"Физика и астрономия в школе"

Сайт  Народного учителя России Пигалицына Льва Васильевича

NASA отправит корабль в атмосферу Солнца

Более 30 лет над этой идеей работала большая группа специалистов из ряда институтов и космических центров США, а также других стран. Чтобы послать космический аппарат к Солнцу, нужно было решить целый ряд технических задач, не говоря уж об изворотливости, которая потребовалась, чтобы уложить стоимость такого уникального предприятия в рамки разумного. Теперь NASA говорит: "Время пришло".

      В советские годы ходил анекдот, в котором товарищ Брежнев предлагал слетать на Солнце, но делать это надо было ночью - чтобы спутник не сгорел. При всей ироничности ситуации изучение Солнца с близкого расстояния – давнишняя мечта ученых. К примеру, до сих пор не до конца понятен механизм образования протуберанцев и солнечного ветра. Поэтому уже более 30 лет ученые проектируют экспедицию к нашему светилу. И вот, NASA объявила о начале подготовки такого полета, правда состоится он только в 2015 году.

Solar Probe должен будет приблизиться на рекордно близкое расстояние до Солнца и пролететь через корону светила. Спасать аппарат от жара в 1500 градусов будет специальный колпак из нового материала (пенистый углерод толщиной 15 см). За колпаком будет прятаться оборудование, периодически высовывая датчики для измерения характеристик Солнца.  Компактный 481-килограммовый аппарат будет нашпигован самыми различными датчиками и приборами для сбора информации о Солнце, его короне и солнечном ветре, его магнитных полях и пылевой плазме в такой близости от раскалённой поверхности звезды, на которую не подбирался ещё ни один посланник Земли.

Для постепенного уменьшения перигелия американский "разведчик" использует семь гравитационных манёвров около Венеры, которые выполнит в течение примерно 6,5 лет после запуска.

Solar Probe приблизится к Солнцу на минимальное расстояние в 6,6 миллиона километров (считая до центра), что примерно в семь раз меньше, чем перигелий Меркурия, и в восемь раз ближе к нашему дневному светилу, чем какой-либо корабль в прошлом. Орбитальная скорость машины в перигелии превысит 201 километр в секунду.

На своей рабочей орбите аппарату придётся несладко: интенсивность света, обрушивающегося на зонд, будет в 500 раз выше той, которой подвергаются спутники на околоземной орбите. А ведь послать зонд на Солнце "ночью" (как в известном анекдоте про Брежнева) — не получится.

Чтобы Solar Probe проработал там достаточно долго, конструкторы предусмотрели солнечный щит диаметром 2,74 метра и толщиной более 15 сантиметров. Он будет выполнен на основе вспененного углерода и сможет выдерживать нагрев до 1430 градусов по Цельсию.

Только вот температура на внешней поверхности солнечного "зонтика" Messenger в точке наибольшего сближения аппарата с Солнцем достигает "всего" 370 градусов по Цельсию. К тому же на щит Solar Probe будет обрушиваться куда более мощный поток частиц, способных выбивать в его толще настоящие кратеры. Потому создание этого устройства является одной из самых интересных задач в данной миссии.

Кстати, это "укрытие", как уверяют специалисты, имеет родство с плитками теплозащиты шаттлов. Так что инженерам тут не пришлось начинать с нуля.

За пределы тени от щита зонд сможет выдвигать и периодически прятать обратно солнечные батареи (чтобы удерживать в разумных границах их температуру), а также — различные датчики. Кстати, окончательный список научного оборудования, которое будет установлено на Solar Probe, ещё не сформирован.

Зато инженеры очень "плотно" поработали над общими системами корабля — его энергетикой, связью и, как уже сказано, защитой от солнечного излучения и мощного потока высокоэнергетических частиц.

Схема перелёта зонда Solar Probe к Солнцу. На финальной орбите перигелийное расстояние составит всего 9,5 радиуса Солнца, а афелий будет куда больше — 0,73 астрономические единицы. Наклонение орбиты к эклиптике составит 3,4 градуса (иллюстрация с сайта solarprobe.gsfc.nasa.gov).

Солнечных батарей на зонде будет четыре штуки: две побольше и две совсем крошечные. Второй набор будет выдвигаться на минимальном расстоянии от Солнца, он будет не так сильно раскаляться за счёт меньшей площади, и к тому же его оснастят системой охлаждения.

Максимальная мощность, отдаваемая батареями бортовой начинке, достигнет 482 ватт.

Специалисты лаборатории прикладной физики подготовили для NASA детальный доклад (PDF-документ, 38,5 мегабайта), описывающий новейшую версию зонда — Solar Probe+ — и все этапы его полёта.

Старт Solar Probe предполагается в мае 2015 года. Если он действительно состоится в срок, то на минимальное расстояние к Солнцу аппарат приблизится в октябре 2021-го. С этого момента он перейдёт на орбиту с периодом обращения в 88 дней.

На этой ближайшей "дорожке" он должен проработать, по меньшей мере, три полных оборота вокруг Солнца, рассчитывают специалисты APL. И если зонд не съедят "солнечные трилобиты", есть шанс, что Solar Probe проживёт ещё дольше. Во всяком случае, инженеры стараются заложить в него солидный запас прочности.

Как мы уже говорили, над данной миссией учёные работали много лет, однако только теперь появился вариант более-менее выполнимый как с точки зрения инженерии, так и в плане общих затрат. Так, может, в настоящее время где-то идёт обсуждение и более впечатляющих проектов, вроде прыжка в Солнце?

publishe.ru. 14 мая 2008 года.

 

Черная  Дырочка

    Верхние пределы размеров известных нам черных дыр очень велики. Некоторые из них обладают массой в миллионы солнечных – но где нижняя планка? Недавно открыта самая крохотная черная дыра, всего лишь 25 км в поперечнике.

Самая маленькая из найденных в космосе черных дыр относится к двойной системе XTE J1650-500. Обладая массой лишь в 3,8 солнечных, дыра вращается вокруг звезды
На этой иллюстрации показана черная дыра и окружающий ее диск материи, падающей в нее по спирали: чем меньше дыра, тем, соответственно, меньше и этот диск

Работающий сейчас в NASA Николай Шапошников с коллегами сообщил о находке в двойной системе XTE J1650-500 в созвездии Лебедя, открытой еще в 2001 г. Крохотная – массой всего около 3,8 солнечных – черная дыра в ней вращается в паре с обычной звездой. Измерить массу черной дыры удалось благодаря орбитальному рентгеновскому зонду RXTE.

Конечно, сами по себе черные дыры невидимы. Но нередко их окружает аккреционный диск из раскаленного газа и пыли – материи, которая притягивается черной дырой, закручиваясь по спирали, как вода, стекающая в слив раковины. Приближаясь к черной дыре, эта материя все более ускоряется и раскаляется, начиная испускать периодические вспышки в рентгеновском диапазоне. Причем, чем крупнее черная дыра, тем больше соответствующий аккреционный диск – и с тем более длинными интервалами он излучает. Это и позволяет установить массу черной дыры – в данном случае, она оказалась равной 3,8 солнечных (± 0,5 солнечной массы) – что заметно меньше предыдущего рекордсмена миниатюрности (6,3 солнечных масс).

Universe Today  8.04.2008

Стивен Хокинг считает, что примитивные формы жизни часто встречаются во Вселенной

Во время своей лекции в Университете им. Джорджа Вашингтона, проведённой в честь пятидесятилетия NASA, астрофизик Стивен Хокинг сказал, что, наиболее вероятно, мы не одиноки во Вселенной, сообщает Associated Press. Существуют два мнения на этот счёт: жизнь существует только на Земле, или жизнь на других планетах не получает шансов развиться достаточно для того, чтобы передать сигналы о себе в космос.

У Хокинга своё мнение на этот счёт. Он говорит, что примитивная жизнь, скорее всего, вовсе не редкое явление во Вселенной, в то время как разумная, вероятно, зарождается не часто. Сейчас, по его словам, ещё не очень понятно, существует ли она на Земле.

По поводу того, чем пришельцы могут быть опасны для нас, астрофизик прежде всего назвал неизвестные науке заболевания. У иных форм жизни может отсутствовать ДНК. Хокинг также заявил, что, если человеческая раса сможет просуществовать ещё миллион лет, то люди наверняка смогут сами заглянуть в самые удалённые уголки Вселенной.

Учёный сравнил людей, которые препятствуют выделению средств на исследование космоса с теми, кто был против путешествия Колумба в 1492 году. "Открытие Нового Мира значит для нас очень многое. Только подумайте, не случись этого, и у нас бы не было Макдоналдса или KFC", - говорит он.

Новости Компьюленты. 23 апреля 2008 года

Кольца темной материи

Американские астрономы составили карту распределения темной материи в скоплении галактик Cl 0024+17, расположенном в 5 млрд. Световых лет от Солнечной системы,  сообщает NASA. Как оказалось, темная материя в скоплении сосредоточена в двух

районахН центре кластера и кольце диаметром около 2,6 млрд. световых лет,  которое образовалось, предположительно, 1-2 млрд. лет назад, когда Cl 0024+17

образовалось в результате столкновения двух других скоплений галактик.

Выполненное "Хабблом" фото скопления галактик Cl 0024+17 с наложенной на него картой распределения темной материи (показана голубым цветом). Темная материя, на которую приходится значительная часть массы Вселенной не поддается непосредственному наблюдению. Поэтому для составления карты был использован эффект гравитационной линзы - по искажению света от еще более далеких объектов в гравитационном поле Cl 0024+17. Полученная карта

распределения темной материи была затем наложена на снимок скопления галактик.

Новости Компьюленты, 16 мая 2007 года.

Испытания космического каната провалились.

Трём небольшим космическим аппаратам не удалось размотать в космосе канат длиной в один километр, сообщает New Scientist. Когда-нибудь, возможно, такие канаты будут использоваться для корректировки орбит спутников, позволяя компаниям, занимающимся их изготовлением, экономить на топливе. Также подобными нитями

можно будет связывать несколько аппаратов, к примеру, части одного телескопа. Произошедшее может говорить о провале испытаний этого проекта. На прошлой неделе блок с условным обозначением Ted, который должен был размотать канат, успешно отделился от спутника Gadget. Сбой в системе ограничителя, однако, не позволил

Ted завершить начатое дело и, в результате, нить размоталась всего на несколько метров. Роберт Хойт из компании Tethers Unlimited, которая занимается реализацией данного проекта, сказал, что инженерам фактически известно, из-за чего произошёл сбой, однако фирма пока не собирается разглашать эту информацию. Данные, полученные с Gadget, тем не менее, могут помочь при изучении поведения каната в условиях микрогравитации. Специалисты также обсуждали вариант, когда Gadget должен был "подтянуться" к модулю Ted и повторить попытку, но он был

Новости Компьюленты, 16 мая 2007 года.

Сингулярность в чистом виде работает как сильная линза

 Британские и американские учёные обнаружили, что сингулярность в чистом виде будет работать в качестве очень сильного увеличительного стекла, сообщает New Scientist. Сингулярность существует в центре каждой чёрной дыры. Когда материя коллапсирует под собственным весом, она формирует либо точку, либо кольцо бесконечной плотности. Каждая из таких сингулярностей, однако, скрыта за горизонтом событий, поглощающим даже свет. Таким образом, наблюдать её пока что не удавалось.  Существуют, однако, чрезвычайно быстро вращающиеся чёрные дыры, которые "тащат" за собой близлежащее пространство. Таким образом, если скорость вращения достаточна, свет и материя могут отбрасываться от такого объекта и, соответственно, избегут поглощения.  Эрли Петтерс из Герцогского университета (штат Северная Каролина, США) и Маркус Вернер из Кембриджского университета (Великобритания) обнаружили, что сила притяжения сингулярности в чистом виде будет работать как сильная линза. Она будет усиливать свет звёзд намного больше, чем обычная чёрная дыра.

 Астрономы собираются начать поиск такого объекта в центре Млечного Пути. Считается, что там находится сверхмассивная чёрная дыра. Если же в действительности это образование являет собой сингулярность в чистом виде, то её можно будет засечь с помощью интерферометра CHARA. Интерферометр состоит из шести телескопов, расположенных в Маунт-Вилсоновской обсерватории (штат Калифорния, США). Если его направить на центр Галактики, то по полученным изображениям можно будет уточнить, какой именно эффект увеличительного стекла наблюдается там.   По словам Петтерса, сингулярность является местом, где законы физики перестают действовать. Поэтому, если она будет обнаружена, то её поведение останется непонятым. Если же она подчиняется законам физики, то значит ошибочны они сами. Возможно, поведение такого образования можно будет объяснить с помощью теории квантовой гравитации.

Новости Компьюленты. 3 октября 2007 года

Астрономы отыскали источник антиматерии в центре нашей галактики

    Георг Вайденспойнтнер из Института внеземной физики Макса Планка совместно с коллегами из Германии, Франции, США, Нидерландов и Италии открыли наиболее вероятный механизм пополнения огромного облака антиматерии, обитающего в центральной части нашей галактики.

Гамма-излучение в линии 511 килоэлектронвольт, идущее из центра нашей галактики, не даёт покоя астрономам вот уже более 30 лет. Данные лучи являются результатом аннигиляции позитронов и электронов. Но откуда в центре Млечного пути взялось столько антиматерии – до сих пор точно не известно. Имеется лишь несколько версий. Среди них – взрывы звёзд (часть тяжёлых элементов которых распадается с выбросом позитронов) и распад тёмной материи на позитроны и электроны, которые тут же аннигилируют.

Завесу тайны помог приоткрыть европейский космический гамма-телескоп INTEGRAL. Международная группа астрономов провела анализ данных, собранных этим аппаратом за последние четыре года, и открыла любопытную особенность строения Млечного пути. Во-первых, оказалось, что облако антиматерии не сферическое (как считалось ранее, исходя из менее полных наблюдений), а вытянутое и ассиметричное. Одна его сторона простирается аж вдвое дальше от центра галактики, чем другая. Это необычно, поскольку, скажем, распределение газа во внутренней части галактики довольно равномерное. Во-вторых, форма этого облака соответствует распределению населения низкомассовых рентгеновских бинарных систем в центральном районе Млечного пути. Эти двойные (обычная звёзда плюс нейтронная, либо чёрная дыра), излучающие жёсткий рентген (и оттого прозванные hard low mass X-ray binaries – hard LMXB), как с удивлением обнаружили Вайденспойнтнер и его коллеги, также распределены неравномерно, причём их "толпа" сдвинута в ту же самую сторону, что и позитронное облако. Данное совпадение удалось открыть благодаря тому, что INTEGRAL – единственный аппарат, способный одновременно видеть и излучение 511 кэВ, и жёсткий рентген, генерируемый LMXB.

Находка свидетельствует, что именно объекты LMXB и пополняют запасы антиматерии в центре галактики, отвечая тем самым за загадочное излучение 511 кэВ. Вайденспойнтнер и соавторы данной работы утверждают, что от 50 до 100% антиматерии в центральной области Млечного пути обязано своим происхождением "жёстким" LMXB. В этих парах массивный объект затягивает с поверхности обычной звезды материю, которая, падая на чёрную дыру или нейтронную звезду, нагревается столь сильно, что там возможна самопроизвольная генерация электронно-позитронных пар. Вторая половина антиматерии, возможно, имеет другой источник. Например, это может быть аналогично падающая по спирали и нагревающаяся материя около огромной центральной чёрной дыры, обитающей в самом сердце Млечного пути. Также часть позитронов могут поставлять взрывающиеся звёзды. Таким образом, отпадает необходимость в привлечении к данному "вопросу" распада тёмной материи, заключает журнал "Мембрана".                                                                                                          

News.Battery.Ru . 10.01.2008

Скорость выбросов материи сверхновой составляет 99% скорости света.

 Результаты исследований показали, что материя покидает умирающие звёзды со скоростью лишь на десятитысячные доли процента меньшей скорости света, сообщает New Scientist. Учёные и ранее предполагали такой вариант развития событий, но до сих пор проверить его правильность не удавалось. Теперь же измерения двух  всплесков гамма-излучения позволили узнать, что скорость материи, выбрасываемой в результате этих вспышек, составляет 99,9997% от скорости света. Расширяющееся вещество служит источником гамма-излучения, которое порождает  свечение, видимое в инфракрасном диапазоне. Узнав, за какое время это свечение достигает своего пика, можно определить и скорость распространения материи. Во время исследования учёные использовали данные, полученные со спутника NASA  Swift и инфракрасного телескопа REM, находящегося в Чили. В результате им удалось установить, что задержка между двумя пиками излучения вспышек, замеченных в 2006 году, составляет 153 и 180 секунд, что соответствует  приведённым выше результатам. По словам Стефано Ковино, одного из исследователей, некоторые частицы, такие как нейтрино, способны развивать и большую скорость.

Новости Компьюленты  15 июня 2007 года.