Новый анализ данных с межпланетного зонда NASA «Кассини» привёл к удивительному открытию. В фонтанах спутника Сатурна Энцелада обнаружены молекулы и соединения, которые способны зародить и обильно поддерживать известную нам биологическую жизнь. Это как обнаружить вместо батарейки от часов автомобильный аккумулятор, сообщили сделавшие открытие учёные.

Шлейф газа, бьющий из трещин на поверхности Энцелада. Источник изображения: NASA/JPL-Caltech

Станция «Кассини» вплотную исследовала Энцелад — шестой по размеру спутник Сатурна и четырнадцатый по удалённости от него — в 2010 году. Эта луна Сатурна покрыта ледяным панцирем, под которым, по-видимому, скрывается бездонный водный мир. Масс-спектрометры станции захватывали ледяные частицы, которые выносили в космос ледяные гейзеры на Энцеладе, и это позволило в определённой мере изучить химический состав подлёдной среды.

В 2017 году в ходе одной из работ по изучению данных «Кассини» по Энцеладу учёные определили, что в составе бьющего из-под поверхности шлейфа достаточно много углекислого газа, метана и водорода, что наводило на мысль о метаногенезе — метаболическом процессе, который производит метан. Метаногенез широко распространён на Земле и, возможно, сыграл решающую роль в возникновении жизни на нашей планете.

В новой работе учёные пошли по другому пути для изучения данных с «Кассини». Вместо изучения достоверно полученных данных исследователи воспользовались математическим и статистическим анализом, который должен был сложить отрывочную информацию в общую картину, включая добавку наиболее вероятных недостающих частей. Это дало интересный результат. Оказалось, что в шлейфе газа Энцелада с большой вероятностью присутствовали как синильная кислота (цианистый водород), так и окислы целого спектра веществ.

Наличие значительного объёма окислов указывает на впечатляющую энергетическую мощь подлёдного океана Энцелада. Ведь там, где идут окислительные процессы, там всегда есть энергия, включая питание для биологической жизни. Что касается самой жизни, то наличие циановодорода — это критический маркер для её появления, поскольку эта молекула является предшественником аминокислот.

Зонд «Кассини» прекратил своё существование в 2017 году — в конце жизни его в познавательных целях уронили на Сатурн. Но полученные с его помощью данные, как мы видим, продолжают вести к открытиям и, наверняка, станут отправной точкой для многих новых работ по изучению системы Сатурна.

26 декабря 2022 года находящийся на орбите Марса зонд NASA MAVEN зафиксировал редкое явление — своеобразный провал в солнечном ветре. Это «окно» вызвало взрывное расширение атмосферы Марса. Космическая погода преподнесла очередной сюрприз, изучение которого позволит больше узнать о потенциально обитаемых мирах вокруг далёких звёзд.

Источник изображения: NASA

Интенсивность солнечного ветра — вылетающих с поверхности звезды электронов и ионов водорода — зависит от её активности и конкретного состояния локальных магнитных полей. Изредка бывает так, что звезда испускает частицы с большей силой и скоростью, которые догоняют более медленные массивы частиц, испущенные раньше. Тогда в нашей системе возникают области повышенной и пониженной концентрации частиц солнечного ветра, и это оказывает влияние на атмосферы планет.

Впервые такое влияние было замечено в 1999 году, когда внезапное ослабление солнечного ветра в 100 раз раздуло атмосферу и магнитосферу Земли. При этом надо помнить, что у Земли есть магнитное поле, которое защищает нас от космических частиц, а у Марса его нет. В то же время у Марса есть индуцированное магнитное поле. Оно возникает в процессе взаимодействия солнечного ветра с ионосферой Марса. Это поле и частицы солнечного ветра способна фиксировать аппаратура орбитального зонда NASA MAVEN.

В ходе наблюдения за электромагнитными явлениями вокруг Марса 26 декабря 2022 года было зафиксировано 10-кратное снижение давления солнечного ветра и 100-кратное снижение плотности его частиц. Анализ данных показал, что в это время ионосфера и индуцированное магнитное поле Красной планеты расширились в три раза. Атмосферу Марса как будто взорвало изнутри. Очевидно, будь Марс в системе с менее «ветреной» звездой, его эволюция пошла бы по другому пути.

Опыт с Марсом показывает, насколько важно проводить измерения на месте. Без орбитальных аппаратов у близких и далёких планет мы не сможем получить информацию о процессах подобного рода. Изучение этих процессов в нашей системе даст информацию для моделирования атмосферных явлений у планет в иных звёздных системах и, в целом, позволит лучше моделировать процессы зарождения жизни на других мирах.

Индийское космическое агентство ISRO поделилось первыми снимками Солнца, сделанными космической обсерваторией Aditya-L1. Снимки произведены ультрафиолетовым телескопом с помощью 11 фильтров, представляя нашу звезду в наиболее полном свете. Раньше в одном пакете наблюдений столь полной визуальной информации никогда не было, заявили в ISRO, и это даст более полное представление о процессах на Солнце и в его атмосфере.

Источник изображений: ISRO

Солнечная обсерватория Aditya-L1 была запущена в космос 2 сентября на индийской ракете-носителе с индийского космодрома. Для этой страны запуск стал очередным шагом в развитии национальной космической программы. В августе Индия отправила и посадила на Луне луноход, впервые наиболее близко к южному полюсу естественного спутника Земли, а неполный месяц спустя запустила обсерваторию для наблюдения за Солнцем.

Автоматическая станция Aditya-L1 прибудет в пункт назначения — в точку Лагранжа L1 за 1,5 млн км от Земли — либо до конца декабря, либо уже в начале января следующего года. В точке L1 аппарат будет тратить минимум топлива, поскольку там находится зона гравитационного равновесия системы Солнце-Земля. При этом ничего не будет мешать непрерывному наблюдению обсерватории за Солнцем, ведь Земля останется у неё за спиной.

Индийская солнечная обсерватория в представлении художника

Обсерватория несёт на себе семь научных приборов. Все они постепенно включаются и проверяются в работе, как сделавший 20 ноября 12 снимков Солнца ультрафиолетовый телескоп SUIT (Solar Ultraviolet Imaging Telescope). Пакет снимков даёт одновременное представление о процессах на поверхности Солнца (пятнах и структурах) и в его атмосфере на разных высотах. Другие приборы измерят магнитные поля звезды и её образований, а также заряженные частицы — плазму и корональные выбросы массы.

По данным наблюдения за Солнцем, на его обращённой к Земле стороне образовалась гигантская корональная дыра. Через такие прорехи в короне Солнца устремляются потоки солнечного ветра, способные доставить проблемы средствам связи и навигации на Земле, а также радость от наблюдения полярных сияний до средних широт и даже ближе к экватору.

Нажмите для увеличения. Источник изображения: SOHO (NASA/ESO)

Корональные дыры — это области в солнечной короне, где плотность и температура плазмы значительно ниже, чем в остальных областях. Чаще всего плотность в области корональных дыр примерно в сто раз меньше, чем в остальных областях короны. В оптическом диапазоне такие «прорехи» не видны. Они фиксируются в рентгеновском диапазоне.

Чаще всего корональные дыры возникают во времена спада активности Солнца. Поэтому нынешнее появление корональной дыры, и такой огромной, выглядит необычно. Впрочем, нынешний солнечный 11-летний цикл необычен по многим причинам, включая то, что пик активности может произойти на год раньше ожидаемого — вместо середины 2025 года осенью 2024.

Прошедшая неделя также намекала на растущую активность Солнца. Возмущения на звезде вызвали до десятка геомагнитных бурь на Земле, начиная с самых слабых класса G1 до сильной уровня G3 на эти выходные.

Можно только поприветствовать усилия учёных и национальных космических агентств, которые готовы встретить пик текущего цикла во всеоружии. За этим будут следить до десяти космических аппаратов, включая запущенный в начале осени индийский спутник, и свыше десяти земных телескопов, включая два новейших китайских радиотелескопа. Солнце в новом сезоне не будет обойдено вниманием земной науки. Собираясь улетать далеко из-под магнитного зонтика Земли, мы должны чётко понимать, какая космическая погода нас ждёт в пути.

Новое исследование образцов с астероида Рюгу обнаружило неожиданно много азота. Это заставило учёных заподозрить в астероидах и метеоритах переносчиков этого элемента с окраин Солнечной системы вовнутрь, включая околоземное пространство. Без азота биологическая жизнь на нашей планете могла бы не зародиться или приняла бы иную причудливую форму.

Забор образцов астероида в представлении художника. Источник изображения: JAXA

В образах с Рюгу, которые доставил на Землю японский аппарат «Хаябуса-2» (Hayabusa2) в 2020 году, учёные нашли много чего интересного. Во-первых, минералы астероидного происхождения оказались старше нашего Солнца, что означает их принадлежность к тем кирпичикам, из которых в нашей системе состоит всё, что мы в ней видим. Во-вторых, в образцах обнаружена сложная органика в виде витаминов и ряда базовых аминокислот, которые участвуют в биохимии земных организмов.

Теперь выясняется, о чем исследователи сообщили в свежей статье в журнале Nature Astronomy, что астероиды и метеориты обеспечили ранней Земле транспорт азота из внешних областей системы во внутреннюю.

«Наши последние результаты позволяют предположить, что [в пространство] вблизи Земли было перенесено большее количество соединений азота, чем считалось ранее, которые потенциально могли послужить строительными блоками для жизни на нашей планете», — поделился мыслями Хоуп Ишии (Hope Ishii), соавтор исследования и преподаватель Гавайского института геофизики и планетологии в Школе наук об океане и Земле (SOEST) UH Mānoa.

Что касается конкретных открытий, то в образцах с Рюгу выявлено значительное количество таких неорганических соединений азота, как нитрид железа (Fe₄N). Очевидно, астероид был покрыт им едва ли не как коркой. При этом изначально астероиды данного типа (из углеродистых хондритов) содержат мало таких соединений.

По мнению исследователей, образование соединения железа и азота возникло в ходе физико-химических реакций железистого вещества астероида (соединение железа и кислорода) с водородом при постоянной бомбардировке его поверхности микрометеоритами. Азотные соединения прибывали на астероиды с микрометеоритами. Их удары вызывали локальный разогрев и, в сочетании с бомбардировкой астероидов солнечным ветром — заряжёнными частицами водорода, кислород улетучивался, а оставшееся чистое железо активно связывалось с азотом.

Образца астероида Рюгу под электронным микроскопом. Источник изображения: KyotoU/Toru Matsumoto

Возникающий в богатой азотом микрометеоритной среде на окраинах Солнечной системы нитрид железа переносился во внутреннюю область системы и в плоскость эклиптики, где рано или поздно оказывался на нашей планете. Раньше такой механизм переноса не был хорошо изучен, но теперь о нём можно говорить более предметно. Интересно, что покажет анализ образцов с астероида Бенну? Давно о них не было слышно.

На днях совет NASA по планетарным миссиям постановил отсрочить работы по проекту «Стрекоза» (Dragonfly). Проект предусматривал запуск к спутнику Сатурна Титану октокоптера в 2027 году для активного изучения химического состава атмосферы и пород этой землеподобной луны. Работы по проекту будут заторможены, а запуск аппарата в космос перенесён на один год.

Источник изображения: NASA

Совет пояснил, что бюджеты NASA на 2024 и 2025 годы в значительной степени не определены. Это вызывает необходимость пересмотреть планы научно-конструкторских работ. В зависимости от выделенных средств, новые планы начнут составлять будущей весной, что позволит возобновить работы по проекту уже с середины лета 2024 года.

Вынужденная задержка заставляет пересмотреть сроки отправки миссии к Титану. Так, если до этого вертолёт на спутник Сатурна планировали отправить в 2027 году, то теперь датой возможной отправки назван июль 2028 года. И это если не будет новых переносов или каких-либо технологических проблем.

Четырёхроторный восьмилопастной октокоптер «Стрекоза» будет значительно превышать размеры знаменитого марсианского вертолёта Integrity. На Титане более плотная атмосфера и ещё меньшая гравитация. Поэтому масса «Стрекозы» будет достигать 450 кг, а размерами он будет с небольшой автомобиль, тогда как масса Integrity всего 1,8 кг. Массивный октокоптер будет перелетать с места на место и изучать как состав атмосферы Титана, так и его пород на целом спектре ландшафтов.

Мир Титана в чём-то напоминает земной, хотя вместо воды на нём текут метановые реки и впадают в такие же озёра и моря, а с неба льют метановые дожди и падают метановые снежинки. В этом мире «Стрекоза» будет искать следы органики и возможную там органическую жизнь. К месту проведения работ Dragonfly сможет добраться примерно к 2037 году, если новые сроки будут соблюдены. На Титане он должен проработать не менее 2,5 земных лет. Смелый проект, но финансовая неопределённость грозит его похоронить, как произошло с массой планетарных проектов NASA в 80-е годы прошлого столетия, когда всё финансирование пошло на проект СОИ (SDI).

Недавно юпитерианский зонд «Люси» пролетел свой первый астероид, но новые данные о нём ещё сильнее обескуражили учёных. Первым сюрпризом стала информация о двойной природе астероида Динкинеш — у него обнаружился относительно небольшой спутник. Удивлению не было предела, когда выяснилось, что спутника два! Динкинеш оказался тройной системой.

Новый взгляд на систему астероида Динкинеш. Она оказалась тройной. Источник изображений: NASA

Астероид Динкинеш стал для зонда «Люси» инженерной целью на пути к троянским астероидам Юпитера. Команда NASA слегка скорректировала курс зонда, чтобы он пролетел как можно ближе к астероиду субкилометрового размера. Это позволило проверить научные приборы зонда и работу автоматики по сбору данных. Зонд будет пролетать мимо целевых астероидов на орбите Юпитера с огромной скоростью, и на сбор данных у его будут считаные минуты. Второй попытки не будет.

Точки съёмки системы Динкинеш

О работе научных систем зонда NASA пока не сообщало, но зато поделилось снимками с камер высокого разрешения. Они оказались полны сюрпризов! При близком подлёте к астероиду выяснилось (минимальное сближение составило 425 км), что у 790-метрового астероида Динкинеш есть маленький 220-метровый спутник. Система оказалась двойной. На серии снимков, сделанных с интервалом 13 секунд, видно, как вокруг большого тела кружит малое.

Это было само по себе удивительно, но когда зонд сделал снимок спустя ещё 5 минут, отлетев от астероида ещё дальше, учёные ахнули: малый астероид предстал на снимках как тесная двойная система. «Мы никогда не подозревали ничего столь причудливого! — признались специалисты NASA.

«Это, мягко говоря, озадачивает, — сказал в своем заявлении Хэл Левисон (Hal Levison), главный научный сотрудник миссии «Люси» из Юго-Западного исследовательского института. — Я никогда бы не ожидал, что система будет выглядеть подобным образом. В частности, я не понимаю, почему два компонента спутника имеют одинаковые размеры. Научному сообществу будет интересно разобраться в этом».

Первое изображение системы Динкинеш, когда о ней ещё думали, как о двойной

Больше данных по объекту NASA предоставит чуть позже, когда закончится обработка полученной с зонда информации. В апреле 2025 года зонд также пролетит мимо астероида вне выполнения основной миссии. К троянским астероидам Юпитера зонд приблизится в 2027 году и завершит их пролёты в 2033-м.

Новая интерпретация данных марсианского зонда NASA InSight позволила сделать вывод, что земная наука ошибалась относительно внутреннего строения Красной планеты. В журнале Nature одновременно вышли две статьи европейских учёных, которые доказали существование океана расплавленных силикатов вокруг марсианского ядра.

Внутреннее строение Марса по представлению художника. Источник изображения: Thibaut Roger, NCCR Planet S/ETH Zürich

После Земли Марс стал вторым небесным телом Солнечной системы, строение недр которого мы можем изучать более-менее прямыми наблюдениями. До бурения скважин на Марсе мы пока не дошли, но сбор данных о марсотрясениях и последствиях падения метеоритов дают достаточно представлений о его геологической структуре.

Зонд InSight начал собирать данные о сейсмической активности Марса с декабря 2018 года. За первый год с момента прибытия на планету зонд зафиксировал 170 марсотрясений. На основе этой информации учёные рассчитали размеры ядра, мантии и коры Марса. Оказалось, что планета обладает огромным по отношению к её размерам ядром, радиус которого был установлен как 1830 км (радиус Марса равен 3390 км). Земное ядро намного меньше в этом плане, что делает Марс интересным объектом для изучения.

Источник изображения: Khan / Nature

Теперь учёные из Франции и Швейцарии более детально и с большим охватом изучили данные InSight и обе группы независимо пришли к выводу, что вокруг ядра Марса плещется 150-километровый океан расплавленных силикатов. Если интерпретация данных верна, а на это указывают множество факторов, то радиус ядра Марса несколько меньше, а именно 1650–1675 км.

Источник изображения: Vvan der Lee / Nature

Более того, наличие расплавленной прослойки между ядром Марса и его мантией означает иное геологическое развитие планеты, чем, например, Земли. В частности, это замедлило процесс остывания ядра, что в своё время не позволило появиться на Марсе магнитному полю и, следовательно, не могло дать шансов развиться биологической жизни на его поверхности, а это может в корне изменить подходы для поиска жизни на этой планете. Она не могла там погибнуть после потери планетой магнитного поля в древности, если поля там не было с самого её начала.

NASA держит множество образцов с лунной поверхности запечатанными на складах в надежде на появление более совершенных научных приборов для их анализа. Это позволяет делать научные открытия спустя десятилетия после доставки образцов в миссиях «Аполлон», предпринятых США в 70-х годах прошлого века. Таким новым открытием стало точное датирование породы с поверхности Луны, которое позволяет уточнить время рождения нашей космической спутницы.

Источник изображения: NASA

Среди образцов лунной породы, доставленной на Землю в 1972 году в ходе миссии «Аполлон-17», обнаружились кристаллы циркония. Эти кристаллы образуются после завершения остывания магмы на поверхности Луны или Земли. Это также означает, что кристаллы циркония — одни из самых древних на поверхности твёрдых образований. Датирование времени их образования даёт ответ на то, когда сформировалась Луна.

Предыдущие исследования образцов с Луны и другие факты позволили создать теорию, что Луна возникла 4,425 млрд лет назад в процессе столкновения с Землёй небесного тела размером с Марс. Выброшенный этим ударом кусок Земли в сочетании с остатками материала малой планеты сформировали Луну. Когда раскалённое вещество на поверхности Луны остыло, на ней возникли, в том числе, кристаллы циркония.

До недавнего времени учёные не располагали инструментами, которые могли бы провести анализ атомарного состава нанокристаллов циркония. Увы, в образцах с Луны обнаруживаются только кристаллы нанометрового размера, что не позволяет провести обычный радиоизотопный анализ — слишком мало материала для анализа.

Сегодня у учёных есть инструменты для атомно-зондовой томографии. Они позволяют подсчитать количество тех или иных атомов даже в ничтожном по объёму образце. Образец затачивается до атомарно тонкого состояния и затем испаряется атом за атомом, в ходе чего происходит точное определение атомарного вещества.

Образцы кристаллов циркония в образцах лунной породы под микроскопом

Повторное изучение лунных проб 50-летней давности позволило определить, сколько атомов изотопов урана и свинца находится в нанокристаллах циркония. Зная период полураспада урана и соотношение урана и свинца в образце нетрудно подсчитать его возраст. Оказалось, что Луна на 40 млн лет старше того возраста, который давали ей предыдущие исследования. Сейчас Луне 4,46 млрд лет, что доказывает новая работа. Впрочем, вряд ли это последняя датировка возраста Луны. Этот вопрос наверняка ещё будет изучаться, особенно, когда человечество начнёт создавать там базы для постоянного присутствия.

NASA сообщило, что специалисты подготовили и отправили на космические зонды «Вояджер-1» и «Вояджер-2» программные заплатки, которые позволят как минимум на пять лет продлить работу аппаратов. Патчи устраняют две потенциальные проблемы, одна из которых связана с работой двигателей коррекции, а вторая — с искажением передаваемой на Землю телеметрии.

Источник изображения: NASA

Сегодня оба зонда движутся вне пределов гелиосферы Солнечной системы на удалении 24 и 19 млрд км (первым летит «Вояджер-1»). Радиосигнал до «Вояджера-2» идёт 18 часов. Команда на обновление с микрокодом передана несколько часов назад. Первый запуск с обновлённой прошивкой ожидается примерно через двое суток. «Вояджер-1» пока не будет обновляться. Он находится дальше своего собрата и поэтому более ценен с точки зрения сбора научных данных. Он подождёт пробного запуска нового микрокода на «Вояджере-2», и если всё пройдёт успешно, тоже получит обновление.

Исправлением микрокода инженеры намерены устранить две опасности для космических зондов, которые первыми в истории Земли вышли в межзвёздное пространство. Обоим аппаратам исполнилось по 46 лет. Это само по себе чудо, что компьютерные платформы образца 1977 года до сих пор работают фактически в автоматическом режиме. Вмешательство людей оказалось для них большей угрозой, чем самостоятельная работа. Напомним, летом этого года на зонд «Вояджера-2» была отправлена ошибочная команда, и это прервало связь с Землёй. Связь была восстановлена, но зонд мог бы решить эту проблему даже без вмешательства людей.

Но никакая компьютерная система не защищена от сбоев. В прошлом году «Вояджер-1» стал присылать на землю искажённую телеметрию, хотя все его бортовые системы работали нормально. Причины этого всё ещё остаются неясными. По какой-то причине система управления ориентацией зонда — AACS (attitude articulation and control system) — вместо передачи команд на исполнение начала записывать их в память бортового компьютера. Команды на исполнение пропускались, хотя на Землю шли другие отчёты, что вызвало отрыв телеметрии от реальности.

Для устранения подобного в будущем инженеры внесли исправление в микрокод и надеются, что это позволит избежать подобного на втором аппарате и не приведёт к повторению ситуации на первом.

Вторая проблема, которую должен исправить новый патч — это засорение топливопроводов двигателей ориентации остатками топлива. Топливо подаётся по основным топлипроводам к двигателям и распределяется внутри двигателей по более тонким внутренним топлипроводам, которые в 25 раз уже основных. За десятилетия работы двигателей ориентации зондов, которые отвечают за точное направление антенн на Землю, в узких внутренних трубках накопились остатки топлива. Это может помешать работе двигателей и рано или поздно приведёт к потере зондов. Чтобы отодвинуть этот момент как можно дальше в будущее, предложено чуть сильнее раскручивать зонды в процессе ориентации.

Исправление позволит вращать зонды примерно на 1 ° сильнее по оси. Это будет на время прерывать связь с Землёй, но должно помочь в инерционном проталкивании остатков топлива дальше по трубопроводам. Инженеры подсчитали, что частичная потеря связи и передачи научных данных в итоге будет компенсирована увеличенным сроком жизни зондов. Исправление позволит, как минимум, на пять лет продлить жизнь обоим «Вояджерам». Правда, с питанием у обоих зондов становится всё хуже и хуже и энергии в полном объёме должно хватить лишь на три года. Но это уже другая история.

Зонд NASA Juno («Юнона») с успехом продолжает работать даже через много лет после завершения своей основной научной программы по изучению системы Юпитера. Сейчас аппарат совершает манёвры по максимально близкому пролёту к спутнику Юпитера Ио. Это самое вулканически активное тело в Солнечной системе. И мы впервые наблюдаем его с относительно близкого расстояния.

Ио с расстояния 11 тыс. км. Источник изображения: NASA

Зонд «Юнона» произвёл очередное сближение с Ио в минувшие выходные — 15 октября. Камера зонда сделала более дюжины снимков Ио с расстояния в 11 680 км, что в два раза ближе, чем до этого. Это самые чёткие и лучшие снимки спутника со времён миссии Galileo, которая проходила с 1995 по 2003 годы. А Ио достоин особого внимания! Гравитационное воздействие на эту луну самого Юпитера и остальных его ближайших лун настолько велико, что недра Ио находятся в постоянном движении, что сопровождается непрекращающейся вулканической активностью.

Ио на фоне Юпитера

На Ио замечено около 400 вулканов, 150 из которых всегда одновременно активны. На новых снимках ещё до их финальной обработки заметно, по меньшей мере, четыре шлейфа выбросов от вулканической деятельности этой луны. Позже NASA предоставит полученные изображения в красивой обработке. Но даже в первоначальном виде чёткость снимков поражает воображение. А ведь это ещё не всё! В следующие пролёты мимо Ио «Юнона» сблизится с ним до 1500 км, что произойдёт 30 декабря 2023 года и 3 февраля 2024 года.

Серия снимков Ио во время его пролёта «Юноной» 15 октября 2023 года

В NASA сообщили, что миссия New Horizons («Новые горизонты») по исследованию объектов во внешней области Солнечной системы включит в себя изучение Пояса Койпера на всём его протяжении, пока зонд не покинет его в 2028 или 2029 году. Это решение потянет за собой изменения в финансировании будущих космических программ, чему ещё предстоит дать оценку.

Зонд «Новые горизонты» в представлении художника. Источник изображения: NASA/APL/SwRI and NASA/JPL-Caltech

Споры о научной программе и управлении миссией New Horizons вызвали в NASA межведомственный скандал. В прошлом году руководство NASA приняло решение, что исследование зондом Пояса Койпера — межпланетной среды и объектов, преимущественно астероидов — будет финансироваться только до 2024 года. После этого управление миссией планировали передать гелиофизикам, а планетологов лишить возможности проводить научные эксперименты или, по крайней мере, самостоятельно принимать решения об их проведении.

Среди потенциально интересных исследований остаётся надежда на пролёт зонда относительно близко к какому-либо астероиду в Поясе. Потенциальная цель пока не определена, но когда-то может возникнуть недалеко от траектории полёта «Новых горизонтов». Если бы верх взяли гелиофизики, этого, возможно, не произошло бы вообще. Теперь по решению руководства NASA, планетологи и гелиофизики будут совместно управлять миссией, а финансирование расширенной программы будет поступать в основном от Управления планетарных исследований Центра космических полетов им. Маршалла.

Такое положение дел продлится до выхода зонда из Пояса Койпера, что ожидается в 2028 или 2029 годах. Также это повлечёт за собой перераспределение финансирования не только для миссии New Horizons, но и для будущих миссий NASA по программам изучения дальнего космоса. Что касается самого зонда, то его источник питания рассчитан на работу до 2035 года, хотя расширенная программа может израсходовать часть его невосполняемого ресурса мощности.

Автоматическая станция «Кассини» собрала много доказательств относительной молодости колец Сатурна — редкого и величественного явления в космосе. Судя по наблюдениям, кольца образовались лишь несколько сотен миллионов лет назад, когда по Земле уже ходили динозавры. Подобная история заставляет учёных искать ответ на вопрос, как такое могло произойти. Моделирование показало, что вероятнее всего кольца возникли из обломков столкнувшихся спутников Сатурна.

Кадр из симуляции. Источник изображения: NASA/Durham University/Glasgow University/Jacob Kegerreis/Luís Teodoro

Исследовательская группа воспользовалась суперкомпьютером Distributed Research using Advanced Computing (DiRAC) в Даремском университете (Великобритания). Учёные смоделировали почти две сотни столкновений между бывшими гипотетическими спутниками Сатурна. Ранее подобные вычисления уже проводились, но в новой работе шаг симуляции уменьшили в 100 раз, чтобы на два порядка улучшить разрешение.

Моделирование показало, что при самых разных сценариях столкновения необходимое для образования колец количество льда распространяется в границах так называемого предела Роша, где вещество захватывается гравитацией Сатурна и перемалывается в более мелкие обломки. За границами предела Роша остатки от лун после столкновений способны собраться в отдельные новые луны. Похоже, именно так был образован спутник Сатурна Рея. Эта луна находится почти на круговой орбите. Если бы она была древней, Солнце изменило бы её орбиту до эллиптической и более наклонной.

Сценарий со столкновением лун также объясняет, почему материал колец представлен преимущественно льдом. Во время столкновения лун скальная порода как более тяжёлая не смогла бы в значительном объёме мигрировать в зону гравитационного влияния Сатурна, тогда как более лёгкие ледяные обломки на это способны. Тем самым, также, скальные останки бывших лун могли бы стать основой для образования новых спутников Сатурна на других орбитах.

Знание истоков зарождения колец Сатурна и возможной эволюции его спутников имеет важнейшее значение для земной науки. Спутники Сатурна, как и спутники Юпитера, рассматриваются как миниатюрные звёздные системы, на лунах которых могла зародиться своя жизнь. Например, в подлёдном океане Энцелада, шестого по размерам спутника Сатурна. Но если эти луны молоды, то шансы найти там даже микробную биологическую жизнь сильно ниже.

По мере того, как Солнце приближается к пику своего текущего солнечного цикла, наша звезда становится всё более активной. И, по мнению учёных, пик такой активности может наступить раньше, чем предполагалось.

Источник изображения: NASA / SDO

Приблизительно каждые 11 лет Солнце переживает периоды низкой и высокой солнечной активности, что связано с количеством солнечных пятен на его поверхности. Эти тёмные области, некоторые из которых могут достигать размеров Земли или даже больше, приводятся в движение сильным и постоянно меняющимся магнитным полем Солнца.

В течение солнечного цикла Солнце переходит от спокойного к интенсивному и активному периоду. Во время пика активности, называемого солнечным максимумом, магнитные полюса Солнца меняются местами. Затем, во время солнечного минимума, на Солнце снова наступает спокойствие. Первоначально прогнозировалось, что пик активности начнётся в июле 2025 года. Теперь эксперты считают, что циклический пик, скорее всего, придётся на середину или конец 2024 года.

Текущий солнечный цикл, известный как 25-й солнечный цикл, был очень активным, более активным, чем ожидалось. Учёные из Центра прогнозирования космической погоды Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA / NWS) в Боулдере, штат Колорадо, уже отследили больше солнечных пятен, чем было насчитано на пике предыдущего цикла.

«Нет двух одинаковых солнечных циклов», — сказал Марк Миш (Mark Miesch), научный сотрудник Центра прогнозирования космической погоды (SWPC). «Этот солнечный максимум — эквивалент сезона ураганов в космической погоде. Именно в это время мы наблюдаем самые сильные штормы. Но в отличие от сезона ураганов, который длится несколько месяцев, солнечный максимум длится несколько лет».

Повышенная активность также включает в себя сильные солнечные вспышки, выбросы корональной массы и магнитные поля, которые вырываются из внешней атмосферы Солнца. Солнечные бури, порождаемые Солнцем, могут влиять на работу электросетей, GPS и авиации, а также спутников на низкой околоземной орбите. Эти явления также вызывают отключения радиосвязи и даже представляют опасность для пилотируемых космических полётов.

2 октября 2022 г. на Солнце произошла вспышка Х1, запечатлённая Обсерваторией солнечной динамики NASA (SDO). События X-класса — это самые интенсивные вспышки, и они могут повлиять на системы связи на Земле. Источник изображения: NASA / SDO

Известный пример: 29 января 2022 г. на Солнце произошла серия выбросов корональной массы, и это привело к нагреву и расширению внешней атмосферы Земли. В результате этого расширения сгорели 38 из 49 спутников Starlink, запущенных компанией SpaceX.

Но в увеличении активности нет ничего необычного, и оно будет продолжаться по мере приближения солнечного максимума. Солнечные пятна будут формироваться всё чаще, что приведёт к росту активности. «Это абсолютно нормально», — сказал Алекс Янг (Alex Young), помощник директора по науке научного отдела NASA по гелиофизике в Центре космических полётов имени Годдарда (GSFC) в Гринбелте, штат Мэриленд. «То, что мы наблюдаем, в целом вполне ожидаемо. По мере приближения к солнечному максимуму Вы видите, что все больше солнечных пятен появляются в виде сгустков. Иногда эти скопления будут больше и дольше».

На этом изображении показан выброс корональной массы. Магнитное солнечное явление может послать в космос миллиарды тонн плазмы, которая может достичь Земли в период от одного до трёх дней, воздействуя на электронные системы как на спутниках, так и на Земле. Источник изображения: NASA

«По мере того, как мы становимся все более зависимыми от технологий, от электросетей, от спутников, от самолётов и GPS, влияние космической погоды возрастает, поскольку именно эти системы подвержены влиянию солнечных бурь. Хотя этот конкретный цикл не является чем-то выдающимся с точки зрения Солнца, с нашей точки зрения он является таковым», — сказал Миш.

Новые прогнозы солнечного максимума были сделаны под руководством Скотта Макинтоша (Scott McIntosh), заместителя директора Национального центра атмосферных исследований (NCAR), и Роберта Леамона (Robert Leamon), младшего научного сотрудника Института планетарной гелиофизики Годдарда (GPHI), а также их соавторов. Институт представляет собой партнёрство Университета Мэриленда (UMB), округ Балтимор, Университета Мэриленда (UMD), Колледж Парк и Американского университета (AU) с NASA.

Вместо того, чтобы отслеживать солнечные пятна, исследователи сосредоточили внимание на так называемом «терминаторе» — точке, когда активность одного солнечного цикла исчезает с поверхности Солнца, после чего следует резкое увеличение солнечной активности в новом цикле. Солнечные пятна считаются ключевым моментом в прогнозировании солнечных циклов, но Леамон сказал, что он и его коллеги считают, что отслеживание магнитной активности, которая приводит к появлению солнечных пятен, может дать более точные прогнозы. После достижения солнечного максимума активность может сохраняться в течение многих лет.

По словам Леамона, после максимума количество вспышек на Солнце достигает пика. Увеличение происходит на фазе подъёма чётных солнечных циклов и на фазе спада нечётных циклов. «Пик последствий для Земли наступает после максимума, поэтому наибольшие последствия на ближайшие пару лет гарантированы. Именно после максимума ожидается самый большой фейерверк. Даже если солнечных пятен станет меньше, они будут более продуктивными», — сказал он.

Учёные использовали компьютерные модели и данные Обсерватории солнечной динамики NASA (SDO), чтобы создать вид сложного магнитного поля Солнца 10 августа 2018 года. Источник изображения: NASA / GSFC / SDO

«Хотя переход от солнечного минимума к солнечному максимуму обычно занимает около четырёх лет, простого пика для максимума не существует, поскольку Солнце очень изменчиво», — говорит Миш. По словам Янга, иногда во время некоторых солнечных циклов возникают два пика, когда северное и южное полушария Солнца рассинхронизируются. Это может произойти, когда количество солнечных пятен в одном полушарии достигает максимума в другое время, чем в другом полушарии, что приводит к удлинению максимума. «Солнечный максимум может длиться около двух лет, прежде чем всё пойдёт на спад, что означает, что вероятность солнечных бурь может оставаться высокой дольше, чем фактический пик», — считает Миш.

Более позитивным побочным эффектом повышенной солнечной активности являются авроры, «танцующие» вокруг полюсов Земли, известные как северное сияние (aurora borealis) и южное сияние (aurora australis). Когда заряженные частицы из выбросов корональной массы достигают магнитного поля Земли, они взаимодействуют с газами в земной атмосфере, создавая в небе разноцветное свечение.

Гигантское солнечное пятно размером почти 128748 км в поперечнике появилось на Солнце 23 октября 2014 года. Источник изображения: NASA / SDO

Геомагнитные бури, вызванные Солнцем в феврале и апреле, привели к тому, что авроры стали видны там, где их редко можно увидеть, в том числе на юге, в Нью-Мексико, Миссури, Северной Каролине и Калифорнии в США, а также на юго-востоке Англии и в других частях Великобритании. По словам Янга, в зависимости от местности, авроры не всегда видны над головой, но они могут вызывать красочное зрелище на горизонте. По словам Янга, тем, кто хочет увидеть более интенсивные авроры в будущем, возможно, стоит отправиться на Аляску, в Канаду, Исландию, Норвегию, Скандинавию или на верхний полуостров штата Мичиган. «Я видел авроры — это одно из самых удивительных явлений, которые я когда-либо наблюдал», — сказал он.

Хотя наиболее вероятным временем возникновения солнечных бурь является период максимума, они могут произойти в любой момент цикла, сказал Миш. Специалисты Центра прогнозирования космической погоды (SWPC) используют данные наземных и космических обсерваторий, магнитные карты солнечной поверхности и ультрафиолетовые наблюдения за внешней атмосферой Солнца, чтобы определить, когда на Солнце наиболее вероятны солнечные вспышки, выбросы корональной массы и другая космическая погода, которая может повлиять на Землю.

По словам Билла Муртаха (Bill Murtagh), координатора программ центра, прогнозы, наблюдения, предупреждения и оповещения предоставляются тем, кого затрагивает космическая погода, как можно скорее, от нескольких часов до нескольких недель. Солнечные вспышки могут повлиять на связь и GPS практически сразу, поскольку они нарушают ионосферу Земли, или часть верхней атмосферы. Высокоэнергетические частицы, высвобождаемые Солнцем, могут также вывести из строя электронику на космических аппаратах и воздействовать на астронавтов, не имеющих надлежащей защиты, в течение от 20 минут до нескольких часов.

Частицы, посылаемые с большой скоростью от Солнца во время выбросов корональной массы, могут достичь Земли за 30-72 часа, вызывая геомагнитные бури, которые влияют на спутники и создают электрические токи в верхних слоях атмосферы, которые проходят через Землю, оказывая влияние на электросети.

Согласно исследованиям Геологической службы США (USGS), регионы к востоку от Аппалачских гор, на верхнем Среднем Западе и на Тихоокеанском Северо-Западе более подвержены нарушениям в работе электросетей, поскольку земля в этих районах проводит ток по-разному в зависимости от её состава. Бури также влияют на схемы полётов коммерческих авиакомпаний, которым предписано держаться подальше от полюсов Земли во время геомагнитных бурь из-за потери связи или сбоев навигации.

Солнечная вспышка среднего размера и выброс корональной массы вырвались из крупной активной области 14 июля 2017 г. Витки — это частицы, вращающиеся по спирали вдоль линий магнитного поля, которые образовались после взрыва. Изображения были получены в диапазоне длин волн экстремального ультрафиолетового света. Источник изображения: NASA / GSFC / SDO

Предсказать, когда следующая большая солнечная буря повлияет на Землю, довольно сложно. Экстремальные бури случались и раньше, например, одна из них вывела из строя электросеть в Квебеке в 1989 году. «Событие Кэррингтона» 1859 года остаётся самой интенсивной геомагнитной бурей из когда-либо зарегистрированных, в результате которой телеграфные станции искрились и загорались, а небо светилось арктическим сиянием даже в тропических широтах. Если подобное событие произойдёт сегодня, оно может причинить ущерб на триллионы долларов и вывести из строя некоторые электросети на долгое время. «Мы не знаем, когда произойдёт следующая крупная катастрофа. Она может произойти через пару недель или через 50 лет», — сказал Муртаг.

Солнце и его тайны очаровывали человечество на протяжении тысячелетий. Солнце является якорем нашей Солнечной системы и обеспечивает тепло и свет, необходимые жизни для выживания, однако остаётся много вопросов о его внутренних процессах, которые определяют его магнитную активность. Разгадка оставшихся секретов Солнца с помощью таких миссий, как Parker Solar Probe NASA и Solar Orbiter Европейского космического агентства (ESA), может улучшить прогнозы. А у учёных будет шанс изучить Солнце во время полного солнечного затмения 8 апреля 2024 года.

Учёные Уорикского университета предложили «теорию сэндвича» — новую модель формирования планет, которая объясняет, как между двумя более крупными планетами в звёздной системе может появиться ещё одна небольшая.

Источник изображения: warwick.ac.uk

Классическая модель формирования планет предполагает, что они образуются из протопланетных дисков, возникающих вокруг звезды на ранних этапах развития системы. Частицы протопланетного диска со временем «слипаются» как снежный ком и в течение миллионов лет формируют крупные тела. Классическая теория также объясняет, почему каменистые планеты вроде Венеры и Земли оказались ближе к Солнцу, а газовые гиганты Сатурн и Юпитер — на некотором отдалении от него.

Учёные Уорикского университета выдвинули теорию, согласно которой в протопланетных дисках кольца вещества чередуются с пустотами, в которых планеты уже сформировались. Потоки пыли между ними относительно невелики, но в этих остаточных кольцах вещества между более крупными «братьями и сёстрами» могут появляться более мелкие планеты. Они чем-то напоминают тонкий слой начинки между двумя толстыми ломтями хлеба в сэндвиче.

Авторы исследования утверждают, что при наблюдении на экзопланетами им удалось найти подтверждения своей гипотезы. Она также объясняет появление в Солнечной системе Марса и Урана, окружённых с обеих сторон более крупными планетами.