Яким був 2021 рік для світової науки. Астрономія
Як підсумовує nauka.ua, цей рік розпочався міжнародними прибуттями на Марс – усього за перші десять днів лютого на Червону планету потрапили американський «Персеверанс» і китайський «Чжужун», а на орбіті лишилася арабська станція «Аль-Амаль» або «Надія». А завершився найочікуванішим запуском – у напрямку своєї наукової орбіти врешті рушив космічний телескоп імені Джеймса Вебба. Ми вирішили переглянути все, що було між цими двома точками у 2021, та зібрали головні астроновини року поглядом nauka.ua.
ВСЛІД ЗА «ГАББЛОМ»
Головним космічним очікуванням цього року і головною новиною з упевненістю можна назвати космічний телескоп імені Джеймса Вебба. 25 грудня врешті стався його запуск, на який ми чекали 25 років. Як наступник «Габбла», він працюватиме за вже існуючими науковими програмами, однак на відміну від свого попередника, «Джеймс Вебб» зможе побачити набагато більш далекі і холодні об'єкти. Він сконцентрується на інфрачервоній частині спектра, де об'єкти з великим червоним зміщенням, які «Габблу» не під силу.
Його головне дзеркало майже вшестеро більше за таке у «Габбла», а з собою у космос обсерваторія прихопила чотири наукові інструменти – камери і спектрографи. Працюватиме «Джеймс Вебб» на орбіті другої точки Лагранжа системи Земля – Сонце, що у півтора мільйона кілометрів від нас. За пів року він має завершити всі калібрування – тоді і ознайомимося з його результатами щодо пошуку найперших після Великого вибуху галактик, атмосфер екзопланет та зоряних колисок, де народжуються зорі.
НАЗУСТРІЧ ТРОЯНЦЯМ
Також цього року NASA рушило за «діамантами у небі» – троянськими астероїдами Юпітера, які застрягли у резонансі між ним і Сонцем. Їхньою першою дослідницею має стати 12-річна місія «Люсі», яка 16 жовтня рушила назустріч шести троянцям з мису Канаверал. Місію назвали на честь австралопітека Люсі і не просто так – так само як скелет Люсі свого часу здійснив прорив в антропології, космічна «Люсі» має викрити важливі етапи історії Сонячної системи.
Заплановані 12 років подорожі мають привести «Люсі» як мінімум до восьми різних астероїдів. І першим стане астероїд головного поясу (52246) Дональдджохансон, названий на честь антрополога, який знайшов Люсі! Ця зустріч станеться не раніше 20 квітня 2025 року, а поки «Люсі», хоч і не змогла до кінця розгорнути свою другу сонячну панель, вже завершила перевірку своїх інструментів та навіть надіслала своє перше фото.
МАРСІАНСЬКІ ПРИБУЛЬЦІ
Усього за десять днів лютого 2021 року на Марс прибули три місії. Разом вони повинні розповісти нам про життя нашого планетарного сусіда у минулому та сьогодні, а деякі навіть спробують знайти й саме марсіанське життя. Першим 9 лютого був орбітальний апарат Об'єднаних Арабських Еміратів – станція «Аль-Амаль» («Надія»). Його основними завданнями на орбіті стануть вивчення атмосфери Марса, де зонд за два роки має розібратися, як змінюються погодні умови на планеті протягом доби, а також знайти зв'язки між ними та марсіанським кліматом у давнину. Сьогодні апарат вже побудував температурні карти планети, показав найбільший вулкан у Сонячній системі та розподіл різних газів у верхніх шарах атмосфери Марса.
Буквально наступного дня до «Аль-Амаль» приєдналася китайська місія «Тяньвень-1», або Питання до Неба. Це перша автоматична місія Китаю, яка окрім апарата на орбіті, має залишити планеті свій посадковий модуль та марсохід «Чжужун» («Zhurong»). На марсіанську орбіту місія дісталася вже 10 лютого, а 15 квітня у рівнині Утопія висадився шестиколісний «Чжужун» – він шукатиме поклади водяного льоду, а також вивчатиме ґрунт і клімат Червоної планети.
Третім на Марс 18 лютого прибув марсохід NASA «Персеверанс». Він висадився у кратері Єзеро принаймні на 687 земних днів, де у минулому було озеро і дельта ріки, що у нього впадала, і де сьогодні «Наполегливість» шукатиме ознаки стародавніх мікроорганізмів, які, можливо, колись тут існували. «Персеверанс» зібрав колекцію зразків марсіанської породи, спробував отримати кисень з атмосфери планети, а також привіз із собою дрон-розвідник «Ingenuity», який вже здійснив 18 польотів на Червоній планеті. Детальніше про останнього ми розповідали у наших технологічних підсумках року, а до Марса ми ще повернемося.
СКЛЕЇТИ ФОТО. НА ПАМ'ЯТЬ ПРО БЛИЗЬКУ ЗУСТРІЧ
Космічними фототрофеями марсоходів цей рік не обмежився. І якщо їм для своїх фото знадобилися роботизовані руки або окремі камери, то у «Вояджера-1» на відстані понад 22 мільярди кілометрів від Сонця був власний фотограф – дослідник Плутона і пояса Койпера, апарат NASA New Horizons. На відстані New Horizons у 18 мільярдах кілометрів від «Вояджера-1», йому вдалося впіймати його як тьмяну точку на ділянці неба посеред зірок і віддалених галактик. Ідентифікувати «Вояджера-1» вдалося лише за радіовідстеженням, а сьогодні цей жовтий кружечок вже вийшов у міжзоряне середовище.
На цьому фотополювання у космосі New Horizons не завершилося. Ще однією світлиною стала південна півкуля Плутона, прихована у темряві у 2015 році, коли апарат максимально наблизився до карликової. Тоді «нічний» бік планети потрапив лише у поле зору камери LORRI, коли апарат покидав Плутон. Але через Сонце розгледіти на фото щось у деталях не вдавалося. Тому знімки New Horizons спробували відновити в освітленні відбитого від супутника планети Харона світла.
Ще одним фото, складеним з кількох, є світлина крижаного супутника Юпітера Ганімеда. Головна дослідниця системи «Юнона» сфотографувала його поверхню з відстані трохи більше тисячі кілометрів під час максимального зближення. Підсумкове кольорове фото – результат складання знімків камери JunoCam, яка дивилася на Ганімед через свої зелений, червоний та блакитний фільтри при кожному оберті. До речі, під час цього зближення «Юноні» вдалося також записати і «спів» атмосфери Ганімеда.
Також цього року колекція астрономів поповнилася першою фотографією європейсько-японської місії BepiColombo, яка наблизилася на 199 кілометрів до Меркурія та зробила кілька фото. На них потрапили ударні кратери поверхні Меркурія та частини апаратів BepiColombo. Наступна зустріч із найближчою до Сонця планетою запланована на 23 червня 2022 року.
ТОРКНУТИСЯ ЗІРКИ
І певно головною зустріччю цього року стала рекордно близька зустріч зонду «Паркер» з нашою зіркою – Сонцем. 26 листопада «Паркер» вдесяте наблизився до світила і опинився всього у 8,5 мільйонів кілометрів від фотосфери. Під час цього зближення зонду вдалося вперше в історії космічних апаратів «торкнутися» Сонця – він наблизився на відстань у приблизно 13 мільйонів кілометрів та провів там близько п'яти годин. «Паркер» потрапив у верхній шар атмосфери, де опинився у так званій зоні Альвена, у якій прискорення сонячного вітру дає йому змогу відриватися від поверхні зорі.
ЩЕ ОДИН РІК БЕЗ ІНШОПЛАНЕТЯН
І хоча близьких астрономічних зустрічей цього року сталося багато, позаземні цивілізації нам не вдалося ні побачити, ні почути. Ставку робили на позаземний розум, який два роки тому залишив нам технологічний маркер – радіосигнал BLC1. Його довго вважали сигналом штучної природи, який долетів до нас з боку Проксима Центавра, на орбіті якої нещодавно знайшлася найближча Землі екзопланета.
Втім, цього року вчені ще раз проаналізували параметри сигналу, передивилися архівні дані програми та дійшли висновку, що він є нічим більшим за сукупність радіоперешкод людського земного походження. Не беремося судити, на щастя чи на жаль, однак цей випадок змусив астрономів сформулювати десять правил для інших дослідників проєктів SETI – Search for Extraterrestrial Intelligence, «пошук позаземного розуму».
ПОЗАЗЕМНА ЗЕМЛЯ
Окрім фотоколекції, цього року астрономи зібрали і колекцію космічного ґрунту. На початку минулого року на Землю прибули зразки місячного реголіту, привезені Китайським апаратом «Чан'е-5». Цього року Китайське національне космічне управління зібрало з них каталог і опублікувало у відкритому доступі, а також провело перші дослідження – у зразках відшукали частинки брекчії, базальту, скла, а також піроксен, олівін і шпінель у частинках місячного пилу.
Також з'ясувалося, що ці привезені базальти з Океану Бур виявилися наймолодшими з усіх привезених з Місяця (вони на мільярд років молодші за ті, що привезли з собою «Аполлони»). Їхній вік оцінили у 1,97 мільярда років, а походження пов'язали з вулканічною активністю.
Втім, якщо Місяць на Землю вивозили мішками (екіпаж останнього в історії «Аполлона» забрав із собою більше ста кілограмів), то матеріали з астероїдів у руки земним астрономам потрапляли всього двічі. І двічі завдяки японській місії «Хаябуса». Вдруге апарат «Хаябуса-2» також на початку минулого року відправив на Землю капсулу зі зразками ґрунту, зібраними з астероїда Рюгу. І вже за рік, 20 грудня цього року, планетологи представили перші результати лабораторних досліджень цих зразків.
Привезені 5,4 грама ґрунту виявилися незвичайно пористими, темними, бідними на хондри, але багатими на водовмісні сполуки і органічні речовини. Причому частини з них не торкнулося космічне випромінювання (бо зразки взяли з підповерхневого шару астероїда), а тому «Хаябуса-2» привезла чи не найбільш первісні матеріали, що коли-небудь потрапляли на Землю.
НАПОЛЕГЛИВІСТЬ РОКУ
Одним з прибульців на Марс цього року став американський «Персеверанс». Багато в чому цей апарат схожий на свого попередника, марсохід «К'юріосіті», який працює на планеті вже близько восьми років. Про нього, до речі, теж сьогодні згадаємо. Але крім того, що цього разу ровер вирушив у парі з дроном, цей космічний апарат стане першою в історії спробою доставити з Марса зразки ґрунту. Для цього він має механічну руку, у якої в свою чергу є бур для взяття зразків. Тому вже влітку «Персеверанс» спробував взяти собі часточку Червоної планети.
Перша спроба виявилася невдалою – астрономи отримали знімок пробуреної породи і повністю пустої пробірки для зразків. Тоді у всьому звинуватили сам ґрунт – він виявився надто крихким. Тому вчені відправили «Персеверанс» до більш міцного валуна і врешті змогли здобути з нього зразок. Всього у камені ровер просверлив два отвори, матеріал з яких доставить на Землю одна з майбутніх місій, які розробляє NASA.
Також «Персеверанс» має стати частиною плану з колонізації Марса. З собою він привіз інструмент MOXIE, який має перевірити, чи можливо добути з вуглекислого газу, який складає до 96 відсотків марсіанської атмосфери, кисень. І в квітні йому вдалося виділити близько п’яти грамів кисню – цього вистачило б для дихання одного астронавта протягом десяти хвилин.
І хоча сьогодні Марс – холодна і суха планета, у кратері Єзеро «Персеверанс» опинився невипадково. І якщо досі на озеро у минулому кратера вказували лише спостереження з орбіти, то «Персеверанс» запевнив планетологів – шари відкладень вздовж останця, а також масивні валуни і булижники підтвердили наводнене минуле місцевості.
ЗАЗИРНУТИ ВСЕРЕДИНУ І ДОКОПАТИСЯ ДО ЯДРА
Окрім роверів та орбітальних апаратів, свого часу на Червону планету потрапив справжній сейсмограф. Місія InSight проводить сейсмічні вимірювання на поверхні Марса з початку 2019 року. Так нам вдалося вирахувати сезонність марсотрусів, а також зазирнути всередину планети – завдяки поширенню хвиль від марсотрусів InSight допомогла розібратися з внутрішньою структурою Марса.
Тепер відомо, що рідке і велике ядро планети у 1830 кілометрів оточує мантія, в два рази глибша земної, а також кора, яка може займати або від 27 до 47 кілометрів, або від 15 до 25 кілометрів, поділяючись на шари. Планетологам ще варто зібрати більше даних про марсотруси, щоб визначитися між «тонкою» і «товстою» моделями кори планети. На основі ж почутого станцією сейсмічного шуму, дослідникам вдалося створити детальну схему будови і приповерхневих шарів Марса. Під шаром реголіту і крупнозернистої брекчії аж до глибини в 200 метрів залягають два розділені осадовими породами великі шари базальту.
Втім, не лише коливання від землетрусів на планеті можуть викривати її внутрішню будову. Так, наприклад, розміри та склад ядра Сатурна викрили коливання його кілець. За уточненою на слух будовою з'ясувалося, що у газовій оболонці планети ховається ядро радіусом принаймні 60 відсотків від радіуса планети, яке все ж має у складі тверді кам'янисті породи.
Вглиб цього року також вдалося докопатися і до іншого газового гіганта. Завдяки станції «Юнона» нарешті вдалося отримати всі параметри найбільшого атмосферного вихору Сонячної системи, що належить Юпітеру. Глибину Великої червоної плями, що простирається планетою на більш як 16 тисяч кілометрів, оцінили у 500 кілометрів. Що, втім, набагато менше, ніж глибина атмосферних вихорів поруч.
ЧОРНІ ДІРИ. БЛИЗЬКІ ДО НАС, ОДНА ДО ОДНОЇ І ДО НЕЙТРОННИХ ЗІРОК
Минулого року Нобелівською премією відзначили вчених, які не лише посприяли нашому уявленню про чорні діри у Всесвіті, а і знайшли одну таку у центрі нашої Галактики. Цього разу астрономам з групи нобелівського лауреата Рейнхарда Гензеля вдалося знайти кілька нових зірок біля Стрільця A*, а за ними отримати наразі найточніші оцінки маси чорної діри та відстані до неї. Зорі навколо радіоджерела вказали – пов'язана з ним чорна діра володіє масою у 4,30 мільйона сонячних, а відстань до неї становить приблизно 8 277 парсек.
Також цього року астрономи відшукали пару чорних дір, яких наділили одразу двома рекордами. Дві надмасивні чорні діри на відстані приблизно у 89 мільйонах світлових років від Землі виявилися рекордно близькими одна до одної і водночас найближчою подібною парою до Сонця. 1600 світлових років розділило чорні діри масами у 154 і 6,3 мільйона сонячних, а відстань між ними робить їх першою парою, відстань між членами якої не перевищила одного кілопарсека.
І завершальною парою з надмасивних об'єктів, яку вдалося помітити цього року, стає зафіксовані обсерваторіями LIGO і Virgo гравітаційні хвилі від двох найщільніших об'єктів у Всесвіті – чорної діри та нейтронної зірки. Точніше, від їхнього зіткнення. Вчені відшукали аж дві такі події на відстані близько мільярда світлових років від Сонця. Обидва сигнали являють собою заключний момент, коли чорна діра і нейтронна зірка закрутилися по спіралі і злилися разом.
