
Магнитная аномалия представляет из себя значительное ослабевание магнитного поля Земли над определенным регионом на поверхности планеты. Как следует из названия, Южно-атлантическая (ЮАА) расположена над южной частью Атлантического моря, частично «накрывая» Южную Америку и «цепляя хвостиком» самый юг Африки. Наибольший размер это образование имеет на высоте порядка 500-600 километров. На уровне моря ее «проекция» несколько меньше и проявляется в величине магнитного поля — она равна таковой на высоте порядка тысячи километров над теми участками земной поверхности, где аномалий нет.
Такое уменьшение магнитного поля еще не опасно для обитателей нашей планеты, но уже создает серьезные проблемы инженерам, которые проектируют космические аппараты и контролируют их миссии. Например, легендарный орбитальный телескоп «Хаббл» вращается вокруг Земли как раз на высоте примерно 540 километров — то есть несколько раз в сутки пролетает аккурат через аномалию. В эти минуты работа космической лаборатории приостанавливается из-за повышенного уровня радиации.
Беда в том, что где магнитное поле Земли ослабевает, снижается защита всего пространства вокруг планеты от солнечного ветра и галактических лучей. Заряженные частицы получают возможность почти не отклоняясь устремиться к земной поверхности и, естественно, сталкиваются со всем, что встречается им на пути. Более того, для космических аппаратов ситуация с Южно-атлантической аномалией осложняется еще и структурой радиационных поясов. Именно в этом районе Атлантики внутренний пояс Ван Аллена опускается почти до поверхности планеты.
Радиационные пояса Ван Аллена — это два своеобразных одеяла Земли, сформированных из заряженных частиц (протонов и электронов), которые попали в ловушку между линиями магнитного поля нашей планеты. Обычно, большинство спутников располагаются ниже внутреннего пояса (орбиты до 1000 км в апогее) и почти не подвергаются деструктивному воздействию ионизирующего излучения. Но Южно-атлантическая аномалия все равно портит нервы космонавтам и инженерам ракетно-космической отрасли.
Помимо «Хаббла», которому приходится периодически прекращать научную работу, жертвами этой области в околоземном пространстве являются многие другие аппараты: МКС несет повышенную радиационную защиту, так как тоже пролетает через эту аномалию, предположительно несколько спутников Globalstar были повреждены, а на шаттлах и вовсе обычные ноутбуки отключались. Для людей пролет через аномалию на высоте 400 километров над Землей тоже не проходит незаметно — большую часть фосфенов (вспышек за закрытыми глазами, которые вызывают высокоэнергетические элементарные частицы) астронавты и космонавты наблюдают именно над Атлантикой.
Чем же вызвано такое неприятное поведение магнитного поля — вопрос не до конца закрытый. Согласно общепринятой и хорошо доказанной теории, жидкое металлическое ядро Земли во время своего вращения и постоянного перемешивания конвекционных потоков работает как динамо. Но, поскольку его структура неоднородна, разные массы вещества перемещаются в недрах планеты с несколько разной скоростью. Эти флуктуации накладываются на несовпадение магнитной оси с осью вращения планеты и «выливаются» в ослабление магнитного поля над югом Атлантики.
Современные исследования показывают, что Южно-атлантическая аномалия более-менее стабильна на протяжении уже, как минимум, 8 миллионов лет и плавно дрейфует на запад со скоростью около 0,3 градуса в год. Это совпадает с разницей в скорости вращения земной поверхности и внешних слоев ядра планеты. А вот что наиболее интересно, ЮАА меняет свою форму и плавно распадается на две части. Данный процесс идет давно и в ряде источников изначально рассматривается две отдельных аномалии — Бразильская и Кейптаунская.
На общее здоровье планеты такие изменения, насколько можно судить, серьезного влияния не оказывают. Проблемы возникают только когда человек забирается выше над поверхностью — спутников на орбите становится все больше, а в их конструкции все чаще используются обычные коммерчески доступные компоненты. Насколько серьезным окажется эффект повышенного излучения на те аппараты, что попадут в аномалию во время или после сильной солнечной бури, только время может показать.
Почему белые карлики становятся меньше
Белые карлики, подобные находящемуся внутри планетарной туманности NGC 2440 (на фото), имеют странное свойство — чем массивнее они становятся, тем сильнее сжимаются.
Белые карлики, ядра мертвых звезд, обладают этим нелогичным свойством благодаря экзотическому материалу — вырожденному электронному газу. Чем массивнее белый карлик, тем сильнее должны сжиматься электроны, чтобы создать внешнее давление, достаточное для предотвращения коллапса звезды из-за собственного веса.
Собранные астрономами данные показали, что это правило применимо к белым карликам с любой массой, заявляют Ведант Чандра и ее коллеги из Университета Джона Хопкинса.
Понимание того, как белые карлики сжимаются по мере увеличения массы, может дать представление о происхождении сверхновых типа 1a, говорит астроном и соавтор исследования Сян-Чжи Хван. Считается, что сверхновые звезды возникают, когда белый карлик становится настолько массивным и компактным, что взрывается. Но никто точно не знает, почему взрываются белые карлики.
Ученые сопоставили размеры и массу более 3000 белых карликов, наблюдаемых обсерваторией Apache Point в Нью-Мексико и космической обсерваторией Gaia Европейского космического агентства. «Если вы знаете, как далеко находится звезда, и если вы можете измерить ее яркость, то вы легко вычислите ее радиус», — говорит Чандра. Но измерить массу звезд оказалось сложнее. В системах с двумя звездами массу вычисляют с помощью их гравитационного воздействия друг на друга.
Для определения массы одиночных белых карликов исследователи использовали влияние общей теории относительности на звездный свет — гравитационное красное смещение. Когда свет выходит из сильного гравитационного поля, его волны расширяются до более красных длин. Чем больше масса белого карлика, тем сильнее растяжение волн.
Результаты новых измерений совпадали с теоретическими расчетами. Белые карлики с массой, составляющей примерно половину массы Солнца, были в 1,75 раза больше Земли, а те, которые имели немного большую массу, чем Солнце, меньше Земли на четверть.
Что происходит с лунами Юпитера
Спутники Юпитера могут согревать друг друга с помощью приливных сил, и не зависеть в этом плане только от гравитации планеты. Именно поэтому на них есть океаны жидкой воды.
Считается, что три из четырех крупнейших спутников газового гиганта — Ганимед, Каллисто и Европа — имеют океаны с жидкой водой под своими ледяными оболочками. На четвертом спутнике Ио под поверхностью расположен океан раскаленной магмы.
Основным объяснением того, почему эти маленькие миры остаются теплыми так далеко от Солнца, стало гравитационное перемешивание или приливные силы, исходящие от гигантского планетарного хозяина. Огромная масса Юпитера влияет на спутники, растягивая и сдавливая их. Это вызывает трение и нагрев.
Но до сих пор ни одно исследование не рассматривало то, сколько тепла луны могут получать в ходе гравитационного воздействия друг на друга.
«Поскольку луны намного меньше Юпитера, можно подумать, что приливы, вызванные, например, Ио на Европе, ничтожно малы и их не стоит брать в расчет», — говорит планетолог Хэмиш Хэй из Лаборатории реактивного движения НАСА.
Вместе с планетологами Энтони Трином и Исаму Мацуямой (оба из Университета Аризоны в Тусоне), Хэй вычислил силу приливных волн, которые спутники Юпитера поднимают в океанах друг друга.
Исследователи обнаружили, что степень приливов зависит от глубины океана. Соседние луны могут влиять друг на друга, создавая приливные волны с необходимой для создания резонанса частотой. По словам Хэй, это похоже на раскачивание ног на качелях или на синхронные шаги, заставляющие качаться мост.
«Когда вы попадаете в один из подобных резонансов, приливные волны начинают расти», — говорит Хэй. Исследователи подсчитали, что затем поднятые волны будут обрушиваться на внутреннюю часть луны и выделять при трении тепло. Если условия подходящие, то тепло приливных волн может превышать то, которое спутникам дает гравитация Юпитера. Наибольшие взаимные приливные силы могут быть между Ио и Европой.
«Практически все игнорировали эти эффекты лун, — говорит планетолог Синтия Филлипс из Лаборатории реактивного движения НАСА, которая не принимала участия в исследовании. — Я была просто поражена... количеством тепла, которое луны могут давать друг другу».
Весна на Марсе: ExoMars поделился новыми фотографиями планеты
Орбитальный аппарат Роскосмоса и Европейского космического агентства сделал несколько новых снимков Марса еще весной. Теперь ученые решили поделиться этими уникальными кадрами, которые показывают интересные геологические особенности поверхности Красной планеты.
Дно ударного кратера Антониади
На фото, сделанном 25 марта 2020 года, видно дно ударного кратера Антониади диаметром 400 километров, который расположен в северном полушарии Марса. Несмотря на то, что само изображение синее, оно не переедает реальный цвет кратера, а указывает на определенные породы.
Линии похожие на прожилки на дубовых листьях называются дендритными структурами. Они говорят о древних сетях рек в этой области. Ученые предполагают, что когда-то каналы рек были заполнены лавой, но со временем мягкие породы, которые примыкали к этим линиям, были размыты, этот процесс и оставил после себя такие отпечатки.
Дюны в Зеленом кратере
Снимок ниже сделан 27 апреля 2020 года, на нем можно увидеть часть ударного кратера, расположенного внутри более крупного Зеленого кратера в четырехугольнике Аргира в Южном полушарии Марса. На изображении также запечатлено черное дюнное поле справа, окруженное породами огненного цвета, и частично покрытое белым льдом. На стенах кратера видны овраги покрытые льдом. Сейчас ученые хотят понять есть ли какая-нибудь связь между этими льдами, обрывами и сезонами года. Этот снимок был сделан сразу после весеннего равноденствия в Южном полушарии Марса, когда самая южная часть кратера (справа) была почти полностью свободна ото льда, а северная (центр) была еще частично покрыта льдом.
Изображение равнины Аргире сделано 28 апреля 2020 года, когда Марс прошел свое весеннее равноденствие. Зимний лед отступает, но хребет справа все еще покрыт дымкой инея, так как его гребень обращен к полюсу и получает меньше солнечного тепла. Такой красивый эффект получается за счет того, что на Марсе поступающее солнечное излучение превращает лед сразу же в водяной пар, «минуя» водную стадию.
Дно каньона Ius Chasma было снято 5 мая 2020 года. Этот каньон входит в систему Долин Маринер, которая имеет длину в 4 500 километров (четверть окружности планеты). Каньон Ius Chasma в длину составляет около 1000 километров, а в глубину достигает 8 километров. Такие коллосальные размеры делают его в два раза длиннее и в четыре раза глубже Большого Каньона в Аризоне, США.
Необычный цвет дна каньона обусловлен составом горных пород. Ученые считают, что здесь также могла быть вода, которая оставила после себя солевой осадок.
Одеяло черной дыры: планеты, рожденные во мраке и холоде
Японские астрономы предсказали новый класс космических объектов — экзопланеты, которые могут образовываться из газа и пыли, вращающихся вокруг активных черных дыр.
Пространство вокруг сверхмассивных черных дыр долгое время считалось обособленным «аэропортом», из которого материя отправляется в путешествие в один конец — в чрево черной дыры. Некоторые туристы прибывали в зону вылета ненадолго и через пару часов ожидания улетали в неизвестность, другие: звезды и целые звездные системы — задерживались в пространстве вокруг черной дыры на длинные десятилетия и ждали отправки, как главный герой фильма «Терминал»: практически жили в «аэропорту».
Но в прошлом году астрономы предположили, что вокруг черных дыр есть не только аэровокзал, из которого уже не выпускают прошедших контроль. Вскоре ученые выяснили, что вокруг каждой сверхмассивной черной дыры существует безопасная зона, в которой могут вращаться тысячи планет. Эти планеты вовсе не путешественники из других областей Вселенной, захваченные притяжением черной дыры. Они родились здесь также, как люди в деревне, какие расположены вблизи аэропортов крупных городов.
Команда исследователей под руководством Кейичи Вада из Университета Кагосима в Японии назвала эти «поселения» одеялами. Одеяла из экзопланет формируются вокруг активных сверхмассивных черных дыр в центрах галактик. Такие черные дыры окружены аккреционным диском, вокруг которого вращаются гигантские облака пыли и газа. Внутренний край диска поглощается черной дырой, внешний же является благоприятной средой для формирования планет.
Процесс мало отличается от образования звездных систем, типа нашей Солнечной, где из газового диска вокруг протозвезды формируются планеты. Мельчайшие частицы пыли в диске под действием электростатических сил начинают слипаться. Этот процесс называется коагуляцией — укрупнением частиц за счет их объединения с другими. Более крупные частицы в случайных столкновениях становятся еще массивнее. Набрав достаточную массу для проявления сил гравитации, частицы начинают притягивать материю. Через несколько миллионов лет так формируется новенькая планета.
В статье, опубликованной в журнале Astrophysical Journal и доступной на сайте предварительной печати arXiv, команда Вада показала, что процесс коагуляции возможен в дисперсных системах пыли и газа, вращающихся вокруг черной дыры. Авторы работы утверждают, что эффективность «набора массы» частиц при этом выше, чем в облаках материи вокруг звезд. Это связано с тем, что будущие планеты не покидают свою орбиту, если вращаются вокруг черной дыры. Единственным вопросом оставалось расстояние: где заканчивается безопасная зона, и начинается территория «аэропорта» с единственным пунктом назначения?
Ученые искали расстояние от черной дыры, на котором газ мог бы беспрепятственно конденсироваться в твердое вещество. Выяснилось, что вокруг черной дыры массой примерно в 1 миллион масс Солнца одеяла из экзопланет могут формироваться на расстоянии от 13 световых лет и выше. Чем дальше зона безопасности от чрева черной дыры, тем быстрее формируются планеты в одеяле. Расчет показал, что массы планет, рожденных в космической тьме и лишенных светила, составляют 20-3000 масс Земли, а сама «деревня» или зона безопасности формируется за 70-80 миллионов лет.
Одеяла черных дыр остаются гипотетическими объектами и пока не были обнаружены в космосе.