Інженери, які працюють над зондом NASA «Вояджер-1», успішно пом’якшили проблему з двигунами космічного корабля, які утримують далекий дослідник спрямованим на Землю, щоб він міг отримувати команди, надсилати інженерні дані та надавати унікальні наукові дані, які він збирає.

Через 47 років паливна трубка всередині двигунів засмітилася діоксидом кремнію, побічним продуктом, який з віком з’являється з гумової діафрагми в паливному баку космічного корабля. Засмічення зменшує ефективність двигунів, здатних створювати силу. Після тижнів ретельного планування команда перевела космічний корабель на інший набір двигунів.

Двигуни живляться рідким гідразином, який перетворюється на газ і виділяється затяжками тривалістю в десятки мілісекунд, щоб м’яко нахилити антену космічного корабля до Землі. Якби забитий двигун був справним, йому потрібно було б проводити близько 40 таких коротких імпульсів на день.

Обидва зонди «Вояджер» оснащені трьома комплектами, або гілками, двигунів: два комплекти двигунів орієнтації та один комплект двигунів маневру корекції траєкторії. Під час обльотів планети місії обидва типи двигунів використовувалися для різних цілей. Але оскільки «Вояджер-1» рухається незмінним шляхом за межі Сонячної системи, його потреби в двигуні простіші, і будь-яка гілка двигуна може бути використана для направлення космічного корабля на Землю.

У 2002 році команда інженерів місії, що базується в Лабораторії реактивного руху НАСА в Південній Каліфорнії, помітила засмічення деяких паливних труб у гілці рушійної установки, яка використовувалася для наведення, тому команда переключилася на другу гілку. Коли у 2018 році на цій гілці з’явилися ознаки засмічення, команда перейшла на двигуни маневру корекції траєкторії і відтоді використовує цю гілку.

Тепер ці труби двигуна корекції траєкторії навіть більше засмічені, ніж оригінальні гілки, коли команда замінила їх у 2018 році.

Засмічені трубки розташовані всередині двигунів і направляють паливо до шарів каталізатора, де воно перетворюється на гази. (Вони відрізняються від паливних трубок, які надсилають гідразин до двигунів.) Там, де отвір трубки спочатку був лише 0,01 дюйма (0,25 міліметра) у діаметрі, засмічення зменшило його до 0,0015 дюйма (0,035 мм), або приблизно вдвічі ширини. людського волосся. У результаті команді довелося повернутися до однієї з гілок рушійної установки.

Розігрів двигунів

Перемикання на інші рушії було б відносно простою операцією для місії в 1980 або навіть 2002 році. Але вік космічного корабля поставив нові проблеми, пов’язані в першу чергу з енергопостачанням і температурою. Місія вимкнула всі несуттєві бортові системи, включаючи деякі обігрівачі, на обох космічних кораблях, щоб зберегти їхнє електропостачання, яке поступово скорочується, яке генерується розпадом плутонію.

Хоча ці кроки спрацювали на зниження потужності, вони також призвели до охолодження космічного корабля, що посилюється втратою інших несуттєвих систем, які виробляють тепло. Як наслідок, гілки рушійної установки орієнтації охолоджуються, і ввімкнення їх у такому стані може пошкодити їх, зробивши рушії непридатними для використання.

Команда визначила, що найкращим варіантом було б нагріти двигуни перед перемиканням, увімкнувши те, що вважалося несуттєвим обігрівачем. Однак, як і з багатьма проблемами, з якими зіткнулася команда «Вояджера», це стало головоломкою: джерело живлення космічного корабля настільки низьке, що ввімкнення необов’язкових обігрівачів вимагатиме від місії вимкнути щось інше, щоб забезпечити обігрівачі достатньою електроенергією, і все який зараз працює, вважається важливим.

Вивчаючи проблему, вони виключили вимикання одного з наукових приладів, які все ще працюють, на обмежений час, оскільки існує ризик, що прилад не відновиться. Після додаткових досліджень і планування команда інженерів визначила, що вони можуть безпечно вимкнути один із головних нагрівачів космічного корабля на годину, звільнивши достатньо енергії для ввімкнення нагрівачів двигуна.

Це спрацювало. 27 серпня вони підтвердили, що необхідна гілка двигуна повернулася в дію, допомагаючи направити «Вояджер-1» на Землю.

«Усі рішення, які нам доведеться приймати в майбутньому, вимагатимуть набагато більше аналізу та обережності, ніж колись», — сказала Сюзанна Додд, керівник проекту «Вояджер» у Лабораторії реактивного руху, яка керує «Вояджером» для NASA.

Космічні кораблі досліджують міжзоряний простір, область поза бульбашкою частинок і магнітних полів, створених сонцем, куди жоден інший космічний корабель, швидше за все, не побуває протягом тривалого часу. Наукова група місії працює над тим, щоб «Вояджери» працювали якомога довше, щоб вони могли продовжувати розкривати, що таке міжзоряне середовище.

Зіткнення галактик є фундаментальними подіями у Всесвіті. Вони відбуваються, коли дві системи змішують зірки в космічному танці. Вони також викликають вражаючі злиття надмасивних чорних дір. Результатом є одна дуже змінена галактика та унікальна надмасивна чорна діра. Ці колосальні події є головною силою в еволюції галактик. Це те, як менші галактики поєднуються, щоб утворити все більші. Такі злиття відбуваються з найдавніших епох космічного часу.

Злиття Galaxy тривають і сьогодні. Наш Чумацький Шлях продовжує поглинати менші, і через кілька мільярдів років він зіткнеться з Галактикою Андромеди. Коли це станеться, надмасивні чорні діри обох галактик також можуть злитися.

Ми не бачимо весь процес від початку до кінця, оскільки для його завершення потрібні мільйони років. Проте це не заважає астрономам шукати – і знаходити – докази зіткнень галактик і надмасивних чорних дір.

Останнє відкриття використано за допомогою космічного телескопа Хаббл (HST), щоб помітити три яскраві видимі світлові «гарячі точки» глибоко всередині пари галактик, що стикаються. Ці цілі лежать відносно близько до нас – лише на відстані приблизно 800 мільйонів світлових років від нас.

Астрономи продовжили спостереження Чандри та радіодані з дуже великого масиву Карла Г. Янського.

Як правило, галактики з яскравими ядрами, які називаються активними галактичними ядрами (скорочено AGN), існують дуже далеко. Їх часто можна побачити раніше в космічному часі. Можливість вивчити галактику та пару надмасивних чорних дір під час зіткнення в «сучасному» сусідньому Всесвіті — це вдалий час для вивчення механіки такої події.

Виявлення початкових зіткнень надмасивних чорних дір

Відкриття майбутнього космічного зіткнення сталося, коли Advanced Camera for Surveys від HST виявила три оптичні дифракційні шипи в серці галактики, що стикається, під назвою MCG-03-34-64. Дві з цих гарячих точок здаються дуже близькими одна до одної – лише приблизно 300 світлових років одна від одної. Вони відстежують наявність кисню в ядрі. Він іонізується чимось дуже енергетичним, і гарячі точки здивували астрономів. (Третя гаряча точка не зовсім зрозуміла.)

«Ми не очікували побачити щось подібне», — сказала Анна Тріндаді Фалькао з Центру астрофізики | Гарвард і Смітсонівський інститут у Кембриджі, Массачусетс. «Це зображення не є звичайним явищем у сусідньому Всесвіті, і воно говорить нам, що всередині галактики відбувається щось інше».

Фалькао та її колеги хотіли знати, що стало причиною цих яскравих плям. Тож вони використали рентгенівську обсерваторію Chandra, щоб зосередитися на події.

«Коли ми подивилися на MCG-03-34-64 в рентгенівському діапазоні, ми побачили два розділених, потужних джерела високоенергетичного випромінювання, що збігалися з яскравими оптичними точками світла, які спостерігав Хаббл. Ми зібрали ці частини разом і дійшли висновку що ми, ймовірно, дивилися на дві близько розташовані надмасивні чорні діри», — сказав Фалькао.

Команда також знайшла спостереження цих об’єктів в архівних даних радіотелескопа. Ці потужні радіовипромінювання довели, що пара чорних дір існує і наближається одна до одної.

«Коли ви бачите яскраве світло в оптичних, рентгенівських і радіохвилях, багато речей можна виключити, залишаючи висновок, що це можна пояснити лише близькими чорними дірами», — зазначив Фалькао. «Коли ви збираєте всі частини разом, ви отримуєте картину дуету AGN».

Майбутня колізія

Ці центральні надмасивні чорні діри зіткнуться, можливо, через сто мільйонів років. Кожен з них знаходиться в центрі однієї галактики. Коли ці галактики все ближче наближаються, чорні діри в їхніх серцях почнуть взаємодіяти. Згодом вони зіллються в потужну подію, випромінюючи гравітаційні хвилі як частину процесу.

Астрономи припускають (за допомогою моделювання та спостережень), що злиття галактик із надмасивними чорними дірами викликає велику активність. Під час зіткнень міжзоряний газ тече до галактичних центрів.

Він також стискається в інших регіонах, і обидві дії викликають спалахи зореутворення. Деяка кількість газу також накопичується на цих центральних надмасивних чорних дірах, викликаючи збільшення викидів, оскільки матеріал обертається по спіралі через акреційний диск.

Ці злиття відбуваються постійно у Всесвіті. Моделі еволюції галактик у поєднанні з даними спостережень свідчать про те, що багато AGN у серцях галактик зазнають злиття. Зіткнення надмасивних пар чорних дір у цих AGN також свідчить про те, що ці чорні діри ростуть через злиття.

Зіткнення надмасивних чорних дір і майбутні виявлення

Розуміння злиття близьких AGN, таких як ті, що спостерігаються в MCG MCG-03-34-64, пропонує унікальне вікно в останні стадії того, що астрономи називають бінарним злиттям SMBH. Такі події є і залишатимуться основним способом вимірювання ефекту цих злиттів. Вони запропонують широке поле для дослідження з використанням обсерваторій, чутливих до світла в усьому спектрі, а також майбутніх детекторів гравітаційних хвиль.

Ці виявлення вимагатимуть вдосконалених версій Гравітаційно-хвильової обсерваторії лазерного інтерферометра (LIGO), яка зробила свої перші виявлення лише кілька років тому. Гравітаційні хвилі, викликані злиттям надмасивних чорних дір, стануть ціллю майбутніх інструментів, таких як LISA (скорочення від Laser Interferometer Space Antenna).

Він розгорне три космічні детектори на відстані мільйони миль один від одного, щоб уловлювати довгохвильові гравітаційні хвилі, що випромінюються під час зіткнення гігантів чорної діри, таких як ті, що в MCG-03-34-64. Оскільки ці злиття відбуваються по всьому Всесвіту, це буде багате поле дослідження, яке значною мірою сприятиме нашому розумінню злиття галактик як частини космічної еволюції.

Європейське космічне агентство (European Space Agency, ESA) повідомило, що під час обльоту Землі 20 серпня апарат Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) виявив в атмосфері Землі компоненти, необхідні для зародження життя. Іншими словами, зонд JUICE підтвердив, що Земля цілком може виявитися заселеною.

Звичайно, для того, щоб підтвердити наявність життя на Землі, зовсім не обов’язково використовувати складні наукові прилади. Але насправді ці тести були необхідні для налаштування обладнання JUICE перед його відправкою до супутників Юпітера. Зонд призначений для дослідження його трьох великих «місяців» — Ганімеда, Каллісто та Європи.

Прилади, розміщені на JUICE – спектрометр MAJIS (Moons And Jupiter Imaging Spectrometer) та SWI (Submillimetre Wave Instrument) – зібрали дані під час обльоту Землі. Вони отримали сигнали від молекул в атмосфері, включаючи воду, вуглець, водень, азот, кисень, фосфор та сірка. Останні — це звані елементи CHNOPS, які вважаються найпоширенішими компонентами живих організмів.

Ми, мабуть, не здивовані цими результатами… було б надзвичайно тривожно дізнатися, що Земля непридатна для життя! Але вони показують, що MAJIS і SWI дуже успішно працюватимуть на Юпітері і допоможуть дізнатися, чи можуть «крижані місяці» бути потенційним місцем проживання життя — в минулому чи теперішньому. Науковий співробітник проекту Juice ESA Олів’є Вітас (Olivier Witasse)

«Заселеність» вчені визначають, як наявність умов, необхідні виникнення та існування життя. Фахівці вважають, що на супутниках Юпітера може бути життя, адже під їхньою крижаною поверхнею приховані океани. JUICE має вирушити до супутників Юпітера у 2031 році. До цього, у серпні 2025 року, він також пролетить повз Венеру.