Войти Регистрация

Зайдите в свой аккаунт

Логин
Пароль
Запомнить меня

Полумесяц Энцелада
Полумесяц Энцелада
Ледяная поверхность маленького (504 км в поперечнике) спутника Сатурна - Энцелада покрыта трещинами и неровностями. Изображения полумесяца Энцелада было получено аппаратом Кассини 15 февраля 2016 года. с расстояния около 100000 км.
Столбы газа и пыли в туманности Орион
Столбы газа и пыли в туманности Орион
На изображении плотные, тёмные столбы пыли и газа, которые противостоят интенсивному ультрафиолетовому свету исходящему из самых больших звёзд в туманности Ориона.
Снимок скопления галактик в Печи, полученный на...
Снимок скопления галактик в Печи, полученный на...
Скопление галактик в созвездии Печи – одно из ближайших к Местной Группе галактик, к которой принадлежит Млечный Путь. Новый снимок, полученный с широкоугольным телескопом VLT Survey Telescope, показывает центральную часть этого скопления в деталях. В нижней правой части снимка – красивая спираль...
Линзообразная и спиральная галактики ARP 227
Линзообразная и спиральная галактики ARP 227
На изображениях слева линзообразная галактика NGC 474 и справа спиральная галактика NGC 470 расположенные на расстоянии около 100 миллионов световых лет от Земли в созвездии Рыбы. NGC 474 является классическим примером галактики с оболочками — структурами, размещёнными вне диска и представляющими...
prev
next
Дмитрий Стрельцов

Дмитрий Стрельцов

планетолог

Суббота, 05 ноября 2016 22:01

10 вопросов, - 0 внятных ответов

10 ТАЙН, НАД КОТОРЫМИ НАУКА ЛОМАЕТ ГОЛОВУ ПРЯМО СЕЙЧАС... Наука стремится охватить и описать весь мир, сделать неизвестное известным и объяснить непонятное. Мы, люди, слишком любопытные создания, чтобы спокойно сидеть на месте! Открытия ученых совершаются они с такой частотой, что, казалось бы, в мире уже и не осталось неразгаданных загадок. Но Вселенная не спешит открывать все свои тайны. Предлагаем вашему вниманию десяток загадок уже долгое время занимают умы ученых со всего света...
Почему видимой материи больше, чем антиматерии...
Больше всего обсуждений происходит вокруг b-мезонов, короткоживущих субатомных частиц, состоящих из одного кварка и одного антикварка. Распад B-мезонов происходит медленнее, чем распад анти-B-мезонов, благодаря чему и могло появиться достаточное количество B-мезонов для формирования всего во Вселенной. Добавим, что существующие B-, D- и K-мезоны могут изменяться и становиться античастицами, и превращаться в частицы вновь. По одной из гипотез, мезоны, по всей вероятности, принимают обычное состояние, что вполне возможно, поскольку обычных частиц все же больше, чем античастиц. Куда пропал литий из Вселенной...
В ранней Вселенной, когда температура была невероятно высокой, изотопы водорода, гелия и лития образовывались в больших количествах, но со временем от изотопов лития-7 осталась лишь треть. Различные теории включая, и гипотетические, основанные на гипотетических бозонах, названных аксионами, пытаются пролить свет на причину изменения. Предлагаются и теории, объясняющие исчезновение лития тем, что он был поглощен ядрами звезд, которые не могут быть обнаружены современными телескопами. Как бы то ни было, единой и точной версии, объясняющей данный феномен, пока не существует. Зачем людям сон...
Хотя мы знаем, что тело человека регулируется так называемыми циркадными часами — биологическим инструментом отвечающим за сон и бодрствование — суть этого явления пока не объяснена. Во время сна в теле человека происходит регенерация тканей, клеток и еще множество других процессов. Существуют организмы, которым вообще не нужен сон, так почему это необходимо людям? Относительно этого вопроса было высказано несколько предположений, но ни одно из них не является исчерпывающим. Пока ученые не знают точно, почему мы спим, однако они уже выяснили, насколько сон важен для организма и как сильно влияет на такие процессы, как умственная работа и гибкость мышления. Как работает гравитация...
Все мы знаем, что гравитация Луны вызывает приливы и отливы, гравитация Земли удерживает нас на земной поверхности, гравитация Солнца удерживает нашу планету на орбите, но насколько глубоко наше понимание этих явлений? Эта сила влияет на то, что у больших объектов есть возможность притягивать к себе меньшие. Ученые пока вникают в суть действия гравитации, не имея при этом достаточных объяснений, по какой причине она существует. Почему атомы большей частью состоят из пустого пространства? Почему сила, которая сдерживает атомы вместе, отличается от гравитации? Состоит ли гравитация из каких-то частиц? Ответы на эти вопросы невозможно получить с помощью современного понимания физики... Где все...???
Диаметр обозримой вселенной составляет 92 миллиарда световых лет, наполненных миллиардами галактик со звездами и планетами, тем не менее, видимые следы жизни присутствуют только на Земле. Статистически шанс, что мы являемся единственной формой жизни во Вселенной до невозможного мал, но почему же мы до сей поры ни с кем не связались? Эта загадка известна как Парадокс Ферми. Было предложено множество объяснений этого парадокса, причем некоторые из них вполне правдоподобны. Мы можем вечно рассуждать о каких-то вероятных сценариях: пропущенных сигналах, о том что они уже здесь, а мы и не знаем об этом, они не могут или не хотят связываться с нами. Или — вот самый разочаровывающий сценарий — Земля действительно единственная обитаемая планета во Вселенной. Из чего состоит темная материя...
Около 80% вещества во Вселенной состоит из темной материи. Темная материя — такая своеобразная субстанция, которая совершенно не испускает электромагнитного излучения и не взаимодействует с ним. Несмотря на то, что первые теории о темной материи появились примерно 70 лет назад, прямых доказательств, подтверждающих ее существование, обнаружено не было. Многие ученые полагают, что темная материя образована из слабовзаимодействующих массивных частиц, которые могут быть в сотни раз массивнее протонов, но их взаимодействие не может быть легко обнаружено с помощью существующих приборов. Как зародилась жизнь...
Сторонники теории «Первородного бульона» верят, что плодородная ранняя Земля самостоятельно сформировала все увеличивающиеся сложные молекулы, которые и дали начало жизни на Земле. Это могло случиться и на дне океана, и в кратерах вулканов и в толщах льдов. Принимая во внимание, что ДНК является доминирующей основой жизни на планете, РНК могла бы быть одной из первопричин зарождения жизни на нашей планете. Иные теории считают важнейшими аспектами для зарождающейся жизни электромагнитную и вулканическую активность. Некоторые верят в пансермию, гипотезу, согласно которой жизнь была принесена на Землю с метеоритами или кометами в форме микробов... Как происходит тектоническая активность...
Теория литосферных плит, передвигающихся, перераспределяющих континенты и вызывающих землетрясения и извержения вулканов, получила распространение относительно недавно. Несмотря на то, что первые постулаты в начале 1500 века гласили, что все нынешние континенты могли быть единым континентом (что не является особенным преувеличением, достаточно просто взглянуть на карту мира), эта идея не получила большого распространения до 1960-х, когда появилась обоснованная физическими доказательствами теория спрединга океанического дна, согласно которой блоки литосферы океанической коры раздвигаются и высвобождающееся пространство заполняется магмой, генерируемой в мантии Земли. Ученые не совсем уверены, что вызывает эти самые сдвиги и как обозначились границы тектонических плит. Существует бессчетное множество различных теорий, но ни одна из них полностью не объясняет все аспекты тектонической активности. Как мигрируют животные...
Многие виды животных и насекомых мигрируют в течение года, сбегая от сезонной смены температуры и убывания жизненно важных ресурсов. Миграция может занять тысячи километров в одном только направлении, так как же животные повторяют этот путь туда и обратно год за годом? Каждый вид применяет различные навигационные инструменты, включая и такие, которые позволяют использовать возможности магнитного поля Земли. Животным они служат своего рода внутренним компасом. Ученые до сих пор не знают, каким образом может быть развита подобная способность или как животные из года в год определяют точное направление. Что такое темная энергия...
Из всех неразгаданных тайн это главная. Темная материя, о которой говорилось ранее, составляет до 80% всего вещества в обозримой Вселенной, темная энергия, гипотетическая форма энергии, по предположениям ученых, может занимать до 70% Вселенной. Ее называют одной из причин расширения Вселенной, хотя это на данный момент не более чем теория. Пока о ней известно лишь, что она имеет низкую плотность, весьма равномерно распределена, и, предположительно, не взаимодействует с обычной материей посредством известных фундаментальных типов взаимодействия...
 
Источник http://vsegda-tvoj.livejournal.com/18330988.html?utm_campaign=transit&utm_source=mirtesen&utm_medium=news&from=mirtesen

Оформление https://ok.ru/infinity65/topic/64742640214091
Кольца и полукольца Сатурна

    Начиная с открытия Галилеем колец Сатурна этот удивительный феномен привлекал внимание и поэтов, и ученых. Тем более что до сих пор их происхождение остается загадкой, а исследования лишь усложняют этот вопрос.

    Сегодня известно, что кольца Сатурна состоят из примерно 35 трлн. тонн льда, пыли и камней. Работающий близ планеты зонд Cassini и его предшественники миссии Voyager зафиксировали и тот факт, что структура колец не так неизменно, как это кажется с Земли. В них появляются и исчезают дугообразные арки, а некоторые из многочисленных спутников выбрасывают в космос потоки ледяных частиц, которые со временем формируют новые небольшие кольца или вливаются в старые.

Кольца Сатурна
Кольца Сатурна только выглядят твердыми. По сути, это масса мелких обломков.
КОЛЬЦА САТУРНА

    А не так давно было замечено и то, как некий объект врезался в одно из колец, оставив за собой глубокий след раскиданных обломков. Все это подтверждает, что процесс формирования колец шел постепенно, и сегодня они являются динамичной системой. Но и по сегодня детали и сроки появления каждого из колец остаются невыясненными.
    Кстати, собственной системой колец обладают и некоторые другие планеты Солнечной системы – Юпитер, Уран и Нептун – хотя и не могут похвастаться таким великолепием, как Сатурн. И пока объяснить, почему и как именно у него появился набор, состоящий из 7-ми крупных колец (начиная с внутреннего, в порядке открытия: D, C, B, A, F, G и E).

Кольца Сатурна
Замечательная панорама Сатурна, снятая Cassini за 3 часа работы: Солнце скрылось за планетой, и та оказалась в глубокой тени, зато кольца сияют во всем великолепии. Благодаря этому снимку удалось открыть малые, ранее неизвестные кольца.
КОЛЬЦА САТУРНА

    По одной теории, кольца появились в результате разрушения крупного спутника, случившегося из-за произошедшей около 4 млрд лет назад мощной метеоритной бомбардировки. Впрочем, с тем же успехом со спутником могла столкнуться крупная комета или астероид. Разрушение «чужеродного» тела могло произойти из-за влияния самого гигантского Сатурна, буквально разорвавшего его своим мощным притяжением. Кстати, наличие «брешей» в кольцах, которые оставили крупные и твердые фрагменты, говорят в пользу именно этой гипотезы.
    Сторонники другой версии считают, что материал, сформировавший кольца, это останки околопланетного облака материи, которое из-за непостоянства притяжения Сатурна не смогли, как у некоторых других планет, сформировать полноценный спутник или спутники. Точнее говоря, в спутники превратились лишь внешние области облака, а частицы внутренних областей, вращаясь слишком быстро и беспорядочно, соударялись слишком мощно, постепенно лишь дробясь и становясь все более рыхлыми.
    Открытым также остается вопрос о возрасте колец. Первые тщательные исследования этого вопроса дали цифру в 4,6 млрд лет – выходит, кольца Сатурна почти что ровесники Солнечной системы! Однако собранные миссией Voyager данные привели к совершенно иному результату: 200 млн лет – то есть, они сформировались тогда, когда на Земле уже обитали динозавры.

Кольца Сатурна
Плоская форма колец - результат работы центробежной и гравитационной сил: притяже-ние сжимает кольца, а центробежная сила препятствует сжатию поперек оси вращения.
КОЛЬЦА САТУРНА

    Ясности в этом деле не прибавила и работа зонда Cassini: судя по его данным, разные кольца вполне могли сформироваться независимо друг от друга, в разное время и по разным причинам. Так, кольцо Е постоянно «подпитывает» поток ледяных частиц, на манер гейзера бьющий с одного из спутников, Энцелада. Некоторые небольшие внутренние луны Сатурна вращаются прямо в пределах полных (или молодых и еще не замкнувшихся) колец, из-за постоянных столкновений и ударов микрометеоритов тоже постоянно внося новую материю в их состав.
    Более того, некоторые самые «древние» кольца оказались способны к постоянному обновлению. Так, фрагменты, входящие в состав кольца В, претерпевают непрерывный процесс слипания в более крупные частицы и следующего за ним нового разлома, то и дело демонстрируя астрономам свеженький, как будто совсем недавно появившийся лед.
    Впрочем, нельзя не сказать, что за последние годы в изучении колец Сатурна произошло немало важных событий. Так, пока Солнце скрылось за планетой, тот же Cassini впервые снял с великолепным качеством полную панораму всех колец. Еще одно редкое событие произошло уже в августе 2009: местное равноденствие, которое случается примерно раз в 15 земных лет и во время которого кольца освещались почти строго с ребра, позволило получить данные об их толщине.
    Однако до сих пор вопросов о кольцах остается куда больше, чем ответов. Возможно, поэтому миссия Cassini недавно продлена до 2017 г. Возможно, это позволит уточнить возраст колец и раскрыть их многочисленные загадки.

ЛЕДЯНЫЕ ГОРЫ

    Кольца Сатурна являются скоплениями ледяных и каменистых обломков, имеющих форму почти плоских дисков диаметром в сотни тысяч километров. Толщина их в некоторых областях составляет не более 10 м, зато в других она может достигать нескольких километров – так свидетельствуют недавно полученные снимки Cassini.

Кольца Сатурна
Этой весной с Земли кольца Сатурна были почти неразличимы, но Cassini не имел подобных проблем.
КОЛЬЦА САТУРНА

    К всеобщему удивлению астрономов, на блестящих кольцах Сатурна недавно были обнаружены горы высотой в несколько километров.
    Свежие изображения колец Сатурна, присланные зондом Cassini, открыли у них новые необычные особенности. Кольца, которые вообще-то являются довольно тонкими и плоскими образованиями, в некоторых местах внезапно утолщаются, формируя высокие горы. Судя по всему, эти структуры – продукт массового столкновения образующих кольца фрагментов, столкновения, окутанного целыми облаками ярко сверкающий в солнечных лучах ледяной пыли.

Кольца Сатурна
Гравитация спутника Дафниса создала на плоскости одного из колец пик высотой около 4 км, который оказался легко различим на снимках из-за длинной тени, которую отбрасывал.
КОЛЬЦА САТУРНА

Боб Паппалардо, один из работающих с миссией Cassini ученых так описал недавнюю находку: «Это как надеть 3D-очки и внезапно обнаружить у картинки третье измерение. Это одно из самых важных открытий, сделанных за все время работы Cassini».

    Полученные и обработанные изображения были сделаны аппаратом в течение недели, в районе 11 апреля 2009 года, когда на Сатурне было равноденствие. В этот период блестящие кольца планеты повернуты к Солнцу ребром, и с Земли практически невидимы. Стоит сказать, что для Сатурна равноденствие – куда более редкое явление, чем для нашей планеты, поскольку полный круг по своей огромной орбите он совершает за целых 30 наших лет.

Кольца Сатурна
«Вершина» обнаружилась в кольце А близ Щели Энке.
КОЛЬЦА САТУРНА

    Во время местного равноденствия, когда Солнце подсветило кольца с ребра, все неровности на их поверхности стали видны – и Cassini не растерялся. Высота «горных пиков» установлена по длинной тени, которую они отбрасывали.

Еще одна ученая, занятая изучением окрестностей Сатурна, Каролин Порко (Carolyn Porco) говорит: «Мы считали, что плоскость колец имела в высоту не больше пары этажей, если сравнивать их с современными зданиями. На деле же она может достигать 3 километров – для нас это звучит, как воплотившаяся научная фантастика».

    Действительно, одна из «вершин» на кольцах поднимаются почти на 4 км – земные горы аналогичной высоты уже покрываются снегом. Ученые считают, что она создается влиянием Дафниса, одной из многочисленных лун Сатурна.

ПРИРОДА КОЛЕЦ

    Кольца Сатурна занимают воображение и профессионалов, и просто любознательных людей еще с момента их открытия Галилео Галилеем в 1610 г. А современные наблюдения сделали их еще более интригующими.
    Вокруг гигантской газовой планеты Сатурна вращаются тысячи колец, состоящих из фрагментов льда и каменистых пород. Фрагменты эти имеют самые разные форму и размеры: одни из них не превышают крупинки соли, другие достигают величины небольшого дома. Считается, что это – обломки комет, астероидов и метеоров, а также лун, захваченных и уничтоженных колоссальным притяжением огромной планеты. Каждое из колец вращается вокруг Сатурна на своем расстоянии и со своей скоростью. Они плоские и блестящие: силы гравитации заставляют их стягиваться во всех направлениях, а противодействующие им центробежные силы вытягивают только в одном, что и «сплющивает» кольца. В толщине они имеют около 1 км, а то и менее, тогда как диаметр их достигает 282 тыс. км – более 3/4 расстояния от Земли до Луны.

Кольца Сатурна
Кольца Сатурна
    1. Приближаясь к радиусу Роше, спутник начинает все более деформироваться гравитацией планеты.
    2. У предела Роше его собственное притяжение уже не в силах противостоять притяжению планеты, и спутник начинает разрушаться.
    3. Чем ближе к планете обломки спутника, тем быстрее они начинают двигаться.
    4. Различная скорость обломков понемногу разделяет их и образуются кольца
КОЛЬЦА САТУРНА

    Кольца именуются в алфавитном порядке, в той последовательности, в которой они были открыты. Они расположены довольно близко друг к другу, за исключением так называемой «щели Кассини» (промежутка примерно в 4,7 тыс. км между кольцами А и В). Главные (то есть, самые крупные) – это кольца С, В и А (если считать от планеты). В последние годы открыта масса более мелких колец, самое близкое к планете – кольцо D. Детальная структура всех колец, рождающаяся из сложных гравитационных взаимодействий и кинематики их движения, во многом остается загадочной. Но нет и ясного понимания того, откуда у Сатурна такие большие кольца.
    Недавно группа французских астрономов во главе с Себастьяном Шарно (Sebastien Charnoz) высказала предположение, что кольца Сатурна образовались в ходе «поздней тяжелой бомбардировке», случившейся спустя примерно 700 млн лет после образования самой планеты. В ходе этого события поток «космического мусора» столкнулся с одним из спутников Сатурна. Как правило, разорванная на части луна просто разлетается на куски, одни из которых падают на планету, другие улетают в космос, и лишь немногие (и ненадолго) остаются на орбите.

Кольца Сатурна
Кольца Сатурна

    Догадка же, высказанная группой Шарно, состоит в том, что тот погибший спутник обращался вокруг Сатурна близ предела Роше (это радиус орбиты спутника, ниже которого приливные силы гравитации планеты превысят собственную гравитацию спутника и понемногу разрушат его). Это и позволило его обломкам «удержаться» на околопланетной орбите.
    Эта догадка, кстати, позволяет объяснить, почему ни у Юпитера, ни у Нептуна с Ураном нет таких массивных колец, как у Сатурна. Даже если эти планеты некогда имели спутник с орбитой близ предела Роше, расчеты показывают, что надолго они там не смогли бы задержаться. С Сатурном другая история, поскольку его аномально быстрое вращение способно на большее время стабилизировать орбиту спутника на нужном расстоянии.
    Впрочем, специалисты отмечают, что для подтверждения или опровержения гипотезы французских ученых потребуется время – прежде всего, необходимо лучше понять всю эволюцию Солнечной системы.
    Поразительным кольцам Сатурна посвящена масса современных исследований. Так, недавно было установлено, что они со временем уменьшаются, а поблизости от них можно увидеть еще и арки – разомкнутые кольца.

РАЗОМКНУТЫЕ КОЛЬЦА

    В ближайших окрестностях Сатурна найдены не только кольца, но и арки – те же кольца, только разомкнутые. Пускай и не такие красивые, они, все же, по-своему интересны.
    Спутники Сатурна – это настоящий зоопарк. Паноптикум. Здесь найдутся и гиганты, и крошки вроде Анфы или Метоны, размерами не больше крупного астероида. Тем интересней исследования этой части нашей Солнечной системы, которые уже больше 10 лет ведет миссия Cassini-Hyugens. Недавно зондом было сделано очередное открытие – наличие разомкнутых колец, или арок в окрестностях небольших спутников Анфы и Метоны. Находка эта проливает новый свет на то, как сложны, на самом деле, «внутренние отношения» 60-ти с лишним спутников Сатурна друг с другом.

Кольца Сатурна
Присланные Cassini снимки показывают разомкнутое кольцо близ Анфы, крохотной луны Сатурна.
КОЛЬЦА САТУРНА

    Дело в том, что оба небольших спутника вращаются в непосредственной близости от значительно более крупной луны – Мимаса, который существенно влияет на их орбиты и заставляет их колебаться на пути вокруг Сатурна. Как показали исследования Cassini, колебания эти происходят по дугам, напоминающим арки земных строений. «Когда мы заметили светящиеся арки близ Анфы и Метоны, - говорит Ник Купер (Nick Cooper), - мы не могли не подумать, что между их колебаниями и этими следами имеется связь».

Кольца Сатурна
Стрелками отмечены положения Анфы (слева вверху) и Метоны (справа внизу).
КОЛЬЦА САТУРНА

    Ранее зонд Cassini уже присылал снимки арки возле Метоны, но близ Анфы она замечена впервые. Ученые склоняются к тому, что арки эти образуются из вещества самих Анфы и Метоны, из материи, выбитой из этих малюток ударами микрометеоритов. Из-за гравитационного воздействия Мимаса вещество это не растягивается в замкнутые кольца вокруг Сатурна, а остается в сравнительно узкой дугообразной области.
    Считается, что Мимас ответствен и за возникновение значительно более крупной арки в G-кольце Сатурна. Более того, можно предположить, что если какая-нибудь катастрофа полностью разрушит Анфу, ее останки образуют такую большую дугу. В отличие от этого, вещество, выбитое с некоторых других лун Сатурна – в частности, Януса или Эпифемея – никакому «стороннему» влиянию не подвергается и может свободно образовывать прекрасные кольца вокруг планеты.

КОЛЬЦО G

    Работая в окрестностях Сатурна, зонд-ветеран Cassini различил в одном из колец планеты крохотную и подвижную яркую точку. Судя по всему, это – до сих пор неизвестный ученым спутник Сатурна, основной источник этого кольца.
    Внимательно изучая присланные зондом Cassini данные, астрономы обнаружили на нем небольшой объект – по их оценкам, не более 500 м в диаметре, почти незаметный на фоне кольца G, одного из неполных колец Сатурна. «До сих пор, - говорит один из авторов работы Мэттью Хедмен (Matthew Hedman), - кольцо G было единственным из колец Сатурна, для которого была неизвестна связанная с ним луна. Теперь же все стало ясным».

Кольца Сатурна
Последовательность из 3-х снимков, сделанных зондом Cassini в течение 10-ти минут. На них виден путь, которые за это время преодолела открытая недавно луна Сатурна в его ярком кольце G.
КОЛЬЦА САТУРНА

    Впечатляющие кольца Сатурна получают названия в том порядке, в котором они открыты, а не в том, в каком они расположены. Реальный порядок их, начиная с самого внутреннего, такой: D, C, B, A, F, G и E. Понятно, что G – одно из самых внешних колец, оно же и одно из самых нечетких и слабых. Однако в его пределах есть область намного более плотная и, соответственно, яркая на фотографиях – дуга шириной около 250 км, протянувшаяся примерно на 150 тыс. км, то есть 1/6 часть всей окружности кольца. Именно внутри этой области и сделана недавно находка.
    В принципе, ученые не сомневались, что где-то должен находиться спутник, ответственный за появление кольца G, так что фактическое его обнаружение – прекрасный пример четкой связи теории с практикой.

Кольца Сатурна
На сегодня известно около 60-ти спутников Сатурна, и еще несколько предполагаются.
КОЛЬЦА САТУРНА

    Впервые признаки ранее неизвестного спутника Сатурна были замечены на снимке, сделанном в середине августа 2008 года. И они тут же получили подтверждение на паре фотографий, сделанных непосредственно перед тем. Новые подтверждения появились и позднее, уже на снимках, которые датируются концом февраля 2009 г. Сама по себе эта луна чересчур крохотная, чтобы камеры Cassini могли сфотографировать ее напрямую, так что оценки размеров тела сделаны, исходя из его яркости, а отношение яркости и величины взято на основе данных по другому малому спутнику Сатурна, Паллене.
    Внимательно исследуя снимки Cassini, Хедман и его соавторы пришли к выводу о том, что на траекторию полета новооткрытого спутника влияет и притяжение его более крупного собрата, Мимаса. Более того, и сам этот спутник может оказаться не единственным «обитателем» дуги в кольце G. Некоторые более ранние данные Cassini показали наличие в ней обломков размерам от 1 до 100 м, «приложить руку» к появлению которых может и еще одно неизвестное тело.
 
источник http://galspace.spb.ru/index173.html 
Четверг, 03 ноября 2016 18:01

Лежебока Уран

Уран - вокруг Солнца "лежа на боку"

 

Открытие колец Урана

 


    У Урана есть слабо выраженная система колец, состоящая из очень тёмных частиц диаметром от микрометров до долей метра. Это - вторая кольцевая система, обнаруженная в Солнечной системе (первой была система колец Сатурна). На данный момент у Урана известно 13 колец, самым ярким из которых является кольцо ε (эпсилон). Кольца Урана, вероятно, весьма молоды - на это указывают промежутки между ними, а также различия в их прозрачности. Это говорит о том, что кольца сформировались не вместе с планетой. Возможно, ранее кольца были одним из спутников Урана, который разрушился либо при столкновении с неким небесным телом, либо под действием приливных сил.
    В работах первооткрывателя Урана Уильяма Гершеля первое упоминание о кольцах встречается в записи от 22 февраля 1789 года. В примечаниях к наблюдениям он отметил, что предполагает у Урана наличие колец. Гершель также заподозрил их красный цвет (что было подтверждено в 2006 году наблюдениями обсерватории Кека для предпоследнего кольца). Примечания Гершеля попали в Журнал Королевского общества в 1797 году. Однако впоследствии, на протяжении почти двух столетий - с 1797 по 1979 год, - кольца в литературе не упоминаются вовсе, что, конечно, даёт право подозревать ошибку учёного. Тем не менее, достаточно точные описания увиденного Гершелем не дают повода просто так сбрасывать со счетов его наблюдения.
    Наличие системы колец у Урана было подтверждено официально лишь 10 марта 1977 года американскими учёными Джеймсом Л. Элиотом (James L. Elliot), Эдвардом В. Данемом (Edward W. Dunham) и Дагласом Дж. Минком (Douglas J. Mink), использовавшими бортовую обсерваторию Койпера. Открытие было сделано случайно - группа первооткрывателей планировала провести наблюдения атмосферы Урана при покрытии Ураном звезды SAO 158687. Однако, анализируя полученную информацию, они обнаружили ослабление звезды ещё до её покрытия Ураном, причём произошло это несколько раз подряд. В результате было открыто 9 колец Урана.
    Когда в окрестности Урана прибыл космический аппарат «Вояджер-2», при помощи бортовой оптики удалось обнаружить ещё 2 кольца, тем самым увеличив общее число известных колец до 11.
    В декабре 2005 года космический телескоп «Хаббл» позволил открыть ещё 2 ранее неизвестных кольца. Они удалены на расстояние в два раза большее, чем ранее открытые кольца, и поэтому их ещё часто называют «внешней системой колец Урана». Кроме колец, «Хаббл» также помог открыть два ранее неизвестных небольших спутника, орбита одного из которых (Маб) совпадает с самым дальним кольцом. С учётом последних двух колец общее количество колец Урана составляет 13. В апреле 2006 года изображения новых колец, полученные обсерваторией Кека на Гавайских островах, позволили различить цвета внешних колец. Одно из них было красным, а другое (самое внешнее) - синим. Предполагают, что синий цвет внешнего кольца обусловлен тем, что оно состоит из мелких частиц водяного льда с поверхности Маб. Внутренние кольца планеты выглядят серыми.

Характеристики колец Урана

    По состоянию на 2008 год известно 13 колец. В порядке увеличения расстояния от планеты они расположены так: 1986U2R/ζ, 6, 5, 4, α, β, η, γ, δ, λ, ε, ν и μ. Минимальный радиус имеет кольцо 1986U2R/ζ (38 000 км), максимальный - кольцо μ (приблизительно 98 000 км). Между основными кольцами могут находиться слабые пылевые кольцевые скопления и незамкнутые дуги. Кольца чрезвычайно тёмные, альбедо Бонда для входящих в них частиц не превышает 2%. Вероятно, они состоят из водяного льда с включениями органики.
    Большинство колец Урана непрозрачны. Их ширина не больше нескольких километров. Кольцевая система содержит в целом немного пыли, она состоит в основном из крупных объектов диаметром от 20 сантиметров до 20 метров. Однако некоторые кольца оптически тонкие: широкое тусклое 1986U2R/&zeta, μ и ν состоят из мелких частиц пыли, тогда как узкое тусклое λ содержит крупные тела. Относительно небольшое количество пыли в кольцевой системе объясняется аэродинамическим сопротивлением протяжённой экзосферы - короны Урана.

Схема колец и орбит спутников Урана
КОЛЬЦА УРАНА

    Считается, что кольца Урана относительно молоды, их возраст не превышает 600 миллионов лет. Кольцевая система Урана, вероятно, образовалась от столкновений спутников, ранее обращавшихся вокруг планеты. В результате столкновений спутники разбивались на всё более мелкие частицы, которые теперь образуют кольца в строго ограниченных зонах максимальной гравитационной стабильности.
    До сих пор не ясен механизм, удерживающий узкие кольца в их границах. Первоначально считалось, что у каждого узкого кольца есть пара «спутников-пастухов», которые и поддерживают его форму, но в 1986 году Вояджер-2 обнаружил только одну пару таких спутников (Корделию и Офелию) вокруг самого яркого кольца - ε.

    Чем ближе спутник (будь то спутник-пастух или частица кольца) лежит к родительской планете, тем быстрее он двигается по своей орбите. Но объект, находящийся далеко от планеты, имеет больше полной энергии. Именно балансом между полной энергией и скоростью движения объясняется, как спутники-пастухи удерживают частицы кольца на месте.
    Спутник-пастух, вращаясь непосредственно за внешним краем кольца, двигается чуть медленнее, чем сами частицы в кольце. Его гравитация склонна оказывать тормозящую силу на частицы, вытягивая из них энергию и заставляя их немного смещаться вовнутрь.
    И наоборот, спутник, который вращается непосредственно внутри того же кольца, двигается чуть быстрее и притягивает к себе близлежащие частицы, заставляя их ускоряться, благодаря чему они набирают энергию и смещаются чуть дальше по направлению снаружи.
СПРАВКА: СПУТНИКИ-ПАСТУХИ

Основные сведения о кольцах

    Система колец Урана включает в себя 13 отчётливо различимых колец. По расстоянию от планеты они расположены в следующем порядке: 1986U2R/ζ, 6, 5, 4, α, β, η, γ, δ, λ, ε, ν и μ.

    Кольца можно разделить на 3 группы:
    - 9 узких главных колец (6, 5, 4, α, β, η, γ, δ, ε);
    - 2 пылевых кольца (1986U2R/ζ, &lambda);
    - 2 внешних кольца (μ, ν).

    Состоят кольца Урана в основном из макрочастиц и небольшого количества пыли. Пылевые частицы, как известно, присутствуют в кольцах 1986U2R/ζ, η, δ, λ, ν и μ. Кроме известных колец, скорее всего, существуют почти неразличимые пылевые полосы и весьма слабые и тонкие колечки между ними. Эти слабые кольца и пылевые полосы могут существовать лишь временно или состоять из нескольких отдельных дужек, которые могут иногда обнаруживаться во время покрытия планетой звезды. Некоторые из них становились заметными во время пересечения Землёй плоскости колец в 2007 году. Многие из пылевых полос между кольцами наблюдались в прямо рассеянном свете ещё Вояджером-2. Все кольца Урана показывают азимутальные изменения яркости.

Внутренние кольца Урана: самое яркое - кольцо ε, также видны 8 других внутренних колец.
КОЛЬЦА УРАНА

    Кольца состоят из чрезвычайно тёмного вещества. Геометрическое альбедо частиц, составляющих кольца, не превышает 5-6%, а альбедо Бонда и того меньше - около 2%. Кольца демонстрируют сильный оппозиционный эффект - больше всего света отражается в сторону его источника. Кольца кажутся немного красноватыми по наблюдениям в ультрафиолетовой и видимой части спектра и серыми - по наблюдениям в ближней инфракрасной. Каких-либо идентифицируемых спектральных особенностей у колец не наблюдается.
    Химический состав частиц колец неизвестен. Однако они не могут состоять из чистого водяного льда, как, например, кольца Сатурна, потому что они слишком тёмные, даже более тёмные, чем внутренние спутники Урана. Это указывает на то, что они состоят из смеси льда и тёмного вещества. Природа этого вещества неизвестна, но это может быть органика, значительно затемнённая облучением заряженными частицами из магнитосферы Урана. Возможно, кольца состоят из сильно преобразованного вещества, изначально сходного с тем, из которого состоят внутренние спутники Урана.

Крупным планом (сверху вниз: δ, ν, η, β и α). У кольца η видно широкий оптически тонкий компонент.
КОЛЬЦА УРАНА

    В целом система колец Урана не похожа ни на тусклые пылевые кольца Юпитера, ни на широкие и сложные кольца Сатурна, некоторые из которых очень яркие за счёт частичек водяного льда. Однако у колец Урана и Сатурна есть и кое-что общее: кольцо F Сатурна и кольцо ε Урана оба узкие, относительно тёмные и «пасутся» парой спутников. Недавно открытые внешние кольца Урана сходны с внешними кольцам G и E Сатурна. Небольшие колечки между широкими кольцами Сатурна также напоминают узкие кольца Урана. Помимо этого, пылевые скопления между кольцами Урана могут быть схожи с пылевыми кольцами Юпитера. Кольцевая система Нептуна больше похожа на кольцевую систему Урана, но сложнее, тёмнее и содержит больше пыли; кольца Нептуна расположены дальше от планеты, чем у Урана.

    УЗКИЕ ГЛАВНЫЕ КОЛЬЦА:

    • ε (эпсилон)
    Кольцо ε (эпсилон) - самое яркое и самое плотное из колец Урана и ответственно примерно за две трети света, отражаемого кольцами. У этого кольца самый большой эксцентриситет из всех, оно также обладает незначительным орбитальным наклонением.
    Вытянутость кольца является причиной того, что его яркость в разных местах неодинакова: самая большая вблизи апоцентра (самой удалённой от планеты точки), а самая малая - вблизи перицентра (самой близкой). Это различие достигает 2,5-3,0 раз и связано с изменением ширины кольца, которая составляет 19,7 км в перицентре и 96,4 км в апоцентре. По мере того, как кольцо становится шире, уменьшается количество «затенений» частицами друг друга и можно наблюдать большее их количество, что приводит к более высокой интегральной яркости. Вариации ширины кольца были измерены на снимках, полученных «Вояджером-2», так как кольцо ε было одним из двух, чья ширина на этих снимках различима. Это указывает на то, что кольцо является оптически глубоким. Действительно, наблюдения покрытия звёзд этим кольцом, проведённые с Земли и «Вояджера-2», показали, что его нормальная «оптическая глубина» варьируется от 0,5 до 2,5, и максимальна вблизи перицентра орбиты кольца.

Фрагмент кольца ε (снимок «Вояджера-2»)
КОЛЬЦА УРАНА

    Геометрическая толщина кольца ε достоверно неизвестна, хотя, по некоторым оценкам, составляет примерно 150 метров. Несмотря на столь малую толщину, кольцо состоит из нескольких слоёв частиц. Апоцентр кольца ε - место с большой концентрацией частиц: они занимают, по разным оценкам, 0,8-6% пространства, таким образом, среднее расстояние между ними может быть всего вдвое больше их диаметра. Средний размер частиц этого кольца - 0,2-20 метров. Из-за своей исключительной тонкости кольцо ε исчезает при наблюдении с ребра. Так случилось в 2007 году, во время пересечения Землёй плоскости колец. Низкое содержание пыли в кольце можно объяснить аэродинамическим сопротивлением протяжённой атмосферной короны Урана.

СПРАВКА:
Нормальная оптическая глубина (τ) кольца - это отношение полного геометрического поперечного сечения частиц, из которых состоит кольцо, к площади поверхности кольца. Может принимать значения от нуля до бесконечности. Луч света, проходящий через кольцо, будет ослаблен в e раз.
СПРАВКА:

Кольца исчезают при наблюдении с ребра, 2007 г.
КОЛЬЦА УРАНА

    «Вояджер-2» наблюдал странный сигнал от этого кольца в эксперименте «радиопокрытия». Он заключался в значительном усилении прямого рассеяния радиоволн вблизи апоцентра кольца на длине волны 3,6 см. Это требует наличия упорядоченной структуры кольца ε. Такая структура была подтверждена многими наблюдениями покрытий. Видимо, кольцо ε состоит из множества узких оптически плотных колечек, некоторые из которых могут быть незамкнутыми.

Спутники пастухи для кольца ε. Корделия (внутренний) и Офелия (внешний)
КОЛЬЦА УРАНА

    У него есть два «спутника-пастуха» - Корделия (внутренний) и Офелия (внешний). Внутренний край кольца находится в орбитальном резонансе 24:25 с Корделией, а внешний край - в резонансе 14:13 с Офелией. Чтобы эффективно «пасти» (удерживать в существующих границах) кольцо, масса каждого спутника должна быть как минимум втрое больше массы кольца. Масса кольца ε оценивается примерно в 1016 кг.

    • δ (дельта)
    Кольцо δ круглое и имеет небольшое наклонение. У кольца отмечены значительные необъяснённые азимутальные изменения нормальной оптической глубины и ширины. Возможное объяснение состоит в том, что у кольца имеется волнообразная азимутальная структура, создаваемая небольшим спутником прямо внутри него. Внешний край кольца находится в орбитальном резонансе 23:22 с Корделией.

    Сравнение колец Урана в прямом и обратном рассеянном свете (изображения получены Вояджером-2 в 1986).
    Примечание:
    - Прямо (вперёд) рассеянный свет - свет, отклонённый от первоначального направления на угол, меньший 90° (соотв., фазовый угол больше 90°).
    - Обратно рассеянный свет - свет, отклонённый на угол, больший 90° (другими словами, в сторону его источника). Фазовый угол меньше 90°.
КОЛЬЦА УРАНА

    Кольцо δ состоит из двух компонентов: узкого, оптически плотного, и широкого с низкой оптической глубиной. Ширина узкого компонента - 4,1-6,1 км, его эквивалентная глубина - 2,2 км, что соответствует нормальной оптической глубине около 0,3-0,6. Широкий компонент кольца δ имеет ширину приблизительно 10-12 км, и его эквивалентная глубина близка к 0,3 км, что соответствует нормальной оптической глубине в 3 * 10-2.
    Все эти данные получены из наблюдений покрытий, так как на снимках «Вояджера-2» ширина кольца не видна. Когда кольцо наблюдалось с Вояджера-2 при прямом рассеянии, оно казалось относительно ярким, что совместимо с присутствием космической пыли в его широком компоненте. Геометрически широкий компонент кольца является более тусклым, чем узкий компонент. Это подтверждается наблюдениями во время пересечения плоскости колец Землёй в 2007 году, когда яркость кольца δ увеличилась, что совпадает с поведением геометрически толстого, но оптически тонкого кольца.

    • γ (гамма)
    Кольцо γ узкое, оптически плотное и имеет небольшой эксцентриситет. Его орбитальное наклонение почти равно нулю. Ширина кольца меняется от 3,6 до 4,7 км, хотя эквивалентная глубина неизменна и равна 3,3 км. Нормальная оптическая глубина этого кольца - 0,7-0,9. Во время пересечения плоскости колец в 2007 году выяснилось, что кольцо γ такое же геометрически тонкое, как и кольцо ε и практически лишено пыли. Ширина и нормальная оптическая глубина этого кольца свидетельствуют о значительных азимутальных вариациях. Неизвестно, что позволяет этому кольцу оставаться таким узким, но было замечено, что его внутренний край находится в резонансе 6:5 с Офелией.

    • η (эта)
    Кольцо η имеет нулевой эксцентриситет и наклонение. Подобно кольцу δ, оно состоит из двух компонентов: узкого оптически плотного компонента и широкого наружного компонента с низкой оптической глубиной. Ширина узкого компонента составляет 1,9-2,7 км, а эквивалентная глубина около 0,42 км, что соответствует нормальной оптической глубине приблизительно в 0,16-0,25. Широкий компонент имеет ширину около 40 км и эквивалентную глубину около 0,85 км, что, в свою очередь, говорит о нормальной оптической глубине в 2*10-2.
    Ширина кольца видна на фотографиях с «Вояджера-2». В прямо рассеянном свете кольцо η выглядит ярким, что указывает на присутствие в нём значительного количества пыли, по всей вероятности, в широком компоненте. Геометрически широкий компонент намного толще, чем узкий. Это подтверждается наблюдениями во время пересечения Землёй плоскости колец в 2007 году, когда кольцо η продемонстрировало увеличение яркости, став вторым по яркости кольцом Урана. Это совпадает с поведением геометрически толстого, но оптически тонкого кольца. Как и большинство колец, кольцо η демонстрирует существенные азимутальные изменения в нормальной оптической глубине и ширине, в некоторых местах кольцо настолько узко, что даже «пропадает».

    • α и β (альфа и бета)
    α и β - самые яркие после ε кольца в системе Урана. Как и у кольца ε, их яркость и ширина отличаются в разных участках. Наибольшую яркость и ширину эти кольца имеют в 30° от апоцентра, а наименьшую - в 30° от перицентра. Кольца α и β имеют значительный орбитальный эксцентриситет и незначительное наклонение. Ширина этих колец составляет 4,8-10 км и 6,1-11,4 км соответственно. Эквивалентные оптические глубины равны 3,29 и 2,14 км, что говорит о нормальной оптической глубине в 0,3-0,7 и 0,2-0,35 соответственно.
    Во время пересечения Землёй плоскости колец в 2007 году эти кольца на некоторое время пропали. Это означает, что они, так же, как и кольцо ε, геометрически тонкие и лишены пыли. Однако во время пересечения обнаружили геометрически толстую, но оптически тонкую полосу пыли сразу за внешней стороной кольца β, которую ранее наблюдал и «Вояджер-2». Массы каждого из колец α и β приблизительно оцениваются как 5·1015 кг, что примерно равно половине массы кольца ε.

    • Кольца 6, 5 и 4
    Кольца 6, 5 и 4 - это самые тусклые и почти самые близкие к Урану кольца. Наклонение этих колец самое большое, и их орбитальные эксцентриситеты - наибольшие среди всех колец, кроме ε. Более того, их наклонения (0,06°, 0,05° и 0,03° соответственно) были достаточно большими, чтобы «Вояджер-2» наблюдал их элевации выше экваториальной плоскости Урана, которые составляли 24-46 км. Кольца 6, 5 и 4 - также и самые узкие кольца Урана - оценочно 1,6-2,2 км, 1,9-4,9 км и 2,4-4,4 км соответственно. Их эквивалентные глубины составляют 0,41 км, 0,91 км и 0,71 км, что говорит о нормальной оптической глубине 0,18-0,25, 0,18-0,48 и 0,16-0,3 соответственно. Они не были видны во время пересечения Землёй плоскости колец в 2007 году из-за чрезвычайной узости и мизерного количества пыли.

    ПЫЛЕВЫЕ КОЛЬЦА:

    • λ (лямбда)
    Кольцо λ - одно из двух колец, открытых «Вояджером-2» в 1986 году. Это узкое и тусклое кольцо, расположенное между кольцом ε и его «спутником-пастухом» Корделией. При исследовании в обратно-рассеянном свете кольцо λ чрезвычайно узкое - около 1-2 км и имеет эквивалентную оптическую глубину 0,1-0,2 км на длине волны 2,2 мкм. Его нормальная оптическая глубина - 0,1-0,2. Оптическая глубина кольца λ демонстрирует сильную зависимость от длины волны, что нетипично для кольцевой системы Урана. В ультрафиолетовой части спектра эквивалентная глубина доходит до 0,36 км, что объясняет, почему оно было обнаружено только при наблюдении покрытий звёзд в ультрафиолетовом диапазоне «Вояджером-2». Об обнаружении кольца при наблюдениях на длине волны в 2,2 мкм было сообщено лишь в 1996 году.
    Внешний вид кольца λ резко изменился во время наблюдений в прямом рассеянном свете в 1986 году. При тогдашнем расположении оно наблюдалось как самый яркий объект системы Урана, превзойдя даже кольцо ε. Эти наблюдения вкупе с зависимостью длины волны от оптической глубины указывают на то, что кольцо λ содержит существенное количество пыли микрометровых размеров. Нормальная оптическая глубина этой пыли - 10-4-10-3. Наблюдения телескопом обсерватории Кека в 2007 году во время пересечения Землёй плоскости колец Урана подтвердили это предположение, так как кольцо λ стало одним из самых ярких элементов кольцевой системы Урана.

Внутренние кольца Урана. Снято «Вояджером-2» при большом фазовом угле: 172,5° (то есть со стороны, противоположной Солнцу). Видно кольца и полосы пыли, невидимые при меньших фазовых углах.
КОЛЬЦА УРАНА

    Детальный анализ снимков с «Вояджера-2» позволил выявить азимутальные изменения в яркости кольца λ. Изменения, кажется, являются периодическими, напоминая стоячую волну. Происхождение этой примечательной структуры в кольце λ остаётся неизвестным.

    • 1986U2R / ζ (дзета)
    В 1986 году «Вояджер-2» обнаружил широкое слабое колечко, расположенное ближе кольца 6. Ему дали временное обозначение 1986U2R. Оно имело нормальную оптическую глубину 10-3 или меньше и было чрезвычайно слабым. Его было видно только на одном изображении, сделанном «Вояджером-2». Кольцо расположено между 37 000 и 39 500 км от центра Урана, или на 12 000 км выше уровня облаков. Кольцо не наблюдалось вплоть до 2003-2004, пока телескопы обсерватории Кека (Гавайи) вновь не обнаружили широкое слабое кольцо внутри кольца 6. Кольцо назвали ζ. Однако положение кольца значительно отличалось от наблюдавшегося в 1986 году. Сейчас оно расположено между 37 850 и 41 350 км от центра планеты и, постепенно слабея, тянется внутрь по крайней мере до 32 600 км. Это кольцо вновь наблюдалось обсерваторией Кека лишь в 2007 во время пересечения Землёй плоскости колец Урана. Эквивалентная оптическая глубина этого кольца - около 1 км (0,6 для расширенной части кольца), в то время как нормальная оптическая глубина, как и раньше, не превышает 10-3.

Первое полученное изображение кольца 1986U2R/ζ
КОЛЬЦА УРАНА

    Разница между наблюдениями кольца ζ в 1986 и 2003 может быть вызвана разными геометрическими конфигурациями: геометрией обратного рассеяния в 2003-2007 и геометрией бокового рассеяния в 1986 году. Однако не исключены и изменения распределения пыли (которая, как полагают, преобладает в кольце) в течение тех 20 лет.

    •Другие пылевые полосы
    В дополнение к кольцам 1986U2R/ζ и λ в системе есть весьма слабые пылевые полосы. Они не видны во время покрытий, потому что обладают незначительной оптической глубиной, хотя в прямо рассеянном свете они достаточно яркие. Изображения с «Вояджера-2» в прямо рассеянном свете показали существование ярких пылевых полос между кольцами λ и δ, между кольцами η и β, и между кольцами α и 4. Многие из наблюдавшихся в 1986 году пылевых полос в 2003-2004 году были вновь зафиксированы телескопами обсерватории Кека. Они также наблюдались при пересечении плоскости колец в 2007 году в обратно-рассеяном свете, но их точное местоположение и яркость отличались от результатов наблюдений с Вояджера-2. Нормальная оптическая глубина этих пылевых полос - около 10-5 или меньше. Распределение размера пылевых частиц, как полагают, является экспоненциальным с показателем степени p = 2,5 ± 0,5

    ВНЕШНЯЯ СИСТЕМА:

    • В 2003-2005 гг. телескоп «Хаббл» обнаружил пару ранее неизвестных колец, теперь считающихся внешней частью кольцевой системы Урана, что довело количество известных колец до 13. Впоследствии эти кольца были названы μ и ν (мю и ню). Кольцо μ в этой паре является внешним. Оно находится в два раза дальше от планеты, чем яркое кольцо η (эта). Внешние кольца во многих отношениях отличаются от узких внутренних колец. Они широкие, 17000 и 3800 км шириной, и очень тусклые. Максимальная нормальная оптическая глубина - 8,5 * 10-6 и 5,4*10-6. Эквивалентные оптические глубины - 0,14 км и 0,012 км. Профили радиальной яркости колец имеют треугольную форму.
    Область пиковой яркости кольца μ практически совпадает с орбитой спутника Урана - Маб, которая, вероятно, и является источником частиц кольца. Кольцо ν расположено между спутниками Порция и Розалинда и не содержит в себе никаких спутников. Повторный анализ изображений в прямом рассеянном свете, полученных Вояджером, позволяет ясно различить кольца μ и ν. В этой геометрии кольца намного более яркие, что указывает на высокое содержание в них пылевых частиц размером порядка микрометра. Внешние кольца Урана напоминают кольца G и E в кольцевой системе Сатурна. Для кольца G не известно никакого объекта - источника частиц, в то время как кольцо E чрезвычайно широкое и пополняется пылью с поверхности Энцелада.

μ и ν - кольца Урана (R/2003 U1 и U2), обнаруженные телескопом «Хаббл».
КОЛЬЦА УРАНА

    Возможно, кольцо μ состоит целиком из пыли, без каких-либо крупных частиц. Эта гипотеза поддерживается наблюдениями обсерватории Кека, которая так и не обнаружила кольцо μ в близком инфракрасном диапазоне на длине волны 2,2 мкм, однако обнаружила кольцо ν. Неудачная попытка обнаружить кольцо μ означает, что оно синего цвета. Это, в свою очередь, указывает, что оно преимущественно состоит из мельчайшей (субмикронной) пыли. Возможно, пыль состоит из водяного льда. Кольцо ν, напротив, имеет красноватый оттенок.

Динамика колец и их происхождение

    Важной и пока нерешённой физической проблемой остаётся разрешение загадки механизма, удерживающего границы колец. Если бы такой механизм отсутствовал, то эти границы постепенно размывались бы, и кольца Урана не просуществовали бы дольше миллиона лет. Наиболее часто упоминаемая модель механизма сдерживания была предложена Петером Голдрайхом и Скоттом Тремэйном: это пара соседствующих спутников, внешний и внутренний «пастухи», которые посредством гравитационного взаимодействия отбирают у кольца чрезмерный или добавляют ему недостающий угловой момент (или, что эквивалентно, энергию). «Пастухи» таким образом удерживают частицы, из которых состоят кольца, хотя постепенно удаляются от них. Для этого массы спутников-пастухов должны превышать массу кольца как минимум в 2-3 раза. Такой механизм работает для кольца ε, которое, как известно, «пасут» Корделия и Офелия. Корделия также является внешним «пастухом» для кольца δ, а Офелия - для γ. Однако вблизи других колец не известно ни одного спутника крупнее 10 километров. Текущее расстояние Корделии и Офелии от кольца ε может использоваться для определения возраста кольца. Вычисления показывают, что это кольцо не может быть старше 6 * 108 лет.
    Так как кольца Урана, вероятно, молоды, они должны непрерывно пополняться фрагментами столкновений между более крупными телами. По некоторым оценкам, время разрушения спутника размером с Пак может составлять несколько миллиардов лет. Соответственно, спутник меньших размеров разрушится гораздо быстрее. Таким образом, возможно, что все внутренние и внешние кольца Урана являются продуктом разрушения спутников размером меньше Пака в течение последних четырёх с половиной миллиардов лет. Каждое такое разрушение дало бы начало целому каскаду столкновений, которые размололи бы почти все большие тела в намного меньшие частицы, включая пыль. В конечном счёте большая часть массы была бы утеряна, и частицы сохранились бы только в тех областях, где их орбиты стабилизируются взаимными резонансами и «выпасом». Конечным продуктом такой «разрушительной эволюции» стала бы система из узких колец, однако в пределах колец должны были сохраниться и маленькие спутники. По современным оценкам, их максимальный размер - около 10 километров.

Фото колец Урана в период с 2 по 14 августа 2007 г. На диск планеты наложены внутренние кольца (Inner) и внешние кольца (Outer).
КОЛЬЦА УРАНА

    Происхождение пылевых полос более ясное. Время существования пыли очень короткое, от ста до тысячи лет, и, по-видимому, она непрерывно пополняется в результате столкновений между большими частицами в кольцах, маленькими спутниками и метеороидами, попавшими в систему Урана извне. Пояса порождающих пыль спутников и частиц невидимы из-за их низкой оптической глубины, в то время как пыль хорошо видна в прямом рассеянном свете. Предполагается, что узкие главные кольца и пояса из пылевых полос и мелких спутников отличаются распределением размеров частиц. В главных кольцах больше частиц с размерами от сантиметра до метра. Такое распределение увеличивает площадь поверхности материала колец, что приводит к высокой оптической плотности в обратно-рассеянном свете. В пылевых полосах, наоборот, количество крупных частиц относительно небольшое, что приводит к низкой оптической глубине.

Список колец:

Кольца Урана Расстояние от
центра Урана (км)
Ширина (км) Толщина (м) Эксцентриситет Наклонение (°) Примечания
1986U2R/ζ 38000 2,5 100 0 0  
6 41 837 1,6 - 2,2 100 0,0010 0,062  
5 42 234 1,9 - 4,9 100 0,0019 0,054  
4 42 570 2,4 - 4,4 100 0,0011 0,032  
α 44 718 4,8 - 10,0 100 0,0008 0,015  
β 45 661 6,1 - 11,4 100 0,0004 0,005  
η 47 175 1,9 - 2,7 100 0 0,001  
γ 47 627 3,6 - 4,7 100 0,011 0,002  
δ 48 300 4,1 - 6,1 100 0 0,004  
λ 50 023 1 - 2 100 0 0 Слабое пылевое кольцо
ε 51 149 19,7 - 96,4 500-2500 0,0079 0,001 «Пасётся» Корделией и Офелией
ν 66 100 - 69 900 3800 100 ? ? Между Порцией и Розалиндой
μ 86 000 - 103 000 17 000 ? ? ? Вблизи от Маб

 

источник http://galspace.spb.ru/index419.html 

Юпитер нам поможет


    Многие межпланетные зонды использовали для разгона тяготение Юпитера. Первыми были аппараты «Пионер-10» и «Пионер-11» (Pioneer), а вслед за ними «Вояджер-1» и «Вояджер-2». В 1992 году Юпитер помог выйти из плоскости эклиптики «Улиссу» (Ulysses) — зонду, исследующему полярные области Солнца, вокруг которого он обращается по орбите, почти перпендикулярной земной. Другим способом вывести аппарат на такую орбиту при современном уровне развития космической техники просто невозможно. Выполнил пертурбационный маневр у Юпитера и зонд «Новые горизонты» (New Horizons), запущенный Соединенными Штатами к Плутону 19 января 2006 года. Увеличив скорость на 4 км/с и на 2,5 градуса отклонившись от плоскости эклиптики, он сможет прибыть к цели в 2015 году, прежде чем на Плутоне (который в этом столетии удаляется от Солнца) станет замерзать атмосфера, снижая тем самым ценность будущих исследований.
    Разумеется, для выполнения гравитационных маневров дата старта должна быть выдержана весьма точно. Баллистики оперируют понятием «окно запуска» — это интервал дат, в пределах которого эффективность запланированных гравитационных маневров максимальна. Ближе к краям «окна» эффект становится меньше, а потребности в топливе — больше. Если же выйти за его границы, то носитель просто не сможет вывести аппарат на нужную орбиту, что приведет к срыву полета или недопустимому возрастанию его длительности. Например, запуск «Новых горизонтов» неоднократно переносился по погодным и техническим причинам. Задержись старт еще на несколько дней, и зонд отправился бы в полет уже без расчета на «гравитационную помощь» Юпитера и с меньшими шансами на успех. Выполнять маневры у планет-гигантов удобнее всего. Благодаря их большой массе поворачивать возле них можно по широкой плавной дуге и требования к точности навигации остаются довольно мягкими. Однако нередко в качестве «пращи» используют Венеру, Землю, Марс и даже Луну. Тут уже ошибаться нельзя, в противном случае аппарат уйдет от планеты совсем не в том направлении, как было запланировано.

Зонд ISEE-3/ICE четыре года (1978—1982) изучал Солнце с орбиты вокруг точки Лагранжа L1, а затем путем сложных гравитационных маневров у Земли и Луны он был направлен на встречу с кометами Джакобини — Циннера (1985) и Галлея (1986). В 2012-м зонд вернется к Земле. Рис. NASA
Окном запуска называют интервал дат, в пределах которого эффективность запланированных гравитационных маневров максимальна.
Гомановские эллипсы, касающиеся орбиты Земли и планеты назначения, - самые экономичные межпланетные траектории, если не прибегать к гравитационным маневрам. Полет к Марсу по гомановской орбите занимает около 240-280 суток, к Венере - около 150 суток.

Космический гравсерфинг


    Наиболее сложны — но тем и интересны! — траектории с пертурбационными маневрами не у одного, а у нескольких небесных тел. К примеру, станция «Галилео» (Galileo), чтобы добраться до Юпитера, осуществила гравитационный маневр в поле тяготения Венеры, а потом еще два возле Земли. Такие полеты возможны не всегда, а лишь при определенном расположении планет. Самый знаменитый подобный «большой тур» совершил «Вояджер-2», который последовательно пролетел вблизи Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Его близнец «Вояджер-1» тоже мог бы пройти подобным маршрутом, однако ученые предпочли поближе рассмотреть загадочный спутник Сатурна Титан, и его тяготение необратимо отклонило траекторию станции от направления на Уран. Это было трудное, но верное решение. Именно данные «Вояджера-2» позволили спустя 24 года осуществить посадку на Титан зонда «Гюйгенс» (Huygens).
    В наши дни еще более сложный полет выполняет станция «Мессенджер» (MESSENGER). Ее основная задача — выход на орбиту вокруг Меркурия для детального изучения его характеристик. Миссия, рассчитанная на семь лет пути, в январе 2008 года вышла на заключительный этап. Аппарат уже выполнил четыре гравитационных маневра: один около Земли, два возле Венеры и один у самого Меркурия, а между ними производились маневры двигателями, чтобы каждый раз правильно входить в гравитационную «воронку» планеты. «Мессенджеру» предстоит совершить еще пять маневров (два гравитационных и три — двигателями), прежде чем он станет спутником ближайшей к Солнцу планеты. За это время он «намотает» вокруг Солнца 8 миллиардов километров — больше, чем до Плутона! Однако, не будь траектория столь сложной, при современном состоянии ракетно-космической техники этот полет вообще не мог бы состояться.

ЛЕСТНИЦА ЛАГРАНЖА
    Несмотря на коррекции и гравитационные маневры, орбиты большинства межпланетных станций все же близки к классическим дугам эллипсов и гипербол. Но в последнее время астронавигаторы все чаще используют куда более изощренные траектории, пролегающие в тех областях пространства, где приходится в равной мере учитывать притяжение сразу двух небесных тел.
    Рассмотрим, например, орбиту Земли вокруг Солнца. Она почти круговая с радиусом 150 миллионов километров и периодом обращения, равным году. Соотношение радиуса и периода определяется силой солнечного притяжения, заставляющей Землю двигаться по искривленной траектории. На большем расстоянии притяжение Солнца окажется слабее, а соответствующая орбитальная скорость ниже. Космический аппарат на такой орбите отстает от Земли (а на орбите меньшего радиуса обгоняет ее). Математически это выражается третьим законом Кеплера. Однако из этого правила есть исключение. Допустим, мы запустили станцию так, чтобы она пришла в некую точку, расположенную на продолжении земной тени, причем на строго определенном расстоянии от Земли (примерно полтора миллиона километров). Тогда притяжение нашей планеты, добавленное к солнечному, окажется как раз таким, что период обращения по расширенной орбите будет в точности равен году. Получится, что станция как бы все время прячется от Солнца позади Земли. Аналогичная траектория есть и внутри земной орбиты, где притяжение планеты, наоборот, ослабляет солнечное ровно настолько, чтобы на более короткой орбите период обращения был равен году. На таких орбитах станции будут обращаться вокруг Солнца, оставаясь неподвижными относительно Земли, — в направлении к Солнцу и от него. Это так называемые точки Лагранжа L1 и L2, где космический аппарат может неподвижно висеть, не расходуя топлива. Этим уже пользуются: в L1 работает солнечная обсерватория SOHO, а в L2 — астрофизический зонд WMAP. Туда же планируется вывести 6-метровый телескоп имени Джеймса Вебба, который строится на смену стареющему «Хабблу».
    Но полеты в точках Лагранжа не лишены трудностей. Дело в том, что равновесие в них неустойчиво. Стоит аппарату немного отклониться из-за возмущений со стороны других планет или погрешностей навигации, как он начинает описывать вокруг точки Лагранжа медленно расходящиеся петли. Если вовремя не скорректировать орбиту, аппарат может быть выброшен в космос или даже упасть на Землю. Рассчитать движение по такой траектории очень трудно: она очень сильно «крутит хвостом» — при малейшей ошибке в начальных условиях может повернуться в противоположном направлении.
    И все же NASA уже удалось воспользоваться такой сложной орбитой для миссии по сбору образцов солнечного ветра. Аппарат «Генезис» (Genesis) был запущен по тончайшим образом выверенной траектории, которая после нескольких витков вокруг точки L1 вернула его к Земле, причем так, что капсула с образцами по касательной вошла в атмосферу и совершила посадку (к сожалению, жесткую из-за сбоя в парашютной системе). А у навигаторов тем временем зреют новые планы. Среди раскручивающихся траекторий ухода от точки L1 есть такие, которые на время приводят аппарат на орбиту вокруг L2 (и наоборот). Причем для этого не требуется серьезных затрат топлива. У Земли пользы от этого немного. Иное дело — система Юпитера, где у каждого из четырех его больших спутников — Ио, Европы, Ганимеда и Каллисто — есть по паре точек Лагранжа. Двигаясь вокруг планеты, внутренние спутники обгоняют внешние, и если правильно подгадать, то ценой совсем небольших затрат топлива аппарат может перепрыгнуть с неустойчивой орбиты вокруг точки L2, скажем, спутника Ио на такую же орбиту вокруг точки L1 Европы. Покрутившись там и проведя наблюдения, можно подняться еще на одну ступеньку «лестницы» — к точке L2 Европы, а оттуда в нужный момент прыгнуть к L1 Ганимеда, а там и до Каллисто рукой подать. Спускаться по этой «лестнице Лагранжа» тоже не возбраняется.
    Именно такой план полета предлагается для большой исследовательской станции JIMO, которую NASA готовит для изучения галилеевых спутников Юпитера. До сих пор спутники Юпитера исследовались только с пролетных траекторий. «Лестница Лагранжа» позволит станции подолгу зависать над спутником — изучать его поверхность и отслеживать происходящие на ней процессы.

С малой тягой к малым телам


    Но гравитационные маневры — не единственный способ сэкономить топливо. Еще в 1930-х годах один из пионеров отечественного ракетного двигателестроения Валентин Петрович Глушко предложил использовать электроракетные двигатели (ЭРД). По сравнению с традиционными жидкостными ракетными двигателями (ЖРД) скорость истечения рабочего тела у них на порядок выше, а значит, топлива требуется в сотни раз меньше. К сожалению, тяга ЭРД исчисляется величинами порядка нескольких граммов-силы, так что для вывода аппаратов на орбиту они не годятся. Это «двигатели открытого космоса», предназначенные для медленного, но непрерывного ускорения, длящегося месяцы, а при межпланетных полетах и годы. «Миссии с малой тягой» стали популярны лишь тогда, когда электроника, сделав гигантский скачок, позволила увеличить срок службы космических аппаратов с нескольких месяцев до нескольких лет, а то и десятилетий.


    Трасса полета с малой тягой совсем не похожа на классический эллипс, она представляет собой медленно разворачивающуюся спираль Архимеда. Переход с низкой околоземной орбиты на геостационарную по такой траектории затягивается на полгода. Это поистине пытка для владельца спутника, продающего услуги космической связи: каждый день ожидания обходится в десятки тысяч долларов. Приходится учитывать и такое неприятное обстоятельство, как многократный пролет через радиационные пояса Земли. Тонкая электроника очень не любит космических излучений. Но зато спутник, оснащенный ЭРД, можно запустить на геостационарную орбиту ракетой «Союз» (300 тонн), а для аппарата с обычным ЖРД уже нужен могучий «Протон» (700 тонн). Разница в стоимости запуска — в два-три раза. Вот и ломает голову заказчик космического аппарата: какой вариант выбрать? Обычно все же останавливаются на том, что быстрее: современные спутники связи начинают «отбивать» затраченные на их запуск деньги уже через пару недель после выведения на целевую орбиту. Так что в околоземном пространстве двигатели малой тяги применяют в основном для небольших коррекций орбиты.
    Другое дело — полеты, скажем, к астероидам. ЭРД позволят относительно легко перекидывать межпланетную станцию с одного объекта к другому, причем не просто пролетать мимо, а подолгу задерживаться у каждого. По причине своей ничтожной (по сравнению с планетами) массы астероиды обладают мизерной гравитацией. Их облет мало похож на обычное орбитальное движение вокруг больших планет. Орбитальные скорости здесь измеряются сантиметрами в секунду, а периоды — многими сутками. Чтобы облететь астероид быстрее, приходится почти постоянно «работать двигателями». Стоит их выключить, и аппарат просто улетит от планетоида. Но зато практически полное отсутствие гравитации позволяет садиться на поверхность астероида и взлетать с него при минимальных затратах топлива.
    По большому счету слово «посадка» здесь можно употреблять лишь условно: причаливание межпланетного зонда к астероиду больше напоминает стыковку двух космических кораблей, нежели классическую посадку на поверхность планеты. Этот фокус проделывали японцы со своим зондом «Хаябуса», который дважды опускался на поверхность астероида Итокава и поднимался с нее. Кстати, этот же полет показал, насколько непросто управлять аппаратом вблизи поверхности астероида. Обмен сигналами с аппаратом занимает десятки минут, так что отдавать ему команды в реальном времени невозможно, несмотря на небольшие скорости. Поэтому отработка автономной навигации вблизи неровной поверхности астероида была одной из основных задач «Хаябусы».
    Стартовавший в сентябре 2007 года к астероидам Церере и Весте американский зонд «Заря» (Dawn) оснащен ионными двигателями с тягой меньше одной десятой Ньютона (вес 10-гранного груза). За сутки работы они ускоряют аппарат массой около тонны на 25 км/ч. Это не так мало, как может показаться: за год подобными темпами можно набрать 2,5 км/с. Полного же запаса топлива на борту (425 килограммов) хватит для изменения скорости аппарата на 10 км/с — никаким межпланетным аппаратам с химическими двигателями подобное недоступно.


Планетарные двигатели


    Попробуем пофантазировать и представим, что наконец-то решено отправить экипаж, состоящий из людей, скажем, в систему Сатурна. Можно выбрать быстрый перелет с большой тягой: собрать межпланетный корабль на околоземной орбите, выдать при помощи ЖРД мощный разгонный импульс и по гиперболе отправиться в путешествие. Лететь все равно придется долго — несколько лет. Масса топлива нужна огромная. А значит, для снаряжения гигантского корабля потребуется не один десяток сверхтяжелых ракет. Запасы кислорода, воды, пищи и всего, что нужно в межпланетном полете, теряются на фоне огромной массы топлива, необходимого не только для разгона у Земли, но и для торможения у цели путешествия, и для возвращения к родной планете…


    А что если попробовать малую тягу? Безумное количество топлива существенно сократится, а срок путешествия, как ни странно, может остаться прежним! Ведь двигатели корабля будут работать всю дорогу — полпути на разгон, а полпути — на торможение. Правда, тягу электрореактивных двигателей придется увеличить в сотни раз по сравнению с теми, что стоят на зонде «Заря». Но во-первых, такие разработки уже ведутся, а во-вторых, двигателей может быть много.
    Для питания ЭРД понадобится несколько мегаватт энергии. Вблизи Земли ее можно было бы получать даром — от огромных солнечных батарей площадью тысячи, если не десятки тысяч квадратных метров. Но с удалением от Солнца их эффективность быстро падает: у Марса — на 60%, у Юпитера — в 30 раз. Так что для полетов к планетам-гигантам придется использовать ядерный реактор. И еще, скорее всего, ЖРД все-таки понадобятся для того, чтобы быстрее пройти опасные радиационные пояса вблизи Земли. Видимо, именно комбинированные двигательные установки будут применяться в межпланетных пилотируемых миссиях будущего.


Не только гравитация


    Дальний космос таит в себе немало загадок. Казалось бы, что может быть точнее баллистических расчетов, в основе которых лежат законы небесной механики? Не тут-то было! На космический зонд действует множество сил, которые трудно учесть заранее. Давление солнечного излучения и солнечный ветер, магнитные поля планет и истечение газа из самого аппарата — все это сказывается на скорости его движения. Даже тепловое излучение зонда и радиосигнал, посылаемый на Землю узконаправленной антенной, вызывают отдачу, которую приходится учитывать при точной навигации. А то что происходило с уже упоминавшимися «Пионерами», вообще не получило пока должного объяснения. Работающий в NASA российский астрофизик Вячеслав Турышев обнаружил около 10 лет назад, что зонды испытывают очень небольшое аномальное торможение. За 20 лет полета аномалия «Пионеров» привела к тому, что, подлетая к границам Солнечной системы, космические аппараты отклонились от расчетного положения на 400 тысяч километров! Какие только гипотезы не выдвигались для объяснения аномалии. От уже упомянутых магнитных полей и испарения остатков топлива из топливных магистралей до наличия на границах Солнечной системы массивных невидимых объектов. Некоторые физики считают аномалию указанием на неточность современной теории гравитации, другие видят в ней проявление космологических факторов вроде темной материи и темной энергии. Исчерпывающего объяснения пока нет, а группа Турышева продолжает обрабатывать данные о полете «Пионеров». Как бы то ни было, при проектировании новых траекторий межпланетных полетов придется учитывать возможность подобных неожиданных явлений.

Станция «Кассини» и траектория ее движения в системе Сатурна. Рис. NASA/ESA


    В общем, работа космического баллистика балансирует на грани искусства и точных наук. Ему всегда приходится решать задачу со многими неизвестными, усугубленную стремлением заказчика сделать все «быстрее и дешевле», не выходя за рамки физических законов. Так что, несомненно, мы еще станем свидетелями рождения многих новых нетривиальных космических траекторий.

Авторы статьи: Игорь Афанасьев, Дмитрий Воронцов 
 
Источник http://galspace.spb.ru/orbita/12.htm
Гравитационные маневры

    Со времен Кеплера и Ньютона астрономам известно, что в поле тяготения массивного центрального тела движение происходит по классическим траекториям — эллипсам, параболам и гиперболам. Однако современные космические трассы часто сильно отличаются от классических. И порой только благодаря изощренной фантазии навигаторов удается найти нестандартные решения, позволяющие осуществить, казалось бы, невыполнимые космические проекты.

    В начале XX века, когда принципиальная выполнимость космических полетов была научно обоснована, появились первые соображения об их возможных траекториях. Прямолинейный полет от Земли к другой планете энергетически крайне невыгоден. В 1925 году немецкий инженер Вальтер Гоман (Walter Hohmann) показал, что минимальные затраты энергии на перелет между двумя круговыми орбитами обеспечиваются, когда траектория представляет собой «половинку» эллипса, касающегося исходной и конечной орбит. При этом двигатель космического аппарата должен выдать всего два импульса: в перигее и апогее (если речь идет об околоземном пространстве) переходного эллипса. Данная схема широко используется, например, при выведении на геостационарную орбиту. В межпланетных полетах задача несколько осложняется необходимостью учитывать притяжение Земли и планеты назначения соответственно на начальном и конечном участках траектории. Тем не менее полеты к Венере и Марсу выполняются по орбитам, близким к гомановским.


    Пожалуй, первым примером более сложного космонавигационного приема могут служить биэллиптические траектории. Как доказал один из первых теоретиков космонавники Ари Абрамович Штернфельд, они оптимальны для перевода спутника между круговыми орбитами с разным наклонением. Изменение плоскости орбиты — одна из самых дорогих операций в космонавтике. Например, для поворота на 60 градусов аппарату надо добавить такую же скорость, с какой он уже движется по орбите. Однако можно поступить иначе: сначала выдать разгонный импульс, с помощью которого аппарат перейдет на сильно вытянутую орбиту с высоким апогеем. В ее верхней точке скорость будет совсем невелика, и направление движения меняется ценой относительно небольших затрат топлива. Одновременно можно скорректировать и высоту перигея, немного изменив скорость по величине. Наконец, в нижней точке вытянутого эллипса дается тормозной импульс, который переводит аппарат на новую круговую орбиту.
    Этот маневр, называемый «межорбитальным перелетом с высоким апогеем», особенно актуален при запуске геостационарных спутников, которые первоначально выводятся на низкую орбиту с наклонением к экватору, равным широте космодрома, а потом переводятся на геостационарную орбиту (с нулевым наклонением). Использование биэллиптической траектории позволяет заметно сэкономить на топливе.

Гравитационные маневры

    Многие межпланетные миссии при современных технических возможностях просто неосуществимы без обращения к экзотическим навигационным приемам. Дело в том, что скорость истечения рабочего тела из химических ракетных двигателей составляет около 3 км/с. При этом по формуле Циолковского каждые 3 км/с дополнительного разгона втрое увеличивают стартовую массу космической системы. Чтобы с низкой околоземной орбиты (скорость 8 км/с) отправиться к Марсу по гомановской траектории, надо набрать около 3,5 км/с, к Юпитеру — 6 км/с, к Плутону — 8—9 км/с. Получается, что полезная нагрузка при полете к дальним планетам составляет лишь несколько процентов от выведенной на орбиту массы, а та, в свою очередь, лишь несколько процентов стартовой массы ракеты. Вот почему 700-килограммовые «Вояджеры» (Voyager) запускались к Юпитеру 600-тонной ракетой «Титан» (Titan IIIE). А если ставится цель выйти на орбиту вокруг планеты, то возникает необходимость брать с собой запас топлива для торможения, и стартовая масса возрастает еще больше.

«Вояджер-2» стартовал раньше «Вояджера-1» и летел медленнее, но благодаря гравитационным маневрам он за 10 лет посетил все планетыгиганты Солнечной системы. Фото: NASA

    Но баллистики не сдаются — для экономии топлива они приспособили ту самую гравитацию, на преодоление которой при старте уходит значительная часть энергии. Гравитационные, или на профессиональном языке пертурбационные маневры практически не требуют расхода топлива. Все что нужно — это наличие вблизи трассы полета небесного тела, обладающего достаточно сильной гравитацией и подходящим для целей миссии положением. Подлетая к небесному телу, космический аппарат под действием его поля тяготения ускоряется или замедляется. Здесь внимательный читатель может заметить, что аппарат, ускорившись гравитацией планеты, ею же и тормозится после сближения с небесным телом и что в результате никакого ускорения не будет. Действительно, скорость относительно планеты, используемой в качестве «гравитационной пращи», не изменится по модулю. Но она поменяет направление! А в гелиоцентрической (связанной с Солнцем) системе отсчета окажется, что скорость меняется не только по направлению, но и по величине, поскольку складывается из скорости аппарата относительно планеты и, по крайней мере частично, скорости самой планеты относительно Солнца. Таким способом можно без затрат топлива изменить кинетическую энергию межпланетной станции. При полетах к дальним, внешним, планетам Солнечной системы гравитационный маневр используется для разгона, а при миссиях к внутренним планетам — напротив, для гашения гелиоцентрической скорости.

ВОЗМУЩЕНИЯ и КОРРЕКЦИИ
    На картинках траектории межпланетных полетов выглядят очень просто: от Земли станция движется по дуге эллипса, дальний конец которой упирается в планету. Эллиптичность орбиты вокруг Солнца диктуется первым законом Кеплера. Рассчитать ее по силам даже школьнику, но если по ней запустить реальный космический аппарат, он промахнется мимо цели на многие тысячи километров. Дело в том, что на движение аппарата помимо Солнца влияет тяготение обращающихся вокруг него планет. Поэтому точно рассчитать, где окажется аппарат спустя месяцы, а то и годы полета, можно только сложным численным моделированием. Задаются начальное положение и скорость аппарата, определяется, как относительно него расположены планеты и какие силы действуют с их стороны. По ним рассчитывается, где окажется аппарат спустя небольшое время, скажем, спустя час, и как изменится его скорость. Затем цикл вычислений повторяется, и так шаг за шагом просчитывается вся траектория. Скорее всего, она попадет не совсем туда, куда нужно.
    Тогда начальные условия немного меняют и повторяют расчет, пока не будет получен требуемый результат. Но как бы тщательно ни была рассчитана траектория, ракета не сможет идеально точно вывести на нее аппарат. Поэтому с самого начала рассчитывается целый пучок слегка расходящихся траекторий — изогнутый конус, внутри которого аппарат должен оказаться после старта. Например, при полете к Венере отклонение начальной скорости от расчетной всего на 1 м/с обернется у цели промахом в 10 000 километров — больше размера планеты. Поэтому уже во время полета параметры движения аппарата уточняются по телеметрическим данным (скорость, например, до миллиметров в секунду), а затем в расчетный момент включаются двигатели и орбиты корректируются.
    Коррекции тоже не бесконечно точны, после каждой из них аппарат попадает в новый конус траекторий, но они не так сильно расходятся у точки назначения, поскольку часть пути уже пройдена. Если у цели аппарату предстоит гравитационный маневр, это повышает требования к точности навигации. Например, при пролете в 10 000 километрах от той же Венеры ошибка в навигации на 1000 километров приведет к тому, что после маневра станция собьется с курса примерно на градус. Исправить такое отклонение коррекционным двигателям, скорее всего, окажется не под силу. Еще жестче требования к точности навигации при использовании аэродинамического торможения в атмосфере. Ширина коридора составляет всего 10—20 километров. Пройди аппарат ниже — и он сгорит в атмосфере, а выше — ее сопротивления не хватит, чтобы погасить межпланетную скорость до орбитальной. К тому же расчет таких маневров зависит от состояния атмосферы, на которую влияет солнечная активность. Недостаточное понимание физики инопланетной атмосферы тоже может оказаться фатальным для космического аппарата.
На рис.:
1. Расходящийся конус траекторий — следствие погрешностей выведения космического аппарата.
2. Последствия ошибки при гравитационном маневре

    Впервые идею гравитационного маневра высказали Фридрих Артурович Цандер и Юрий Васильевич Кондратюк еще в 1920—1930-х годах. Официально считается, что впервые подобный маневр выполнила в 1974 году американская станция «Маринер-10» (Mariner 10), которая, пролетев вблизи Венеры, направилась к Меркурию. Впрочем, первенство американцев оспаривают российские историки космонавтики, считающие первым гравитационным маневром облет Луны, который в 1959 году осуществила советская станция «Луна-3», впервые сфотографировавшая обратную сторону нашего естественного спутника. 
 
Источник http://galspace.spb.ru/orbita/12.htm
 
Вторник, 12 апреля 2016 06:52

День космонавтики и курьёзы

Сегодня в России отмечается День космонавтики. 12 апреля 1961 года Советский Союз вывел на орбиту Земли космический корабль-спутник «Восток» с первым космонавтом на борту. Длительность полета составила 1 час 48 минут. Корабль сделал один виток вокруг Земли и совершил посадку в Саратовской области. На высоте нескольких километров от Земли Юрий Гагарин катапультировался и приземлился с парашютом недалеко от спускаемого аппарата. Это был великий день для всего человечества.

    Почему два германо-американских спутника получили имена Том и Джерри?

В 2002 году Германия совместно с США запустила систему из двух космических спутников для измерения гравитации Земли под названием GRACE. Они летают по одной орбите на высоте около 450 километров один за другим, с промежутком 220 километров. Когда первый спутник подлетает к области с повышенной гравитацией, например, большому горному массиву, он ускоряется и удаляется от второго спутника. А через некоторое время сюда долетает и второй аппарат, тоже ускоряется и тем самым восстанавливает исходную дистанцию. За подобную игру в «догонялки» спутникам дали имена Том и Джерри.

    Какие рукотворные объекты на Земле видны из космоса?

Долгое время бытовал миф о том, что единственным рукотворным объектом, видимым из космоса, является Великая Китайская стена. Однако как раз эту стену увидеть трудно, особенно если не знаешь где именно ее искать. Это подтвердил даже первый китайский тайконавт Ян Ливэй. Что касается других объектов, то из космоса хорошо видны египетские Пирамиды. Внимательный взгляд космонавта также может различить многие большие города и шоссе, аэропорты и плотины.

    Какие животные первыми облетели вокруг Луны?

Первыми животным, возвратившимися на Землю после полета в космос, были, как известно, собаки. А вот первенство в облете Луны принадлежит черепахам. Это случилось в 1968 году: в советский космический корабль Зонд-5 посадили среднеазиатских степных черепах. Выбор был обоснован тем, что им не требуется большого запаса кислорода, они могут полторы недели ничего не есть и длительное время находиться как бы в летаргическом сне.

    Кого предложили советским ученым посылать в космос вместо собак сердобольные американские женщины?

Собаку Лайку отправили в космос, заранее зная, что она погибнет. После этого в ООН пришло письмо от группы женщин из штата Миссисипи. Они потребовали осудить бесчеловечное отношение к собакам в СССР и выдвинули предложение: если для развития науки необходимо посылать в космос живых существ, в нашем городе для этого есть сколько угодно негритят.

    Почему космонавты смотрят перед отлетом фильм «Белое солнце пустыни»?

Известно, что у советских и российских космонавтов есть традиция — перед отлетом смотреть фильм «Белое солнце пустыни». Оказывается, у этой традиции есть логичное обоснование. Именно это кино показывалось космонавтам как эталон операторской работы — на его примере им объясняли, как правильно работать с камерой и строить план.

    Как на Международной космической станции озвучивают смену капитана?

На Международной космической станции есть колокол. В него бьют каждый раз, когда происходит смена капитана.

    Каким образом арбузы помогли при испытаниях советской авиационно-космической системы?

В 1960-70-х годах в СССР разрабатывалась авиационно-космическая система «Спираль», состоящая из орбитального самолета, который должен был выводиться в космос гиперзвуковым самолетом-разгонщиком, а затем ракетной ступенью на орбиту. Для испытаний был сконструирован аналог орбитального самолета, оборудованный шасси с лыжно-тарельчатыми опорами. Однажды во время испытаний тяги двигателей было недостаточно, чтобы сдвинуть с места эти лыжи по грунтовой полосе. Было решено пригнать два грузовика с арбузами, которые равномерно разбили на протяжении 70 метров. Это обеспечило необходимое скольжение и самолет сумел тронуться с места и разогнаться.

    Чем пишут в условиях невесомости американские и российские космонавты?

Согласно распространенному мифу, НАСА вложило несколько миллионов долларов в разработку ручки, которой можно писать в космосе, а русские космонавты пользовались простыми карандашами. В действительности американцы на первых порах писали тоже карандашами, только механическими, или фломастерами. Недостаток их использования заключался в том, что в случаем поломки мелкие детали карандаша могли причинить вред космонавтам. Во второй половине 1960-х годов изобретатель Пол Фишер сконструировал ручку, способную писать в любых условиях, и предложил ее в том числе НАСА по цене 2 $ за штуку. Впоследствии эти ручки закупались и советским (а затем и российским) космическими агентствами.

    Почему договор о мирном использовании Луны не имеет фактической силы?

В 1979 году в рамках ООН было заключено соглашение, которое провозглашает принцип исключительно мирного использования Луны и всех других небесных тел, кроме Земли, и недопустимости претензии со стороны любого государства на распространение своего суверенитета на какое-либо небесное тело. Соглашение ратифицировали всего 13 стран, причем среди них нет ни одного государства, обладающего существенной собственной космической программой.

    Какую защиту от возможной невменяемости Гагарина предусмотрели инженеры космического корабля?

В начале эры космонавтики никто не мог представить, как скажется пребывание в космосе на здоровье человека, в частности, не сойдет ли он с ума. На случай неадекватных действий Юрия Гагарина из-за перегруженной психики инженеры позаботились о его безопасности. Прежде чем запустить тормозной двигатель, ему надлежало подтвердить свою вменяемость, решив простую логическую задачку: получить цифровой код. Только введя его, можно было вручную включить необходимое оборудование.

    Какому туристу жена запретила слетать в космос еще раз?

Чарльз Симони стал первым двукратным космическим туристом, слетав на МКС в 2007 и 2009 годах. Недавно он женился, и его брачный контракт, помимо всего прочего, содержит запрет лететь в космос в третий раз.

    Как открыли твердость поверхности Луны?

При конструировании первого советского лунохода возникло много споров: что из себя представляет лунная поверхность? Были гипотезы, что она образована толстым слоем пыли. Одна организация для испытаний лунохода предложила построить громадный ангар площадью несколько тысяч квадратных метров, усыпанный 5-10-метровым слоем нелущеного проса (которое очень скользко и могло стать аналогом «лунной пыли»). Проблему решил Королев, лично приказав считать поверхность Луны твердой.

    Какой затонувший корабль стал источником металла для космических спутников?

Сталь для американских спутников, измеряющих космическую радиацию, пришлось добывать из затонувшего в 1919 году корабля «Кронпринц Вильгельм», поскольку радиационный фон от стали, изготовленной после 1945 года, слишком велик.

    Почему на резьбе испанского собора 12 века изображен космонавт в скафандре?

В резьбе кафедрального собора города Саламанка (Испания), построенном в 12 веке, можно обнаружить фигуру космонавта в скафандре. Никакой мистики здесь нет: фигура была добавлена в 1992 году при реставрации одним из мастеров в качестве подписи (он выбрал космонавта как символ 20 века).

    Какой прибор показал, что на Земле жизни нет?

Во время подготовки запуска советской автоматической станции на Марс возникли проблемы с излишком веса исследовательской аппаратуры. Королев, изучив чертежи, захотел проверить прибор, который должен был сообщить по радио о наличии или отсутствии органической жизни на планете. Прибор был вывезен в выжженную степь недалеко от космодрома, а затем передал, что жизни на Земле нет, что и послужило причиной его исключения из миссии.

    Почему изменяли фамилии космонавтов дружественных стран?

Фамилии космонавтов, которые казались советским властям неблагозвучными, изменяли. Болгарину Какалову пришлось стать Ивановым, а поляку Хермашевскому — Гермашевским.

    Почему Гагарину дали именной автомобильный номер?

После полета в космос Гагарин был награжден черной «Волгой» с номерами 12-04 ЮАГ (дата полета и инициалы). Причем буквы были законно произведены от индекса Московской области (где и находился Звездный городок) — ЮА. У следующих космонавтов на именных машинах сохранились буквы ЮАГ, а цифрами обозначалась также дата полета.

    Как на орбитальной станции выросли огурец и апельсин?

Космонавты Ляхов и Рюмин тайно пронесли в карманах скафандров на орбиту огурец и апельсин. И в первом репортаже показали этот огурец, якобы выросший в станционной оранжерее, хотя до этого растение даже завязи не давало. Потом космонавты признались в шутке, показав и апельсин.

источник

Пятница, 01 апреля 2016 21:25

По следам падения. Юпитер.

Дорогой читатель! Буквально на днях астрономами любителями было зафиксировано падение объекта на Юпитер. Это третье "громкое" падение на гигант. Первое как известно, было падение фрагментов кометы Шуме́йкеров — Ле́ви 9 (D/1993 F2) в июле 1994 года.  Этот случай стал первым наблюдавшимся столкновением двух небесных тел Солнечной системы. И как видим далеко не последнее. Уже в в 2009 году произошло второе столкновение с гигантом тоже в июле. Оно привело к образованию чёрного пятна в атмосфере планеты, по размеру сравнимого с Тихим океаном. Это второй случай, когда стало возможным наблюдать последствия столкновения небесного тела с Юпитером.



Автор, даст краткую характеристику события, до выхода научных статей и исследований.

1) Астроном-любитель Геррит Кернбауэр из Медлинга (Австрия) сфотографировал и смонтировал видео столкновения Юпитера с неопознанным летающим объектом (НЛО). Об этом  сообщил пользователь Фил Плейт в своем блоге Bad Astronomy.  Данные Кернбауэра подтвердил астроном-любитель Джон МакКен из Дублина (Ирландия). Из снимков астрономы составили видео. Автор просмотрел оба смонтированных видео. Дополнительных информаций пока не поступало.

2) Отсутствие информации о следе на теле Юпитера усложняет задачу оценки величины импактора. Однако вспышка  выглядящая как всплеск в верхних слоях атмосферы свидетельствует о достаточно массивном теле способном выбросить газы на несколько тысяч километров над поверхностью. Объект вошёл в атмосферу под углом со стороны северного полушария ниже средних широт ближе экватора. Удар пришёлся за границами видимого с земли полушария, и наблюдатели видели лишь возмущение верхних слоёв атмосферы. Угол входа составил  ок 40-45 градусов, выброс вещества составил по крайней мере 9-11 тысяч километров над поверхностью. Оценка производилась путём соотношения видимого всплеска относительно тела Юпитера и носит весьма условный характер определяя нижние границы действительного явления. Скорость входа определить не удалось и можно исходить лишь из средних величин свойственных подобным объектам, это порядка 60-70 км в/с. Температуры всплеска превышали 20 000 К.

3) В заключение следует сказать, что данное явление весьма обыденно, для планеты гиганта. Даже то, что мы наблюдаем с современными наблюдательными иструментами весьма частое явление. В среднем Юпитер раз в год претерпевает столкновения с крупными кометами и астероидами. Трудность наблюдений состоит в том, что большинство столкновений происходит с противосолнечной стороной планеты и невидимо с земли. Величина тел импакторов и расстояние до наблюдаемого объекта делают такую статистику крайне условной и несостоятельной. И говорят лишь о выразительно ярких или относительно массивных столкновениях. В действительности, наука доподлинно знает о выпадении тысяч тон кометно-астероидного вещества на планету ежедневно. Просто речь идёт о малых объектах величины булыжника.

Автор Р.Д.И. Стрельцов.

Обзор фотографий, марсианские сумерки.

Друзья, предлагаю вашему вниманию несколько панорам марсианских сумерек.

Для начала нужно вспомнить что такое сумерки и какова их длительность на земле.

Формально, сумерки — это отрезок времени перед восходом и после захода Солнца, во время которого естественный свет обеспечивается верхними слоями атмосферы, которые, принимая прямые солнечные лучи, отражает часть их на поверхность Земли. Из этого следует, что даже когда вы ещё видите край солнечного диска над горизонтом, де факто можно говорить о начале либо окончании сумерек. Геометрически Солнце уже либо за горизонтом, либо уже над горизонтом зависит от времени суток. Мы видим положение Солнца с 8,5 минутным опозданием его фактического положения над горизонтом (время достижения солнечного света поверхности земли).

Продолжительность земных сумерек зависит от широты нахождения наблюдателя и колеблется от 20-25 минут на экваторе до 2-3 недель на полюсах.

В нашем обзоре примем среднее значение для средних широт в которых живёт большинство нашей аудитории, а это ок. 35-45 минут до наступления темноты. Естественно, в обзоре автор упрощает для читателя, поскольку принято различать: Гражданские сумерки, Навигационные сумерки, Астрономические сумерки.

А вот, сумерки на Марсе длятся дольше, чем на Земле, до двух часов перед восходом или после захода Солнца. Находящаяся высоко в атмосфере пыль рассеивает свет на тёмную сторону планеты. Похожие сумерки наблюдаются на Земле после больших вулканических извержений. Обусловлено это рядом причин, рассмотрим по порядку:

1) Атмосфера и сила тяготения Марса. Запылённость её даже в спокойной фазе выше земной, особенно касается это средних и верхних слоёв атмосферы. Толщина марсианской атмосферы сопоставима с земной, в том, что принято считать границами атмосферы для обоих планет 100км для Земли и 110 км для Марса. Однако в следствии низкой гравитации 38% от земной, активные атмосферные процессы на Марсе происходят на высотах до 8-12 км над поверхностью в отличии от земных 2-5 км. Под такими процессами подразумевается активное взаимодействие атмосферы и поверхности, такие как погодные изменения, высота облаков, зона формирования погоды, высота взвешенных частиц в атмосферных газах. Обычно вулканические выбросы и ураганы не поднимаются выше этих границ. Кроме более низкой гравитации позволяющей зависать частичкам мелко диспесионой пыли над поверхностью, следует упомянуть и выраженный электростатический заряд этих частичек на Марсе. В сумме уже две эти составляющие приводят к тому, что рассеяние солнечного света происходят на существенно большей высоте над поверхностью Марса чем земной. Что обуславливает длительность атмосферного свечения после заходов/перед восходами Солнца.

2) Не маловажным фактором является и "загнутость" горизонта. Средний радиус планеты фактически меньше земного ок. в 2 раза и составляет 3389,5 км. Это ограничивает видимость горизонта на равнинах для наблюдателя до 3.5 км, против 5-6 в земных условиях. Без учёта частых условий наблюдения обусловленных топографией. Скорость ротации Марса немногим больше земной и сопоставима. Марсианские сутки составляют ок. 24, 37 земных часа. Поэтому видимое движение Солнца по небесной сфере практически неотличимо от земного. Видимый солнечный диск с поверхности планеты составляет 2/3 земного. Из этого следует, что с момента касания диска Солнца горизонта, до полного исчезновения за горизонтом и обратное, для наблюдателя  произойдут быстрее от привычного земного более чем в 2 раза. Любопытно заметить, что как и на земле наблюдатель будет видеть картину заходов/восходов с опозданием/опережением от фактического в 12,7 минут, против 8,5 минут от земного. При среднем расстоянии планеты до звезды в 228 млн. км.

Фактически наблюдаемые сумерки на Марсе будут существенно дольше земных, принятого для средних широт обеих планет и по причине высоты отсвечивания света обусловленного близостью видимого горизонта в сочетании с отсвечиванием верхними слоями атмосферы. Проще говоря, время видимого захода Солнца от момента касания горизонта до исчезновения под ним короче, а сами сумерки длиннее.

Автор, также хочет указать, что в следствии описанных явлений ночное время (тёмное время суток) на Марсе будет короче земного, при прочих равных условиях для обеих планет.

Автор Р.Д.И. Стрельцов.

Суббота, 05 марта 2016 18:06

Путей много, цель одна: Космос.

Путей много, цель одна: Космос.

 

Вам не нужна ракета, чтобы покинуть Землю. Есть более мягкий и нежный способ путешествия — и коктейль в придачу. Когда Алан Юстас оторвался от земли в пустыне Нью-Мексико в прошлом октябре, пришлось немного покряхтеть и вспотеть. 57-летний информатик из Google, разодетый в 120-килограммовый скафандр, в одиночку взмыл на полиэтиленовом шаре, тонком, как мешочек для пыли в пылесосе. По мере того как шар медленно поднимался в воздух, небольшой пузырек гелия внутри него начал расширяться, и с каждым пройденным километром шар менял форму.

 

Сначала он растянулся по направлению к небу, волнуясь и колеблясь подобно медузе. Затем вырос в мягкую каплю. Наконец, когда Юстас достиг своего пункта назначения в 40 километрах над поверхностью планеты, он стал идеально круглым, размером с футбольное поле. Над ним раскинулась черная бездна космоса. Под ним растянулась живописная картина, являющаяся людям на такой высоте: захватывающий дух вид изгиба Земли.

Для большинства из вас полет Юстаса показался бы прямой противоположностью космическому путешествию, которое с рассвета космической эры было синонимом огненной ревущей ракеты. Первые частные компании, которые соревнуются за право первыми вывести обычных смертных в космос — Virgin Galactic, XCOR Aerospace и Blue Origin — обещают прокатить с ветерком, чтобы опыт переживаний такого путешествия ничем не отличался от опыта истинных космонавтов. Но есть и альтернативная форма проведения космических гонок, медленная и безмятежная. Несколько стартапов собираются выводить людей в стратосферу на гигантских воздушных шарах.

«Воздушный шар — прекрасный механизм для полета, — говорит Юстас. — Вы в состоянии идеального равновесия; все проходит тихо; никаких вибраций».

На высоте пассажиры будут дрейфовать вместе с ветром, глядя в окошки герметичной капсулы. Спустя несколько часов они начнут скользить к Земле вместе с парафойлом (парапланом или парашютом в виде крыла).

Тэйбер Маккалум говорит, что миссия StratEx Юстаса стала доказательством возможности стратосферного туризма «на одного». Вместе с партнером, Джейн Пойнтер, Маккалум находится во главе Paragon Space Development Corporation, которая разработала план Юстаса и построила систему жизнеобеспечения. Эта пара планирует выводить людей на высоту 30 километров за 75 000 долларов на человека. Первый полет должен состояться в 2017 году.

Zero2Infinity в Барселоне и китайский стартап Space Vision также планируют отправлять в небо пассажиров в ближайшие несколько лет. Они продают билеты по 125 000 и 80 000 долларов соответственно. Сборы крутые, но все еще ниже 250 000 долларов за билет на суборбитальный космический самолет Virgin Galactic или 50 миллионов долларов за недельную прогулку на Международную космическую станцию от Space Adventures.

Воздушный шар

В общей сложности, воздушные шары могут предложить более вместительную форму космического туризма. «Это очень медленный и нежный подъем туда, нежный полет обратно, вы можете оставаться там часами», — говорит Маккалум. В отсутствие гравитационных сил, действующих на взлет и приземление, полет сопряжен с минимальными ограничениями по здоровью. «Морская болезнь» вряд ли проявит себя. Пары могут пожениться прям в околокосмосе или отметить день рождения предков. World View уже принимает предоплату в размере 7500 долларов для бронирования мест в грядущих полетах. «Люди целыми семьями выкупают всю капсулу, — говорит Маккалум. — Вы можете взять родителей и детей. Представьте, какой статус в Facebook можно забабахать: вся семья в космосе!».

В 2002 году, за два года до того, как Scaled Composites объявила конкурс Ansari XPRIZE на 10 миллионов долларов за частные космические полеты, основатель Zero2Infinity Хосе Мариано Лопес-Урдиалез написал докторскую работу под названием «Роль воздушных шаров в будущем развития космического туризма». В ней он подсчитал, что стратосферные воздушные шары могут стать отраслью с оборотом на 10 миллиардов долларов в год. Большая часть технологий, необходимых для отправки туристов на такие высоты — воздушные шары, гелиевое топливо, капсулы под давлением — уже хорошо проверены. Они также относительно доступны и их легко закупать.

А вот полеты на ракетах, в противовес, стоят дорого, и осуществлять их трудно. Общественность сурово хранит память о прошлой осени, когда SpaceShipTwo взорвался над пустыней Мохаве, убив летчика-испытателя. «Когда вы запускаете ракету, может произойти 10 000 разных вещей, и только одна из них будет хорошей», — говорит Майкл Лопез-Алегрия, бывший астронавт NASA, которого взяли в качестве советчика в Zero2Infinity. С воздушными шарами, говорит он, «все идет не так быстро, не так высоко и вся система требует не так много энергии».

В то время как Virgin Galactic планирует взлетать на высоту почти в 100 километров — преодолевая отметку, которая считается границей космоса, — воздушные шары будут подниматься не выше 30 километров. Разница не столь значительная, как может показаться. «На такой высоте 99% атмосферы находится под вами, — говорит бывший командир космического шаттла Марк Келли, ныне директор летных операций в World View. — Вы практически в вакууме. Вы во мраке космоса». Он соглашается с Лопезом-Алегрия в том, что воздушные шары представляют меньше риска. «Если исключить сложность склонения людей к этой точке зрения, то в теории они будут намного безопаснее».

Космический туризм будет предлагать различный опыт, в зависимости от стоимости билета — и вашей жажды приключений. Вот два варианта.

1. Стратосферный воздушный шар (World View Experience)

Стоимость: 75 000 долларов

Воздушный шар

  1. Вы садитесь в капсулу за пару часов до рассвета. Чудовищный полиэтиленовый шар, который поднимет вас в стратосферу, смотрит в небо. Вы выбираете место, но это не имеет значения — все они предлагают 360-градусный обзор. После пятиминутного инструктажа от пилота, бывшего астронавта, путешествие начинается.
  2. Восхождение протекает медленно и устойчиво, в среднем на скорости 20 км/ч. Вы едва ощущаете его. По мере расширения гелия внутри шара, его форма трансформируется из длинной вытянутой капли в тугую округлую фигуру. Через полтора часа шар достигает высоты 30 километров. Вы можете спокойно ходить, пользоваться туалетом или пить коктейли.
  3. На этой высоте воздушный шар дрейфует. Движется он нежно: пилоты называют это «плывет». Видны созвездия и планеты. Вскоре начинается рассвет, освещая шрам Большого Каньона в 30 километрах внизу. Ваш пилот рассказывает о своем собственном первом опыте так называемого эффекта обзора, эмоционального сдвига восприятия, который приходит во время вида на Землю из космоса. Вы достаете телефон и делаете снимок, селфи в стратосфере.
  4. Спустя два часа пилот выпускает гелий из воздушного шара, чтобы начать снижение. Капсула начинает спускаться на 30-метровом парашюте. Начинается контролируемый и мягкий спуск. Ветер унес воздушный шар на несколько сотен метров, и парашют позволит вернуться на это расстояние обратно. Внимание пилота приковано к полету — для этой части турне его и нанимали. Чувство похоже на полет на небольшом и очень тихом аэроплане. Спуск занимает меньше часа и возвращает вас на взлетную площадку через четыре-пять часов после отрыва от земли.

Ракетный самолет (XCOR Aerospace)

Стоимость: 100 000 долларов

Космический полет

Вы сидите в пассажирском кресле суборбитального космического самолета Lynx, до взлета остаются считанные секунды. Вы прошли медосмотр и провели два дня в тренировках, обучаясь приемам поверхностного дыхания, чтобы справиться с перегрузками. Хотя кабина находится под давлением, сверх того на вас надели сдавливающий костюм. Центр управления полетом говорит по радио в вашем шлеме. «Взлет разрешен. Три… два… один… зажигание».

Четыре ракетных ускорителя в хвосте самолета зажигаются, и космический корабль отрывается от взлетно-посадочной полосы. Через 60 секунд вы уже летите со сверхзвуковой скоростью, хотя внутри кабины не разобрать. Но вы догадываетесь, что полет очень быстрый. Вас наклоняет назад, когда нос Lynx поднимается, и вы разрезаете атмосферу под углом в 75 градусов. Высотомер устремляется к отметке в 100 000 метров, и поверхность Земли исчезает.

Затем, внезапно, остаетесь лишь вы, пилот и темнота космоса. Гравитация, похоже, больше на вас не действует, а ваше поле обзора простирается далеко за привычный горизонт. Вы ничего не весите. Пилот держит рычаги так, чтобы перед вами открывался лучший вид, но все и так симпатично.

Через пять минут вы начинаете снижаться. Сила тяжести возвращается, сильнее, чем раньше. Повторный вход будет быстрым и жестким. В его пике вы чувствуете четырехкратную силу тяжести. Она уменьшается по мере вхождения Lynx в атмосферу, и вот вы уже на крейсерской высоте. Спустя полчаса вы оказываетесь там, откуда взлетали.

Простая природа воздушных шаров давно привлекала людей. На самом деле, с них началась первая космическая гонка. В 1931 году воздушный шар поднял в стратосферу герметичную капсулу с Огюстом Пикаром и Полом Кипфером, и этот подвиг описали в августовском номере Popular Science как «приключение, превосходящее вымысел». «Спустя семнадцать часов, отказавшись умирать, они вернулись в целости с высоты более 15 000 метров, почти пятнадцати километров, побив рекорд любого самолета». Новые рекорды устанавливались и побивались до 1950-х годов. В 1960 году Джо Киттинджер добрался до отметки в 102 800 фута (30 километров). Его рекорд продержался 52 года — до октября 2012 года, пока австрийский парашютист Феликс Баумгартнер не добрался до 128 1000 футов. Юстас превзошел рекорд Баумгартнера двумя годами позже, уже с отметкой в 135 890 футов.

Огюст Пикар

Физик Огюст Пикар готовится к стратосферному полету на воздушном шаре в 1932 году

Как Киттинджер и Баумгартнер до него, Юстас недолго поплавал в стратосфере, бросив на планету «чудесный», как он выразился, взгляд. «Прекрасно наблюдать за тем, как свет рассеивается на разных уровнях атмосферы». Потом Юстас отпустил свой шар и пошел к Земле, будучи защищенным лишь одним скафандром. Его тело разогналось до 1200 км/ч, превысив скорость звука, прежде чем атмосфера уплотнилась достаточно для раскрытия парашюта. Чтобы преуспеть в новом поле космического туризма, компании придется научиться радовать пассажиров не только по пути наверх, но и по пути вниз.

Поездка на воздушном шаре в стратосферу будет разделена на три части: запуск, приятный круиз на высоте и поездка на Землю. Первая часть довольно простая. Для своих коммерческих рейсов World View планирует использовать шары более 100 метров в диаметре — вроде того, что использовал Юстас. И хотя этот шар будет буксировать 3-тонную капсулу с туристами, ему не придется забираться так высоко. Благодаря миссии StratEx, у команды World View появилась хорошая практика.

Zero2Infinity запускала беспилотные воздушные шары ради испытания двух разных коммерческих предприятий: стратосферный туризм и система доставки коммерческих спутников. Также компания спроектировала аппарат в форме тора, который сможет приспособиться к обеим задачам. Та версия, которая будет перевозить туристов, под названием Bloon, будет вмещать двух пилотов и четырех пассажиров. Пока компания сделала в два раза меньший прототип и отправила с его помощью небольшого андроида в околокосмос. Когда-то на его месте могли оказаться собака или обезьяна. Вооруженный камерами и датчиками, этот робот помог инженерам Zero2Infinity понять опыт потенциального пассажира. Когда робот смотрел в окна, которые кольцом шли вдоль стены, отражение затмевало обзор. В результате расположение окон, скорее всего, изменится.

Видение World View включает продолговатую капсулу с обзорными портами по каждую сторону. Будут места для шестерых пассажиров, пилота и члена экипажа. Пассажиры будут пристегнуты во время взлета и посадки, но большая часть полета будет обычным плаванием, как на лодке во время легкого бриза. Хотя ветры на высоте 30 километров могут разгоняться до 200 км/ч, высокая скорость ощутима не будет. Все потому, что Земля, единственная точка опоры, будет двигаться очень медленно. В капсуле будет бар и туалет, говорит Маккалум, и экипаж будет одновременно и барменами, и гидами.

World View

Маккалум и Лопес-Урдиалес согласны в том, что воздушный шар обеспечит удобную среду для полета. «Цель состоит в том, чтобы избавиться от тренировок и скафандров. Все будет похоже на полет коммерческого авиалайнера, вам остается только занять свое место». Но за пределами герметичной кабинки окружение смертельно. Выход наружу будет означать почти мгновенную смерть. По этой причине компании придется решить, как уравнять комфорт с безопасностью в случае возникновения чрезвычайной ситуации.

«По крайней мере пилот должен быть в скафандре, — говорит Арт Томпсон, владелец аэрокосмической компании Sage Cheshire, которая построила герметичную капсулу для Баумгартнера. — Если в аппарате возникнет проблема, пилот должен суметь взять все под контроль». Наиболее разумным решением будет убедить туристов тоже надеть скафандры. Конечно, скафандры требуют тренировок, а на высоте 30 километров может быть неудобно натягивать одной рукой гермошлем, а другой пытаться не расплескать коктейль. Так что единственной возможностью для компаний на данный момент остается делать ставку на способность капсул сесть на землю в случае обнаружения проблемы — и не придется учиться надевать скафандры или свободному падению.

Третья фаза путешествия, возвращение, может быть наиболее трудной. В настоящее время World View усердно работает над парафойлами, которые будут доставлять капсулы на Землю. «Мы хотим, чтобы капсулы нежно садились в заранее обозначенном месте, — говорит Маккалум. — Сделать это с высоты 30 километров практически невозможно». В настоящее время компания испытала беспилотные парафойлы с высоты 30 километров трижды, каждый с нагрузкой в 30 килограммов. Летом планируется увеличить груз до 100 кг и подключить GPS-систему. «Если все пойдет хорошо, к концу года мы сможем осуществить полет с 3-тонной капсулой и сопоставимо большим парафойлом», — говорит Маккалум.

У Zero2Infinity на этот год запланированы испытания высокоскоростной телеметрии, которая по лучу будет передавать видео прямо из капсулы. Другой отдел компании сосредоточен на разработке огромных парафойлов, которые могут выступать в качестве спасательных систем для традиционных самолетов. Хотя они будут намного больше, чем те, что будут спускать туристические капсулы, двойное применение технологии ускоряет ее развитие и снижает затраты.

Во время туристических поездок эти парафойлы будут частично управляться пилотами, поэтому обе компании также будут обучать и их. Некоторые летчики-испытатели будут бывшими астронавтами NASA. Келли говорит, что люди, которые управляли космическими шаттлами, вроде него, точно не начнут с нуля. Шаттл был тем же глайдером, приземляющимся без помощи двигателя. Подобно парафойлу и капсуле, шаттл сталкивается с большим сопротивлением по мере наращивания тяги. Ради тренировки Келли проведет это лето, прыгая с самолета и обучаясь управлению небольшим парапланом. Хотя на его плечах лежит задача по сбору команды пилотов World View, он планирует выполнить первые пилотируемые полеты самостоятельно, а также стать пилотом первого коммерческого путешествия в стратосферу.

Простота взгляда World View — особенно если сравнить с полетом ракеты — вот чем этот проект привлекает Келли. Потенциальные туристы, по идее, будут обращаться к компании, руководствуясь таким же мнение. Прежде чем впервые выйти в космос, Келли был уверен, что самое замечательное в этом — ощущение невесомости. Но это не так. Самое замечательное — охватить всю планету взглядом, этот круглый шар, который плавает где-то там, в космосе.

источник http://hi-news.ru/space/kakoj-sposob-puteshestviya-v-kosmos-vybrat.html

 

Жизнь, кажется, нашли. Но не там, где искали

Доктор физико-математических наук Леонид Ксанфомалити,
Институт космических исследований РАН.

Анализ поведения обнаруженных на панорамах Венеры объектов позволяет предположить, что по меньшей мере какая-то их часть имеет признаки живых существ. С учётом этой гипотезы можно попытаться объяснить, почему в первый час работы спускаемого аппарата никакие странные объекты, кроме «чёрного лоскута », не наблюдались, а «скорпион» появился только спустя полтора часа после посадки аппарата.

Сильный удар при посадке вызвал разрушение грунта и выброс его в сторону бокового движения аппарата. После посадки аппарат около получаса производил сильный шум. Пиропатроны отстреливали крышки телекамер и научных приборов, работала буровая установка, освободилась штанга с измерительным молотком. «Обитатели» планеты, если они там были, покинули опасный район. Но со стороны выброса грунта они уйти не успели и были им засыпаны. То обстоятельство, что «скорпион» около полутора часов выбирался из-под сантиметрового завала, говорит о его невысоких физических возможностях. Огромной удачей эксперимента стало совпадение времени сканирования панорамы с появлением «скорпиона» и его близость к телевизионной камере, что позволило разглядеть и подробности развития описанных событий, и его внешний вид, хотя чёткость изображения оставляет желать лучшего. Сканирующие камеры аппаратов «Венера-13» и «Венера-14» предназначались для съёмки панорам окрестностей мест их посадки и получения общих представлений о поверхности планеты. Но экспериментаторам повезло — удалось узнать намного больше.

Аппарат «Венера-14» тоже опустился в экваториальной зоне планеты, на расстоянии около 700 км от «Венеры-13». Поначалу анализ снятых «Венерой-14» панорам каких-либо особых объектов не обнаружил. Но более подробный поиск дал интересные результаты, которые сейчас изучаются. А мы вспомним про первые панорамы Венеры, полученные в 1975 году.

Миссии «Венера-9» и «Венера-10»

Результаты миссий 1982 года не исчерпывают все имеющиеся наблюдательные данные. Почти на семь лет раньше на поверхность Венеры опустились менее совершенные аппараты «Венера-9» и «Венера-10» (22 и 25 октября 1975 года). Затем, 21 и 25 декабря 1978 года, состоялся десант «Венеры-11» и «Венеры-12». На всех аппаратах также стояли оптико-механические сканирующие камеры, по одной с каждой стороны аппарата. К сожалению, на аппаратах «Венера-9» и «Венера-10» раскрылось только по одной камере, крышки вторых не отделились, хотя камеры работали нормально, а на аппаратах «Венера-11» и «Венера-12» не отделились крышки всех сканирующих камер.

По сравнению с камерами «Венеры-13» и «Венеры-14» разрешение на панорамах «Венеры-9» и «Венеры-10» было почти вдвое ниже, угловое разрешение (единичный пиксел) составляло 21 угловую минуту, длительность развёртки строки — 3,5 секунды. Форма спектральной характеристики примерно соответствовала человеческому зрению. Панорама «Венеры-9» охватывала 174° за 29,3 минуты съёмки с одновременной передачей. «Венера-9» и «Венера-10» проработали соответственно 50 минут и 44,5 минуты. Изображение в реальном времени ретранслировалось на Землю через остронаправленную антенну орбитального аппарата. Уровень шума в принятых изображениях был низким, но из-за ограниченного разрешения качество исходных панорам, даже после сложной обработки, оставляло желать лучшего.

 

Фото 10. Панорама, переданная 22 октября 1975 года аппаратом «Венера-9» с поверхности  планеты
Фото 10. Панорама, переданная 22 октября 1975 года аппаратом «Венера-9» с поверхности планеты. Вверху — после полной обработки в 1979 году и улучшенной обработки в 2003—2006 годах; внизу — та же панорама, обработанная заново.
Фото 10. Панорама, переданная 22 октября 1975 года аппаратом «Венера-9» с поверхности  планеты, обработанная заново

 

  Фото. 11. Угловая левая часть панорамы на фото 10, где виден склон отдалённого холма
  Фото. 11. Угловая левая часть панорамы на фото 10, где виден склон отдалённого холма.
  Фото 12. Изображение объекта «странный камень» (в овале) при исправлении геометрии
  Фото 12. Изображение объекта «странный камень» (в овале) при исправлении геометрии панорамы «Венеры-9» становится более вытянутым. Центральное поле, ограниченное наклонными линиями, соответствует правой части фото 10.

Вместе с тем изображения (особенно насыщенная деталями панорама «Венеры-9») поддались дополнительной, очень трудоёмкой обработке современными средствами, после которой они стали гораздо чётче (нижняя часть фото 10 и фото 11) и вполне сравнимыми с панорамами «Венеры-13» и «Венеры-14». Как уже отмечалось, ретуширование и дополнения изображений полностью исключали.

Аппарат «Венера-9» опустился на склон холма и встал под углом почти 10° к горизонту. На дополнительно обработанной левой части панорамы чётко виден отдалённый склон следующей возвышенности (фото 11). «Венера-10» села на ровную поверхность на расстоянии 1600 км от «Венеры-9».

Анализ панорамы «Венеры-9» выявил много интересных деталей. Вначале вернёмся к изображению «странного камня». Он был настолько «странным», что эту часть снимка даже вынесли на обложку издания «Первые панорамы поверхности Венеры».

Объект «сыч»

В 2003—2006 годах качество изображения «странного камня» удалось заметно улучшить. По мере изучения объектов на панорамах совершенствовалась и обработка изображений. Аналогично предложенным выше условным названиям «странный камень» за свою форму получил название «сыч». На фото 12 представлен улучшенный результат, основанный на исправленной геометрии изображения. Детализация объекта повысилась, но всё же оставалась недостаточной для определённых выводов. Изображение построено на основе крайней правой части фото 10. Вид равномерно светлого неба может быть обманчивым, так как на исходном изображении просматриваются едва различимые пятна. Если предположить, что здесь, как и на фото 11, виден склон другого холма, то он плохо различим и должен находиться гораздо дальше. Следовало существенно улучшить разрешение деталей исходного изображения.

Фото 13. Сложная симметричная форма и другие особенности объекта «странный камень»  
Фото 13. Сложная симметричная форма и другие особенности объекта «странный камень» (стрелка ) выделяют его на фоне каменистой поверхности планеты в точке посадки «Венеры-9». Размеры объекта около полуметра. На врезке объект показан при исправленной геометрии.  

Обработанный фрагмент фото 10 приведён на фото 13, где «сыч» отмечен стрелкой и окружён белым овалом. Он имеет правильную форму, выраженную продольную симметрию, и его трудно интерпретировать как «странный камень» или «вулканическую бомбу с хвостом». Положение деталей «бугорчатой поверхности » обнаруживает определённую радиальность, идущую от правой части, от «головы». Сама «голова» имеет более светлый оттенок и сложную симметричную структуру с крупными фигурными, также симметричными тёмными пятнами и, возможно, с каким-то выступом сверху. В целом структуру массивной «головы» понять сложно. Не исключено, что какието мелкие камни, случайно совпадающие по оттенкам с «головой», представляются её частью. Исправление геометрии немного удлиняет объект, делая его более «стройным» (фото 13, врезка). Прямой светлый «хвост» имеет длину около 16 см, а весь объект вместе с «хвостом» достигает полуметра при высоте не менее 25 см. Тень под его корпусом, который слегка поднят над поверхностью, полностью повторяет контуры всех его частей. Таким образом, размеры «сыча» довольно велики, что позволило получить достаточно подробное изображение даже при том ограниченном разрешении, которым обладала камера, и, конечно, благодаря близкому расположению объекта. Уместен вопрос: если на фото 13 мы видим не обитателя Венеры, то что это? Очевидная сложная и весьма упорядоченная морфология объекта делает трудным поиск других предположений.

Если в случае «скорпиона» («Венера-13 ») имелась некоторая зашумлённость панорамы, которую устранили известными приёмами, то на панораме «Венеры-9» (фото 10) шумы практически отсутствуют и на изображение не влияют.

Вернёмся к исходной панораме, детали которой видны достаточно чётко. Изображение с исправленной геометрией и наиболее высоким разрешением приведено на фото 14. Здесь есть ещё один элемент, который требует внимания читателя.

Повреждённый «сыч»

Фото 14. Наиболее высокое разрешение удалось получить при обработке панорамы «Венеры-9» с исправленной геометрией
Фото 14. Наиболее высокое разрешение удалось получить при обработке панорамы «Венеры-9» с исправленной геометрией.

При первых обсуждениях результатов «Венеры-13» одним из главных был вопрос: как на Венере природа могла бы обойтись без воды, абсолютно необходимой для земной биосферы? Критическая температура для воды (когда её пар и жидкость находятся в равновесии и имеют неразличимые физические свойства) на Земле 374°С, а в условиях Венеры — около 320°С. Температура у поверхности планеты около 460°С, поэтому метаболизм организмов на Венере (если таковые существуют) должен строиться как-то иначе, без воды. Вопрос об альтернативных жидкостях для жизни в условиях Венеры уже рассматривался в ряде научных работ, и химикам такие среды известны. Возможно, такая жидкость присутствует на фото 14.

Фото 15. Фрагмент панорамы — фотоплан  
Фото 15. Фрагмент панорамы — фотоплан. От посадочного буфера тянется тёмный след, который, по-видимому, оставлял за собой раненный аппаратом организм. След образован какой-то жидкой субстанцией неизвестной природы (на Венере не может быть жидкой воды). Объект (размером около 20 см) сумел отползти на 35 см за время не более шести минут. Фотоплан удобен тем, что позволяет сопоставлять и измерять реальные размеры объектов.  

От места на торе посадочного буфера «Венеры-9», отмеченного звёздочкой на фото 14, по поверхности камня влево тянется тёмный след. Далее он сходит с камня, расширяется и заканчивается у светлого предмета, похожего на рассмотренного выше «сыча», но вдвое меньших размеров, около 20 см. Других подобных следов на изображении нет. Можно догадаться о происхождении следа, который начинается непосредственно у посадочного буфера аппарата: объект был частично раздавлен буфером и, отползая, оставил тёмный след жидкого вещества, выделившегося из его повреждённых тканей (фото 15). Для земных животных такой след назвали бы кровавым. (Таким образом, первая жертва «земной агрессии» на Венере относится к 22 октября 1975 года.) До шестой минуты сканирования, когда объект возник на изображении, он сумел отползти примерно на 35 см. Зная время и расстояние, можно установить, что его скорость была не меньше 6 см/мин. На фото 15, между крупными камнями, где находится пострадавший объект, можно различить его форму и другие особенности.

Тёмный след указывает, что подобные объекты, даже повреждённые, при серьёзной опасности способны перемещаться со скоростью не менее 6 см/мин. Если «скорпион», о котором уже говорилось, между 93-й и 119-й минутами действительно удалился на расстояние не менее одного метра, за пределы видимости камеры, то его скорость была не менее 4 см/мин. Вместе с тем, сравнивая фото 14 с другими фрагментами изображений, переданных «Венерой-9» за семь минут, видно, что «сыч» на фото 13 не переместился. Неподвижными оставались и некоторые объекты, найденные на других панорамах (которые здесь не рассматриваются). Наиболее вероятно, что такая «неторопливость» вызвана их ограниченными энергетическими запасами («скорпион», например, на несложную операцию собственного спасения затратил полтора часа) и медленные перемещения венерианской фауны для неё нормальны. Заметим, что энерговооружённость земной фауны очень высока, чему способствуют обилие флоры для питания и окислительная атмосфера.

В этой связи следует вернуться к объекту «сыч» на фото 13. Упорядоченная структура его «бугорчатой поверхности» напоминает небольшие сложенные крылья, а опирается «сыч» на «лапу», похожую на птичью. Плотность атмосферы Венеры на уровне поверхности составляет 65 кг·м³. Сколько-нибудь быстрое движение в такой плотной среде затруднительно, зато для полёта потребовались бы совсем небольшие крылья, чуть больше плавников рыб, и незначительные расходы энергии. Однако для утверждения, что объект относится к пернатым, доказательств недостаточно, и, летают ли обитатели Венеры, пока неизвестно. Но, похоже, их привлекают некоторые метеорологические явления.

«Снегопад» на Венере

Об атмосферных осадках на поверхности планеты до сих пор ничего известно не было, кроме предположения о возможном образовании и выпадении высоко в горах Максвелла аэрозолей из пирита, сульфида свинца или других соединений. На последних панорамах «Венеры-13» присутствует множество белых точек, покрывающих их значительную часть. Точки считали шумами, потерей информации. Например, когда сигнал, передаваемый в негативе, от одной точки изображения теряется, на его месте появляется белая точка. Каждая такая точка — это пиксел, либо потерянный из-за сбоя нагревшейся аппаратуры, либо пропавший при краткой потере радиосвязи между спускаемым аппаратом и орбитальным ретранслятором. При обработке панорамы в 2011 году белые точки заменяли осреднёнными значениями прилегающих пикселов. Изображение стало более чётким, однако осталось множество мелких белых пятнышек. Они состояли из нескольких пикселов и представляли собой, скорее, не помехи, а что-то реальное. Даже на необработанных снимках видно, что точки почему-то почти отсутствуют на чёрном корпусе прибора, попавшего в кадр, а само изображение и момент появления помехи никак не связаны. К сожалению, всё оказалось сложнее. На приведённых ниже сгруппированных изображениях помехи встречаются и на близком тёмном фоне. Более того, они редко, но всё же встречаются и на телеметрических вставках, когда трансляция панорамы периодически на восемь секунд замещалась передачей данных с других научных приборов. Поэтому на панорамах видны как осадки, так и помехи электромагнитного происхождения. Последнее подтверждается тем, что применение операции лёгкого «размытия» резко улучшает изображение, устраняя именно точечные помехи. Но происхождение электрических помех остаётся неизвестным.

Фото 16. Хронологическая последовательность изображений с метеорологическими явлениями
Фото 16. Хронологическая последовательность изображений с метеорологическими явлениями. Время, указанное на панорамах, отсчитывается от начала сканирования верхнего изображения. Сначала вся сперва чистая поверхность покрылась белыми пятнышками, затем, за последующие полчаса, площадь выпавших осадков уменьшилась не менее чем наполовину, а грунт под «растаявшей» массой приобрёл тёмный оттенок, подобно увлажнённой растаявшим снегом земной почве.

Сопоставив эти факты, можно сделать вывод, что за шумы отчасти принимали метеорологические явления — осадки, напоминающие земной снег, и их фазовые переходы (таяние и испарение) на поверхности планеты и на самом аппарате. На фото 16 показаны четыре такие последовательные панорамы. Выпадение осадков происходило, по-видимому, краткими интенсивными порывами, после чего площадь выпавших осадков уменьшилась не менее чем наполовину за следующие полчаса, а грунт под «растаявшей » массой потемнел, подобно увлажнённой земной почве. Поскольку температура поверхности в точке посадки установлена (733 К), а термодинамические свойства атмосферы известны, главный вывод наблюдения состоит в том, что имеются весьма жёсткие ограничения на природу выпадающей твёрдой или жидкой субстанции. Разумеется, состав «снега» при температуре 460°С — большая загадка. Однако веществ, которые имеют критическую pT-точку (когда они существуют одновременно в трёх фазах) в узком интервале температур вблизи 460°С и при давлении 9 МПа, наверное, очень немного, и среди них — анилин и нафталин. Описываемые метеорологические явления возникли после 60-й или 70-й минуты. В это же время появился «скорпион » и возникли некоторые другие интересные явления, которые ещё предстоит описать. Невольно напрашивается вывод, что венерианская жизнь ждёт осадков, как дождя в пустыне, или, наоборот, избегает их.

Источники энергии Венерианской фауны

Возможность жизни в условиях, аналогичных умеренно высоким температурам (733 К) и углекислотной атмосфере Венеры, не раз рассматривалась в научной литературе. Авторы приходили к заключению, что её наличие на Венере, например в микробиологических формах, не исключено. Рассматривалась также жизнь, которая могла эволюционировать в медленно меняющихся условиях от ранних этапов истории планеты (с более близкими к земным условиям) к современным. Температурный диапазон вблизи поверхности планеты (725—755 К в зависимости от рельефа), конечно, абсолютно неприемлем для земных форм жизни, но если вдуматься — термодинамически он ничем не хуже земных условий. Да, среды и действующие химические агенты нам неизвестны, но их никто и не искал. Химические реакции при высоких температурах очень активны; исходные материалы на Венере мало чем отличаются от земных. Анаэробных организмов известно сколько угодно. Фотосинтез у ряда простейших основывается на реакции, когда донором электронов оказывается сероводород H2S, а не вода. У многих видов живущих под землёй автотрофных прокариотов вместо фотосинтеза используется хемосинтез, например 4H2 + CO2 → CH4 + H2O. Физических запретов на жизнь при высоких температурах не видно, кроме, конечно, «земного шовинизма». Разумеется, фотосинтез при высоких температурах и в безокислительной среде должен, по-видимому, опираться на совершенно другие, неизвестные биофизические механизмы.

Но какими источниками энергии в принципе могла бы пользоваться жизнь в венерианской атмосфере, где основную роль в метеорологии играют соединения серы, а не вода? Обнаруженные объекты довольно велики, это не микроорганизмы. Наиболее естественно предположить, что они, подобно земным, существуют за счёт растительности. Хотя прямые лучи Солнца из-за мощного облачного слоя, как правило, не достигают поверхности планеты, света для фотосинтеза там хватает. На Земле рассеянной освёщенности 0,5—7 килолюкс вполне достаточно для фотосинтеза даже в глубине густых тропических лесов, а на Венере она лежит в пределах 0,4—9 килолюкс. Но если настоящая статья и даёт какие-то представления о возможной фауне Венеры, то судить о флоре планеты по имеющимся данным нельзя. Похоже, что некоторые её признаки удаётся обнаружить на других панорамах.

Независимо от конкретного биофизического механизма, действующего на поверхности Венеры, при температурах падающего T1 и уходящего T2 излучений, термодинамическая эффективность процесса (кпд ν = (T1 — T2)/T1) должна быть несколько ниже земной, так как T2 = 290 К для Земли и T2 = 735 К для Венеры. Кроме того, из-за сильного поглощения сине-фиолетовой части спектра в атмосфере максимум солнечного излучения на Венере смещён к зелёно-оранжевой области и, согласно закону Вина, соответствует более низкой эффективной температуре T1 = 4900 К (у Земли T1 = 5770 К). В этом отношении условиями, наиболее благоприятными для жизни, обладает Марс.

Заключение

В связи с интересом к возможной обитаемости определённого класса экзопланет с умеренно высокой температурой поверхности со всей тщательностью были заново рассмотрены результаты телевизионных исследований поверхности Венеры, выполненных в миссиях «Венера-9» в 1975 году и «Венера-13» в 1982-м. Планету Венеру рассматривали как природную высокотемпературную лабораторию. Наряду с ранее опубликованными изображениями изучены панорамы, ранее не включённые в основную обработку. На них видны появляющиеся, изменяющиеся или исчезающие объекты заметных размеров, от дециметра до полуметра, случайное возникновение изображений которых объяснить не удаётся. Обнаружены возможные свидетельства того, что некоторые из найденных объектов, обладающих сложной регулярной структурой, были частично засыпаны грунтом, выброшенным при посадке аппарата, и медленно освобождались из него.

Интересен вопрос: какими источниками энергии могла бы пользоваться жизнь в высокотемпературной безокислительной атмосфере планеты? Предполагается, что, подобно Земле, источником существования гипотетической фауны Венеры должна быть её гипотетическая флора, которая осуществляет фотосинтез особого типа, а некоторые её образцы удастся обнаружить на других панорамах.

Телевизионные камеры аппаратов «Венера » не предназначались для съёмки возможных обитателей Венеры. Специальная миссия для поиска жизни на Венере должна быть существенно более сложной.

Иллюстрации предоставлены автором.

Литература

Ксанфомалити Л.В. Планета Венера. — М.: Наука. Физматлит, 1985.

Ксанфомалити Л.В. Планеты, открытые заново. — М.: Наука, 1978.

Первые панорамы поверхности Венеры / Под ред. Келдыша М. В. — М.: Наука, 1979.

Селиванов А.С., Чемоданов В.П., Нараева М.К. и др. Телевизионный эксперимент на поверхности Венеры // Космич. исслед., 1976, т. 14, № 5, с. 674—677.

Селиванов А.С., Гектин Ю.М., Герасимов М.А. и др. Продолжение телевизионного исследования поверхности Венеры со спускаемых аппаратов // Космич. исслед., 1983, т. 21, № 2, с. 176—182.

Hunten D.M., Colin L., Donahue T.M., Moroz V.I. (Eds). Venus. The Univ. of Arizona Press, 1983. — 1144 p.

Наука и жизнь. 2012. № 6. С. 60-66.

 

Страница 1 из 33

Группа Вконтакте

Случайная статья

Облако тэгов

NASA Астрономия Астрономы Космический аппарат Космонавты Марс Олимп Планета Галактика Звезда Луна Робот Сатурн Темная материя Телескоп Факты о космосе Цивилизация Черная дыра комета книги простая наука астрофизика зонд вояджер наука новости космоса спутник

Сайт Руслана Стрельцова

Сайт создал Дмитрий Новоселецкий


Яндекс.Метрика

05-11-2016 Hits:1129 Вселенная и жизнь Дмитрий Стрельцов

10 вопросов, - 0 внятных ответов

10 ТАЙН, НАД КОТОРЫМИ НАУКА ЛОМАЕТ ГОЛОВУ ПРЯМО СЕЙЧАС... Наука стремится охватить и описать весь мир, сделать неизвестное известным и...

Подробнее

04-11-2016 Hits:336 Сатурн Дмитрий Стрельцов

Космические треки, перстни гиганта.

Кольца и полукольца Сатурна     Начиная с открытия Галилеем колец Сатурна этот удивительный феномен привлекал внимание и поэтов, и ученых. Тем более...

Подробнее

03-11-2016 Hits:368 Уран Дмитрий Стрельцов

Лежебока Уран

Уран - вокруг Солнца "лежа на боку"   Открытие колец Урана       У Урана есть слабо выраженная система колец, состоящая из очень тёмных частиц...

Подробнее

02-11-2016 Hits:447 Космические аппараты Дмитрий Стрельцов

КАК МЫ ЛЕТАЕМ В СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЕ? ЧАСТЬ…

Юпитер нам поможет     Многие межпланетные зонды использовали для разгона тяготение Юпитера. Первыми были аппараты «Пионер-10» и «Пионер-11» (Pioneer), а вслед за...

Подробнее

02-11-2016 Hits:377 Космические аппараты Дмитрий Стрельцов

Как мы летаем в Солнечной системе? часть…

Гравитационные маневры     Со времен Кеплера и Ньютона астрономам известно, что в поле тяготения массивного центрального тела движение происходит по классическим траекториям...

Подробнее

12-04-2016 Hits:6070 Космонавты Дмитрий Стрельцов

День космонавтики и курьёзы

Сегодня в России отмечается День космонавтики. 12 апреля 1961 года Советский Союз вывел на орбиту Земли космический корабль-спутник «Восток» с...

Подробнее

01-04-2016 Hits:1698 Юпитер Дмитрий Стрельцов

По следам падения. Юпитер.

Дорогой читатель! Буквально на днях астрономами любителями было зафиксировано падение объекта на Юпитер. Это третье "громкое" падение на гигант. Первое...

Подробнее

26-03-2016 Hits:1577 Марс Дмитрий Стрельцов

Обзор фотографий, марсианские сумерки.

Обзор фотографий, марсианские сумерки.Друзья, предлагаю вашему вниманию несколько панорам марсианских сумерек. Для начала нужно вспомнить что такое сумерки и какова...

Подробнее

05-03-2016 Hits:2422 Космические аппараты Дмитрий Стрельцов

Путей много, цель одна: Космос.

Путей много, цель одна: Космос.   Вам не нужна ракета, чтобы покинуть Землю. Есть более мягкий и нежный способ путешествия — и коктейль...

Подробнее

04-03-2016 Hits:2170 Венера Дмитрий Стрельцов

Жизнь, кажется, нашли. Но не там, где ис…

Жизнь, кажется, нашли. Но не там, где искали Доктор физико-математических наук Леонид Ксанфомалити, Институт космических исследований РАН. Анализ поведения обнаруженных...

Подробнее

04-03-2016 Hits:1586 Венера Дмитрий Стрельцов

Жизнь, кажется, нашли. Но не там, где ис…

Жизнь, кажется, нашли. Но не там, где искали Доктор физико-математических наук Леонид Ксанфомалити, Институт космических исследований РАН. Следуя некоторым видам поиска...

Подробнее

21-02-2016 Hits:1446 Изучение космоса Дмитрий Стрельцов

Конец Солнца и Самость Космоса Часть 2

Конец Солнца и Самость Космоса Часть 2   6. Картина катастрофы Органическое человечество будет ощущать свою смерть как космическую катастрофу. Катастрофа здесь...

Подробнее

21-02-2016 Hits:1541 Изучение космоса Дмитрий Стрельцов

Конец Солнца и Самость Космоса Часть 1

Константин Елькин   Конец СолнцаиСамость Космоса Часть перваяКонец Солнцаиего системы По материалам Свободной энциклопедии – Википедия.   “…даже небольшое изменение в температуре нашего Солнца должно было...

Подробнее

21-02-2016 Hits:929 Изучение космоса Дмитрий Стрельцов

Магнетизм космоса: Магнитные поля

Магнетизм космоса: Магнитные поля Обычно магнитные поля ассоциируют с планетами и звездами. Но и у галактик такие поля тоже имеются Алексей Левин 18 октября 2010 21203 Магнитные поля изрядно...

Подробнее

21-02-2016 Hits:1138 Простая наука Дмитрий Стрельцов

Астрофотография вчера, сегодня, завтра.

Астрофотография «Черно-белая эпоха» Все нижеприведенные фотографии отпечатаны с негативов на увеличителе «Беларусь-912». Отпечатки отсканированы.К сожалению, качество сканера оставляет желать лучшего. Многие отпечатки...

Подробнее

21-02-2016 Hits:1079 Простая наука Дмитрий Стрельцов

Астрофотография в каждый дом

Астрофотография в каждый дом   Думаю у любого человека, интересующегося космосом — возникала идея купить телескоп, чтобы лично все посмотреть. ...

Подробнее

21-02-2016 Hits:920 Простая наука Дмитрий Стрельцов

Искусство астрофотографии

  ТАЛ-3: ПЕРВЫЙ ЭТАП МОДЕРНИЗАЦИИ   Весной 2000г. мне довелось приобрести телескоп ТАЛ-3 новосибирского производства. К сожалению, этот 200-мм инструмент системы Максутова-Кассегрена в...

Подробнее

21-02-2016 Hits:892 Черные дыры Дмитрий Стрельцов

Космические надсмотрщики средней весовой…

  Космические надсмотрщики средней весовой категории. Изучение черных дыр среднего размера, массой чуть меньше миллиона солнечных масс, возможно, даст ключ к пониманию...

Подробнее

29-01-2016 Hits:1010 Вселенная и жизнь Дмитрий Стрельцов

Не первая Вселенная? Циклическая теория.

  ЦИКЛИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ     ТЕОРИЯ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА ПОЛЬЗУЕТСЯ ДОВЕРИЕМ АБСОЛЮТНОГО БОЛЬШИНСТВА УЧЕНЫХ, изучающих раннюю историю нашей Вселенной. Она и в самом деле объясняет...

Подробнее

29-01-2016 Hits:1367 Основы астрономии Дмитрий Стрельцов

ИСТОРИЯ ТЕЛЕСКОПОВ

ИСТОРИЯ ТЕЛЕСКОПОВ     Ровно 400 лет назад Галилео Галилей, разработавший особый способ шлифовки линз специально для астрономических наблюдений, создал первый телескоп. В...

Подробнее

29-01-2016 Hits:1278 Изучение космоса Дмитрий Стрельцов

Секунды пробуждения.

НОВОРОЖДЕННАЯ ВСЕЛЕННАЯ     БОЛЬШАЯ ЧАСТЬ МАТЕРИИ ВО ВСЕЛЕННОЙ НАХОДИТСЯ В "ЧЕТВЕРТОМ СОСТОЯНИИ ВЕЩЕСТВА". НО ТАК БЫЛО НЕ ВСЕГДА.     Основное прибежище плазмы на...

Подробнее

27-01-2016 Hits:1397 Галактики Дмитрий Стрельцов

Спринтеры космоса. САМЫЕ БЫСТРЫЕ В ГАЛАК…

САМЫЕ БЫСТРЫЕ В ГАЛАКТИКЕ     Мы пока не можем полететь даже к ближайшим звездам. Что уж говорить о более далеких путешествиях. Вряд...

Подробнее

27-01-2016 Hits:1310 Галактики Дмитрий Стрельцов

Космический огород. Галактики.

ГАЛАКТИКИ     ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ ПЛАНЕТ И ЗВЕЗД ИЗМЕРЯЕТСЯ ТЫСЯЧЕЛЕТИЯМИ, СОЛНЦА, КОМЕТ, АСТЕРОИДОВ И МЕТЕОРИТОВ - СТОЛЕТИЯМИ. А ВОТ ГАЛАКТИКИ, РАЗБРОСАННЫЕ ПО ВСЕЛЕННОЙ...

Подробнее

27-01-2016 Hits:1369 Изучение космоса Дмитрий Стрельцов

Гипотеза Инфляции

ИНФЛЯЦИЯ     ОДИН ИЗ ФРАГМЕНТОВ ПЕРВОЙ МИКРОСЕКУНДЫ ЖИЗНИ ВСЕЛЕННОЙ СЫГРАЛ ОГРОМНУЮ РОЛЬ В ЕЕ ДАЛЬНЕЙШЕЙ ЭВОЛЮЦИИ     Концептуальный прорыв стал возможным благодаря очень...

Подробнее

27-01-2016 Hits:1170 Изучение космоса Дмитрий Стрельцов

ТАМ НА НЕВЕДОМЫХ ДОРОЖКАХ. ГОРИЗОНТ ВСЕЛ…

ГОРИЗОНТ ВСЕЛЕННОЙ     В СЛОВАРЕ, ИЗДАННОМ В 1910 ГОДУ, ГОРИЗОНТ ОПРЕДЕЛЯЛСЯ КАК «ОКРУЖНОСТЬ КРУГА... ДАЛЬШЕ КОТОРОГО НИЧЕГО НЕ ВИДНО». НО ЗА ПРОШЕДШИЙ...

Подробнее