Космические полеты повреждают митохондрии

Многие типичные последствия космических полетов могут быть связаны с общей причиной - повреждением митохондрий, энергетических установок клеток. Об этом свидетельствует наиболее полный на сегодняшний день анализ медицинских данных с МКС.

Космические путешествия вредны для здоровья: повышенное радиационное облучение и отсутствие гравитации вызывают у космонавтов не только мышечную атрофию, потерю костной массы и лихорадку, но и сердечно-сосудистые, генетические и даже мозговые нарушения. В связи с этим ученых Исследовательского центра Эймса, возглавляемых Афшином Бехешти (Afshin Beheshti), заинтересовало, может ли существовать универсальный механизм, который мог бы объяснить все эти процессы.

Поиск причины

Несколько междисциплинарных групп проанализировали все доступные на данный момент данные по культурам клеток мышей и 59 космонавтов: активность генов, синтез белка, метаболизм и эпигеном от клетки до уровня органа. Ученые пришли к одинаковому выводу: пребывание в космосе нарушает функцию митохондрий, необходимых компонентов наших клеток, которые с помощью молекулы АТФ поставляют энергию, запускающую все процессы в нашем организме.

Митохондрии - это электростанции наших клеток Фото: © Луиза Ховард

Обнаружилось, что активность генов и метаболизм митохондрий значительно изменились во всех исследованных тканях и органах мышей, которые были на МКС, и в пробах космонавтов. Анализы показали, что пребывание в космосе подвергает митохондрии огромному стрессу. В результате их генная активность и внутренние процессы в клетке изменяются, что вызывает частично пониженную, частично избыточную функцию.

Клеточный стресс во всех тканях

Это усиливает клеточный стресс и снижает защиту от агрессивных реакций окисления почти во всех тканях. Митохондриальный стресс проявляется также в продуктах распада в крови и моче космонавтов, что указывает на повышенное повреждение ДНК, нарушения иммунной системы и обмена веществ. Производство защитных Т-клеток снижено, но активируются многие воспалительные нейромедиаторы. Митохондриальные изменения затрагивают даже корни волос - это может объяснить, почему в космосе их рост часто останавливается.

Особенно страдает печень (ее клетки у космонавтов очень активны и подвержены стрессу), отвечающая в том числе за метаболизм липидов и регулирующая жиры в крови, а именно эти нарушения отмечаются у космонавтов. Риск сердечно-сосудистых расстройств растет - дисфункция митохондрий может вызвать приступы, похожие на инсульт.

Как противодействовать последствиям клеточного стресса

Длительные миссии могут оказывать более глубокое влияние на биологию человека, чем предполагалось ранее. Пребывание в космосе вызывает изменения, аналогичные изменениям при некоторых митохондриальных заболеваниях, что может иметь отдаленные кумулятивные последствия, из-за которых в таких полетах вряд ли можно будет выжить без эффективных мер противодействия.

С потерями мышц и костной ткани можно бороться обычными физическими тренировками. Однако это увеличивает нагрузку на печень и приводит к повышенному выбросу сигнальных веществ, вызывающих воспаление. Поэтому будущие космические путешественники должны получать соответствующие лекарства, как и пациенты с митохондриальными заболеваниями. Насколько хорошо эти биокатализаторы помогают против «болезни космонавтов», можно будет в ближайшем будущем проверить на МКС - сначала на культурах клеток и на мышах.

Источник: scinexx.de

Нейтрино открыли в Солнце второй путь синтеза

Наше солнце - это гигантская термоядерная печь. Огромное давление солнечной гравитации и высокая температура, превышающая 15 миллионов градусов, заставляют внутри него плавиться ядра водорода, приблизительно 600 млн т которого каждую секунду превращается в гелий.

На Солнце большинство этих термоядерных реакций происходит за счет прямого слияния протонов. Этот так называемый протон-протонный синтез составляет около 99 процентов солнечного синтеза. Но еще в 1938 году физиками Гансом Бете и Карлом Фридрихом фон Вейцекером было независимо друг от друга предсказано, что в звездах должен существовать второй путь синтеза, катализируемый более тяжелыми элементами: углеродом, кислородом, азотом - так называемый цикл CNO.

Продемонстрировать эти процессы внутри Солнца помогли нейтрино. Это практически безмассовые частицы, которые выделяются как побочный продукт реакций синтеза. Каждую секунду сотни миллиардов таких солнечных нейтрино незаметно проходят через тело каждого из нас, поскольку они практически не вступают во взаимодействие с другим веществом. Обнаружить эти частицы можно только в детекторах, содержащих огромное количество воды, льда или другого вещества.

Внутри Солнца водород превращается в гелий несколькими способами Фото: SOHO / NASA & ESA

Если нейтрино сталкивается с атомом, это вызывает крошечную вспышку света, которая улавливается фотосенсорами. Затем по энергии и спектру этих световых сигналов ученые могут сделать выводы о свойствах нейтрино и их происхождении. Однако обнаружить солнечные нейтрино особенно сложно, потому что из-за низкой энергии их можно легко перепутать с нейтрино, высвобождающимися во время реакций радиоактивного распада.

Одной из систем, с помощью которых можно зафиксировать солнечные нейтрино, является подземный детектор Borexino в лаборатории Гран-Сассо. Ее ученым удалось в последние годы зарегистрировать их в протон-протонных столкновениях. Однако, чтобы обнаружить гораздо более редкие нейтрино из цикла CNO, пришлось разработать дополнительные этапы очистки и статистические методы фильтрации.

Теперь исследователям впервые удалось напрямую продемонстрировать второй цикл солнечного термоядерного синтеза. С помощью детектора нейтрино под итальянскими Альпами они обнаружили частицы, которые выделяются как побочный продукт цикла CNO. Это важный прорыв в исследованиях Солнца и астрофизике.

«Коллаборация Borexino показала результаты, которые представляют собой веху в физике нейтрино. Это грандиозное достижение приближает нас к полному пониманию нашего Солнца и образования массивных звезд».
Физик Габриэль Ореби Ганн, Калифорнийский университет, Беркли

Источник: wissenschaft.de

Электроны-убийцы в огнях пульсирующего сияния

Компьютерное моделирование объясняет, как электроны с широким диапазоном энергий падают в верхнюю и среднюю атмосферу Земли во время явления, известного как пульсирующее полярное сияние. Результаты, опубликованные Geophysical Research Letters, предполагают, что электроны с более высокой энергией, возникающие в результате этого процесса, могут вызвать разрушение части озона в мезосфере, примерно в 60 километрах над поверхностью Земли. Исследование было результатом сотрудничества ученых из Японии (Университет Нагоя) и из США (НАСА).

Северное и южное сияния похожи на разноцветные шторы красного, зеленого и пурпурного цветов, распространяющиеся по ночному небу. Но есть еще один вид полярных сияний, который наблюдается реже. Это пульсирующее полярное сияние, больше напоминающее нечеткие клочья плывущих облаков.

Ученые только недавно разработали технологии, позволяющие понять, как формируется пульсирующее полярное сияние. Международная группа, возглавляемая Ёсизуми Миёси из Института исследований космоса и окружающей среды Земли Нагойского университета, разработала теорию, объясняющую выпадение электронов большой энергии при пульсирующих полярных сияниях, и провела компьютерное моделирование , подтверждающее их теорию.

Их выводы предполагают, что электроны как низкой, так и высокой энергии возникают одновременно в результате взаимодействия между волнами хоруса и электронами в магнитосфере Земли. Волны хоруса - это плазменные волны, генерируемые вблизи магнитного экватора. Образовавшись, они перемещаются на север и юг, взаимодействуя с электронами в магнитосфере Земли.

Электроны с низкой энергией (синие) и с высокой энергией (желтые) образуются в процессе, который генерирует пульсирующее полярное сияние Фото: проект PSA

Это взаимодействие заряжает электроны энергией, рассеивая их в верхние слои атмосферы, где они выделяют световую энергию, которая проявляется в виде пульсирующего полярного сияния. Электроны, которые возникают в результате этих взаимодействий, варьируются от электронов с более низкой энергией, всего в несколько сотен килоэлектронвольт, до электронов с очень высокой энергией, в несколько тысяч килоэлектронвольт или «мегаэлектронвольт».

Миёси и его команда предполагают, что высокоэнергетические электроны пульсирующих полярных сияний являются «релятивистскими» электронами, также известными как электроны-убийцы, из-за повреждений, которые они могут причинить, проникая в спутники.

«Наша теория показывает, что так называемые электроны-убийцы, которые осаждаются в средней атмосфере, связаны с пульсирующим полярным сиянием и могут быть вовлечены в разрушение озона».
Ёсизуми Миёси

Затем команда намерена проверить свою теорию, изучив измерения, сделанные во время полета космической ракеты под названием «Потери из-за пульсации авроральных микровзрывов» (LAMP), запуск которой планируется в декабре следующего года. Во время экспериментов LAMP можно будет наблюдать электроны- убийцы, связанные с пульсирующим полярным сиянием.

Источник: phys.org

На Солнце может быть до пяти бурь в месяц

Появление солнечных пятен на нашей центральной звезде соответствует примерно одиннадцатилетнему циклу подъема и спада. Этот цикл назван в честь немецкого астронома Самуэля Генриха Швабе (1789–1875).

Солнечный цикл Швабе то и дело сопровождается фазами повышенной активности, которые, в свою очередь, сменяются периодами затишья. Сейчас - конец минимума активности.

Какой же будет солнечная активность в следующие 11 лет - слабой или интенсивной?

Комиссия НАСА пока предполагает довольно слабый солнечный цикл. Однако исследование, проведенное высокогорной обсерваторией в Колорадо, предполагает, что будет один из самых сильных циклов с XVIII века. По данным IWF, находящегося в австрийском Граце Института космических исследований, в земной атмосфере можно было бы в таком случае измерить в среднем до пяти солнечных бурь в месяц.

Солнечные бури, гигантские облака электрически заряженных солнечных частиц, несущиеся по Земле с большой скоростью, представляют собой серьезную угрозу для нашего высокотехнологичного общества. Они вызваны сильными извержениями на Солнце и распространяются в космосе в виде огромных плазменных облаков. В земной атмосфере они могут вызывать электромагнитные помехи, которые могут негативно влиять на системы связи и энергетики, а также серьезно угрожать спутникам.

Разница между солнечным максимумом (слева) и спокойной солнечной поверхностью во время минимума активности Фото: НАСА / SDO

Исследователи ждут новых данных измерений предстоящего солнечного цикла

«Чем больше возможностей дает нам Солнце для измерений, тем лучше мы его понимаем и тем лучше научимся предсказывать экстремальные солнечные бури».
Кристиан Мёстль (Christian Möstl), ведущий автор исследования

Команда IWF совместно с коллегами из других стран подсчитали по двум прогнозам количество солнечных бурь, которые в недавно начавшемся солнечном цикле повлияют на Землю и космические зонды, например Parker Solar Probe, НАСА. Свои расчеты они опубликовали в Astrophysical Journal.

За последние одиннадцать лет на Солнце мало что происходило. 24-й цикл был одним из слабейших за всю 260-летнюю историю наблюдений. Исследование, проведенное High Altitude Observatory, показывает, что, учитывая длину и амплитуду предыдущих циклов, нам следует ожидать один из самых сильных солнечных циклов с XVIII века.

Согласно новому IWF-исследованию, в этом случае на Землю обрушится в среднем до пяти солнечных бурь в месяц. Такой ситуации у нас не было с 1990-х годов.

Видео НАСА Годдард: Солнечный цикл из космоса

Parker Solar Probe - отправленный НАСА в 2018 году солнечный зонд - предназначен для первого полета через внешний слой чрезвычайно горячей солнечной атмосферы - корону. Каждые несколько месяцев он приближается к Солнцу на расстояние нескольких миллионов километров.

Parker Solar Probe

По словам Мёстля, в случае повышения солнечной активности возможны беспрецедентные наблюдения солнечных бурь вблизи светила.

Источник: derstandard.at

Над Европой появился зеленый огненный шар

Столь удивительное небесное явление, как огненный шар, вызвало многочисленные сообщения из Австрии, Германии и Италии. Подобный феномен природы был замечен и в южном полушарии.

В прошлом бы это событие назвали бы важным небесным знамением: как и во время первого локдауна в начале апреля, в четверг вечером над Австрией можно было видеть большой зеленый огненный шар. Как сообщил хранитель коллекции метеоритов, находящейся в Музее естественной истории австрийской столицы Вены, Людовик Ферьере, из Германии, Италии и Австрии поступили многочисленные сообщения о наблюдениях за интересным световым явлением.

Видео: огненный шар над Центральной Европой

В четверг около 04.48 утра, несмотря на плохую погоду, к юго-западу от Вены можно было увидеть огненный шар. По словам Ферьере, на данный момент было получено более 30 отчетов о наблюдениях. Возможно, это небесное явление, возможно, связано с метеорным потоком Леонид, поскольку его пик был достигнут во вторник вечером. До сих все еще можно наблюдать метеориты, но такой огненный шар в небе - огромная редкость.

До сих пор неизвестно, полностью ли сгорело в атмосфере Земли летевшее небесное тело или произошло падение на Землю его остатков, то есть метеорита. В любом случае Ферьере просит, чтобы данные наблюдений за огненным шаром были внесены на соответствующую интернет-страницу отчетов.

Видео: огненный шар над Тасмановым морем.

На другой стороне земного шара подобное явление наблюдалось поздним вечером 18 ноября (по местному времени). Это событие зафиксировала камера австралийского судна RV Investigator, которое в то время занималось исследованиями в Тасмановом море. Огненный шар, такой же зеленый по цвету, как и шар над Австрией (зеленое свечение возникает из-за присутствия химического элемента магния), промчался наискосок по небу прямо перед кораблем и разбился на несколько частей.

Источник: derstandard.at

Что предсказывает туманность Голубое кольцо?

Ученые обнаружили редкий объект - туманность, представляющую собой кольцо из газообразного водорода со звездой в центре. Эта система, получившая название «Голубое кольцо», - остаток двух погибших звезд, орбитальный танец которых привел к их слиянию.

В 2004 году ученые из Galaxy Evolution Explorer заметили необычный объект: большую слабую каплю газа, в центре которой, казалось, была звезда. В ультрафиолетовых длинах волн, используемых спутником, пятно выглядело синим - хотя в действительности оно не излучает свет, видимый человеческим глазом. Тщательные наблюдения выявили в нем два толстых кольца - отсюда и название туманности «Голубое кольцо». В течение следующих 16 лет астрономы изучали ее с помощью нескольких телескопов, находящихся на Земле и в Космосе, но чем больше они узнавали об объекте, тем более загадочным он казался.

Большая часть звезд Млечного Пути находится в двойных системах - парах звезд, вращающихся вокруг друг друга. При достаточной близости звезд друг к другу, такие системы могут погибнуть при слиянии объектов. По мере развития они расширяются, и одна из звезд может поглотить своего орбитального спутника, заставляя его двигаться по спирали внутрь, пока оба объекта не столкнутся. Когда спутник теряет свою орбитальную энергию, он может с высокой скоростью выбрасывать вещество.

Загадочная туманность Голубое кольцо, состоящая из расширяющегося газообразного водорода (синий), исходящего от центральной звезды, которая является остатком ядра звездного слияния. Красные нити - это нити ударной волны в результате слияния Фото: НАСА / Лаборатория реактивного движения-Калтех / М. Зайберт / К. Хоадли

Чтобы проверить эту гипотезу, команда наблюдала за туманностью с помощью двух разных спектрографов на больших земных телескопах: десятиметровом телескопе Кека, который установлен на гавайской вершине Маунакеи, и поисковике планет в ближней инфракрасной области, десятиметровом телескопе Хобби-Эберли, находящемся в обсерватории Макдональд (Техас).

«В действительности спектроскопические данные в сочетании с теоретическим моделированием показывают, что туманность Голубое кольцо согласуется с картиной сливающейся двойной звездной системы. Это указывает на то, что спиралевидный спутник, скорее всего, был звездой с малой массой».
Кери Хоадли, научный сотрудник в Калтехе и ведущий автор статьи

Туманность Голубое кольцо состоит из двух полых конусообразных облаков обломков, движущихся в противоположных направлениях от центральной звезды. Основание одного конуса устремляется почти прямо к Земле. В результате астрономы, рассматривающие туманность, видят два частично перекрывающихся круга Видео: Марк Зайберт

Хотя реликвии нескольких таких слияний двойных звезд наблюдались и раньше, все такие объекты были покрыты непрозрачной пылью и облаками, что мешало изучению свойств центрального звездного остатка. Туманность Голубое кольцо - единственный объект, позволяющий беспрепятственно рассмотреть его и его свойства, изучать данные о процессе слияния и предсказать судьбу многих тесно вращающихся двойных звездных систем.

Источник: phys.org

Генеалогическое древо Млечного Пути

Галактики растут неспешно, пожирая при этом своих соседей. Используя компьютерные симуляции, исследователи проследили эволюционную историю нашего собственного Млечного Пути, в котором сотни миллиардов звезд. Это довольно приличные размеры для галактики такого типа, но наша не всегда была столь большой - как, впрочем, и любая другая в сегодняшней Вселенной.

Галактики медленно растут в течение миллиардов лет, в основном за счет слияния друг с другом. Млечный Путь тоже участвовал в этом насильственном присоединении, поглощая любую меньшую галактику, которая проходила мимо за более 10 млрд лет его истории. Группа исследователей нашла умный способ задокументировать слияния Млечного Пути, используя комбинацию данных шаровых скоплений и ряда компьютерных симуляций.

Шаровые скопления - это плотные кластеры старых красных звезд. Часть из них считаются остатками ядер галактик, проглоченных Млечным Путем в прошлом. Астрономы нанесли на карту более 150 таких скоплений и, отслеживая их движение через нашу галактику, а также характеристики (например, возраст и химический состав), они сумели проследить, какие скопления могли войти в нашу галактику в разное время.

Затем исследователи использовали компьютерное моделирование формирования галактик, которое учитывало поведение шаровых скоплений. Они изучили галактики типа Млечного Пути и настроили нейронную сеть ИИ, чтобы реконструировать историю слияния на основе нынешней популяции шаровых скоплений.

Карта слияний Млечного Пути, показывающая, когда различные другие галактики (с фантастическими названиями) столкнулись с нашей Фото: Д. Круйссен / Гейдельбергский университет

После настройки они вводили в модель реальные данные нашей галактики и получили наиболее правдоподобную историю слияния. Она показывает, когда другие галактики вошли в Млечный Путь.

В результате стала видна история насилия. Галактики меньшего размера с такими удивительными названиями, как Кракен и Секвойя, миллиарды лет назад слились с нашей галактикой.

Галактика Кракен, проглоченная Млечным Путем

Часть из них были достаточно большими, чтобы исказить Млечный Путь. Он восстановился после столкновения только через миллиард с лишним лет. Всего Млечный Путь претерпел около пяти слияний с галактиками, содержащими не менее 100 млн звезд, и еще десять с галактиками, содержащими их не менее 10 млн.

Поскольку у нас есть доказательства (в виде оставшихся шаровых скоплений) только пяти столкновений, эти симуляции показывают, как можно обнаружить еще больше обломков, летящих через нашу галактику.

Источник: universetoday.com

Радиоактивные элементы и обитаемость планет

На сегодняшний день астрономы подтвердили существование 4301 внесолнечной планеты в 3192 звездных системах, а еще 5650 кандидатов ожидают подтверждения. В ближайшие годы телескопы следующего поколения позволят напрямую наблюдать за многими из этих экзопланет и наложить более жесткие ограничения на их потенциальную обитаемость. Со временем это может привести к открытию на ряде из них жизни.

Согласно новому исследованию междисциплинарной группы ученых из Калифорнийского университета в Санта-Крусе (UCSC), радиоактивные элементы важны для определения обитаемости планеты. Поэтому в будущих исследованиях скалистых экзопланет следует искать конкретные изотопы, указывающие на присутствие долгоживущих элементов, таких как торий и уран.

На Земле внутренний нагрев, вызванный медленным распадом этих тяжелых радиоактивных элементов, приводит в движение тектонику плит, которая может быть необходима, чтобы поддерживать магнитное поле Земли. Оно защищает Землю от радиации, космических лучей и предотвращает разрушение нашей атмосферы. Вот почему охотники за экзопланетами и астробиологи считают, что магнитные поля могут иметь решающее значение для обитаемости.

Магнитное поле и электрические токи внутри и вокруг Земли создают сложные силы, которые оказывают неизмеримое влияние на повседневную жизнь Фото: ESA / ATG medialab

«Долгое время предполагалось, что внутреннее нагревание приводит в движение тектонику плит, которая вызывает круговорот углерода и геологическую активность, такую ​​как вулканизм, который создает атмосферу. А способность удерживать атмосферу связана с магнитным полем, которое также вызывается внутренним нагревом».
Профессор астрономии и астрофизики Натали Баталья (UCSC)

Круговорот углерода относится к процессу, при котором углекислый газ (CO2) добавляется в атмосферу в результате вулканической активности и изолируется в результате взаимодействия с различными минералами (что приводит к образованию карбонатов). Этот процесс важен для поддержания стабильной температуры в течение долгого времени, что обеспечивает возможность протекания сложных долгосрочных эволюционных процессов.

При отсутствии магнитного поля солнечный ветер может неуклонно разрушать атмосферу планеты. Именно это произошло на Марсе, где исчезновение его магнитного поля привело к потере большей части его атмосферы и выбросу поверхностных вод в космос. В результате он превратился в холодную, иссушенную и облученную планету.

A new study identifies internal heating from radioactive decay as a critical factor in a planet’s ability to generate a magnetic field and retain an atmosphere. Credit: Illustration by Melissa Weiss for UC Santa Cruz

На Земле магнитное поле является результатом конвекции в ее жидком внешнем ядре, которое своим вращением, противоположным вращению Земли, создает эффект динамо. Для его поддержания необходимы радиоактивные элементы, обеспечивающие внутренний нагрев за счет медленного распада.

«Мы поняли, что разные планеты накапливают разное количество этих радиоактивных элементов, которые в конечном итоге приводят в действие геологическую активность и магнитное поле. Итак, чтобы увидеть, что происходит, мы взяли модель Земли и увеличили и уменьшили количество внутреннего радиогенного производства тепла».
Фрэнсис Ниммо, профессор UCSC и ведущий автор исследования

Ученые обнаружили, что существует критический баланс, когда речь идет о радиоактивных элементах и ​​радиогенном нагреве. Слишком сильный, больше того, который испытывает Земля, привел бы к ряду негативных последствий для потенциальной обитаемости.

Поскольку торий и уран на Земле в основном находятся в мантии, их избыток может заставить мантию действовать как изолятор. Это помешало бы расплавленному внешнему ядру выделять достаточно тепла для поддержания конвективных движений. Слишком сильное радиогенное нагревание приведет к гораздо большей вулканической активности, что может вызвать события уровня исчезновения, а сишком слабое - не к вулканизму, а к геологически «мертвой» планете.

Схема некоторых известных близлежащих звезд. По оценкам, около 14 600 звезд находятся в 100 световых годах от Солнца Фото: Эндрю З. Колвин / Википедия

«Теперь, когда мы видим важные последствия изменения количества радиогенного нагрева, упрощенную модель, которую мы использовали, следует проверить с помощью более подробных расчетов».
Фрэнсис Ниммо

Слияние нейтронных звезд вызывает образование тяжелых элементов, таких как торий и уран, что случается крайне редко. Поэтому их наличие в околосолнечном диске, из которого формируются системы планет, будет зависеть от близости этих редких событий. Это привело бы к значительной вариабельности планетных систем.

Чтобы определить диапазон изменчивости, Ниммо и его коллеги обратились к проведенным астрономами измерениям европия близлежащих звезд. Этот элемент, который создается в результате тех же процессов, что и торий и уран, легко обнаружить в спектрах близлежащих звезд и можно использовать для определения того, насколько оба в них распространены.

Введя эти измерения в свои модели радиогенного нагрева, исследовательская группа Ниммо смогла установить ряд оценок радиоактивных элементов в близлежащих звездных системах. Земля и Солнечная система находятся в центре этого диапазона. При этом одни исследованные звезды имели вдвое меньше европия, чем Солнце, а другие -вдвое больше.

Телескоп Джеймса Уэбба НАСА предоставит больше информации о ранее обнаруженных экзопланетах Фото: НАСА

«Это сложная история, потому что обе крайности имеют значение для обитаемости. Для поддержания тектоники плит нужен достаточный радиогенный нагрев, но не настолько сильный, чтобы отключить магнитное динамо. В конце концов, мы ищем наиболее подходящие жилища для жизни. Обилие урана и тория, по-видимому, являются ключевыми факторами, возможно, даже еще одним измерением для определения планеты Златовласки ».
Натали Баталья

Важность и изменчивость радиогенного нагрева открывают много новых возможностей для исследований экзопланет и астробиологии. Во-первых, астрономы могут использовать спектроскопию для измерения содержания европия в звездах и делать выводы об уровне радиогенных элементов на любых планетах, вращающихся вокруг них. Космические инструменты следующего поколения, такие как телескоп Джеймса Уэбба, прекрасно подходят для этой задачи.

Источник: universetoday.com

Столкновения нейтронных звезд и черные дыры

В принципе, создать черную дыру с определенной звездной массой несложно. Просто надо подождать, пока большая звезда достигнет конца своей жизни, и наблюдать, как под собственным весом ​​разрушается ее ядро, которое при масе больше 2-3 солнц, станет черной дырой. Если ядро объекта меньше 2,2 солнечной массы, то он превратится в нейтронную звезду, а меньше 1,4 - родится белый карлик.

Если пара нейтронных звезд столкнется и сольется в объект с более чем критическим пределом, образуется черная дыра. Но что такое предел?

Новое исследование попыталось ответить на этот вопрос. Команда провела несколько компьютерных симуляций, показавших слияние нейтронных звезд. Выяснилось, что критический предел зависит не только от общей массы двух звезд, но и от их внутренней структуры, что пока еще не совсем понятно.

Нейтронная звезда. Иллюстрация кваркового ядра Фото: Юрки Хокканен

Все, что внутри нейтронной звезды, описывается уравнением состояния ядерной материи, например, насколько она жесткая и насколько хорошо проводит тепло. Предложено несколько уравнений состояния со слегка отличающимися свойствами. Поэтому команда смоделировала слияния с помощью ряда таких уравнений.

Исследователи обнаружили, что если внутренняя часть нейтронной звезды относительно эластична или «мягка», то даже слияние небольших нейтронных звезд породит черную дыру. Но если она более жесткая, звезды не рухнут в черную дыру. Они создадут большую нейтронную звезду, та начнет вращаться с чудовищной скоростью и сможет противостоять гравитационному коллапсу. Одним из критических факторов, определяющих результат, является то, распадутся ли нуклоны на кварки во время столкновения.

LIGO-Virgo. Иллюстрация слияния нейтронных звезд Фото: Фрэнк Элавски

LIGO и Virgo так и не смогли в 2017 году сказать, какой объект получился, когда слились нейтронные звезды. Со временем подобных слияний станет больше и можно будет определить критический предел для создания черной дыры и какое уравнение состояния лучше всего описывает недра нейтронных звезд.

Источник: universetoday.com

Астрономы впервые увидели рождение магнетара

Магнетары экстремальны во всех отношениях. Необычный сигнал из глубины космоса впервые показал, как возник один из них.

22 мая орбитальной обсерваторией Swift зафиксировано необычное событие: свет очень яркой килоновой достиг Земли. В наблюдениях участвовали и другие телескопы, в том числе знаменитый «Хаббл», показывающий ближний инфракрасный диапазон, в котором вспышка оказалась рекордсменом по яркости, в десять раз превосходившим все ожидания.

Это была самая яркая вспышка сливающихся нейтронных звезд, которую когда-либо наблюдали астрономы. Команда Вэнь-фая Фонга из Северо-Западного университета в Эванстоне предполагает в Astrophysical Journal, что это были признаки рождения магнетара.

Килоновая - особая форма нейтронных звезд - характеризуется чрезвычайно интенсивным магнитным полем, которое в миллиарды раз сильнее земного. Когда столкнулись две нейтронные звезды, вначале произошел огромный всплеск гамма-излучения, а затем было длительное послесвечение, охватившее весь электромагнитный спектр, - килоновая.

Фото: NASA/ESA

Астрономы заметили инфракрасный сигнал, который они интерпретируют как первое доказательство возникновения магнетара. Событие, получившее название GBR 200522A, было значительно мощнее всех других известных килоновых, особенно в этом инфракрасном диапазоне.

«Я могу сосчитать по пальцам на моих руках все килоновые, которые были обнаружены по коротким всплескам гамма-излучения. Однако эта была в десять раз ярче, чем все другие».
Вэнь-фай Фонг

Причиной могло быть лишь образование магнетара. Когда пара нейтронных звезд сблизилась, они слились в более тяжелый объект, заряженное ядро ​​которого чрезвычайно быстро вращалось. Поэтому, согласно принципу динамо, возникли сверхсильные магнитные поля магнетара, которые заставляли возбужденые килоновой частицы светиться еще ярче.

В качестве альтернативы команда Фонга могла бы рассматривать только два варианта. Во-первых, «обратную ударную волну», когда две волны от килоновой могли выплеснуться друг на друга, что при известных условиях имитировало бы новорожденный магнетар. Во-вторых, распадающиеся радиоактивные частицы, движущие килоновую, могли заставить GRB 200522A сиять ярче, чем ожидалось.

Однако исследовательская группа в значительной степени исключает оба сценария и полагает, что в будущем телескопы должны обращать внимание на радиоизлучение объекта, чтобы точно определить его природу.

Источник: spektrum.de

Почему Марс все еще продолжает высыхать?

Ученые обнаружили, что некогда влажный Марс и сейчас сбрасывает воду в космос. Вопреки предыдущим предположениям, молекулы H2O переносятся в верхние слои его атмосферы. Там они распадаются, и молекулярный водород улетает в космос. Об этом свидетельствуют данные зонда НАСА MAVEN, согласно которым, сезонные эффекты и пыльные бури переносят воду на большую высоту.

Сегодня Марс - это морозная пустынная планета, но теперь точно известно, что наш сосед, как и Земля, был полон жидкой воды, однако в ходе своей эволюционной истории потерял большую часть своей живительной влаги. Сегодня ее остатки образуют ледяные шапки на полюсах, небольшие количества воды есть под землей и в разреженной атмосфере. За миллиарды лет большая часть ее была расщеплена УФ-излучением на водород, который затем мог буквально легко улететь в космос.

По следам потери воды

Исходя из наличия водорода в верхних слоях атмосферы, этот процесс и сегодня высушивает Марс. Однако модель происходящего показывает, что вода превращается в водород только в нижних атмосферных слоях, а лишь потом поднимается в верхние. Предполагалось, что молекулы H2O не могут подняться выше определенных значений, поскольку затем они кристаллизуются и вновь опускаются вниз. Это явление называется гигропаузой. Как показывают результаты исследователей, возглавляемых Шейном Стоуном (Shane Stone) из Университета Аризоны в Тусоне, на Марсе ярко выраженной гигропаузы больше нет.

 

Результаты основаны на оценке данных зонда НАСА MAVEN, который, вращаясь вокруг Марса, регулярно погружается в верхние слои его атмосферы. При этом анализатор может регистрировать концентрацию веществ, включая молекулы H2O. Исследователям удалось обнаружить воду на удивительно большой высоте: около 160 км над поверхностью планеты. Там молекулы воды очень быстро разрушаются ионами, а образующийся при этом атомарный водород затем теряется в космосе.

Особенно иссушают Марс пыльные бури

Степень увеличения водяного пара связана на нашем воинственном соседе с сезоном и пыльными бурями. По сравнению с Землей, он вращается вокруг центральной звезды по несколько более эллиптической орбите. Поэтому южное полушарие Марса оказывается летом ближе всего к Солнцу. За это время его поверхность максимально нагревается, что, видимо, связано с усилением мобилизации воды.

Исследователи следят за потерей воды на красной планете. Фото: Petmal / iStock

По мнению ученых, ежегодные региональные штормы, а также крупные глобальные пыльные бури, которые циркулируют по планете примерно каждые десять лет, еще больше нагревают атмосферу и увеличивают в 20 раз перенос воды в самые верхние слои атмосферы. Только одна такая 45-дневная буря, выбрасывает в космос такое же количество воды, какое Марс потерял бы за спокойный год.

Потеря атмосферы и выброс воды в космос - одна из основных причин того, что Марс сегодня холодный и сухой по сравнению с теплой и влажной Землей, считает Стоун. Этот процесс, возможно, сыграл важную роль в высыхании планеты. Когда исследователи прогнозировали данные за последний миллиард лет, они пришли к выводу о значительной потере воды:

«Если бы мы взяли воду, удаленную в результате сезонного процесса, и равномерно распределили ее по всей поверхности Марса, возник бы глобальный океан глубиной около 44 см. Эффект глобальных штормов добавило бы дополнительно около 17 см».
Шейн Стоун

Однако, как подчеркивают исследователи, неясно, какую роль этот процесс сыграл в общей потере воды на нашей соседней планете, та как эффект гигропаузы Марса мог раньше быть сильнее из-за его более плотной атмосферы.

«До того, как начался процесс, который мы описываем, должна была произойти значительная утечка атмосферы в космос. Мы должны еще точнее выяснить последствия этого процесса и момент, когда он начал действовать».
Шейн Стоун

Источник: wissenschaft.de

Солнечная система создавалась менее 200 000 лет

Самые старые из уже датированных твердых тел возникли в Солнечной системе менее чем за 200 000 лет. Об этом свидетельствуют включения метеоритов, богатые кальцием и алюминием. По этим включениям видна вся фаза развития системы нашей центральной звезды: от молекулярного облака до образования Солнца.

Вещество, из которого состоит Солнце и остальная часть Солнечной системы, породил коллапс большого облака газа и пыли. Астрономические наблюдения за молодыми звездными объектами показывают, что такому облаку требуется 1-2 млн лет, чтобы коллапсировать в звезду, образовав звездную систему.

Международная группа исследователей, возглавляемая планетологами (Вестфальский Вильгельмский университет, Мюнстер) обнаружила, что с момента образования Солнечной системы минуло свыше 4,5 млдр лет, а сформировалась она менее чем за 200 000 лет.

Первые твердые вещества, образовавшиеся в Солнечной системе, - это включения в метеоритах, имеющие размеры от микрометра до сантиметра, богатые кальцием и алюминием. Со времени их формирования прошло 4,567 млрд лет, а продолжался этот процесс примерно 40-200 тыс. лет.

Художественное изображение протопланетного диска молодой звезды, где формируются планеты Фото: ESO / L. Кальсада

Исследование показало, что большая часть материала, из которого состоит Солнце и Солнечная система, накапливалась быстро. В это же время были сформированы твердые тела, самые старые из уже датированных, а процесс их образования длился менее 200 000 лет.

Исследовательская группа определила изотопный состав молибдена и микроэлементов различных включений углеродистых хондритов. Место образования этих примитивных метеоритов - внешняя Солнечная система.

Включения содержат весь спектр материала первых дней Солнечной системы, в частности протопланетного газо-пылевого диска, из которого были сформированы планеты. А поскольку ученые знают, когда и сколько времени потребовалось для формирования включений, это дает им способ датирования временного периода, в течение которого сформировалось Солнце.

Если сравнить время, потребовавшееся для рождения Солнечной системы и человека, то соотношение покажет, что беременность продлится не девять месяцев, а всего около двенадцати часов. Отсюда вывод: образование Солнца и Солнечной системы было относительно быстрым.

Источник: astronews.com

Есть ли минералы, светящиеся в ультрафиолете?

На первый взгляд этот сине-фиолетовый светящийся минерал кажется прибывшим к нам из иных миров. Но это вполне земной хакманит - минерал, светящийся в ультрафиолете.

Флуоресценция основана на эффекте света: если высокоэнергетическое излучение, например УФ-свет, попадает на атом или молекулу, то часть его энергии может быть поглощена электронами вещества. В результате они ненадолго перепрыгивают на более дальнюю орбиту, но вскоре возвращаются на прежнюю и снова высвобождают избыточную энергию в виде флуоресцентного света. Как правило, он обладает немного меньшей энергией, чем испускавшийся ранее. Именно поэтому обычно невидимый ультрафиолетовый свет снова становится для нас видимым.

Это явление более подробно исследовала международная группа Мики Ластусаари из Университета Турку с помощью минерала хакманита. Он встречается в Афганистане, Гренландии, Канаде, Пакистане и при нормальном освещении бывает незаметного серого цвета. Однако в УФ-свете он сияет сине-фиолетовыми оттенками.

Хакманит - минерал, светящийся в ультрафиолете Фото: Мика Ластусаари

Ученых особенно интересовало, какие компоненты вызывают флуоресценцию этого природного минерала. У многих других она зависит от ионов, которые интегрированы в кристаллическую решетку и чьи электроны особенно легко возбудить. Например, встречающиеся в природе кристаллы апатита обязаны своим свечением, среди прочего, ионам марганца и редкоземельных металлов.

С помощью экспериментов с УФ-светом и расчетов исследователи определили также компоненты, которые придают хакманиту на этой фотографии его яркий цвет. Выяснилось, что решающую роль в этом играют ионы железа, калия, серы, титана.

В итоге ученые смогли разработать синтетический материал, который флуоресцирует значительно дольше, чем хакманит. Полученные результаты будут использоваться в будущем и для разработки лучших синтетических веществ, чем те, которые уже используются для светящихся знаков аварийного выхода.

Космический аметист в умирающей звезде

На Земле могут образоваться аметисты, если пузырьки газа в лаве остывают при необходимых для этого условиях. В космосе умирающая звезда с массой, равной солнечной, способна создать структуру, не уступающую по привлекательности этим прекрасным драгоценным камням.

Когда звезда солнечного типа сбрасывает свои внешние слои, ее ядро сжимается. Используя рентгеновскую обсерваторию Чандра НАСА, астрономы обнаружили пузырь из сверхгорячего газа в центре одной из этих умирающих звезд нашей галактики, планетарной туманности с каталожным номером IC 4593. От нас ее отделяет приблизительно 7800 световых лет. IC 4593 - самая далекая планетарная туманность, обнаруженная Чандрой.

На этом новом изображении фиолетовые рентгеновские лучи от Чандры напоминают о сходстве IC 4593 с аметистами. Пузырь, обнаруженный Чандрой, - это газ, нагретый до более миллиона градусов. Такая высокая температура, вероятно, была вызвана материалом, который оторвался от сморщенного ядра звезды и натолкнулся на выброшен звездой газ.

Рентгеновский снимок: NASA/CXC/UNAM /J. Toalá.; Оптический: NASA/STScI

Это составное изображение также содержит данные о видимом свете, полученные с Хаббла (розовый и зеленый). Розовые области на  его изображении - это наложение на излучение более холодного газа, состоящего из комбинации азота, кислорода и водорода, а зеленое в основном связано с азотом.

Астрономы называют такие объекты, как IC 4593, «планетарными туманностями», но они не имеют никакого отношения к планетам. (Название было дано около двух веков назад, потому что такие объекты при наблюдении в небольшой телескоп выглядели как диск планеты). В действительности планетарная туманность образуется после сжатия внутренней части звезды с массой, примерно равной солнечной, и расширения и охлаждения ее внешних слоев. Что касается Солнца, его внешние слои во время их красной гигантской фазы простираются на несколько миллиардов лет в будущее до орбиты Венеры.

Наряду с горячим газом, исследователи обнаружили доказательства присутствия в центре IC 4593 точечного источника высокоэнергетического рентгеновского излучения, более сильного, чем в пузырьке горячего газа. Точечный источник может быть от звезды, которая отбросила свои внешние слои для формирования планетарной туманности, либо от звезды-компаньона в этой системе.

Источник: phys.org

Радиотелескоп впервые нашел коричневый карлик

Коричневые карлики - это космические тела, достаточно массивные, чтобы вызвать в своих ядрах синтез дейтерия или лития, и, следовательно, не являющиеся планетами. Но они слишком маленькие, чтобы расплавить в своих ядрах водород, а потому это не звезды.

Наименее массивные (Y-карлики) немного больше Юпитера. Температура их поверхности всего 700 К, поэтому заметного свечения у таких коричневых карликов не наблюдается. У одного из них астрономы обнаружили присутствие облаков, а это значит, что эти объекты могут быть очень похожими на Юпитер

Иллюстрация трех типов коричневых карликов Фотография: NASA/JPL-Caltech

Самые массивные (L-карлики) меньше Юпитера. Поскольку они имеют большую массу, то сжимают своей силой тяжести внешний газовый слой. Он уплотняется, поэтому диаметр этих небесных тел равен примерно 80 % диаметра Юпитера. Температура поверхности L-карликов около 2800 К, то есть достаточно высокая, чтобы они могли излучать теплое красное свечение и походить на маленькие красные карликовые звезды.

Обнаружить коричневые карлики бывает сложно. Большинство из них идентифицируются инфракрасными телескопами, поскольку могут излучать много тепла. Это не подходит для более холодных красных карликов, но недавно группа ученых применила радиотелескоп и с его помощью сумела отыскать такой объект, что открывает путь к новому способу поиска.

Большие планеты, такие как Юпитер, излучают огромное количество радиосвета, так как у них есть сильные магнитные динамо. Их магнитные поля могут захватывать заряженные частицы, отправляя их по спирали к полюсам, около которых они врезаются в атмосферу карлика, создавая полярное сияние, подобное тому, что мы видим на Земле. Заряженные частицы ускоряются вдоль магнитных полей, а потому они испускают радиосвет.

Поскольку коричневые карлики похожи на Юпитер, у них есть полярное сияние, излучающее радиоволны. Астрономы и раньше наблюдали радиоизлучение коричневых карликов.

В этом новом исследовании команда использовала низкочастотный радиотелескоп LOFAR для захвата радиосигнала от неизвестного коричневого карлика. Он и стал первым коричневым карликом, обнаруженным исключительно с помощью радио.

Источник: universetoday.com

Почему в космосе становится все жарче и жарче?

Связанный с галактиками газ значительно нагрелся с первых дней существования Вселенной. Его средняя температура увеличилась в десять раз.

Температура, царящая в космосе, не укладывается в наши земные представления о жаре и холоде. Поскольку плотность материи там обычно чрезвычайно мала, ничто не может нагреть тело космонавта. Однако пространство, особенно вокруг галактики, заполнено межзвездной средой, состоящей в основном из водорода и пыли. По кинетической энергии мелких частиц можно вычислить ее среднюю температуру, которая по земным масштабам чрезвычайно высока: около 2 000 000 °C.

Как сообщает группа астрономов, возглавляемая И-Куан Чаном (Университет штата Огайо, Колумбус), в первые дни существования Вселенной - с тех пор минуло 11 млрд лет - измеренная таким образом средняя температура составляла около 200 000 °C. В своем материале для The Astrophysical Journey ученые дают объясняют: мелкодисперсное вещество нагревается, так как газ притягивается силой тяжести галактик и при этом сжимается.

Туманность Лисий Мех в окружении газа и пыли

«Это притяжение очень сильное - настолько сильное, что ударными волнами сжимается и нагревается все больше и больше газа».
И-Куан Чан

Прежде всего, удивляет притяжение так называемых гало темной материи - больших сферических скоплений невидимой темной материи, окружающей практически все галактики. В ней и кроется причина объединения галактик и формирования за миллиарды лет таких гигантских структур, как скопления галактик, вызывающих затем нагревание.

Насколько межзвездный газ «горяч», видно по небольшому локальному изменению космического микроволнового фона. С этой целью Чан и его команда изучили данные космического телескопа Planck и связали среднюю температуру, измеренную в определенных местах, с расстоянием до объекта, которое можно узнать по его красному смещению. Чем больше свет смещается в сторону красных длин волн, тем дальше находится объект и, соответственно, он старше, а потому холоднее.

Источник: spektrum.de

С зондом Voyager 2 у Земли снова есть контакт

НАСА не могло с середины марта связаться с «Вояджером-2». Причиной стали работы на единственной антенне, с помощью которой сигнал все еще может достичь этого зонда, запущенного в 1977 г. Но теперь они почти завершены и на «Вояджер-2» снова отправлено сообщение. Как и ожидалось, зонд подтвердил его получение.

70-метровая антенна в Австралии (Deep Space Network, НАСА) не использовалась как передающее устройства из-за ремонта и модернизации. С тех пор было невозможно отправлять команды на «Вояджер-2», который в прошлом веке совершил беспрецедентное путешествие во внешней Солнечной системе. Мимо Нептуна он пролетел в последний раз в 1989 г. Пройдя над его северным полюсом, чтобы как можно ближе подобраться к Тритону, луне Нептуна, зонд удалился от плоскости вращения планет вокруг нашей центральной звезды.

«Вояджер-2» покинул гелиосферу Солнечной системы

От нас «Вояджер-2» находится сейчас почти в 19 млрд км и больше не имеет прямой видеосвязи с радиоантенной в северном полушарии Земли. В южном полушарии только антенна возле Канберры (Deep Space Network, НАСА), имеет достаточно мощный, передатчик, работающий на нужных частотах, и его сигнал дошел до «Вояджера-2». Однако с его собратом «Вояджером-1» в северном полушарии можно связаться с двух антенн.

На антенне в Австралии в настоящее время проводятся обширные технические работы: там обновлены две радиостанции, в том числе та, с которой ранее связывался Voyager 2, поскольку она использовалась свыше 47 лет. Кроме того, были заменены компоненты для нагрева и охлаждения антенны и другие электронные элементы.

На 70-метровой антенне близ Канберры ведутся работы Фото : CSIRO

Сигналы с «Вояджера-2» можно было получить и во время работ, но посылать к нему ничего не удавалось. Первый контакт с этим зондом с помощью нового передатчика завершился успешно. Полностью антенна будет готова к работе в феврале следующего года. Зонд отреагировал на контакт, как и ожидалось, и выполнил команды.

Deep Space Network (сокращенно: DSN) НАСА состоит из трех антенн, расположенных в Голдстоуне (Калифорния), недалеко от Мадрида (Испания) и вблизи Канберры (Австралия). Из-за распределения по нескольким континентам - несмотря на вращение Земли - каждая из них обычно может постоянно наводиться на определенное место в небе и, таким образом, связываться с космическим зондом. Но «Вояджер-2» в этом отношении является редким исключением.

Антенна DSN в Голдстоуне используется также как радар Солнечной системы. Для наблюдения за астероидами в направлении фрагмента посылается радиосигнал, а затем отражения вновь улавливаются и оцениваются.

Европейское космическое агентство имеет аналогичную систему для связи со своими космическими зондами.

Источник: astronews.com

В нашей галактике миллионы обитаемых планет?

Космический телескоп Кеплер произвел революцию в наших знаниях об экзопланетах. С 2008 года с его помощью было обнаружено за пределами Солнечной системы свыше 2800 планет. Даже через два года после завершения миссии Кеплера, его данные продолжают давать человечеству ценную информацию. Исследовательская группа определила на основе наблюдений этого телескопа, что только в Млечном Пути может быть до 300 млн планет именно земного типа.

Иллюстрация Kepler-1649c, экзопланеты, очень похожей на нашу Землю, по крайней мере, по размеру и массе. Она может иметь жидкую воду Фото: НАСА / Исследовательский центр Эймса / Дэниел Раттер

Когда в 1980-х годах началось планирование миссии «Кеплер», не было известно ни одной экзопланеты, а сейчас открытие новых миров вокруг далеких звезд стало почти обычным явлением. Особый интерес представляют те, которые находится в условиях, близких к земным. Это каменистые планеты размером приблизительно с Землю. Они должны быть расположены на таком расстоянии от своей звезды, которое теоретически допускает попадание воды на поверхность экзопланеты, а следовательно, их «обитаемость».

Именно это и стало специализацией Кеплера. На первом этапе миссии в 2009-2013 гг. телескоп зафиксировал яркость более сотни тысяч звезд. После технических проблем Кеплер можно было использовать лишь в ограниченном объеме, но даже к концу его миссии в 2018 году наблюдения телескопа охватывали не меньшее число звездных объектов.

Ученые ищут в его данных периодические колебания яркости, которые помогают открывать неизвестные планеты. При взгляде с Земли каждый раз, когда экзопланета проходит перед своей звездой, та слегка темнеет. Эти данные дают астрономам возможность не только доказать существование планет, но и получить некоторую информацию об этих мирах: радиус, массу и расстояние до их звезд.

Космический телескоп Кеплер перестал работать с ноября 2018 года, но данные наблюдений, полученные в ходе девятилетней миссии, надолго обеспечат работой исследователей Фото: НАСА

В Млечном Пути из как минимум 100 млрд звезд около 4 млрд, вероятно, будут солнечного типа. Исследователи уже сделали, исходя из данных Кеплера, что там должны быть миллиарды экзопланет. Команда Исследовательского центра Эймса НАСА в Моффет-Филде, возглавляемая Стивом Брайсоном, представила самый обширный на сегодняшний день прогноз того, сколько этих миров может быть потенциально обитаемыми.

В своем исследовании, вышедшем в Astronomical Journal, астрономы пришли к выводу, что, по консервативным оценкам, 7 % звезд солнечного типа могут содержать обитаемые экзопланеты - всего 280 миллионов планет. По мнению исследователей, их может быть даже намного больше.

«Кеплер показал нам уже, что есть миллиарды планет, однако сейчас нам также известно, что значительное их количество может быть обитаемым».
Стив Брайсон

И это число далеко не окончательное, а возможность наличия воды на экзопланете - лишь один из многих факторов, которые делают ее пригодной для жизни.

«Но результат дает понять, сколько мы смогли узнать о нашей Солнечной системе, просто взглянув на нее».
Стив Брайсон

Дальнейший поиск возможен благодаря космическому телескопу Тесс (НАСА), который давно стал достойным преемником Кеплера. В конце прошлого года Европейское космическое агентство отправило в космос телескоп Хеопс, уже предоставляющий результаты для более детального исследования известных экзопланет.

Источник: derstandard.at

Что покажет нам свечение луны Юпитера Европы?

Спутник Юпитера Европа - самый перспективный кандидат в Солнечной системе на присутствие внеземной жизни. Однако до сих пор химический состав его ледяной коры и океана под ней известен лишь частично. Однако необычное свойство луны Юпитера, ночная сторона которой освещена, может вскоре помочь получить о ней больше информации: свечение Европы вызвано постоянной бомбардировкой поверхности льда высокоэнергетическими частицами с близлежащего Юпитера, а спектр этой флуоресценции показывает, какие молекулы присутствуют во льду.

На первый взгляд ледяная луна Европы кажется холодной и очень неприятной. Поскольку вся поверхность спутника покрыта льдом, здесь нет защитной атмосферы, а температура составляет около - 150 °C. Но в 10-15 км подо льдом - совершенно другой мир: океан жидкой соленой воды, глубина которого,, как показывают данные космических зондов, может достигать 100 км. Приливные силы Юпитера поддерживают воду, та как сила тяжести, которая изменяется в зависимости от положения Европы на орбите, сжимает и расширяет кору и ядро луны и нагревает их. Это создает течения под ледяной поверхностью, и в ней появляются многочисленные трещины, сквозь которые водяной пар проникает наружу.

Бомбардировка электронами заставляет молекулы светиться

Однако пока планетологи могут только строить догадки о химическом состоянии воды в подледном океане Европы и о том, является ли она благоприятной для жизни. В этом вопросе решающим является химический состав воды и покрывающей ее ледяной корки.

«Знание неорганического состава поверхности Европы важно, например, чтобы иметь возможность проверить соленость океана и модели обмена между океаном и поверхностью».
Мурти Гудипати (НАСА)

Это одна из причин, по которой планируется запустить к Луне Юпитера в ближайшие несколько лет космический зонд Europa Clipper.

Состав ледяной корки может показать, насколько на самом деле благоприятен для жизни подледный океан Европы Фото: © НАСА / Лаборатория реактивного движения-

Хотя эта флуоресценция слишком слабая, чтобы ее можно было заметить в наземные телескопы, ученые полагают, что это свечение будет хорошо видно, когда мимо луны Юпитера пролетит Europa Clipper. Причина появления такого освещения - постоянная бомбардировка спутника Юпитера заряженными частицами из магнитного поля самой гигантской планеты. Когда эти частицы сталкиваются с молекулами и атомами на поверхности Европы, они отдают им энергию. А когда те возвращаются в свое прежнее состояние, они излучают энергию в виде фотонов и светятся.

«Такое световое излучение, вызываемое электронной бомбардировкой, известное также как электронно-стимулированная люминесценция, уже наблюдалось в нескольких исследованиях с чистым водяным льдом».
Мурти Гудипати

Соленый лед тоже излучает характерные световые спектры. Поэтому исследователи считают весьма вероятным, что такое свечение произойдет и на Европе.

Так может выглядеть флуоресценция ночной стороны Европы вблизи. Фото: © НАСА / Лаборатория реактивного движения

Спектральная подпись раскрывает композицию

Гудипати и его коллеги более подробно исследовали, как может выглядеть свечение на ночной стороне Европы и какие спектральные сигнатуры оставляют после себя различные молекулы, которые могут присутствовать во льду луны Юпитера. Для этого они бомбардировали различные ледяные смеси электронами с энергией до 25 МэВ. Это соответствует диапазону энергий потоков частиц, попадающих, согласно расчетам, на ночную сторону Европы. И действительно: при бомбардировке электронами лед начал светиться.

«Аналоги льда Европы, когда они подвергаются воздействию пучков электронов высокой энергии, излучают характерные спектральные сигнатуры в видимом диапазоне. Спектры водяного льда имеют при этом три характерные полосы излучения».
Мурти Гудипати

Один из этих пиков находится в фиолетовом диапазоне (330 нм), второй - в сине-зеленом (440 нм), а третий, особенно сильный, имеет максимум в желто-зеленом диапазоне (525 нм).

Как показали дальнейшие испытания, тонкие изменения в этом основном спектре могут показать, примешаны к водяному льду соли и какие. Добавление хлорида натрия (NaCl) сильно уменьшило пик излучения на 525 нм, тогла как присутствие сульфата магния привело к небольшому смещению этого пика до длины волны 560 нм.

«Спектры льда, легированного сульфатами, тоже показали широкое плечо излучения в красной области, которого не было ни в одном из других типов льда».
Мурти Гудипати

Согласно расчетам, свечение и его спектральные характеристики должны быть достаточно сильными, чтобы их мог уловить и прочитать космический зонд Europa Clipper во время пролета на высоте около 50 км.

"Таким образом, можно использовать ночные переходы. чтобы получить карту состава ледяной поверхности Европы».
Мурти Гудипати

Это может помочь выяснить, обладают ли кора и океан луны Юпитера химическими предпосылками для жизни.

Источник: wissenschaft.de

Вода встречается на всех каменистых планетах?

Возникновение жизни - загадка. Тем не менее исследователи сходятся во мнении, что вода - необходимое условие жизни. Первая клетка появилась в воде, а затем превратилась в многоклеточный организм. Возраст самого старого из известных одноклеточных организмов на Земле составляет около 3,5 миллиардов лет.

Если жизнь возникла в воде, то откуда взялась вода?

«Есть две гипотезы о появлении воды. Одна состоит в том, что она попадает на планеты случайно, когда астероиды, содержащие воду, сталкиваются с рассматриваемой планетой».
Профессор Мартин Биццарро (Копенгагенский университет)

Вместе с доцентом Чжэнбином Дэном Биццарро возглавил новое исследование, ставящее теорию о появлении воды с ног на голову.

«Другая гипотеза заключается в том, что вода возникает в связи с формированием планеты. Наше исследование предполагает, что эта гипотеза верна, и, если это так, она чрезвычайно интересна, поскольку означает, что присутствие воды является биопродуктом процесса формирования планеты».
Мартин Биццарро

Если теория Мартина Биззарро и Чжэнбинь Дэна окажется верной, жизнь в планетных системах, возможно, имела больше шансов на развитие, чем предполагалось ранее.

Исследования ученых показывают, что вода на Марсе была на протяжении первых 90 миллионов лет существования планеты. Согласно первой гипотезе, это было задолго до того, как богатые водой астероиды бомбардировали во внутренней Солнечной системе такие планеты, как Земля и Марс.

«Это предполагает, что вода возникла при формировании Марса. И это говорит нам, что вода может возникать на планетах естественным путем и ​​не требует внешнего источника, такого как богатые водой астероиды».
Мартин Биццарро

Исследование основано на анализе довольно скромного черного метеорита возрастом 4,45 миллиарда лет. Он содержит бесценные сведения о ранней Солнечной системе. «Черная красавица» - название метеорита - происходит от первоначальной марсианской коры и дает уникальное представление о событиях времен формирования Солнечной системы.

«Это золотая жила информации. И чрезвычайно ценная».
Мартин Биццарро

После находки метеорита в марокканской пустыне он был продан по цене 10 000 долларов за грамм. Еще в 2017 году Мартину Биццарро удалось купить чуть менее 50 граммов этой породы для исследовательских целей и теперь они могут показать в лаборатории признаки присутствия жидкой воды на Марсе во время его образования. Однако сначала им пришлось раздробить, растворить и проанализировать 15 граммов дорогого камня.

«Мы разработали новую технику, которая определила, что Марс в младенчестве подвергся одному или нескольким серьезным ударам астероидов. Удар, как показывает Черная Красавица, создал кинетическую энергию, которая высвободила много кислорода. И единственный механизм, который, вероятно, мог вызвать высвобождение такого большого количества кислорода - это присутствие воды».
Чжэнбинь Дэн

Еще одно яблоко раздора между исследователями - это вопрос, как Марс мог иметь на своей холодной поверхности жидкую воду, которая вызывает отложения рек и озер, видимых на планете сегодня. Жидкая вода является предпосылкой для накопления органических молекул, что и произошло, по крайней мере, 3,5 миллиарда лет назад при возникновении жизни на Земле.

Анализ Черной красавицы показывает, что при ударе астероида о Марс в атмосферу было выброшено много парниковых газов.

«Это означает, что атмосфера, богатая CO2, могла вызвать повышение температуры и, таким образом, позволила жидкой воде существовать на поверхности Марса».
Чжэнбинь Дэн

В настоящее время команда проводит дополнительное исследование по изучению микроскопических водоносных минералов, обнаруженных в Black Beauty. Древние водные минералы являются оригинальными и неизменными с момента образования, а это означает, что метеорит стал свидетелем самого появления воды.

Источник: eurekalert.org