У 2021 році астрономи запропонували новий клас екзопланет, які містять збагачену воднем атмосферу та підтримують величезні океани рідкої води, що робить ці гіпотетичні світи потенційними кандидатами в пошуках інопланетного життя. Однак нове дослідження показує, що ці планети типу «Хікеан» постраждали б від катастрофічного парникового ефекту, що обмежує їхній потенціал для проживання.

Гікейські світи отримали свою назву від поєднання «водень» і «океан», тому що ці світи, які були б більші за Землю, але менші за будь-яку з гігантських планет нашої Сонячної системи, вкриті товстими щільними шарами водню. атмосферу і може підтримувати величезні океани рідкої води.

Хоча існування гікейських світів не було підтверджено, масштабне дослідження екзопланет, проведене місією NASA Kepler, виявило кілька світів-кандидатів, які, виходячи з оцінок їх розміру та щільності, можуть бути гікейськими планетами.

Астрономи дуже цікавляться гікейськими світами. Там, де є рідка вода, є потенційний дім для життя, яким ми його знаємо. І завдяки їхній густій ​​атмосфері ці планети потенційно можуть існувати в набагато ширшому діапазоні орбіт навколо своїх батьківських зірок без шкоди для своєї придатності для проживання, тож є ймовірність того, що життя є більш поширеним у Гікейських світах, ніж у нашому.

Але поточні дослідження придатності для життя Гікейських світів не дуже детальні, і вони спираються на відносно спрощені моделі динаміки атмосфери, щоб зрозуміти, як ці планети можуть працювати. Щоб виправити це, команда дослідників розробила більш складний підхід для вивчення того, як точніша обробка Гікейських атмосфер і океанів змінить наше розуміння їхньої поведінки навколо різних типів зірок. 

«Надкритичні» океани

Дослідники виявили, що наявність густої атмосфери, в якій переважає водень, радикально змінює поведінку цих планет порівняно зі світом, подібним до Землі. Наша планета також має густу атмосферу, але ця атмосфера складається з більш важких елементів, таких як азот і кисень. Здатність цих елементів блокувати або пропускати певні довжини хвилі світла впливає на те, наскільки теплою є поверхня для певної кількості сонячного випромінювання, що надходить.

Але водень діє інакше: він блокує та пропускає різні довжини хвилі світла, що, своєю чергою, змінює реакцію поверхні на сонячне світло. Наприклад, дослідники виявили, що якщо планету з атмосферним тиском у 10-20 разів перевищує земний (що є типовим для гікейських світів) помістити на ту саму орбіту, що й Земля, її океани стануть «надкритичними». Це означає, що температура планети підніметься вище точки кипіння, що призведе до випаровування океанів і повного зникнення. 

Дослідники також виявили, що суміш водяної пари та водню в атмосферах Гікейських планет змінює їх придатність для життя. Гікейські світи не можуть отримувати майже стільки сонячного світла, скільки ми вважали раніше, до того, як їхні океани стануть занадто гарячими, щоб підтримувати їх у вигляді рідини. 

У попередніх моделях внутрішня межа житлової зони, регіону, де температура поверхні планети є достатньою для підтримки рідкої води, розташовувалася прямо навколо однієї астрономічної одиниці (А.О.), відстані, на якій Земля обертається навколо Сонця. Але нові розрахунки збільшують внутрішній край до 1,6 астрономічних одиниць для світів із подібним тиском повітря, як на Землі. Для Гікейських світів з атмосферним тиском у 10 разів внутрішня межа населеної зони тепер вважається 3,85 а.о.

Кільця Сатурна зникають, і ми не знаємо, скільки ще вони проіснуватимуть. З 1980-х років астрономам відомо, що крижані внутрішні кільця Сатурна постійно розмиваються на його верхній атмосфері. Злива йде з такою швидкістю, що на газовий гігант щодня виливається дощ з басейну олімпійських розмірів. Однак питання про те, наскільки швидко скорочується культова система кілець — що визначає, коли вона зникне — залишається відкритим.

На щастя, потужний космічний телескоп НАСА Джеймса Вебба (JWST або Webb), чиї потужні інструменти досі спостерігали за далекими галактиками з раннього Всесвіту, незабаром досліджуватиме це інтригуюче явище, знайдене набагато ближче до дому.

«Ми все ще намагаємось з’ясувати, як саме швидко вони руйнуються», — сказав Джеймс О’Донох’ю, планетолог з Японського агентства аерокосмічних досліджень, який очолить нову спробу визначити, як довго триватимуть кільця Сатурна. заява опубліковано в понеділок (17 квітня). «На цю мить дослідження показують, що кільця залишаться частиною Сатурна ще кілька сотень мільйонів років».

Щоб краще оцінити тривалість існування знакових кілець Сатурна, JWST і обсерваторія Кека на Гаваях будуть частиною довгострокової кампанії спостережень для вивчення планети. Телескопи допоможуть спостерігати за тим, як явище «кільцевого дощу» коливається протягом одного повного сезону на газовому гіганті, який триває близько семи земних років завдяки його орбіті, розташованій далеко від Сонця.

Астрономи очікують від кампанії цікавих даних, оскільки попередні дослідження показали, що величезна кількість матеріалу кільця постійно падає на Сатурн. Наприклад, дані, надіслані додому з космічного корабля НАСА «Кассіні», який 22 рази проходив крізь щілину між Сатурном і його кільцями під час свого занурення на планету у 2017 році, показали, що десь від 880 фунтів (400 кг) до 6000 фунтів (2800). кг) крижаного дощу щосекунди стікає на планету і нагріває її верхні шари атмосфери.

З такою швидкістю кільця можуть зникнути приблизно через 300 мільйонів років. Хоча це може здатися ще довгим часом, потоп веде систему символічних кілець до «відносно швидкої смерті» в космічних масштабах часу. Але швидкість, з якою матеріал кільця випадає на планету дощем, досі залишається невизначеною; астрономи кажуть, що кільця можуть зникнути за 100 мільйонів років або протриматися 1,1 мільярда років.

«Зараз ми маємо лише одну дуже широку оцінку», — сказав О’Донохью Space.com у середу (26 квітня). «Ми хочемо зробити більше спостережень, які звузять цей діапазон припливу».

Згідно з поточними дослідженнями, космічні камені та сонячне випромінювання трохи заважають кільцевим частинкам і надають їм електричний заряд, який зв’язується з лініями магнітного поля газового гіганта. Тоді сила тяжіння Сатурна притягує крижані частинки, які, керуючись магнітними полями, потрапляють у верхні шари атмосфери планети, але не завжди з однаковою швидкістю.

NASA випустило нову анімацію, щоб дати вам справжнє уявлення про простір, у якому панує надмасивна чорна діра. Це бегемоти Всесвіту; колоси, що знаходяться в центрах галактик; гравітаційні серця, навколо яких кружляють зірки в орбітальному танці, що вимірюється еонами. Вони починаються приблизно в 100 000 разів більші за масу Сонця, на нижньому кінці шкали, і можуть досягати максимум десятків мільярдів сонячних мас.

Ці абстрактні цифри — це добре, але важко уявити, наскільки ці речі насправді величезні. І це одна з найбільших загадок Всесвіту: хоча у нас є деякі ідеї, ми просто не знаємо, як вони виникли.

«Прямі вимірювання, багато з яких зроблено за допомогою космічного телескопа Хаббла, підтверджують наявність понад 100 надмасивних чорних дір », — каже астрофізик-теоретик Джеремі Шнітман з Центру космічних польотів імені Годдарда NASA. «Як вони стають такими великими? Коли галактики стикаються, їхні центральні чорні діри зрештою також можуть злитися».

Насправді самі чорні діри можуть бути зовсім не дуже великими. Чорні діри – найщільніші об’єкти, які ми знаємо у Всесвіті. Вони настільки компактні, що ми можемо лише математично описати їх як сингулярність – одновимірну точку нескінченної щільності. Їхня щільність настільки надзвичайна, що простір-час гравітаційно деформується в те, що є фактично закритою сферою навколо них. У цій сфері навіть світло не має достатньої швидкості, щоб вирватися.

Це те, що ми маємо на увазі, коли говоримо про розміри чорної діри, її межі, відомі як горизонт подій. Чим масивніша чорна діра, тим більший радіус сфери, визначений горизонтом подій, відомий як радіус Шварцшильда. Наприклад, якби Сонце було чорною дірою, його радіус Шварцшильда становив би лише 2,95 кілометра (1,8 милі).

Наскільки нам відомо, найменші чорні діри мають масу приблизно в п’ять разів більшу за масу Сонця, тобто об’єкти, які утворилися з колапсу ядра масивної зірки наприкінці її життя. Це чорні діри зоряної маси.

Зоряна маса чорної діри має верхню межу приблизно в 65 разів більшу за масу Сонця, тому що надзвичайно великі зірки-попередники, які створили б ці більші об’єкти, закінчують своє життя спалахом парної нестабільної наднової, яка повністю знищує ядро, не залишаючи нічого для колапсу.

Однак ми бачили чорні діри зіркової маси, масивніші за 65 сонячних мас. Вони можуть утворюватися, коли чорні діри стикаються та зливаються, у результаті чого утворюється об’єкт зі спільною масою. Але шлях від них до надмасивних і надмасивних чорних дір — це великий порожній простір. Цілком буквально. Існує дивна нестача виявлених чорних дір у діапазоні мас між чорними дірами зіркової маси та надмасивними.

Але надмасивні чорні діри також мають величезний діапазон. Нова анімація NASA є досить приголомшливим поглядом на цей діапазон, починаючи з чорної діри в карликовій галактиці під назвою J1601+3113, яка містить чорну діру приблизно в 100 000 мас Сонця. Це дасть йому радіус Шварцшильда трохи менше половини розміру Сонця. Тінь від чорної діри поширюється на простір навколо горизонту подій, утворюючи темнішу область приблизно вдвічі більше, що означає, що на відео ця тінь виглядає приблизно такого ж розміру, як Сонце.

Ми також бачимо надмасивну чорну діру в центрі нашої власної галактики, Стрілець A* , із тактовою частотою близько 4,3 мільйона сонячних мас. Є також M87*, перша в історії чорна діра, яка має набагато більшу масу – 5,37 мільярда Сонць.

Є також дві чорні діри, які висять у центрі однієї галактики, NGC 7727. Колись NGC 7727 була двома галактиками. Зійшовши разом, дві чорні діри в галактичних ядрах — з тактовою частотою 154 мільйони і 6,3 мільйони сонячних мас відповідно — затонули в центр щойно об’єднаної галактики, де одного дня вони також зіллються.

Ці чорні діри є великою підказкою, яка, на думку астрономів, говорить нам про один із шляхів росту надмасивних чорних дір, а їхнє злиття має породжувати гравітаційні хвилі. Однак частота цих злиттів надто низька, щоб наші поточні інструменти могли виявити.

Однією з найбільших відомих нам чорних дір у Всесвіті є звір, відомий як TON-618. У 2004 році вчені виміряли його масу до колосальних 66 мільярдів сонячних мас. Одна теоретична верхня межа маси для чорних дір становить близько 50 мільярдів сонячних мас, але Всесвіт досить добре кидає виклик теоретичним прогнозам.

При такій масі чорна діра мала б радіус Шварцшильда понад 1300 астрономічних одиниць. Для контексту, орбіта Плутона розташована на відстані близько 40 астрономічних одиниць від Сонця. Ця штука поглине Сонячну систему сотні разів. На щастя, це дуже далеко; Вік його світла оцінюється в 10,8 мільярдів років, тому він не буде ховатися, щоб поглинути наш куточок космосу.

Мобільні телефони настільки всюдисущі, що ми зазвичай не замислюємося про те, як вони працюють. Вони просто роблять, нам дуже вигідно, а іноді й дратує. Але ключем до їх функції є величезна кількість радіопередавальних веж. Ці вежі стільникового зв’язку охоплюють великий відсоток земної поверхні, особливо в густонаселених районах, і вони постійно передають мікрохвильові сигнали.

З огляду на всі ці вежі стільникового зв’язку, які випромінюють всі ці радіосигнали, цікаве питання, яке можна поставити, чи може ці сигнали виявити інопланетна цивілізація. Відповідь на це запитання нещодавно була опублікована в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, і її варто прочитати. Стаття починається з того, як змінилися радіосигнали, що надходять у космос. У 20-му столітті більшість радіопередач становили комерційні радіо- та телевізійні станції.

Зараз ці передачі менші за мобільний зв’язок. Військові радіолокаційні передачі все ще є найпотужнішим джерелом радіовитоку Землі, але вежі стільникового зв’язку тепер займають друге місце.

Кожна вишка стільникового зв’язку випромінює радіосигнал потужністю 100-200 Вт. Враховуючи кількість веж і обсяг витоку радіозв’язку, це становить кілька гігават, викинутих у космос. Якщо ми припустимо, що інопланетна цивілізація має складну радіоастрономію, подібну до нашого телескопа Event Horizon Telescope, тоді наші передачі повинні бути помітні в межах дюжини світлових років або близько того.

Але це залежить від того, де знаходяться прибульці в нашому небі. Вишки стільникового зв’язку випромінюють більшу частину своєї потужності радіозв’язку паралельно поверхні Землі, тому сигнал вежі найсильніший, коли він піднімається або заходить, якщо дивитися з чужої зірки. А оскільки більшість веж знаходяться в північній півкулі, інопланетна зірка в північній півкулі отримає сильніший сигнал, ніж та, що знаходиться в південній півкулі.

Ще одна складність полягає в тому, що всі сигнали вежі різні, і вони накладаються таким чином, що інопланетна цивілізація не зможе розрізнити якісь конкретні повідомлення. Вам не потрібно турбуватися про те, що інопланетяни прослуховують ваші особисті телефонні розмови.

Але вони все одно можуть використовувати сигнали, щоб дізнатися деякі цікаві речі про Землю. Оскільки розподіл веж приблизно відповідає розподілу нашого населення, інопланетяни могли отримати вимірювання обертання Землі та нахилу осі.

Вони також мали б вимірювання розподілу суші на Землі, і з часом могли б вивчити, як змінюється розподіл нашого населення. Як приклад, команда змоделювала сигнали трьох сусідніх зірок. Альфа Центавра знаходиться в південній півкулі, але всього за 4 світлові роки від нас, тому вона повинна отримати від нас вимірний сигнал.

Зірка Барнарда (на відстані 6 світлових років) і HD 95735 (на відстані 8 світлових років) знаходяться в північній півкулі, і вони також отримають хороші радіодані з Землі. Відомо, що в усіх цих трьох зоряних системах є планети, хоча жодна з них не має потенційно придатного для життя світу.

У міру переходу людства на більш сучасні мобільні технології, такі як 5G, сигнали веж стануть ще сильнішими, а це означає, що навіть більше найближчих зірок матимуть сигнал із Землі, який можна виявити. Це може бути лише питанням часу, коли наші телефонні сигнали досягнуть і торкнуться інопланетних розумів.