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