Рубрика: Космос

Дослідники виявили, що Венера втрачає значно більше води, ніж вважалося раніше, через процес, який називається «дисоціативна рекомбінація», коли атоми водню вилітають у космос. Планетологи з Університету Колорадо в Боулдері виявили, як Венера, палаючий і непридатний для життя сусід Землі, стала такою сухою.

Нове дослідження заповнює велику прогалину в тому, що дослідники називають «історією води на Венері». Використовуючи комп’ютерне моделювання, команда виявила, що атоми водню в атмосфері планети летять у космос через процес, відомий як «дисоціативна рекомбінація», в результаті чого Венера щодня втрачає приблизно вдвічі більше води порівняно з попередніми оцінками. Результати можуть допомогти пояснити, що відбувається з водою на безлічі планет по всій галактиці.

«Вода дійсно важлива для життя», — сказала Ерін Кангі, науковий співробітник Лабораторії фізики атмосфери та космосу (LASP) і співавтор нової статті. «Нам потрібно зрозуміти умови, які підтримують рідку воду у Всесвіті, і це могло призвести до дуже сухого стану Венери сьогодні».

Венера, додала вона, позитивно пересохла. Якщо ви візьмете всю воду на Землі та розподілите її по планеті, як джем на тост, ви отримаєте рідкий шар глибиною приблизно 3 кілометри (1,9 милі). Якби ви зробили те ж саме на Венері, де вся вода захоплена в повітрі, у вас залишилося б лише 3 сантиметри (1,2 дюйма), яких ледь вистачить, щоб намочити пальці ніг.

«На Венері в 100 000 разів менше води, ніж на Землі, незважаючи на те, що в основному вона має такий же розмір і масу», — сказав Майкл Чеффін, співавтор дослідження та науковий співробітник LASP.

У поточному дослідженні дослідники використовували комп’ютерні моделі, щоб зрозуміти Венеру як гігантську хімічну лабораторію, збільшуючи масштаб різноманітних реакцій, які відбуваються в закрученій атмосфері планети. Група повідомляє, що молекула під назвою HCO+ (іон, що складається з одного атома водню, вуглецю та кисню) високо в атмосфері Венери може бути винуватцем витоку води з планети.

Для Кангі, одного з головних авторів дослідження, результати відкривають нові натяки на те, чому Венера, яка, ймовірно, колись виглядала майже ідентично Землі, сьогодні майже невпізнана.

«Ми намагаємося з’ясувати, які невеликі зміни відбулися на кожній планеті, щоб привести їх до цих дуже різних станів», — сказала Кангі, яка здобула ступінь доктора астрофізики та планетарних наук у CU Boulder у 2023 році.

Проливання води

Вона зазначила, що Венера не завжди була такою пустелею. Вчені підозрюють, що мільярди років тому під час формування Венери планета отримала приблизно стільки ж води, скільки Земля. У якийсь момент сталася катастрофа. Хмари вуглекислого газу в атмосфері Венери викликали найпотужніший парниковий ефект у Сонячній системі, зрештою піднявши температуру на поверхні до 900 градусів за Фаренгейтом. У процесі вся вода Венери випарувалася в пару, і більша частина відлетіла в космос.

Але це давнє випаровування не може пояснити, чому Венера така суха, як сьогодні, або як вона продовжує втрачати воду в космос.

«Як аналогію, скажімо, я вилив воду зі своєї пляшки. Ще залишиться кілька крапель», — сказав Чеффін.

На Венері, однак, майже всі краплі, що залишилися, також зникли. Винуватцем, згідно з новою роботою, є невловимий HCO+.

Місії на Венеру

Чаффін і Кангі пояснили, що у верхніх атмосферах планети вода змішується з вуглекислим газом, утворюючи цю молекулу. У попередніх дослідженнях дослідники повідомили, що HCO+ може бути відповідальним за втрату Марсом значної частини води.

Ось як це працює на Венері: HCO+ постійно виробляється в атмосфері, але окремі іони не виживають довго. Електрони в атмосфері знаходять ці іони та рекомбінують, щоб розділити іони надвоє. У процесі атоми водню вислизають і можуть навіть повністю вилетіти в космос, позбавляючи Венеру одного з двох компонентів води.

У новому дослідженні група підрахувала, що єдиним способом пояснити сухий стан Венери є наявність на планеті більших, ніж очікувалося, обсягів HCO+ в її атмосфері. Є один поворот у висновках команди. Вчені ніколи не спостерігали HCO+ навколо Венери. Чаффін і Кангі припускають, що це тому, що вони ніколи не мали інструментів, щоб належним чином виглядати.

Хоча за останні десятиліття десятки місій відвідали Марс, набагато менше космічних апаратів подорожувало до другої планети від Сонця. Ніхто не мав із собою приладів, здатних виявити HCO+, який живить нещодавно виявлений маршрут втечі команди.

«Один із несподіваних висновків цієї роботи полягає в тому, що HCO+ насправді має бути одним із найпоширеніших іонів в атмосфері Венери», — сказав Чеффін.

Проте в останні роки все більше вчених звернули увагу на Венеру. Наприклад, запланована місія NASA Deep Atmosphere Venus Investigation of Noble Gases, Chemistry, and Imaging (DAVINCI) скине зонд крізь атмосферу планети аж на поверхню. Його запуск планується до кінця десятиліття.

DAVINCI також не зможе виявити HCO+, але дослідники сподіваються, що майбутня місія може розкрити ще одну ключову частину історії про воду на Венері.

«Було не так багато місій на Венеру», — сказав Кангі. «Але нещодавно заплановані місії використовуватимуть десятиліття колективного досвіду та процвітаючий інтерес до Венери, щоб досліджувати крайні межі планетарних атмосфер, еволюцію та придатність для життя».

Астрономи, що працюють у Міжамериканській обсерваторії Серро-Тололо в Чилі, опублікували нове зображення кометної глобули CG4, відомої як «Боже рука». Вона знаходиться на відстані приблизно 1300 світлових років від Землі, у сузір’ї Корма у південній півкулі неба. Знімок отримали за допомогою камери темної енергії (DECam) телескопа імені Віктора Бланка.

«Рука Бога» має щільну головну частину, утворену з газу і пилу і за розмірами, що досягає 1,5 світлового року в діаметрі, а також витягнутим слабким хвостом довжиною приблизно вісім світлових років.  

Незважаючи на свою назву, кометні глобули не мають нічого спільного з кометами: вони лише формою нагадують комети. 

Вчені з Національного управління з аеронавтики та дослідження космічного простору США за допомогою суперкомп’ютера Discover представили, що відбувається під час занурення в крапку неповернення навколо чорної діри.

Опубліковані NASA відео починаються з того, що камера, розташована на відстані майже 640 мільйонів кілометрів від надмасивної чорної дірки, швидко наближається до космічного об’єкта, що заповнює поле зору. 

Надмасивна чорна діра, представлена ​​у візуалізаціях, знаходиться у центрі нашої галактики Чумацький Шлях. Горизонт подій модельованої чорної діри охоплює близько 25 мільйонів кілометрів, або приблизно 17% відстані від Землі до Сонця. 

Проживання інопланетних світів — це одне з фундаментальних питань, на яке поки що немає відповіді. Виявлено понад 5000 екзопланет, про які наука знає мало, що зникає. Наприклад, досі не було надійного доказу існування атмосфер у скелястих світів, схожих на Землю. Якщо екзопланети газові гіганти без сорому показували свою роздуту атмосферу, то зі скелястими світами все було дуже неоднозначно.

Можливості космічної обсерваторії ім. Джеймса Вебба відкрили доступ до збору даних з атмосфер екзопланет. Це досить вузький канал для отримання безцінної інформації, але він є і вчені активно користуються ним. Якщо екзопланета досить гаряча або проходить по лику своєї зірки, «Вебб» фіксує спектри випромінювання та поглинання в області спостережень і допомагає зробити висновок про наявність атмосферної оболонки та її приблизний склад.

У 2004 році на відстані 41 світловий рік від Землі в подвійній системі 55 Рака у сонцеподібної зірки 55 Рака A вчені виявили гарячу суперземлю 55 Cancri e (55 Рака e). Екзопланета була приблизно вдвічі більша за Землю і трохи щільніша за неї. З того часу 55 Рака e була під пильним наглядом безлічі наукових колективів, але виявити наявність атмосфери в екзопланети не вдавалося жодними способами.

Слід сказати, що планета 55 раку e занадто гаряча для виникнення там життя. Вона обертається біля своєї зірки приблизно чверть відстані від Сонця до Меркурія. Її поверхня, зважаючи на все — це вируючий океан магми. Для вчених це можливість зазирнути в минуле Землі, Венери чи Марса, коли планети з нашої системи теж були розпеченими кульками. Це можливість зрозуміти процеси утворення атмосфер на скелястих планетах та їх взаємодії із планетарною речовиною.

Спостереження за екзопланетою 55 Раку e дозволили виявити ознаки щільної та тонкої атмосферної оболонки. За словами дослідників, це найкращий доказ наявності атмосфер у скелястих екзопланет за всю історію спостережень подібних об’єктів. Дані отримані завдяки високій чутливості «Вебба» в ближньому та середньому інфрачервоному діапазоні.

Крихітні коливання світла в діапазоні від 4 до 12 мкм дозволили виявити поглинання спектральних ліній, що сигналізують про наявність в атмосфері 55 Раку e монооксиду та діоксиду вуглецю, які, очевидно, виділяються та підтримуються (що найбільш важливо у даному дослідженні) глобальним магматичним океаном. Інакше висловлюючись, скелястий світ самостійно створює і підтримує атмосферну оболонку. Первинну атмосферу давно обдерло б випромінювання близької зірки.

Також «Вебб» визначив, що денний бік екзопланети холодніший, ніж передбачає моделювання. Вимірювання показали, що температура поверхні на денному боці становить 1540 °C. Якби на планеті не було атмосфери, вона б розігрівалася до 2000 °C або близько того. До охолодження може призвести або переміщення лавових потоків, або атмосферних мас з денним на нічний бік (планета, судна з усього, знаходиться в приливному захопленні і весь час звернена до своєї зірки однією стороною). Лаву можна виключити – явно не та динаміка. Тим самим було отримано ще один непрямий доказ наявності атмосфери у 55 Раку e.

«Зрештою, ми хочемо зрозуміти, які умови дозволяють скелястій планеті підтримувати багату на газ атмосферу: ключовий компонент придатної для життя планети», — кажуть дослідники.

Місія NASA Mars Sample Return бореться зі зростаючими витратами та відкладеним графіком, що спонукає приватний сектор до пошуку більш ефективних методів для забезпечення її виконання. Важлива місія NASA з пошуку життя за межами Землі, Mars Sample Return, має проблеми. Його бюджет зріс з 5 мільярдів доларів США до понад 11 мільярдів доларів США, а дата повернення зразка може зрушитися з кінця цього десятиліття до 2040 року.

Ця місія стане першою, яка спробує повернути зразки гірських порід з Марса на Землю, щоб вчені могли проаналізувати їх на наявність ознак минулого життя.

Адміністратор NASA Білл Нельсон під час прес-конференції 15 квітня 2024 року заявив, що місія в її нинішньому вигляді є надто дорогою та надто повільною. NASA дало приватним компаніям місяць, щоб подати пропозиції щодо повернення зразків швидшим і доступнішим способом.

Як астроном, який вивчає космологію та написав книгу про перші місії на Марс, я спостерігав за розгортанням саги про повернення зразків. Марс є найближчим і найкращим місцем для пошуку життя за межами Землі, і якщо ця амбітна місія NASA не вийде, вчені втратять шанс дізнатися більше про червону планету.

Населеність Марса

Перші місії NASA, які досягли поверхні Марса в 1976 році, показали, що планета виглядає як холодна пустеля, непридатна для життя без густої атмосфери, яка б захищала життя від ультрафіолетового випромінювання Сонця. Але дослідження, проведені протягом останнього десятиліття, показують, що планета могла бути набагато теплішою та вологішою кілька мільярдів років тому.

Марсоходи Curiosity і Perseverance показали, що раннє середовище планети було придатним для життя мікробів. Вони знайшли хімічні будівельні блоки життя та ознаки поверхневих вод у далекому минулому. Curiosity, який приземлився на Марс у 2012 році, досі активний; його близнюк Perseverance, який приземлився на Марс у 2021 році, відіграватиме вирішальну роль у місії повернення зразків.

Навіщо астрономам потрібні зразки Марса

Вперше NASA шукало життя в камені Марса в 1996 році. Вчені стверджували, що вони виявили мікроскопічні скам’янілості бактерій у марсіанському метеориті ALH84001. Цей метеорит є шматочком Марса, який приземлився в Антарктиді 13 000 років тому і був знайдений у 1984 році. Вчені не дійшли згоди щодо того, чи дійсно метеорит коли-небудь містив біологію, і сьогодні більшість учених погоджуються, що немає достатньо доказів того, що порода містить скам’янілості.

За останні 40 років на Землі було знайдено кілька сотень марсіанських метеоритів. Це безкоштовні зразки, які впали на Землю, тому, хоча їх вивчення може здатися інтуїтивно зрозумілим, вчені не можуть сказати, звідки на Марсі взялися ці метеорити. Крім того, їх злетіло з поверхні планети в результаті ударів, і ці насильницькі події могли легко знищити або змінити ледве помітні докази життя в скелі.

Ніщо не замінить повернення зразків із регіону, який, як відомо, був гостинним до життя в минулому. У результаті агентство зіткнулося з ціною в 700 мільйонів доларів за унцію, що робить ці зразки найдорожчим матеріалом, який коли-небудь збирався.

Переконлива та складна місія

Повернення каменів Марса на Землю є найскладнішою місією, яку коли-небудь намагалося зробити NASA, і перший етап уже розпочато.

Perseverance зібрав понад два десятки зразків гірських порід і ґрунту, поклавши їх на дно кратера Єзеро, регіону, який, ймовірно, колись був затоплений водою і міг містити життя. Марсохід поміщає зразки в контейнери розміром з пробірки. Коли марсохід заповнить усі пробірки із зразками, він збере їх і доставить до місця, де приземлиться апарат НАСА для збору зразків. До складу Sample Retrieval Lander входить ракета для доставки зразків на орбіту навколо Марса.

Європейське космічне агентство розробило Earth Return Orbiter, який зустрінеться з ракетою на орбіті та захопить контейнер для зразків розміром з баскетбольний м’яч. Потім зразки будуть автоматично запечатані в систему біоутримання та перенесені в капсулу для входу в Землю, яка є частиною орбітального апарату Earth Return Orbiter. Після довгої подорожі додому вхідна капсула спуститься на парашуті на поверхню Землі.

Складна хореографія цієї місії, яка включає марсохід, посадковий модуль, ракету, орбітальний апарат і координацію двох космічних агентств, є безпрецедентною. Це винний у зростанні бюджету та тривалому графіку.

Зразок повернення розбиває банк

Mars Sample Return пробила діру в бюджеті NASA, що загрожує іншим місіям, які потребують фінансування. Центр NASA, що стоїть за місією, Лабораторія реактивного руху, щойно звільнив понад 500 співробітників. Цілком ймовірно, що бюджет Mars Sample Return частково спричинив звільнення, але вони також звелися до того, що Лабораторія реактивного руху переповнила планетні місії та постраждала від скорочення бюджету.

Протягом останнього року доповідь незалежної перевірочної комісії та доповідь Управління генерального інспектора НАСА викликали глибоке занепокоєння щодо життєздатності місії з повернення зразків. Ці звіти описували структуру місії як надто складну та відзначали такі проблеми, як інфляція, проблеми з ланцюгом поставок та нереалістичні витрати та оцінки графіка.

NASA також відчуває жах від Конгресу. На 2024 фінансовий рік Комітет Сенату з асигнувань скоротив бюджет NASA на науку про планети більш ніж на півмільярда доларів. Якщо НАСА не зможе втриматися від витрат, місію можуть навіть скасувати.

Нестандартне мислення

Зіштовхнувшись із цими проблемами, NASA закликало приватну промисловість до інноваційних проектів з метою зменшення вартості та складності місії. Пропозиції потрібно надіслати до 17 травня, що є надзвичайно стислим терміном для такого складного проєктування. І приватним компаніям буде важко вдосконалити план, який експерти Лабораторії реактивного руху розробляли протягом десяти років.

Важливим потенційним гравцем у цій ситуації є комерційна космічна компанія SpaceX. NASA вже співпрацює зі SpaceX щодо повернення Америки на Місяць. Для місії Artemis III SpaceX спробує висадити людей на Місяць вперше за понад 50 років. Однак масивна ракета Starship, яку SpaceX використовуватиме для Artemis, пройшла лише три випробувальні польоти та потребує значної додаткової розробки, перш ніж NASA довірить їй людський вантаж.

В принципі, ракета Starship могла б повернути великий корисний вантаж марсіанського каміння за одну дворічну місію та з набагато меншими витратами. Але Starship пов’язаний із великим ризиком і невизначеністю. Неясно, чи зможе ця ракета повернути зразки, які Perseverance вже зібрав.

Starship використовує стартовий майданчик, і його потрібно було б дозаправити для повернення. Але в кратері Джезеро немає ні стартового майданчика, ні заправної станції. Starship призначений для перевезення людей, але якщо астронавти відправляться на Марс, щоб зібрати зразки, SpaceX знадобиться ракета Starship, яка навіть більша, ніж та, яку вона випробувала досі.

Відправка астронавтів також пов’язана з додатковим ризиком і витратами, а стратегія використання людей може виявитися складнішою, ніж поточний план NASA. З огляду на всі ці труднощі та обмеження, NASA вирішило перевірити, чи зможе приватний сектор запропонувати виграшне рішення. Відповідь ми дізнаємось наступного місяця. Написав Кріс Імпі, почесний професор астрономії Університету Арізони.

Космічний апарат NASA TESS двічі переходив у безпечний режим на початку квітня. Причина першого збою залишається поки загадкою, друга неполадка, ймовірно, пов’язана з тим, що невдовзі після виходу з безпечного режиму після першого збою система орієнтації TESS не змогла успішно відновити роботу.

Апарат NASA TESS шукає планети за межами Сонячної системи, аналізуючи зміни яскравості зірок під час проходження перед ними планет.

3 травня TESS вийшов із безпечного режиму, який був активований 23 квітня. Причиною переходу в цей режим (припинення роботи) став наростаючий імпульс у маховиках, які відповідають за орієнтацію апарату. Це сталося лише через 5 днів після шостої річниці запуску апарату 18 квітня 2018 року.

Це вже друге відключення TESS за останній місяць. 8 квітня відбулося відключення систем, після чого 17 квітня роботу було відновлено. Проте вже 23 квітня був повторний перехід у безпечний режим. Як повідомляється на сайті NASA, його причиною стала невдала спроба відновлення тиску в системі, яка відповідає за передачу імпульсу від маховиків після першого інциденту.

Команда TESS із Массачусетського технологічного інституту скинула тиск у цій системі, що дозволило повністю відновити роботу апарату. Проте першопричина переходу в безпечний режим, що стався 8 квітня, досі залишається нез’ясованою та розслідується фахівцями.

Незважаючи на останні технічні проблеми, TESS продовжує активно працювати. Основну місію супутника було виконано у липні 2020 року, а першу розширену місію завершено у вересні 2022-го, зараз TESS працює в рамках другого продовження місії. Одним з останніх досягнень стало виявлення першої «планети-ізгоя» — екзопланети, що блукає в міжзоряному просторі поза орбітою будь-якої зірки.

Нещодавно NASA закликало наукову спільноту висунути пріоритетні завдання для TESS на майбутні третій та четвертий розширені періоди місії, оскільки незважаючи на поточні неполадки, апарат продовжує активну роботу з пошуку та дослідження нових екзопланет. Його можливості далеко не вичерпані, і ще чимало дивовижних відкриттів, які розширять наші знання про світи за межами Сонячної системи.