Кубсатная революция, новые телескопы и закон Хаббла: астрообзор за сентябрь

Какую революцию совершат микроспутники, почему решение о переименовании закона Хаббла не такое однозначное, каким рекордным показателем характеризуется недавно открытый радиопульсар и какие проекты по исследованию космоса NASA планирует запустить в 2020 году? Читайте все это в свежем астрообзоре от доктора физико-математических наук, ведущего научного сотрудника ГАИШ МГУ имени М.В. Ломоносова Сергея Попова.

Кубсатная революция

Начнем наш астрообзор с малого: в астрономии грядет кубсатная революция. В статье «На переднем крае астрономической кубсатной революции» (On the Verge of an Astronomy CubeSat Revolution) автор рассказывает о том, как микроспутники (кубсаты, CubeSat) в ближайшее время могут изменить астрономические исследования. Я уже рассказывал в августе об одном из таких проектов, который посвящен изучению экзопланет.

Ключевая идея состоит в том, что все технологии создания микроспутников (включая вывод на орбиту) стали достаточно дешевыми. А потому даже небольшие исследовательские группы могут запустить свой небольшой инструмент в космос (полная стоимость проекта 5-10 млн долларов, что по космическим меркам совсем немного). Это хорошо, потому что уникальные космические условия позволяют даже со скромными приборами получать отличные результаты. Прекрасный пример этого — канадский спутник MOST для изучения экзопланет. Несколько таких спутников уже летает, еще больше планируют запустить в ближайшие годы. Неудивительно, что многие из них также решают задачи в области изучения экзопланет, но это далеко не единственное направление исследований с помощью кубсатов. В статье кратко описаны разные проекты такого типа.

Наземная астрономия тоже не отстает. В обзорах я неоднократно рассказывал о статьях, описывающих различные подходы, которые могут позволить получать с помощью астрономических наблюдений достаточно подробную информацию о землеподобных экзопланетах, чтобы строить хотя бы примерные и нечеткие карты их поверхности. Все эти идеи собраны в небольшом обзоре Светланы Бердюгиной и ее соавторов «Экзопланетная terra incognita».

Разумеется, такие методы имеют прямое отношение и к поискам следов существования жизни. Так что это вдвойне интересно. В частности, в статье описана интересная идея специализированных наземных телескопов, которые предназначены для наблюдения землеподобных планет в зонах обитания. По мнению авторов, инструмент стоимостью около 100 миллионов долларов сможет получить изображения десятка самых близких экзопланет такого типа. Чтобы осмотреть все экзопланеты в 20 парсеках от нас нужен будет уже более крупный инструмент стоимостью под полмиллиарда. На мой взгляд, после запуска и начала работы спутника PLATO обсуждение таких проектов должно стать более конкретным.

Разумеется, с помощью 20- и даже 100-метровых телескопов нельзя рассмотреть диск планеты типа Земли, можно лишь по кривой блеска восстанавливать детали поверхности. Чтобы рассмотреть все напрямую, нужен будет интерферометр (лучше, конечно, космический) между телескопами которого будет расстояние, измеряемое в километрах. Однако есть еще одна фантастическая идея, основанная на эффекте гравитационного линзирования. Согласно этой идее в качестве линзы должно выступить Солнце. Об этом речь пойдет в заключительной части обзора.

Планы и проекты

Вернемся к космическим планам, причем – грандиозным. Относительно скоро выйдет Decadal Survey 2020. Это издаваемый раз в десять лет план программ астрофизического отдела NASA (аналогичные публикации готовят со сдвигом в пару лет и другие отделы — планетный, солнечный, геофизический). Пришло время отчитаться, и в Архиве появилось несколько объемных публикаций по разрабатываемым проектам флагманских астрофизических миссий космического агентства США. Не все из них полетят. Но крайне интересно смотреть, что сделано, что можно сделать, какие задачи астрономы хотят решать и так далее. В сентябре в Архиве появились подробные описания четырех проектов.

Проект «Рысь» (Lynx) — рентгеновская миссия. Она должна прийти на смену телескопу Chandra. И, как полагается, быть лучше минимум на порядок по всем основным характеристикам. Более того, Рысь будет лучше и другого своего «коллеги», которого разрабатывает Европейское космическое агентство — космического телескопа Athena (от английского Advanced Telescope for High ENergy Astrophysics — продвинутый телескоп для астрофизики высоких энергий). Лучше по всем параметрам, кроме размеров поля зрения (оно будет больше чем у Chandra, но все-таки не таким большим, как у Athena). Запуск планируется в точку L2. Описание дано в работе, опубликованной 25 сентября.

Следующая статья рассказывает о миссии LUVOIR (The Large UV/Optical/Infrared SurveyoR — большой наблюдатель, работающий в ультрафиолетовом, оптическом и инфракрасном диапазонах). Основная задача LUVOIR — детально изучать экзопланеты. Но, разумеется, как и всякий универсальный инструмент, эта машина сможет наблюдать что угодно. Рассматриваются два варианта: с 8-метровым и 15-метровым зеркалом. На инструменте будет много регистрирующей аппаратуры, в частности, коронограф, который как раз и нужен для получения прямых изображений и спектров экзопланет.

Третий проект – HabEx (The Habitable Exoplanet Observatory — обсерватория, предназначенная для поиска и изучения обитаемых экзопланет). Это четырехметровый телескоп, работающий также от ИК до УФ. И этот проект по сравнению с LUVOIR еще более ориентирован на экзопланеты. Здесь основная изюминка — отдельно летающая «заслонка», работающая как коронограф. Летать должна далеко, на расстоянии 124000 километров. Поэтому основная сложность в работе HabEx будет заключаться во взаимной ориентации телескопа и «заслонки». Это должно позволить получать прямые изображения планет земного типа в зонах обитаемости.

Наконец, четверным стал проект «Истоки» (Origins). Это новый космический телескоп, также предназначенный для изучения экзопланет, формирования планет, звезд и галактик. Диаметр его зеркала — девять метров (есть еще второй вариант с шестиметровым зеркалом, он отдельно описан в статье от 19 сентября). В отличие от LUVOIR, этот инструмент можно охлаждать до 4К. Так что тут концентрируются на ИК диапазоне, включая длинные волны. Его описание можно найти в статье от 25 сентября. Уточню, что все описания проектов довольно объемные. Обычно это книжки страниц под 200, а вот LUVOIR описывается аж на 441 странице!

Пока кто-то строит планы, кто-то уже наблюдает. Всего несколько месяцев провел на орбите спутник TESS, а открытия уже есть. Первая экзопланета обнаружена в системе звезды пи Столовой Горы. Открыта сверхземля на тесной орбите вокруг звезды солнечного типа с периодом менее недели. Ранее в этой системе астрономы уже находили массивную планету типа Юпитера с орбитальным периодом более пяти лет. Планета, открытая с помощью TESS, интересна с точки зрения возможностей детального изучения ее атмосферы и разнообразных эффектов, наблюдаемых к экзопланетных системах. Также детальные наблюдения этой планеты и звезды представлены в статье от 20 сентября.

Галактики, радиопульсар и закон Хаббла

Самое интересное, на мой взгляд, сентябрьское открытие сделали радиоастрономы. Это радиопульсар с рекордно длинным периодом. Период вращения данного компактного объекта составляет 23,5 секунды. Наблюдения проводились на очень низких частотах (135 МГц) на установке LOFAR. Авторы открытия в своей статье обсуждают, как этот источник может быть связан с другими типами нейтронных звезд. Они считают, что, несмотря на длинный период вращения, эта нейтронная звезда эволюционировала не так, как объекты с большим начальным магнитным полем. Однако, на мой взгляд, не исключено, что это все-таки «родственник» «Великолепной семерки» магнитаров. Хотя пока тепловое рентгеновское излучение поверхности у нового пульсара не увидели, но имеющиеся пределы не очень сильные – специальные наблюдения с помощью телескопов XMM-Newton или Chandra еще не успели провести. Как бы то ни было, описание эволюции этого источника представляет собой интересную задачу (смотрите, например, статью от 21 сентября). Tе решение может вывести на интересные особенности эволюции и вообще астрофизики нейтронных звезд.

Другая важная работа связана с изучением галактик. Если вас попросить нарисовать объект этого типа, то наверняка вы будете пытаться изобразить спиральную галактику с красивыми рукавами. Рукава бывают разные и одной моделью не описываются. Но две красивые спирали у одиночной галактики без перемычки (бара) должны, как думает большинство специалистов, объясняться теорией Лина и Шу — так называемой теорией волн плотности.

Эта модель, существующая уже полвека, описывает формирование спиральных рукавов. По газовому диску бежит волна. Газ «поджимается» и превращается в звезды. Скорость волны отличается от скорости движения звезд. Причем, у волны единая угловая скорость, а звезды двигаются вокруг центра с разными скоростями на разных расстояниях. Таким образом, если измерить, где какие (с какими возрастами) звезды находятся, то можно проверить теорию, измерив, не описывается ли относительное смещение звезд моделью, где рождение происходит при движении волны с одной и той же угловой скоростью. И вот это «если» стало былью: авторы утверждают, что смогли напрямую в одном случае (галактика UGC 3825) проверить теорию волн плотности.

Кроме открытий сообщество периодически будоражат филологические споры и диспуты о приоритете. Добрались до закона Хаббла. В августе на генеральной ассамблее МАС было предложено называть закон Хаббла законом Хаббла-Леметра, чтобы отметить вклад бельгийского теоретика Жоржа Леметра. Это пока не окончательное решение (в любом случае, оно будет носить характер рекомендации — астрономы строем не ходят). Автор статьи от 7 сентября обращает внимание на некоторые сложности в этом вопросе. В частности, автор указывает на неточности в изложении того, как было обнаружено разбегание галактик, и в интерпретацию этого явления в версии МАС.

Что почитать

Наконец, мы добрались до традиционной рубрики «что читать на выходных». Начнем с поисков жизни. Жизнь не обязательно плавает в воде или бегает по поверхности. Она существует и в земных недрах (не глубоко, конечно). Если аналогичные формы жизни успели появиться на Марсе миллиарды лет назад, то последующие изменения климата не должны были на них существенно сказаться. Авторы статьи от 21 сентября дают обзор того, что известно о таких формах жизни на Земле, и обсуждают, как искать такую жизнь или ее следы на Марсе.

На Земле же жизнь точно есть. Вполне развитая, местами даже разумная. На определенном этапе своего развития некоторых разумных существ начинает тянуть к прекрасному, а другие пытаются алгеброй поверить эти гармонию. В один день в Архиве появилось сразу две интересные работы, посвященные статистическому анализу искусства. Статья «История живописи через призму энтропии и сложности» посвящена анализу живописных полотен. Авторы вводят простые статистические критерии (энтропия и сложность) и смотрят, как они меняются на протяжении веков. В выборке использовано около 140 000 изображений, охватывающих все стили европейского искусства вплоть до наших дней. Вторая статья посвящена анализу эволюции музыкальных стилей. Здесь авторы также используют статистический анализ, показывая, какие характеристики музыкальных произведений показывают монотонную эволюцию.

Автор — Сергей Попов

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.