Компания Softbank сообщила о завершении разработки рекордно лёгких сверхтонких гетеропереходных солнечных панелей из кремния. Панели разрабатываются для питания летающих стратосферных платформ, способных заменить вышки сотовой связи в труднодоступных уголках планеты. Лёгкая панель весом 665 г/м² с КПД 22,2 % стала промежуточным этапом для достижения целевого показателя 500 г/м².

Источник изображения: Softbank

Стратосферные платформы связи, или HAPS (high altitude pseudo satellite) представлены в основном дирижаблями. Гибкие солнечные элементы будут крепиться на покатые спины и бока этих воздушных громадин. Элементы должны быть лёгкими и достаточно эффективными, но недорогими. Именно поэтому компания Softbank остановилась на кремнии. В космонавтике уже нашли применение лёгкие многослойные солнечные элементы с использованием более эффективных, чем кристаллический кремний, материалов, но они на три порядка дороже, что делает применение космических технологий на Земле нецелесообразным.

Созданный по заказу Softbank китайской компанией LONGi и японской Fujipream Corporation гибкий гетеропереходный солнечный элемент состоит из защитного листа, фотоэлементов, герметика и заднего защитного листа толщиной, соответственно, 25 мкм, 80 мкм, 150 мкм и 50 мкм. Для соединения фотоэлементов друг с другом использован медный проводник толщиной 250 мкм с пайкой низкотемпературным припоем. Созданная таким образом солнечная панель размерами 563 × 584 мм весит всего 218,5 г. Панель площадью 1 м² будет весить 665 г. Измеренный КПД панели составил 22,2 %.

Компании LONGi и Fujipream изучают варианты по дальнейшему снижению веса солнечных элементов для стратосферных летающих платформ. На очереди барьер 500 г/м². В случае массового производства подобных панелей они пригодятся для множества применений на Земле — в строительстве, автомобилестроении и в других сферах, где свободные, но неровные поверхности смогут собирать энергию солнечного света.

Американская компания Solarcycle объявила о строительстве в США своего третьего завода по переработке старых солнечных панелей. Предприятие в Седартауне, штат Джорджия, станет крупнейшим центром по утилизации панелей, начав работу в середине 2025 года с переработки 2 млн панелей в год. Повторному использованию будет подлежать 99 % материалов. В 2030 году завод будет ежегодно утилизировать до 10 млн панелей или четверть выведенных из оборота в США.

Источник изображения: UNSW

Если планы исполнятся, США не будет грозить участь превратиться в свалку отработавших солнечных панелей, что сегодня происходит в Австралии и к концу десятилетия грозит Германии. Конкретно Solarcycle сотрудничает с 70 компаниями по производству солнечной энергии и готова перерабатывать как односторонние солнечные панели, так и двухсторонние, что многим её коллегам по бизнесу пока не по силам.

Внедрённые на предприятиях Solarcycle техпроцессы позволяют извлекать при переработке старых панелей порядка 99 % сырья. Очевидно, что больше всего в отходы пойдёт кремниевого сырья, которое, фактически, и есть солнечные панели. Для повторного использования кристаллического кремниевого стекла Solarcycle рядом с заводом по переработке панелей построит завод по выпуску заготовок для новых солнечных панелей из кремниевого стекла.

У компании уже есть заводы по переработке солнечных панелей в городах Одесса (Техас) и Меса (Аризона). Но завод в Седартауне станет крупнейшим предприятием в США такого рода. Когда заводской комплекс в Седартауне из двух заводов начнёт работать на полную мощность, для его обслуживания наймут 1250 человек.

В Австралии, спустя 15 лет после начала разработки технологии производства гибких солнечных панелей из перовскита, стартовало их опытное производство. Предприятие стоимостью $4,4 млн начало работать в пригороде Мельбурна — Клейтоне. Солнечные элементы на заводе производятся в непрерывном цикле методом печати в виде рулонов. Технология близка к коммерческому уровню, но до выхода на рынок может пройти ещё не менее 5–10 лет.

Источник изображений: CSIRO

Гибкие солнечные панели печатаются в виде 4–5-слойной структуры в непрерывном цикле, включая ламинирование. На выходе получается готовый к использованию продукт. В сутки производство способно выдавать 14 тыс. солнечных элементов. Однако это всё ещё лаборатория, управляемая исследователями CSIRO — Австралийского научно-исследовательского агентства.

Для коммерциализации технологии будут важны масштаб производства, эффективность панелей и длительность их жизненного цикла, с чем у перовскитов есть проблемы. Что касается эффективности, в марте 2024 года представители CSIRO сообщили,

что КПД гибких перовскитных фотопанелей в сборе (для панелей большой площади) составляет 11 %, а для индивидуальных ячеек — 15,5 %. С таким КПД на рынок не выйти, разве что для панелей, предназначенных для особенных условий эксплуатации.

Австралийские учёные считают, что даже низкий КПД лучше, чем его полное отсутствие. Гибкие солнечные панели могут использоваться для энергетического обеспечения электромобилей, домов на колёсах, строений, носимой электроники и там, где нет возможности устанавливать классические кремниевые солнечные панели. Гибкие перовскитные элементы не призваны заменить кремниевые панели, а лишь гармонично дополняют их.

Вся производимая заводом гибкая фотовольтаика будет передаваться исследователям и разработчикам для оценки её возможностей и проектирования перспективных изделий с её использованием. Это пока не коммерциализация технологии, но шаг к приближению этого момента.

Европейский орбитальный эксперимент OOV-Cube на высоте 933 км показал высокую устойчивость тонкоплёночных тандемных перовскитных солнечных элементов к радиации. В этом плане они оказались не хуже традиционных кремниевых элементов и при этом сулят повышение эффективности космических солнечных установок с 22–25 % до 35 % и даже до 45 %. Более того, тандемные перовскитные элементы доказали возможность самовосстановления, что само по себе дорогого стоит.

Источник изображений: ESA

Миссия OOV-Cube (On-Orbit Verification Cube, проверочный орбитальный куб) проводится с участием Европейского космического агентства, которое обеспечило запуск небольшого спутника на орбиту в июле 2024 года. Производством спутника занималась компания Rapid Cubes GmbH. На себе он несёт несколько экспериментальных фотоэлектрических панелей двух типов, и все они с перовскитными плёнками: одни элементы состоят из слоёв перовскита и кремния, а другие — из перовскита и CIGS (селенида меди индия галлия). Сами элементы созданы группой учёных из Потсдамского университета, исследовательского центра Helmholtz-Zentrum Berlin и Технического университета Берлина.

Тандемные солнечные элементы позволяют собрать больше света в расширенном диапазоне чувствительности. В обоих случаях перовскит поглощает фотоны сине-зелёного спектра, а кремний и CIGS — красного и инфракрасного, чем достигается более высокий уровень КПД тандемных ячеек. Хотя вопросы относительно долговечности перовскита остаются, испытания на орбите показали, что перовскитно-кремниевые тандемные панели деградируют так же, как традиционные кремниевые модули, что снимает некоторые из опасений относительно того, что они могут портиться быстрее.

Высота орбиты OOV-Cube выбрана такой, что спутник летает в ближайшем к Земле поясе Ван Аллена, где наиболее высока радиация. Это сделано специально, чтобы испытать способность перовскитных элементов восстанавливать повреждения самостоятельно. Первые результаты обнадёживают.

Космический корабль NASA ACS3 (Advanced Composite Solar Sail System) был запущен 23 апреля для проверки ключевых аспектов работы солнечного паруса и отработки стратегии движения при помощи солнечного ветра. Тем не менее, без проблем не обошлось. При развёртывании паруса площадью 80 м² одна из четырёх мачт оказалась погнута. Инженеры NASA считают, что это не помешает выполнению манёвров и другим испытаниям.

Источник изображений: NASA

Солнечный парус ACS3 поддерживается в раскрытом состоянии при помощи четырёх раздвижных мачт. Развёртывание паруса началось в августе, а недавно выяснилось, что текущая конфигурация конструкции не совсем соответствует запланированной. «Хотя солнечный парус полностью раскрылся до своей квадратной формы размером примерно с половину теннисного корта, команда миссии оценивает то, что, по-видимому, является небольшим изгибом в одной из четырёх штанг», — говорится в сообщении NASA.

Четыре камеры на борту ACS3 направлены на четыре фрагмента солнечного паруса, поддерживаемого композитными мачтами. Парус имеет прямоугольную форму, но выглядит искажённым из-за широкоугольного объектива. Операторы миссии в настоящее время анализируют небольшой изгиб в левом углу нижнего левого изображения.

Специалисты NASA предполагают, что изгиб одной из мачт произошёл во время развёртывания. Затем в результате вращения корабля этот изгиб мог частично выпрямиться. Вращение корабля возникло из-за планового отключения системы управления ориентацией с целью «приспособиться к изменяющейся динамике космического корабля по мере развёртывания паруса». Система до сих пор не была повторно активирована, поэтому ACS3 продолжает медленно вращаться.

Представители NASA не видят в этом большой проблемы: «Команда миссии прогнозирует, что небольшой изгиб одной из четырёх мачт не помешает системе Advanced Composite Solar Sail System выполнять манёвры под парусом позже в ходе демонстрации технологии».

На сегодняшний день солнечный парус был использован считанное количество раз. Первопроходцем в 2010 году стал японский космический корабль Ikaros, который использовал солнечный ветер в межпланетном пространстве по пути к Венере. Малый космический аппарат NASA NanoSail-D развернул свои паруса на околоземной орбите в конце 2010 года. В 2019 году некоммерческая организация Planetary Society запустила космический парусник LightSail-2.

В ноябре 2022 года NASA во время лунной миссии Artemis 1 планировало запустить малый зонд с солнечным парусом NEA (Near-Earth Asteroid) Scout, но связь с ним прервалась и дальнейшая судьба неизвестна.

Команда учёных под руководством исследователей из Мадридского университета Комплутенсе (Universidad Complutense de Madrid) создала первый в мире солнечный элемент с использованием фосфида галлия и титана. Это соединение способно почти вдвое превзойти по эффективности кремний, обещая для одиночного p-n-перехода предельный КПД вблизи 60 %.

Источник изображения: Universidad Complutense de Madrid

«Наша группа занимается исследованиями этих элементов уже более 15 лет, — рассказал изданию PV Magazine ведущий автор исследования Хавьер Олеа Ариза (Javier Olea Ariza). — Мы опубликовали первую статью в серии [работ] в 2009 году, а в нашей последней статье мы перешли к созданию первых реальных устройств. Устройства пока работают плохо, и их текущая эффективность очень низкая. Хотя требуется дополнительная работа, теоретический потенциал этих элементов может достигать эффективности около 60 %».

Самый популярный материал для производства солнечных элементов — это кремний. Ширина запрещённой зоны кремния составляет 1,1 эВ (электронвольт). Согласно пределу Шокли—Квиссера это даёт максимально допустимый теоретический предел КПД для одиночного p-n-перехода из кремния около 32 %. Выше этой величины простым способом большей эффективности для солнечной панели не получить. Необходимо накладывать друг на друга несколько переходов для поглощения разных диапазонов света либо, например, фокусировать свет — повышать его интенсивность тем или иным способом.

Если учёные смогут развить одиночные переходы на основе GaP:Ti, то с его запрещённой зоной шириной 2,26 эВ эффективность преобразования одиночного перехода обещает подняться до 60 %. Но пока проделана только малая часть работы, чтобы двигаться в сторону этого невероятного результата. Учёные лишь зафиксировали, что ранний прототип GaP:Ti-элемента площадью 1 см² способен эффективно поглощать фотоны для фотоэлектрических преобразований как ниже 550 нм, так и в узкой полосе выше этой отметки. По всей видимости, за последнее в ответе титан. Исследователи начнут работать над созданием прототипа нового элемента с более высоким КПД, с которым уже можно будет задумываться о чём-то большем, чем кремний.

Новый комплекс моделей и натурные испытания в городах Индии, Австралии, США и Европы показали, что размещение на крышах домов в городах солнечных панелей улучшает перемешивание воздуха и делает его чище на уровне земли, а также делает дни теплее, а ночи прохладнее.

Источник изображения: University of Calcutta

Международная группа учёных из Индии, Австралии, США и Европы провела первое в своём роде комплексное исследование вопроса влияния на городской климат солнечных фотоэлектрических установок, размещаемых на крышах. Но самым ценным в исследовании стало создание наиболее полной цифровой модели по оценке влияния солнечных панелей на микроклимат городов.

Предложенный учёными инструмент для расчётов использует новейшую модель исследований и прогнозирования погоды (WRF), интегрирующую в себя энергетическую модель здания (BEM) и параметризацию эффекта здания (BEP). Модель была проверена на десяти объектах наблюдения в Калькутте (Индия) с использованием экспериментально полученных данных.

«Хотя в существующей литературе сообщается о воздействии RPVSP [солнечных установок на крышах] на городскую среду, большинство из них основаны на конкретных полевых экспериментах или моделировании в масштабе здания, без всестороннего анализа в масштабе нескольких городов. В этих исследованиях также не учитывалась конвективная теплопередача между поверхностью крыши и нижней частью солнечных панелей, — пояснили учёные. — Наша работа устраняет эти пробелы, включив новые параметры для RPVSP, в том числе конвективную теплопередачу, что приводит к более согласованным результатам с другими исследованиями, включающими аналогичные соображения».

В Калькутте было проведено 5 экспериментов в течение одного самого жаркого месяца. Отражательная способность голой крыши (альбедо) принималась за значение 0,15. В ходе опыта исследовались варианты с покрытием городских крыш солнечными установками на уровне 0,25, 0,50, 0,75 и 1,0 площади. Альбедо для панелей, эффективность преобразования и излучательную способность установили на отметках 0,11, 0,19 и 0,95 соответственно.

Методика была протестирована сначала в Калькутте, а затем подтверждена в Сиднее (Австралия), Остине (США, Техас), Афинах (Греция) и Брюсселе (Бельгия), чтобы гарантировать, что результаты не ограничиваются конкретной климатической зоной. Выяснилось, что размещение на крышах домов в городах солнечных панелей повышает дневную температуру на уровне земли на 1,1–1,9 °C (в одних местах больше, в других — меньше). Также панели на крышах способствуют тому, что ночью температура воздуха на уровне земли становится чуть ниже — на 0,3-0,8 °C.

Наконец, что самое существенное, панели на крышах интенсифицируют перемешивание воздуха на городских улицах, что поднимает так называемый планетарный пограничный слой — самую низкую часть атмосферы, на которую непосредственно влияет поверхность Земли — до высоты 615,6 м. Это снижает уровень загрязнения воздуха на уровне земли, что можно считать благом для городов и их жителей.

Марсоход Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) США Perseverance продолжает делать впечатляющие снимки и передавать их на Землю. В конце прошлого месяца ровер повернул камеру Mastcam-Z в сторону неба и смог запечатлеть солнечное затмение, когда Фобос, один из двух спутников Марса, частично закрыл собой светило. На серии снимков, созданных 30 сентября, можно отчётливо рассмотреть очертания неидеального спутника Марса.

Источник изображений: NASA/JPL-Caltech/ASU

Габариты Фобоса примерно 27 × 22 × 18 км и своей необычной формой он напоминает картофель. Спутник вращается на исключительно близком расстоянии от планеты — всего 6 тыс. км. Для сравнения, спутник нашей планеты Луна находится от Земли на расстоянии в 384 тыс. км. Фобос вращается с большой скоростью, успевая сделать три оборота вокруг Марса за день.

Хоть Фобос и выглядит как астероид, вероятнее всего, он им не является. Фактически происхождение спутника является главной его тайной. Некоторые учёные не считают Фобос астероидом, который находится под воздействием гравитационного притяжения Марса, по одной главной причине — его орбита вокруг планеты почти идеальна. Если бы Фобос действительно был астероидом, который пролетал мимо и попал под воздействие гравитационного притяжения, то, вероятнее всего, он бы имел неправильную орбиту.

Современные теории происхождения Фобоса и Деймоса, второго спутника Марса, вращаются вокруг предположений, что они были образованы из материала, оставшегося после формирования самой планеты. Другие учёные не исключают, что марсианские спутники были образованы в результате столкновения планеты с другим космическим объектом.

Что касается свежих фото, созданных Perseverance, то это не первый случай, когда ему удалось запечатлеть солнечное затмение. Впервые ровер снял солнечное затмение с поверхности Марса в апреле 2022 года, а в феврале 2024 года сделал это снова. Любопытно, что Perseverance даже не был первым марсоходом, который смог снять затмение. Роверы-близнецы Spirit и Opportunity наблюдали за пролётами Фобоса на фоне Солнца ещё в 2004 году, а марсоход Curiosity в 2019 году даже записал затмение на видео.

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.

Группа европейских учёных создала инновационный гибридный солнечный элемент, который будет на месте запасать энергию для расхода в тёмное время суток. Новая разработка сочетает рекордную в своей области эффективность и экологическую чистоту, используя широкодоступные материалы без дефицитных редкоземельных элементов и дорогих металлов. Общая эффективность фотоэлемента составляет скромные 14,9 %, но продукт можно развивать дальше.

Источник изображений: UPC/Paulius Baronas

Учёные из Технологического университета Чалмерса в Швеции (Chalmers University of Technology) и Испанского политехнического университета Каталонии в Барселоне (UPC) решали две задачи. Во-первых, нужно было снизить рабочую температуру кремниевого фотоэлемента, чтобы его КПД не снижался из-за перегрева — нагрев может уменьшить эффективность на 10–25 %. Во-вторых, аккумулирование энергии должно было происходить без использования редких химических элементов. Следует помнить, что любой фильтр снижает КПД фотоэлемента, что является дополнительной задачей для разработчиков.

Исследователи использовали обычную кремниевую фотоячейку, но сверху разместили прозрачный элемент для микроциркуляции жидкости. Эта жидкость обладала свойством изменять молекулярную структуру под воздействием ультрафиолетового и видимого света. Учёные назвали эту надстройку молекулярным накопителем солнечной тепловой энергии (MOST). Энергия накапливалась в виде изменения молекулярных связей в жидкости. Для высвобождения энергии нужно было восстановить прежние связи. Жидкость могла использоваться до 1000 раз или около трёх месяцев непрерывной работы.

Эффективность накопления энергии в молекулярных связях составила рекордные 2,3 % для этого метода. Одновременно жидкость охлаждала кремниевую фотоячейку, на поверхности которой она находилась. При температуре прямого нагрева до 39 °C жидкость снижала температуру кремниевого элемента на 8 °C, что повышало его эффективность на 0,2 % (до 12,6 %). Суммарная эффективность гибридного элемента составила 14,9 %. Поскольку каждую из составляющих можно улучшить, в будущем эффективность может достичь коммерчески приемлемого уровня, обеспечивая дополнительные преимущества: повышенную эффективность, долговечность и относительную дешевизну.

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».