Астрономія
Хороші новини
Астрономія
Хороші новини

Але є і хороші новини. Дослідження космосу у 2020

Вже втомилися читати про жахливий 2020-й? Для астрономії та космічних досліджень рік також був непростим: через пандемію скасовували проєкти, переносили запуски, урізали бюджети. Але є і хороші новини. Вчені нарешті відшукали чорну діру проміжної маси, на крок наблизилися до розуміння швидких радіоімпульсів та зафіксували фосфін на Венері, який, можливо, свідчить про наявність мікробів. Про ці та інші відкриття, здійснені в буремному 2020-му — у нашому дайджесті.

NAUKA.UA

Потенційний біомаркер

Мабуть, найбільш гучним астрономічним відкриттям 2020 року стала фіксація фосфіну на Венері. Це безбарвний токсичний газ, який на Землі утворюється внаслідок діяльності людини та анаеробними організмами. Виявилося, що ця сполука присутня і в атмосфері Венери. Але фіксація фосфіну ще не означає наявність життя на цій планеті. Для формування такого газу існують й інші, абіотичні процеси. Наприклад, спалахи блискавок, вулканічна активність чи падіння метеоритів. І хоча жоден з цих відомих шляхів не може пояснити тієї кількості фосфіну, що зафіксували на Венері, автори дослідження вважають, що це може вказувати на поки що невідомі геохімічні чи фотохімічні процеси. Або ж усе-таки на присутність мікроорганізмів у венеріанській атмосфері.

Втім, згодом команда, яка здійснила відкриття, повідомила про помилку калібрування в одному з використаних у дослідженні телескопі. Тепер оригінальна стаття, надрукована у журналі Nature Astronomy, починається з дисклеймера. Редактори застерігають від використання наведених у статті кількісних даних, зібраних комплексом ALMA. Згідно з повторним аналізом від авторів дослідження, лінії фосфіну в атмосфері Венери слабші, і концентрація сягає 5-10 частинок на мільярд (а не 20, як повідомлялося раніше). До того ж, інші астрономи припускають, що діоксид сірки, який міститься у хмарах на Венері, міг спричинити подібне поглинання. Визначити, що є насправді відбувається в атмосфері цієї планети, дозволять лише дослідження наступного року.

Невловимі швидкі радіоімпульси

Швидкі радіоімпульси, схоже, улюблене явище для журналістів, адже дозволяє створювати сенсаційні заголовки. «Космос надсилає людству радіосигнали», «загадкові послання повторюються», «що (чи хто) може їх створювати?» Поки що про цей феномен дійсно відомо замало, проте це зовсім не означає, що його походження слід приписувати позаземному інтелекту. Швидкі радіоімпульси — це короткі та яскраві радіосигнали, які тривають мілісекунди і фіксуються за межами нашої галактики. Їхнє джерело невідоме. Можна було б пов’язати створення таких спалахів з якими-небудь катаклізмічними подіями, як-от спалах наднової чи злиття компактних об’єктів. Але виявилося, що деякі з таких сигналів повторюються. А потім виявилося, що повторюватися вони можуть ще й періодично, та про все у свій час.

Ще на початку 2020 року в журналі Nature вийшла стаття про дослідження повторюваних швидких радіоімпульсів FRB 180916. Астрономи змогли визначити, що цей сигнал походить з масивної спіральної галактики, яка знаходиться на відстані приблизно 500 мільйонів світлових років від Землі. На той час це був найближчий до нас такий сигнал. Його джерело знаходилося у регіоні активного зореутворення. Галактика, з якої походив сигнал, відрізнялася від інших галактик, з яких походили інші відомі швидкі радіоімпульси. Це дало змогу авторам припустити, що неповторювані та повторювані сигнали мають різне фізичне походження.

Danielle Futselaar / artsource.nl

Danielle Futselaar / artsource.nl

FRB 180916 підкинув ще одну загадку вченим: він виявився періодичним. Дослідивши 38 спалахів цих радіоімпульсів з вересня 2018 року по лютий 2020 року, астрономи виявили, що сигнали надходять приблизно кожні 16 днів. Тобто, щось у джерелі чи його середовищі створює періодичну вибухову активність, що є можливим ключем до розуміння справжньої природи цих об’єктів. Крім того, інші швидкі радіоімпульси, FRB 121102, також поводять себе подібним чином. Щоправда, їхній період майже у 10 разів довший: вони стаються приблизно кожні 157 днів.

Нарешті, у квітні 2020 року дослідники виявили надзвичайно яскравий радіоспалах від магнітара SGR 1935 + 2154, який знаходиться у Чумацькому Шляху на відстані близько 30 тисяч світлових років від Землі. Магнітари — це нейтронні зірки з надзвичайно потужним магнітним полем. Спалах цього об’єкта був дуже схожим на позагалактичні швидкі радіоімпульси. До того ж, радіовипромінювання співпало з рентгенівським випромінюванням, тобто із періодом активності магнітара. Пізніше SGR 1935 + 2154 створив повторний такий сигнал, який був у 10 тисяч разів слабшим за початковий. Таким чином, вчені дізналися, що магнітари можуть створювати спалахи з цілим спектром енергій, і деякі з них дійсно є швидкими радіоімпульсами. Таким чином, принаймні для частини цих явищ астрономи визначили джерело.

Сувеніри на пам’ять

Цього року в лабораторіях Землі опинилися зразки порід з інших небесних тіл. Поки NASA лише планує закупити ґрунт з Місяця у приватних компаній, Китай успішно здійснив місію «Чан'е-5» та отримав у своє розпорядження близько 2 кілограмів реголіту, зібраного на нашому супутнику. Востаннє таке здійснював СРСР у 1976 році. На цьому Китай не зупиняється та будує наступні амбітні плани. Ми детально розбирали програму цієї країни з дослідження Місяця у нашому матеріалі «Більше не Піднебесна».

Грудень 2020 року відзначився поверненням на Землю ще однієї капсули із породою, зібраною за межами нашої планети. Японська міжпланетна станція «Хаябуса-2» доставила зразки ґрунту з астероїда Рюгу після шести років роботи. Вивчення цих проб дозволить встановити, чи містив цей астероїд органічні сполуки та воду на ранніх етапах формування Сонячної системи і чи лишилися вони на тут і дотепер. Поки що дослідники встигли лише зважити зразки (5,4 грами), а також зібрати проби газу, що виділився з ґрунту астероїда.

Зразки з астероїда Рюгу. JAXA / twitter

Зразки з астероїда Рюгу. JAXA / twitter

Зразки з іншого астероїда, Бенну, зібрав апарат NASA OSIRIS-REx. Вони мають опинитися на Землі у 2023 році. Місія OSIRIS-REx не обійшлася без інцидентів: так, після того, як апарат успішно зібрав зразки, він почав втрачати зібраний ґрунт через привідкритий клапан колектора. Втім, незабаром OSIRIS-REx спакував проби у герметичну капсулу, і тепер їм ніщо не загрожує.

Розмір M

До 2020 року вчені мали сильні докази існування лише чорних дір зоряної маси та надмасивних чорних дір. Але такі об'єкти з проміжними показниками (у діапазоні від 100 до мільйона сонячних мас) і досі лишалися гіпотетичними. Усе змінилося після дослідження сигналу гравітаційних хвиль GW190521. Виявилося, що він походить від злиття двох чорних дір, маси яких більші за сонячну в 85 та у 66 разів відповідно. Маса утвореної у результаті цього процесу чорної діри становить 142 сонячних маси. Таким чином, її віднесли до чорних дір середньої маси. Такі об’єкти можуть бути тією самою ланкою, що допоможе пояснити формування надмасивних чорних дір.

Процес злиття двох чорних дір. N. Fischer, H. Pfeiffer, A. Buonanno (Max Planck Institute for Gravitational Physics), Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) Collaboration / YouTube

Дивитися на Сонце

Цьогоріч вчені також уважно слідкували за нашою найближчою зіркою. Справа в тому, що розпочався новий, 25-й цикл сонячної активності. Кожні 11 років Сонце переживає періоди, на початку яких кількість сонячних плям швидко зростає, а потім поступово зменшується. Сонячні плями пов’язані з магнітними полями нашого світила та можуть вказувати на викиди корональної маси чи спалахи, які можуть зашкодити електронним приладам на Землі. Саме тому за активністю нашого світила важливо слідкувати. Гарні новини: згідно з офіційним прогнозом, новий цикл сонячної активності буде помірним, а максимальна кількість сонячних плям під час нього невисокою.

Втім, з таким висновком згодні не усі. Дослідники Національного центру атмосферних досліджень США пов’язали 11-річні та 22-річні цикли. Впродовж останніх загальне магнітне поле Сонця змінює свої знаки. Так, якщо на початку 22-річного циклу магнітні поля біля одного з полюсів мають позитивний знак, а біля іншого негативний, то в кінці циклу вони займають протилежне значення. Згідно з їхніми оцінками, нинішній цикл буде одним з найбільш активних за увесь час спостережень. Проте, якщо їхні припущення виявляться вірними, цей спосіб дозволить точніше оцінювати цикли у майбутньому.

Вчені постійно намагаються вдосконалити методи спостереження за Сонцем, щоб передбачити його можливі спалахи. У 2020 дослідники створили першу мапу магнітного поля сонячної корони. Це зовнішній розріджений шар атмосфери Сонця, що складається з гарячої іонізованої плазми. Побачити корону неозброєним оком можна лише під час сонячного затемнення, а виміряти її магнітне поле було особливо складно. Ця інформація необхідна, щоб дослідити магнітне поле атмосфери Сонця в цілому.

Допомогти із дослідженнями нашого світила вченим має розташований на Гаваях сонячний телескоп імені Деніела Іноуї, будівництво якого планують завершити у 2021 році. У 2020 він вже встиг створити фотографію сонячної поверхні, а також зробив зображення сонячної плями із найвищою роздільною здатністю, що коли-небудь досягалася.

NSO / AURA / NSF

NSO / AURA / NSF

Космічна капуста

До речі, про телескопи. 2020 рік приніс астрономії велику втрату — вийшла з ладу обсерваторія Аресібо. Легендарний комплекс, який відшукав першу екзопланету, досліджував пульсари та швидкі радіоімпульси, а також відправляв послання у зоряне скупчення, припинив свою роботу після кількох аварій.

Але щось старе втрачається, щось нове знаходиться. Вже наступного року почне працювати обсерваторія імені Вери Рубін. Вона буде досліджувати південну частину неба та створить каталог різноманітних астрономічних об’єктів: від астероїдів до найвіддаленіших галактик. У 2020 році астрономи протестували масив датчиків для цифрової камери, що буде встановлена на телескопі. У результаті вони отримали найбільші у світі некомпозитні знімки розміром у 3200 мегапікселей. Щоправда, на них поки що зображені не зірки чи галактики, а звичайна цвітна капуста Романеско, яку користувачі Інстаграма так люблять фотографувати через її фрактальну структуру.

SLAC

SLAC

Наступна зупинка — Марс

Рік, який вже майже закінчився, став знаковим для досліджень Марса. У липні 2020 до Червоної планети попрямував марсохід «Персеверанс» (для друзів просто «Персі»). Його конструкція схожа на конструкцію попередника, ровера «К'юріосіті», проте «Персі» має новий дизайн колес, більше пристосований для пересування складною кам’янистою поверхнею Марса. Дослідники сподіваються, що ровер працюватиме як мінімум один марсіанський рік (687 земних днів). Тут він шукатиме ознаки давнього мікроскопічного життя, збиратиме зразки марсіанської породи та ґрунту та зберігатиме їх у герметичних контейнерах. Наступні місії мають доставити їх на Землю для детального аналізу. Крім того, «Персеверанс» випробує технологію отримання кисню з марсіанської атмосфери, що стане у нагоді для майбутніх досліджень Марса людиною. Компанію «Персі» складатиме дрон-розвідник, який допоможе йому досліджувати поверхню планети. Якщо усе піде за планом, дрон вперше протестує технологію польотів на Марсі та дозволить оцінити її перспективи.

NASA / JPL

NASA / JPL

Втім, США не єдина країна, яка відправила на Марс свої апарати у 2020. Китайська місія «Тяньвень-1» стала першою незалежною міжпланетною місією для цієї країни. Вона також стартувала у липні, і прибуде на планету майже одночасно із «Персеверансом». Орбітальний апарат та марсохід у складі «Тяньвень-1» несуть 13 наукових приладів для цілого ряду досліджень марсіанської атмосфери, магнітосфери, поверхні, підземних шарів та клімату.

Нарешті, свій зонд на Марс відправили і Об’єднані Арабські Емірати, що стали першою арабською країною, яка це здійснила. Апарат отримав назву «Надія». Він вивчатиме Червону планету з орбіти, щоб дослідити динаміку атмосфери Марса в глобальному масштабі, і зокрема, перевірити, як вона змінюється сезонно та за добу та які особливості мають різні її шари. Науковці сподіваються, що ці дані дозволять дізнатися більше про механізми втечі атмосферних частинок кисню та водню.

emiratesmarsmission.ae

emiratesmarsmission.ae

Що там у SpaceX

Кому як, а от для компанії SpaceX 2020 рік точно був гарним. Вона поставила новий рекорд з кількості запусків — 26 на рік! Втім, якщо вимірювати успіх SpaceX не кількісно, а якісно, то найбільш знаковими стали її місії Dragon.

Існує два варіанти цього космічного апарата: Crew Dragon для астронавтів та Cargo Dragon для вантажів. Dragon може перевозити до 7 пасажирів на навколоземну орбіту та поза нею. Крім того, це єдиний із сучасних апратів, здатний повернути на Землю значну кількість вантажу.

Пройшло майже десятиліття з тих пір, як з американських космодромів востаннє стартували пілотовані місії. І от, 30 травня 2020 року це нарешті сталося знову. Crew Dragon став першим приватним космічним кораблем, який доставив астронавтів на міжнародну космічну станцію та повернув їх назад.

NASA / YouTube

NASA / YouTube

Слідом за цим, у листопаді, Crew Dragon знову полетів на МКС, але на цей раз замість двох пасажирів було вже чотири. Після того, як вони прибули, на станції опинилося цілих сім людей, а не шість, як зазвичай. Ще ніколи тут не було так людно, хоча, насправді, МКС дійсно розрахована на сімох астронавтів. Перед цією місією NASA офіційно сертифікувало апарати SpaceX для регулярних перевезень.

Всередині Crew Dragon. SpaceX / YouTube

Хоча Cargo Dragon вже відправляв вантажі на МКС, у грудні 2020 року це вперше зробила нова, модифікована версія апарата. Після його прибуття на Міжнародній космічній станції вперше опинилося одночасно два апарата SpaceX. Але не востаннє: протягом наступних 15 місяців компанія здійснить 7 місій з доставки астронавтів та вантажів для NASA.

Крім того, у 2020 році SpaceX здійснила 14 запусків супутників Starlink, і тепер їх на орбіті 955 штук. Астрономи занепокоєні, що така кількість яскравих об’єктів у небі заважатиме спостереженням за допомогою наземних телескопів. Але, схоже, у цієї проблеми є рішення: дослідники підтвердили, що темне покриття зменшує відбивну здатність Starlink.

Нарешті, у грудні команда Nauka.ua по черзі слідкувала за довгими стрімами SpaceX, що готувалася запустити прототип системи Starship у тестовий суборбітальний політ. Саме Starship має одного дня відвезти перших людей на Марс. З першого разу злетіти у прототипа не вийшло: старт автоматично скасувався усього за одну секунду до початку! Потім, 10 грудня, SN8 піднявся на висоту 12,5 кілометрів, зайняв горизонтальне положення та почав спускатися. Перед посадкою він знову перевернувся, опустився на поверхню вертикально та вибухнув, торкнувшись платформи. Що з усього цього найбільше запам’яталося глядачам? Звичайно ж, вибух! Проте Маск оцінив тестовий політ позитивно, адже з усіма маневрами SN8 впорався.