Направления освоения космоса
Марс.
Во
вселенной писателя-фантаста Фрэнка Герберта, Дюна, она же Арракис — это
пустынная и маловодная планета с двумя лунами. По сюжету, она находится
за пределами Солнечной системы, но если мы захотим поискать ближайшую
схожую параллель, то больше всего подходит планета Марс. Предлагаю
воспользоваться возможностями, которые дает современная космонавтика, и
совершить воображаемую прогулку на нашу Дюну.
Марс
называют красной планетой из-за рыжего цвета пыли, покрывающей
поверхность и висящей в атмосфере. Но коренные геологические породы и
крупнозернистые пески открывают более многообразную палитру. Разрушение
древнего вулканического базальта оставляет темный песок с зеленоватым
отливом из-за содержания минерала оливина.
Представьте,
каково это: пройтись по кромке темного песчаного бархана, высотой в
десятки метров и протяженностью в километры. Ноги в тяжелом скафандре
увязают почти по колено, тонкие песчаные лавины срываются вниз от
каждого шага, но при этом пыли практически нет. Барханы следуют один за
одним до горизонта, теряясь в бежевых далях… Не приползет Шаи-Хулуд,
император не пришлет сардаукаров, а поломка туалета на корабле пугает
сильнее мести Харконненов, и удручает лишь одно — жужжание системы
жизнеобеспечения скафандра не позволяет насладиться тишиной этого
безмятежного и мертвого простора.
Марс
— безжизненная планета, насколько мы знаем, но не бездвижная. Атмосфера
на планете сильно разрежена, но ветер всё же есть, поэтому некоторые
дюны ползут куда-то по своим делам примерно на 1 метр в земной год.
Самое активное для песка время года — лето в южном полушарии. В
это время Марс ближе к Солнцу, атмосфера теплее, что способствует
сублимации бОльших объемов углекислоты, а значит и ветер обретает силу.
Ветер
может проявлять себя в разной форме. Его порывы способны переносить
песчинки на короткие расстояния, но мелкая пыль более подвижна, и
постоянно присутствует в «воздухе». В то же время подвижные дюны
практически чисты от пыли, т.к. на них не успевает накопиться достаточно
заметный рыжий слой. На равнинах планеты могут возникать «пыльные
дьяволы» — кратковременные вихри, которые рисуют замысловатые узоры на
дюнных склонах.
Зимнее
время способствует вымерзанию углекислоты из атмосферы и отложению на
поверхности. В некоторых местах, там где склоны быстрее прогреваются
весенним солнцем, намерзающие льдины, скатываются вниз и прорисовывают заметные борозды в песке.
В
зависимости от различных условий песок под действием ветра собирается в
разнообразные структуры. Так есть классические одиночные барханы,
дюнные поля, линейные и л- и т-образные дюны.
Некоторые
же пески не проявляют активности, и, возможно, находятся на какой-то
стадии цементации. То есть они вполне могут считаться марсианской
версией «барабанных песков» фантастической Дюны.
Несмотря
на пустынность Марса, он не завален доверху песком, наиболее
распространенный рельеф — каменистая равнина, с тонкими полосами пылевых
и песчаных кос шириной в несколько метров. Чаще всего масштабные дюнные
поля формируются на дне кратеров.
Единственное
место, где фантастический песчаный червь Шаи-Хулуд мог бы ощущать себя
вполне комфортно — это отложения пересохшего марсианского «Северного
Ледовитого океана». Тут черное дюнное море простирается на десятки и
сотни километров, окружая со всех сторон ледяную полярную шапку. Можно
лишь представить как оно выглядит с поверхности.
Песчаный
прибой останавливается только у отвесных склонов ледяной полярной
шапки. Это отложения водяного льда, которые практически не меняются со
временем года.
На
Земле тоже есть похожие дюнные просторы, только с рыжим песком, но чего
на нашей планете увидеть невозможно — это песчаное «море» полностью
закованное в ледяной панцирь. Углекислый газ вымораживается из
атмосферы, и закрывает на зиму все приполярные равнины.
Весной
начинается таяние, но в отличие от привычного для землян процесса,
сухой лед Марса переходит из твердой формы в газообразную снизу вверх.
Подо-льдом формируются области высокого газового давления, и в какой-то
момент возникают трещины, газ вырывается вверх, расплескивая вокруг
черное песчаное «шампанское». Удивительно, но подобные процессы схожи с
описанными Гербертом процессами формирования «специи» на Арракисе, где жизнедеятельность личинок песчаных червей приводила к газовым взрывам в пустыне.
С песчаными червями Марсу не повезло, но некоторые формы рельефа способны поразить впечатлительных фанатов космоса.
Чем не Шаи-Хулуд, пойманный в момент выныривания из недр планеты?
Детальные
снимки этой многокилометровой структуры показывают, что это всего лишь
дюнная коса на дне ледяного каньона северной полярной шапки.
Но глядя на него издалека сложно удержаться от сравнения с каким-нибудь панцирным червем или рептилией.
Возможности
изучения Марса из космоса обширны. Сейчас на орбите у планеты работают
восемь спутников США, Индии, Европы-России и Объединенных Арабских
Эмиратов. Они наблюдают планету в панхроматическом, видимом и
гиперспектральном диапазоне, создают тепловые карты поверхности, изучают
атмосферные профили и её состав.
Глазами
марсоходов наша Дюна становится ещё ближе. Несколько лет назад
марсианская научная лаборатория пересекала дюнное поле и уделила им свое
внимание.
Благодаря Curiosity мы можем увидеть сэлфи на фоне небольшого бархана.
Наступить в него «ногой».
Подержать в «горсти»
Взглянуть под «увеличительным стеклом».
И
даже попытаться поискать «специю» в песке, с помощью
рентгеноструктурного анализа и изотопного хроматографа. Внимание
спойлер: специй там нет. Органические вещества на Марсе встречаются, только не в песке, а в некоторых коренных породах.
К
сожалению, нигде в Солнечной системе не найдено какого-либо ресурса или
минерала, который делал бы экономически целесообразной внеземную
колонизацию и освоение космоса из фантастических романов нашего детства.
Наша Вселенная не всегда соответствует нашим ожиданиям, что, впрочем,
не умаляет её красоты. Наверно это и есть её главный ресурс.
- Почему телескоп James Webb так важен для науки
zelenyikot
- January 12th, 9:40
Космический телескоп имени Джеймса Вебба успешно стартовал 25 декабря 2021 года и сейчас движется к месту своей будущей работы на расстоянии 1,5 млн км от Земли. Все астрономы радуются успешному запуску и предвкушают выдающиеся результаты исследований, которые должны значительно расширить, а может быть и изменить наши знания о Вселенной. Почему же именно он так важен для науки, и каких результатов можно ожидать от этого космического телескопа?
James Webb Space Telescope (JWST) обладает несколькими преимуществами, с которыми не сравнятся другие существующие или планируемые в ближайшее время наземные или космические телескопы. Сам JWST стал настоящим долгостроем и не раз оказывался под угрозой закрытия. Проект стартовал в 1996 году, и к моменту запуска обошелся почти в $10 млрд. Такие сроки и стоимость определяются высочайшей сложностью аппарата, и требованиями к точность конструкции, качеству наблюдений и десятилетним сроком активной работы. Отличительной чертой телескопа выступает его главное раскладное зеркало, составленное из 18 шестиугольных сегментов. У телескопа раскладывается не только зеркало, но и тепловой щит, и вместе с оптическими элементами JWST становится настоящим космическим трансформером.
Новый телескоп чаще всего сравнивают с космическим телескопом Hubble, который уже более тридцати лет служит мировой науке. Диаметр главного зеркала Hubble 2,4 м, а у JWST 6,5 метра. На Земле есть телескопы большего размера, например Большой Канарский имеет диаметр 10,4 м, но из-за атмосферы он может сравниться только с Hubble, да и то не во всём.
Попробую перечислить преимущества JWST, которые и определяют его флагманское значение для всей мировой астрономии на ближайшее десятилетие.
Расположение
Размещение телескопа в космосе дает несколько преимуществ. Прежде всего так избавляются от искажающего влияния земной атмосферы. В то же время сейчас освоено несколько методов повышения качества наблюдений земных телескопов. Некоторые 8-метровые земные телескопы по ряду возможностей уже превышают тот же Hubble, но отсутствие атмосферы — не единственное преимущество космоса. Космические телескопы обладают возможностью длительного накопления света во время наблюдений. В фотографическом деле это называется выдержка, т.е. время открытого затвора, за которое проецируется свет на светочувствительный элемент. А возможности цифровой обработки снимков позволяют суммировать несколько кадров одного и того же места. Вместе это позволяет вести длительное накопление фотонов. Например рекордная съемка Hubble eXtreme Deep Field позволила создать снимок с суммарной выдержкой 2 миллиона секунд или 23 дня.
Такой обзор позволил взглянуть в ранние времена Вселенной до 13,2 млрд лет назад, т.е. самая древняя из заснятых галактик имеет возраст около 600 млн лет от Большого взрыва.
Телескоп Hubble располагается на низкой околоземной орбите, и это не самое удобное место для такого аппарата. Земля и Солнце мешают наблюдениям, и часть времени «съедает» нижний радиационный пояс. Зато такая орбита дала возможность проводить обслуживание телескопа, что значительно продлило время его работы.
Телескоп JWST располагается удобнее для наблюдений, но недоступно для шаттлов обслуживания — в точке Лагранжа L2 в системе Земля-Солнце. Это область космоса из которой и Земля и Солнце всегда находятся примерно в одной области неба. Это значит, что наблюдения выбранных целей не придется прерывать каждые 45 минут, как в случае с Hubble. JWST всегда будет сориентирован «спиной» к Солнцу, а значит всё остальное небо будет доступно для наблюдений. Годовое движение вокруг Солнца позволяет наблюдать любую точку Вселенной.
Такие условия делают эту точку популярной для космических телескопов и там уже находятся телескопы Gaia и «Спектр-РГ», до этого работали Herschel и Plank. Но не стоит опасаться, что телескопы будут там биться бортами друг о друга. На самом деле собственно в точке L2 ни один из этих аппаратов находится не будет, т.к. она неустойчивая, а летают они по широкой гало-орбите вокруг неё. При этом в поперечнике гало-орбита может достигать полутора миллионов километров, т.е. вероятность столкновения у таких телескопов намного меньше чем опасность встречи космического мусора на низкой околоземной орбите.
Размер
Диаметр JWST примерно в два с половиной раза больше Hubble, а это один из важных параметров, определяющих разрешающую способность телескопа, т.е. возможность различать наименьшие детали на снимках. Впрочем, разрешение телескопа также зависит от длины волны света, на которой ведется наблюдение, и здесь инфракрасный телескоп проигрывает, тому, который наблюдает в более коротковолновом видимом диапазоне. Длина волны света видимого нашими глазами диапазона в среднем составляет 0,5 мкм, а основные приборы JWST регистрируют от 0,6 до 5 мкм, а это значит, что разрешение снимков JWST будет начинаться с двойного превосходства над Hubble (благодаря большему диаметру главного зеркала), и уходить в пять раз меньшее разрешение (из-за большей длины волны света).
Зато большой диаметр телескопа означает ещё и большую площадь главного зеркала, собирающей свет. Здесь JWST в пять раз превосходит Hubble, что также повышает качество наблюдений.
Температура
Обеспечение теплового режима в космосе — сложная инженерная задача, которая зависит от условий работы космического аппарата. Например, теплоизоляция телескопа Hubble заботится прежде всего о сохранении стабильной температуры телескопа, независимо от его расположения на солнечной или теневой стороне околоземной орбиты. Однако, температура самого Hubble и его светочувствительных детекторов близка к комнатной. В отличие от него, у JWST рабочая температура на 223 градуса ниже нуля Цельсия. Это позволяет наблюдать гораздо большее число объектов космоса, которые излучают или отражают свет в инфракрасном диапазоне.
Пятислойный теплоизолирующий щит JWST погружает оптические системы телескопа в искусственную тень, в результате чего они охлаждаются до сверхнизких температур путем естественного излучения. В дополнение к ним, один из приборов телескопа имеет активную систему охлаждения, которая снижает температуру детектора ещё на 44 градуса до -267 Цельсия или 6 кельвинов. Всё это необходимо, чтобы видеть не только «дальше» и «глубже», но и «холоднее» или «темнее».
Диапазон наблюдаемого света
Астрономические наблюдения сейчас ведутся практически во всех диапазонах электромагнитного излучения, но есть две основные причины, которые сделали приоритетным именно инфракрасный для JWST. Это межзвездное поглощение и космологическое красное смещение. Первый эффект вызван пылью в межзвездном пространстве, а второй — расширением Вселенной после Большого взрыва.
Космос — довольно пыльное место, хотя нашими глазами этого не видно, но одна из причин, почему наше небо не сияет миллиардами звезд — именно межзвездная пыль. У астрономов есть даже термин «зона избегания» — это часть неба где облака межзвездной пыли в плоскости нашей галактики настолько плотные, что не позволяют вести наблюдения отдаленных объектов. Именно межзвездная пыль долгое время не позволяла подтвердить присутствие сверхмассивной черной дыры в центре нашей галактики и именно с помощью инфракрасного наблюдения это удалось подтвердить. Причина такого преимущества инфракрасного света проста — пыль поглощает свет на длине волны, которая короче размера пылинки. Размер межзвездных пылинок от 0,1 мкм до 100 мкм, а количество их растет пропорционально уменьшению их размера. То есть на длине волны видимого диапазона света около 0,5 мкм свет в межзвездном пространстве будет поглощаться намного эффективнее, чем в более длинноволновом инфракрасном диапазоне. Это хорошо видно при наблюдении наиболее запыленных участков космоса.
Можно, конечно, уйти в ещё более длинноволновой диапазон — субмиллиметровый и миллиметровый, тогда пыль станет ещё меньшим препятствием. Этим путем идут российские ученые, создающие телескоп «Миллиметрон», но тогда нарастает проблема снижения разрешающей способности телескопа, о чем говорилось выше. Таким образом, инфракрасный диапазон для JWST это компромисс между возможностью хоть немного заглянуть в межзвездные облака, и при этом сохранить высокую резкость снимков.
Космологическое красное смещение — ещё одна проблема обычных телескопов, которая не позволяет тому же Hubble увидеть самые древние галактики. Наша Вселенная разлетается в разные стороны, что приводит к «растягиванию» длины волны света от удаляющихся источников. Это значит чем древнее будет космологический объект, тем краснее он будет выглядеть. В какой-то момент его свет окончательно уйдет из видимого диапазона света в инфракрасную часть спектра, и даже могущественный Hubble его не увидит. То есть в задачи JWST входит наблюдение за процессом формирования самых древних галактик. Например сегодня ученые не понимают как сформировались сверхмассивные черные дыры в центрах галактик. Как появляются обычные черные дыры уже разобрались, а вот со сверхмассивными пока загадка. Вроде бы можно этого добиться путем слияния множества обычных черных дыр, но откуда их взять в необходимом количестве на раннем этапе жизни Вселенной пока непонятно.
Кроме собственно оптических особенностей James Webb Space Telescope обладает и довольно серьезным набором спектрометрических приборов, поэтому какие-то его открытия не всегда будут сопровождаться красивыми фотографиями. Тут могут быть найдены и органические вещества в водяных фонтанах Энцелада и Европы, и определен состав атмосфер относительно близких экзопланет. Возможно, именно благодаря JWST у какой-нибудь из соседних звезд будет найдена землеподобная планета, пригодная к переселению, на случай если Земля окажется под угрозой уничтожения какой-нибудь кометой из облака Оорта...zelenyikot
Луна и далее: программа NASA Artemis
„Artemis 2“: Drei Männer und eine Frau fliegen um den Mond (aachener-zeitung.de)
Die Nasa setzt wieder auf bemannte Mondmissionen - im kommenden Jahr sollen erstmals seit Jahrzehnten wieder Menschen den Erdtrabanten umrunden. Jetzt steht fest, wer zur Crew gehören wird.
Nasa schickt wieder Touristen in den Weltraum
Капсула НАСА «Орион» вышла на дальнюю орбиту вокруг Луны (astronews.ru)
Квазар
Позитив и Познание
80 kosmische Neutrinos geben erstmals Aufschluss über den bisher unsichtbaren Kern der Galaxie Messier 77. Das Zeitalter der Neutrinoastronomie ist damit eingeläutet
Ice-Cube ist der größte Teilchendetektor der Welt. Er sucht im Eis des Südpols, mehr als anderthalb Kilometer unter der Oberfläche, nach verräterischen Lichtblitzen, die auf Neutrinos aus fernen Galaxien hindeuten.
Квазар
Позитив и Познание
Yonhap: в Южной Корее открыли центр по разработке многоразовых космических беспилотников
06.12.2022
Мечта Константина Циолковского, высказанная 120 лет назад, начала воплощаться. Демонстрационный запуск ракетного двигателя на компонентах кислород-водород успешно состоялся в этом году 7 октября в городе Нижняя Салда Свердловской области. Утверждается, что к 2030 году российские космические корабли будут летать в космос и обратно, словно обычные рейсовые самолеты.
Квазар
Позитив и Познание
Так инопланетянам и не снился рельсовый ракетный транспорт. Причем учитывая отсутствие какого либо сопротивления в космосе, можно смело использовать технологию Монорельс и колесо Дуйнова.
Weltraum-Hammer! Neue Technik ermöglicht Reisen zum Mars in Rekordzeit (msn.com)
Mit einer neu entwickelten Technik könnte der Mars zeitnah in Rekord-Geschwindigkeit zu erreichen sein.
Квазар
Позитив и Познание
назад
список