В 1986 году зонд NASA «Вояджер-2» (Voyager 2) пронёсся мимо Урана — далёкой седьмой планеты Солнечной системы. Во время пролёта он сделал снимок магнитосферы планеты, расшифровка которого озадачила учёных. Конфигурация магнитосферы Урана оказалась настолько неожиданной, что внятного научного объяснения этому не находилось. Разобраться в этой головоломке помогло новое изучение архивных данных «Вояджера-2».

Слева обычное состояние магнитосферы Урана, справа — под воздействием солнечного ветра. Источник изображения: NASA

Магнитосфера планет защищает их от потока космических частиц и частиц Солнца — плазмы или солнечного ветра. Это, в частности, приводит к образованию слабых радиационных поясов вокруг планет, в которых, как в виртуальных пончиках, скапливаются высокоэнергетические частицы. Такой пояс вокруг Земли носит название пояса Ван Аллена. Из данных, полученных 38 лет назад «Вояджером-2», следовало, что Уран имеет сильно сжатую магнитосферу, лишённую плазмы, и мощнейший радиационный пояс, который по интенсивности радиации уступал только поясам Юпитера. Такого просто не могло быть.

Новое изучение архивных данных зонда позволило, наконец, понять причину этого несоответствия. Оказалось, что дело в редком стечении обстоятельств. Магнитосфера Урана пребывает в зафиксированном зондом состоянии лишь примерно 4 % времени, и «Вояджеру-2» повезло (или не повезло) пролететь мимо планеты именно в этот редкий промежуток времени. Всё остальное время магнитосфера Урана «нормальная», и её динамика мало чем отличается от динамики магнитосферы, например, Земли.

Уран в натуральных цветах. Снимок 1986 года с зонда «Вояджер-2»

За несколько дней до пролёта Урана планета подверглась массивному воздействию солнечного ветра. Солнечная плазма сильно сжала магнитосферу Урана и радиационные пояса, а также вытеснила местную плазму — ионы воды, выделяемые лунами планеты. Кстати, отсутствие данных о местной плазме в записях «Вояджера-2» заставило учёных предположить, что все пять ближайших лун Урана геологически мертвы. Однако теперь появилась возможность опровергнуть это утверждение. Зонд просто пролетел мимо планеты не в подходящее время. Это хорошая новость для планетологов — в системе Урана, как оказалось, есть много интересного, и планета ждёт своих первооткрывателей.

Специалисты NASA отключили один из научных приборов зонда «Вояджер-2», продуктивность которого резко снизилась в последние годы. Сэкономленная электроэнергия бортового источника питания зонда позволит ему на годы продлить полёт в межзвёздном пространстве, куда он вышел в 2018 году. В NASA ожидают, что «Вояджер-2» продолжит собирать бесценную информацию даже в начале 30-х годов, хотя раньше мало кто ожидал увидеть его работу после середины 20-х.

Художественное представление зонда «Вояджер». Источник изображения: NASA

Отключение прибора состоялось 26 сентября 2024 года и проводилось под контролем специалистов. Сигнал достиг «Вояджера-2» через 19 часов после отправки с Земли. Сейчас от нас до зонда 20,5 млрд км. Даже со скоростью света в вакууме сигналу потребовались без малого сутки, чтобы добраться до аппарата. Столько же пришлось ждать, чтобы узнать сработала ли команда. Как говорят в NASA, всё задуманное было сделано.

Отключённый прибор — это эксперимент PLasma Science (PLS). Три датчика прибора всегда ориентированы на Солнце, чтобы фиксировать направление, скорость и объём заряженных солнечных частиц — солнечного ветра (плазмы), а один датчик расположен под прямым углом к ним. Этот датчик был нужен в тех редких случаях, когда зонд проходил рядом с планетами, тогда он мог изучать поведение солнечного ветра в их магнитосферах.

После выхода зонда «Вояджер-2» из гелиосферы в межзвёздное пространство одиноко расположенный датчик принимал данные лишь раз в три месяца, когда зонд совершал полный оборот вокруг своей оси для ориентации. Вне гелиосферы поток плазмы из межзвёздного пространства направлен «в лицо» зонду и не воспринимается датчиком, направленным в сторону. Также поток плазмы от Солнца уже не достигает трёх направленных на него приёмников заряженных частиц, поскольку зонд движется вне гелиосферы Солнца и, следовательно, солнечный ветер уже не долетает до аппарата. Таким образом, прибор PLasma Science оказался практически бесполезен и при этом он отбирал у зонда бесценную энергию.

Март 1977 года. Этап сборки зонда.

На зонде «Вояджер-1», кстати, прибор PLS перестал работать ещё в 80-е годы. Он отключён давным-давно. Источник питания у обоих «Вояджеров» одинаков — это радиоизотопный термоэлектрический генератор (РТГ), работающий на распаде плутония. Каждый год он теряет 4 Вт мощности. Для эксперимента на «Вояджере-2» в 2023 году отключили схему стабилизации питания, которая также потребляла энергию, но всё время находилась в ждущем режиме. Это добавило зонду не менее трёх лет полёта. В дополнение к этому отключение прибора PLasma Science добавит ещё несколько лет полёта. В работе на «Вояджере-2» остаётся четыре научных прибора. Они продолжают собирать и отправлять на Землю данные.

На «Вояджере-1» NASA не рискнуло отключить блок стабилизации питания. Этот зонд отлетел примерно на 5 млрд км дальше от Земли, чем его близнец, и движется он в сторону от траектории «Вояджера-2». «Вояджер-1» считается более ценным аппаратом и в NASA не намерены им лишний раз рисковать.

В этом году зондам исполняется по 47 лет. На их долю выпало немало приключений даже в первые годы работы, не говоря о разного рода случаях на склоне лет. Но у них есть шанс пережить своё 50-летие и быть может даже дожить до следующего юбилея.

Благодаря телескопу «Джеймс Уэбб» учёные впервые достоверно смогли определить ряд химических веществ на поверхности спутника Плутона Хароне. Миллиарды лет назад Харон мог отделиться от Плутона после удара астероида, как это произошло при отделении Луны от Земли. Также Харон может оказаться самостоятельным объектом, прилетевшим из пространства и застрявшим у Плутона. Изучение химического состава поверхности спутника могут помочь с этой загадкой.

Харон вблизи. Источник изображений: NASA

Вблизи Харон (и Плутон) наблюдались лишь однажды и недолго, когда рядом с ними пронеслась автоматическая станция NASA «Новые горизонты» (New Horizons). Эти данные использовались в новой работе, как и моделирование на базе изучения ледяных спутников Юпитера, а также лабораторные исследования по бомбардировке фотонами и заряжёнными частицами водяного льда и других веществ (учёных интересовали процессы фотолиза и радиолиза, которые инициируют химические реакции на окраинах Солнечной системы).

Харон и Плутон (на переднем плане)

Харон и Плутон имеют необычную орбиту. Она обусловлена тем, что Харон всего лишь вполовину меньше Плутона (1200 км против 2400), а его масса составляет примерно 1/8 массы Плутона. Оба они вращаются вокруг общего центра масс. Земля и Луна тоже вращаются вокруг общего центра масс, но он находится внутри Земли и Луна как бы всё равно обращается вокруг Земли. В случае Плутона и Харона общий центр масс далеко выступает за поверхность Плутона и, в частности, это стало одним из поводов, почему Плутон потерял статус планеты Солнечной системы.

Плутон и Харон на спектральных датчиках «Уэбба». Источник изображения: NIRSpec Silvia Protopapa et al. / Nature Communications, 2024

Наблюдение учёных Северо-Западного университета (США) за Хароном с помощью спектральных инфракрасных приборов «Уэбба» впервые позволило достоверно определить на его поверхности наличие углекислотного льда и перекиси водорода в смеси с водяным льдом (средняя температура на спутнике составляет -232 °C). Это достаточно важный шаг к пониманию, как образовалась эта по сути двойная система небесных тел. Также работа даёт понимание химических реакций на транснептуновых объектах, куда добираются лишь крохи энергии Солнца. В частности, фотоны и заряжённые частицы бомбардируют водяной лёд (и водяной лёд с добавками углекислотного льда), превращая часть его в перекись водорода.

Также исследования показали, что Харон содержит меньше аммиака и метана, чем Плутон и другие объекты за орбитой Нептуна. Это как минимум заставляет распознать в Хароне пришельца из другого уголка системы. Но это не точка в исследовании Харона, а лишь новый эпизод, за которым последует продолжение.

Примерно через 4,5 млрд лет Солнце превратится в красного гиганта и сбросит оболочку. В этом катаклизме будут уничтожены все планеты до Марса, включая Землю. Если это кого-то утешит, известная нам жизнь на Земле станет невозможной задолго до этого события. Сброс внешних слоёв Солнца поставит в судьбе нашей планеты последнюю точку, уничтожив её как физический объект. Но шанс уцелеть у Земли есть — как выяснилось, подобное уже было в нашей галактике.

На удалении примерно 4200 световых лет астрономы обнаружили систему белого карлика, у которого обнаружился кандидат в подобные Земле планеты. Белый карлик — это ядро звезды наподобие Солнца. На закате своей жизни звезда превратилась в красного гиганта и сбросила внешнюю оболочку, а ядро сжалось и стало остывать, став белым карликом на миллиарды и миллиарды лет. У этой погибшей звезды нашлась предположительно скалистая планета в 1,9 раз массивнее Земли. Причём планета находится всего в 2 а.е. от своей звезды. Это означает, что разросшийся гигант и удар слетевшей с него оболочки не стёр планету с карты местной системы. Планета пережила гибель центральной звезды, что даёт шанс Земле тоже уцелеть в далёком будущем.

Художественное представление системы белого карлика. Источник изображения: Adam Makarenko / W.M. Keck Observatory

Но это не самое удивительное. Поражает метод, с помощью которого была обнаружена система белого карлика. Ей повезло пройти над очень яркой далёкой звездой (удалённой от Земли на 26 100 световых лет) и оказаться на одной линии, соединяющей Землю и звезду. Тем самым возник эффект микролинзирования. Далёкая звезда вдруг стала ярче в 1000 раз, что засекли астрономы и стали наблюдать за ней.

Наблюдение за небом до, во время и после события микролинзирования. Источник изображения: Keming Zhang et al. / Nature Astronomy, 2024

Проводя измерения в течение нескольких лет, учёные собрали достаточно данных для моделирования состава и параметров системы белого карлика. Лучше всего подошла модель, согласно которой у белого карлика находилась бы землеподобная скалистая планета и коричневый карлик массой около 30 масс Юпитера. Планета должна была обращаться вокруг звезды на удалении 2 а.е., а коричневый карлик — на удалении 20 а.е.

Два варианта организации системы белого карлика и два варианта развития событий поле гибели звезды

До превращения звезды в красного гиганта такая землеподобная планета должна была вращаться вокруг звезды примерно в два раза тяжелее Солнца на удалении около 1 а.е. Но сброс оболочки во время гибели звезды отбросил её. Этот сценарий возможен и для Земли и Солнца. Поэтому он вдвойне интересен земной науке.

Гипотетические первичные чёрные дыры ещё ни разу не обнаружили себя, и учёные думают, как это сделать. Естественным индикатором подобных объектов в Солнечной системе мог бы выступить Марс, считают учёные из Массачусетского технологического института (MIT). Пролёт первичной чёрной дыры через нашу систему вызвал бы отклонение орбиты Марса на 1 метр, что сегодня легко различимо. Впрочем, для такого открытия нужно ещё немного удачи и терпения.

Художественное представление первичной чёрной дыры на орбите Марса. Источник изображения: Benjamin Lehmann, MIT

Расчёты показывают, что если первичные чёрные дыры существуют и хоть как-то соответствуют представлениям учёных, то через Солнечную систему они пролетают примерно раз в десять лет. В таком случае придётся запастись терпением и подготовиться, если поставить цель стать свидетелем этого явления.

Согласно наиболее распространённым современным представлениям, первичные чёрные дыры могли образоваться в первые доли секунды после Большого взрыва из коллапсирующих облаков газа и затем рассеялись по Вселенной. Каждая первичная чёрная дыра — это фактически сосредоточенная в одной точке пространства масса, сравнимая с массой астероида. Астероиды в Солнечной системе также оказывают влияние на орбиты планет, включая Марс, но ввиду относительно небольших размеров и массы это влияние проявляется крайне слабо и за очень большой промежуток времени.

Первичные чёрные дыры в этом отношении обладают одним решительным преимуществом. Они пролетают через Солнечную систему со скоростью порядка 200 км/с, что оказывает достаточно сильное, единовременное влияние на орбиты планет, которые они пересекают. Согласно анализу, для отклонения орбиты Марса на один метр первичная чёрная дыра должна пролететь мимо него на расстоянии 450 млн км. Другие планеты, включая Землю и Луну, менее пригодны для детектирования первичных чёрных дыр подобным образом. Дело не в самом Марсе, а в том, что это сегодня наиболее наблюдаемая планета в Солнечной системе. По его поверхности передвигаются марсоходы, а по орбите летают станции, с которыми постоянно поддерживается разносторонняя связь. Это позволяет вести прямые измерения орбитального движения Красной планеты с точностью до 10 см.

Забавно, что идея использовать Марс как детектор первичных чёрных дыр родилась из вопроса учёному MIT о том, что произойдёт с человеком, если в метре от него пронесётся первичная чёрная дыра. Учёный рассчитал, что человека при этом швырнёт на шесть метров за одну секунду. Чья-то любознательность трансформировалась в серьёзную работу, которая (вдруг повезёт!) может привести к открытию первичных чёрных дыр и даже раскрыть тайну тёмной материи, которая вполне может оказаться теми самыми первичными чёрными дырами, а не загадочным веществом.

Сегодня накоплено множество наблюдательных данных об астероидах в Солнечной системе, и объём этой информации постоянно растёт. Эти данные помогут оценить влияние этих небесных тел на орбиты планет и подготовить почву для эксперимента по детектированию первичной чёрной дыры.

Учёные из Национальной солнечной обсерватории США (NSO) представили первые в мире детальные карты магнитных полей солнечной атмосферы (короны). Проделанная работа — это только начало тотального картирования магнитосферы короны. Это новый уровень в изучении физики нашей родной звезды, который позволит прогнозировать едва ли ни все явления на Солнце от пятен до корональных выбросов, а это путь к предсказанию космической погоды в нашей системе.

Источник изображения: NASA/SDO

Новаторские карты магнитных полей в атмосфере Солнца смог получить новый и самый большой в мире наземный солнечный телескоп им. Дэниела Иноуэ (Daniel K. Inouye Solar Telescope, DKIST). Он начал научную работу в феврале 2022 года и уже добыл самые детализированные снимки нашей звезды, где разрешение каждого пикселя соответствовало 20 км. Казалось бы, что нам искать фактически под микроскопом на Солнце? Тем не менее учёные имеют более-менее полное представление о масштабных физических процессах на нашей звезде, но в мелочах не способны разобраться даже сегодня.

Для выявления магнитных линий (полей) в короне Солнца учёные воспользовались криогенно охлаждённым спектрометром, подключённым к телескопу DKIST. С помощью коронографа исследователи могли изолированно от поверхности наблюдать атмосферу Солнца и одновременно снимать её спектр в ближнем инфракрасном диапазоне. В частности, исследователей интересовал спектр железа в атмосфере звезды. Существует такое явление, как эффект Зеемана. Он описывает расщепление спектральных линий атомов в магнитном поле.

Карта магнитных полей солнечной короны

Спектрометр легко выявляет расщепление линий вплоть до определения поляризации линий магнитного поля. Всё это позволяет в подробностях увидеть распределение линий напряжённости в короне. Если мы знаем, как распределены линии магнитных полей в атмосфере Солнца, то можем предсказать появление, размеры и очертания пятен на Солнце, интенсивность вспышек и направления выбросов корональной массы. Солнце станет предсказуемым. Это будет своего рода победа над ним.

«Картирование напряженности магнитного поля в короне — фундаментальный научный прорыв не только для исследований солнечной системы, но и для астрономии в целом, — говорят авторы исследования. — Это начало новой эры, когда мы поймем, как магнитные поля звёзд влияют на планеты здесь, в нашей собственной солнечной системе, и в тысячах экзопланетных систем, о которых мы теперь знаем».

Исследователи Корнелльского университета смогли изучить фундаментальный процесс формирования и эволюции планет — приливный нагрев, наблюдая за вулканами самого вулканически активного тела Солнечной системы — спутником Юпитера Ио. Это не праздный интерес. Аналогичные явления происходят в глубинах глобальных океанов ряда других лун у Сатурна и Юпитера, а это шанс для возникновения там жизни, которую мы знаем по Земле.

Спутник Юпитера Ио. Источник изображения: NASA

Близкое расположение Ио к Юпитеру, а также пролёты сравнительно недалёких других спутников этой планеты-гиганта сминают и растягивают недра Ио приливной гравитацией. В результате напряжения и трения недра Ио чрезвычайно разогреты, а геология этой луны — активно-вулканическая. Одновременно на поверхности спутника активны до полутысячи вулканов и там же даже сегодня образуются новые вулканы. В какой-то мере вулканическая деятельность регулирует внутренне тепло спутника и также служит индикатором этого процесса.

В последние годы данные о вулканах Ио исправно поставляет зонд NASA «Юнона» (Juno). Также стало возможным делать высокодетализированные снимки Ио прямо с Земли, что даёт массу данных для анализа. Работа астрономов из Корнелльского университета помогла систематизировать накопленные по вулканам Ио данные и позволила сделать интересные выводы.

Так, учёные обнаружили неизвестную до этого деятельность вулканов в полярных областях спутника, тогда как раньше основной вклад в тепловой баланс планеты, как считалось, вносили вулканы экваториальной области. Более того, учёные засекли явно синхронную работу в группах полярных вулканов, которые одновременно разгорались и затухали. «Все они становились яркими, а затем тускнели с одинаковой скоростью, — говорят учёные. — Интересно наблюдать за вулканами и за тем, как они реагируют друг на друга».

«Изучение негостеприимного ландшафта вулканов Ио действительно вдохновляет науку на поиски жизни, — пояснили свою главную цель учёные. — Приливный нагрев играет важную роль в нагревании и эволюции орбит небесных тел. Он обеспечивает тепло, необходимое для формирования и поддержания подповерхностных океанов на спутниках планет-гигантов, таких как Юпитер и Сатурн».

Современный Марс далёк от сферической и даже равномерно приплюснутой формы эллипсоида. Планета ассиметрична, что порождает вопросы к эволюции Марса. Американский учёный Михаил Эфроимский (Michael Efroimsky) представил на сайте arXiv.org копию отправленной в журнал Journal of Geophysical Research: Planets статьи, в которой он объясняет явно искажённую когда-то форму Марса. Всему виной — отсутствующая сегодня третья луна Марса, считает учёный.

Как Нерио могла повлиять на форму Марса. Источник изображения: Михаил Эфроимский

Как известно, приливное гравитационное воздействие ощущают на себе оба тела: большое (планета) и маленькое (её спутник). Пока планета представляет собой океан горячей магмы, её луна вызывает на ней приливы и отливы подобно поведению океанов воды на Земле. По мере остывания магмы планета сохранит причудливую форму, если притяжение спутника окажется достаточно сильным для её искажения. По мнению учёного, гипотетическая третья луна Марса, которую он назвал Нерио в честь супруги бога войны Марса из римской мифологии, могла бы иметь массу в треть нашей Луны, чтобы превратить Марс в трёхосный эллипсоид.

Наличием третьей луны у Марса на синхронной орбите учёный также объяснил некоторые топологические (геологические) аномалии рельефа Красной планеты. Например, наличие самой большой горы в Солнечной системе (Олимп) или гигантской системы каньонов — Долины Маринер.

«После того, как луна создала первоначальную трёхосность и асимметрию Марса, области, приподнятые приливами, стали более других подвержены подъёмам, вызванным конвекцией, а также тектонической и вулканической активности», — пишет Эфроимский.

Учёный не раскрывает всей небесной механики, которая могла бы возникнуть с появлением у Марса третьей луны, помимо нынешних Фобоса и Деймоса (которые также могут быть её останками). Также неясно, куда делся третий спутник, поскольку на Марсе нет явных признаков падения небесного тела подобного размера. Вопросы к исследованию остаются, однако такая гипотеза имеет право на существование и может объяснить геологическую эволюцию Марса.

Самое геологически активное небесное тело Солнечной системы — усыпанный сотнями действующих вулканов спутник Юпитера Ио — продолжает раскрывать свои секреты под наблюдением зонда NASA «Юнона» (Juno). «Юнона» давно выполнила свою основную научную программу и сейчас на остатках ресурсов оборудования совершает облёты Юпитера, сближаясь по возможности с некоторыми его спутниками, не переставая радовать учёных и рядовых граждан уникальными снимками.

Источник изображений: NASA

Осенью 2023 года и зимой 2024 года «Юнона» совершила близкие облёты Ио. Так, в феврале 2024 года зонд пролетел над спутником на высоте 2530 км, что позволило сделать цветные снимки поверхности Ио с разрешением 1,7 км/пиксель. При этом поверхность освещалась отражённым от Юпитера светом Солнца, что не помешало получить цветные снимки хорошего качества. На одном из них учёные обнаружили впечатляющий по размерам вулкан, которого ещё не было на снимках зонда «Галилео», сделанных в 1997 году.

Получается, что гигантская структура появилась на поверхности Ио за последние примерно 25 лет. Она включает в себя сам вулкан и разливы лавы с обрамлением из красной серы, выпавшей обратно на поверхность после извержений. Весь новый массив расположен на площади со сторонами примерно по 180 км. Это, в принципе, самая большая появившаяся за последние четверть века на Ио геологическая структура.

В 2024 году на ровном месте обнаружено что-то новенькое

«Наши недавние снимки JunoCam показывают множество изменений на Ио, включая этот крупный, сложный вулканический объект, который, по-видимому, сформировался из ничего с 1997 года», — пояснил Майкл Рейвин (Michael Ravine), руководитель передовых проектов Malin Space Science Systems, которая спроектировала и эксплуатирует прибор JunoCam для проекта NASA Juno.

Восточная сторона вулкана окрашена в рассеянный красный цвет из-за серы, которая была выброшена вулканом в космос и осела обратно на поверхность Ио. На западной стороне изверглись два темных потока лавы, каждый протяженностью около ста километров. В самой дальней точке потоков, где скопилась лава, высокая температура привела к испарению замерзшего материала на поверхности, в результате чего образовались два накладывающихся друг на друга серых круглых отложения.

Сравнение нового образования на Ио с Берлином и окрестностями

Все старые и новые снимки «Юноны» доступны на сайте миссии. NASA не делает секрета из получаемой информации, доступ к которой может получить каждый желающий.

Через год после проведения индийской лунной миссии «Чандраян-3» учёные опубликовали первую работу с расширенным анализом данных, собранных станцией и луноходом «Прагъян». Место высадки оказалось новым для земной науки, которая ещё не изучала поверхность Луны в приполярных районах спутника. Структура реголита там оказалась близка к породам из экваториальных и средних широт, что укрепило гипотезу о существовании в древности магматического океана на Луне.

Источник изображения: hothardware.com

До наступления лунной ночи луноход за 11 суток успел проехать 103 м от места высадки. На этом маршруте его приборами — рентгеновским спектрометром APXS и лазерным спектроскопом LIBS — было проведено 30 сеансов изучения грунта на поверхности Луны. Благодаря им учёные выяснили две вещи: во-первых, на поверхности спутника есть все признаки когда-то плескавшегося там магматического океана; во-вторых, образцы загрязнены породами из глубин Луны, что могло произойти лишь в случае глобальной катастрофы.

Источник изображений: Nature

Собранные индийским луноходом данные подтверждают, что много миллиардов лет назад на Луне был глобальный океан магмы. Об этом говорит обилие анортозита в реголите. Это лёгкие минералы, которые поднимаются в верхние слои магматического океана и в изобилии остаются на поверхности. Но вот наличие магния и его соединений в породах на поверхности — это уже привет из глубоких недр спутника.

Место высадки

Так просто такие вещества на поверхность не попадают. Однако в данном случае никакой тайны нет. Луноход спустился недалеко от края самого большого в Солнечной системе ударного кратера — у граница ударного бассейна Южный полюс — Эйткен. В поперечнике он достигает 2500 км. Что бы туда ни упало, оно подняло и разбросало по всей Луне столько породы из самых глубоких недр спутника, что их обнаружение не составляет труда.

Индийский посадочный модуль и луноход не пережили ближайшую ночь на Луне, но сделанные ими открытия стали первым близким взглядом на ту область спутника — южный полюс и приполярные районы, которые, как считается, станут главными кандидатами для разбивки первого базового лагеря человечества за пределами Земли.

Учёные только что обнаружили в Солнечной системе комету, ставшую второй в истории наблюдений, которую за пределы системы отправила одна из наших планет-гигантов. Первая комета была отправлена скитаться меж звёзд в 1980 году Юпитером. Новая комета получила необходимое ускорение после сближения в 2022 году с Сатурном. Разница в 45 лет между этими событиями намекает, что подобное случается чаще, чем представляли себе учёные.

Источник изображения: NASA

Комета C/2024 L5 была обнаружена 14 июня 2024 года роботизированной системой планетарной обороны ATLAS как объект A117uUD (астероид). Позже объект был определён как комета с присвоением соответствующего индекса. Группа учёных изучила объект, заинтересовавшись его высокой скоростью. Расчёты показывали, что комета C/2024 L5 должна была прилететь в систему извне. Межзвёздные объекты — редкие гости в нашей системе и поэтому привлекают к себе повышенное внимание.

Группа учёных из Университета Комплутенсе в Мадриде (Universidad Complutense de Madrid) провела 145 сеансов наблюдения за кометой в течение неполных 32 суток. Выяснилось, что комета C/2024 L5 в январе 2022 года сближалась с Сатурном на расстояние 0,00687 астрономической единицы. Это привело к попаданию кометы внутрь так называемой сферы Хилла, что придало объекту ускорение и изменило его орбиту на уходящую за пределы системы. Встреча с Сатурном настолько сильно повлияла на первоначальную траекторию движения кометы по нашей системе, что сделало невозможным точное определение первоначальной орбиты. Но это гарантированно был объект из нашей системы, а не из межзвёздного пространства.

Первой подтверждённой отправленной за пределы Солнечной системы кометой стала комета C/1980 E1 (Боуэлл). Из системы её вышвырнуло сближение с Юпитером 9 декабря 1980 года. Новая комета C/2024 L5 стала вторым подтверждённым объектом такого рода. Из межзвёздных объектов надёжно подтверждены два: комета Борисова и астероид Оумуамуа. Есть ещё один объект, взорвавший над Тихим океаном, которому приписывают судьбу межзвёздного скитальца. Но вокруг него создана стена домыслов и спекуляций, поэтому пока оставим его в покое.

Через четыре миллиарда лет человечеству придётся искать спасения на окраинах Солнечной системы от сбросившего оболочку Солнца. Это будет возможно лишь при наличии там огромных запасов воды. Намёки на глобальные океаны есть на многих спутниках планет-гигантов — Юпитера и Сатурна. Но вода в изобилии может быть также на спутниках таких далёких планет, как Уран и Нептун, на что недавно указали данные, полученные благодаря телескопу «Джеймс Уэбб».

Художественное представление Урана и его спутника — Ариэля. Источник изображения: NASA

Учёные из Лаборатории прикладной физики им. Джона Хопкинса (APL) во главе с планетологом Ричардом Картрайтом (Richard J. Cartwright) использовали инфракрасный спектрометр прибора NIRSpec космической обсерватории им. Джеймса Уэбба для химического анализа вещества на поверхности Ариэля — одного из ближайших спутников Урана. Это самый яркий спутник этой планеты, значительная часть поверхности которого покрыта льдом. Что это за лёд и как он образуется, давно интересует учёных.

Единственное частичное изображение Ариэля получил зонд NASA «Вояджер-2» 24 января 1986 года. Миссия в систему Урана (и Нептуна) стала бы настоящим подарком учёным, но она пока всерьёз не планируется. Что-то такое могут затевать китайцы, но точных данных на этот счёт нет.

Лёд на поверхности Ариэля расположен неравномерно. Поскольку спутник всё время обращён одной стороной к Урану (он находится в приливном захвате по отношению к планете), на дальней стороне ледяной слой больше — до 10 мм, а на ближней он всего 0,3 мм. Анализ показал, что в основном это замёрзшая углекислота. Также в данных «Уэбба» обнаружились следы угарного газа на Ариэле и ряда других химических соединений, включая карбонаты.

Сезонные изменения на Ариэле должны были уносить с его поверхности изрядные объёмы углекислоты, но этого по какой-то причине не происходит. Её объёмы восполняет какой-то источник или источники. Углекислота может восполняться в процессе химических реакций в присутствии заряженных частиц из магнитосферы Урана (так называемый процесс радиолиза). Однако её запасы также может пополнять подповерхностный глобальный океан.

Обратная сторона Ариэля изрыта малыми и большими трещинами. Вещества могут как просачиваться через них, так и распыляться аэрозолями вокруг спутника в процессе криовулканической деятельности на этой луне. Подобные процессы могли бы объяснить, откуда на Ариэле так много углекислотного льда. Наличие карбонатов также говорит в пользу подповерхностного океана — эти соли образуются при контакте горных пород с водой.

Один из двух снимков Ариэля, сделанных зондом NASA «Вояджер-2» в 1986 году

Наконец, обнаруженные на Ариэле залежи монооксида углерода (угарного газа) тоже нельзя объяснить иными причинами, чем постоянное его пополнение из недр этой луны. Чтобы этот газ охладился и выпал твёрдым веществом на поверхности Ариэля, на нём недостаточно холодно. Не хватает, как минимум, ещё -18 °C, чтобы угарный газ начал там скапливаться в виде отложений. Это всё косвенные намёки на подлёдный океан на Ариэле, но в совокупности эти данные могут дать учёным ключ к поиску океанов на экзопланетах. В нашей системе вода тоже будет кстати, особенно так далеко от Земли (и Солнца).

Даже на экваторе Земли вершины гор обильно усыпаны снегом. Этому способствуют влажный воздух и низкие температуры на высоте. На Марсе подобная картина могла наблюдаться лишь в полярных областях, но далеко на юге на это никто не рассчитывал. Поэтому для учёных стало большим сюрпризом, когда на склонах марсианских экваториальных гор обнаружилось немало снега (точнее — инея). Климатологи удивлены, но видят в этом открытии перспективы.

Художественно обработанные данные. Иней на горе Олимп. Источник изображений: ESA

Автоматические станции на орбите Марса ведут съёмку его поверхности, как правило, при наилучшем освещении — в дневные часы. Поэтому учёным до сих пор не удавалось увидеть иней на вершинах марсианских вулканов на экваторе — он очень быстро таял с восходом Солнца. Учёные из Европы объединили данные наблюдений таких аппаратов Европейского космического агентства как Trace Gas Orbiter и Mars Express, после чего смогли получить убедительные доказательства регулярного выпадения инея на вершинах экваториальных марсианских гор, включая гору Олимп высотой 21,9 км — абсолютного рекордсмена в Солнечной системе.

В теории сочетание климатических условий в этих районах, высоты и разрежённости марсианской атмосферы не должно приводить к образованию инея. Сухость и слишком низкая температура этого не должны допускать — это элементарная физика. Но даже по Земле мы замечаем, что буквально за углом может лупить град, а нам на голову падает лёгкий дождик. Похоже, на Марсе с инеем та же история. Локально возникают такие климатические условия — сочетание ветров на склонах с относительно высокой влажностью воздуха и температурой, в которых даже следовые количества воды могут выпадать инеем.

Определённый по спутниковым данным слой инея на вершинах марсианских гор всего 1/100 мм. Но даже этого хватит на заполнение водой 60 олимпийских бассейнов, а это 150 тыс. т воды. Наличие инея даёт подсказку для уточнения ряда климатических моделей Марса как современного, так и древнего, чем исследователи обязательно воспользуются.

Учёные Университета Аризоны представили сделанные в январе этого года снимки Ио — ближайшей луны Юпитера и самого вулканически активного небесного тела Солнечной системы. Удивительно, но полученные с наземного телескопа изображения оказались более чёткими и подробными, чем снимки с того же зонда «Юнона», который сейчас летает вокруг Юпитера. Это показывает огромный потенциал нового инструмента.

Большой бинокулярный телескоп. Источник изображения: NASA

Речь идёт о приборе SHARK-VIS, который в дополнение к ранее установленному прибору SHARK-NIR был добавлен в систему наблюдений Большого бинокулярного телескопа (LBT). Оба прибора были разработаны в Итальянском национальном институте астрофизики при Римской астрономической обсерватории. Интеграция системы в телескоп была проведена в 2023 году, а в 2024 году проведены первые наблюдения. В сочетании с мощными возможностями LBT, который в дополнение к двум спаренным 8,4-метровым первичным зеркалам имеет адаптивную оптику с частотой подстройки 1000 раз в секунду, приборы SHARK позволили получать при наблюдениях с Земли снимки объектов Солнечной системы с беспрецедентным разрешением.

Для издания Geophysical Research Letters учёные сделали снимки спутника Юпитера Ио. Комбинированный снимок содержит данные в инфракрасном, красном и жёлтом диапазонах. Выбранные цветовые каналы позволяют рассмотреть магматические отложения красного и белого цветов вокруг предполагаемых вулканов на Ио. На представленном снимке, например, это красные и белые ореолы в нижней правой части Ио.

Ио, видимый в Большой бинокулярный телескоп

Прибор SHARK-NIR позволяет выявить области извержения вулканов на спутнике, но его разрешения недостаточно для идентификации самих вулканов и выявления последствий выхода магмы на поверхность. С этим помогает разобраться прибор SHARK-VIS, показывающий картинку в оптическом диапазоне. Его разрешения хватает для выявления деталей рельефа спутника длиною свыше 80 км.

Луна Юпитера Ио полна вулканами, которые, как считают учёные, извергаются в результате гравитационных воздействий на недра спутника со стороны самого Юпитера и его ближайших лун. Гравитация постоянно сжимает и растягивает Ио, создавая очаги тепла и постоянно разогревая его недра. Наблюдение за вулканической активностью спутника позволит создать представление о ранних этапах геологической эволюции Земли и других планет вплоть до планет из далёких миров.

Учёные из Сколтеха и их китайские коллеги опубликовали в престижном журнале Physical Review B работу, в которой обосновали существование в недрах Урана и Нептуна экзотической молекулы акводия (aquodiium). Это молекула воды с двумя «лишними» протонами, которая стабильна лишь при высочайших температурах и давлении. Наличие акводия в недрах далёких планет теоретически объясняет их странные магнитные поля, отличающиеся от магнитного поля Земли.

Изображение Урана, полученное «Джеймсом Уэббом». Источник изображения: NASA, ESA, CSA, STScI

Магнитные поля Земли, Сатурна и Юпитера порождаются электропроводящими слоями в недрах планет. В случае Земли это циркуляция железоникелевого сплава, а у газовых гигантов — циркуляция металлического водорода на больших глубинах. Во всех трёх случаях присутствует электронная проводимость, порождающая магнетизм. Что касается магнитных полей Урана и Нептуна, то в их случае, подозревают учёные, работает ионная проводимость или, проще говоря, электрический заряд переносят атомы или даже молекулы. Всё это может быть частью ответа на загадку, почему магнитные поля у ледяных гигантов сильно отклонены от их осей вращения и исходят не из их центров.

Один из авторов исследования, профессор Сколтеха Артём Оганов, пояснил различие между двумя типами проводимости и вовлечение в процесс нового иона: «В условиях, которые существуют в недрах Юпитера, водород становится жидким металлом, его электропроводность обусловлена наличием свободных электронов, которые все атомы водорода сбрасывают „в общий котёл“ при столь сильном сжатии. А в Уране, как мы предполагаем, сами ионы водорода, то есть протоны, переносят заряд. При этом совершенно не обязательно в форме свободных ионов H⁺, а, например, в виде гидроксония H₃O⁺, аммония NH₄⁺ и ряда других ионов. Наше исследование дополняет этот ряд ионом H₄O²⁺, химия которого представляет большой интерес».

Вода в обычных условиях — это атом кислорода, у которого на внешней электронной оболочке есть две укомплектованные электронные пары в добавок к двум одиночным валентным электронам, к которым присоединены по одному атому водорода (H₂O). Когда к одной из электронных пар присоединяется протон водорода (атом водорода без собственного электрона), возникает ион гидроксония (H₃O⁺). В самых экстремальных условиях, когда температура и давление запредельные, вторая электронная пара кислорода также может присоединить протон, что даёт экзотический ион акводий (H₄O²⁺).

Авторы исследования использовали самые современные методы моделирования, чтобы понять, как вода и плавиковая кислота поведут себя в экстремальных условиях. При давлении порядка 1,5 млн атмосфер и температуре 3 тыс. градусов Цельсия в симуляции стали чётко различимы ионы акводия H₄O²⁺.

Молекула воды и её ионы

Открытый таким образом новый ион способен влиять на поведение и свойства водных сред, а именно кислых сред под большим давлением. Это примерно те условия, которых можно было бы ожидать от Урана и Нептуна, где немыслимая толща водного океана оказывает колоссальное давление на глубинные слои вещества в присутствии кислот. А значит, там должен образовываться акводий, который будет циркулировать вместе с другими ионами и делать свой вклад в магнитные поля этих планет. Более того, в присутствии этого иона там могут формироваться неизвестные на Земле минералы с невообразимыми свойствами.