По всем признакам освоение космоса в 2021 году должно быть успешным — чего стоит только запуск легендарного телескопа «Джеймс Уэбб» Рассказываем о прорывах прошлого года — и проектах нового
«Медуза» уже подводила научные итоги 2020 года, рассказав об открытиях, отмеченных журналами Nature и Science, — но мы так любим космос, что решили посвятить ему отдельный обзор. И, кажется, это вполне справедливо: здесь есть и что вспомнить (чего стоит только запуск к Марсу сразу трех миссий!) и на что надеяться в будущем году (когда они наконец начнут поставлять данные).
Космические итоги-2020
Уходящий год повлиял на астрономов так же, как и на всех жителей Земли — из-за локдаунов множество конференций и встреч было либо отменено, либо перенесено в офлайн, почти все телескопы временно приостанавливали наблюдения, множество строящихся приборов и инструментов не были закончены в срок. Однако были светлые моменты — до космоса вирус не добрался, а значит, все орбитальные телескопы продолжали активно работать, да и многие ученые охотно признают, что из-за вынужденных каникул они наконец смогли сесть и спокойно дописать статьи, до которых не доходили руки раньше. В итоге можно констатировать, что 2020-й все же подарил нам несколько интересных работ.
Карта неба от «Спектр-РГ»
Запущенная в середине 2019 года флагманская обсерватория российской и германской астрономии Спектр-РГ завершила в середине июня первый, а в середине декабря - второй обзор неба в жестком рентгеновском диапазоне. Данные каждого нового обзора складываются с предыдущими и позволяют увидеть все более тусклые объекты. Всего с момента запуска обсерватория обнаружила более тысячи новых источников рентгеновского излучения, практически удвоив их общее число.
Исследование карты неба в рентгене уже привело к первому важному открытию: десятки миллионов лет назад в центре нашей галактики происходили выбросы энергии, которые привели к образованию двух «пузырей» горячего и очень разреженного газа, выброшенных из центра Млечного Пути. Пузыри по размерам сопоставимы с диаметром всей нашей галактики и, скорее всего, появились в результате распространения ударных волн. А они были вызваны либо очень активным формированием звезд на заре существования нашей галактики, либо работой сверхмассивной черной дыры, спрятанной в ее центре. Если верно именно последнее предположение, исследования строения этих пузырей могут восстановить хронологию активности той самой черной дыры. Как обычно, точную картину позволят установить дальнейшие наблюдения — телескоп «Спектр-РГ» должен проработать на орбите еще не менее пяти лет.
Самая далекая галактика
Открытие из разряда рекордов, которые обновляются каждый год (и это прекрасно!). Новая рекордно далекая галактика GN-z11 явственно показывает, что астрономы не стоят на месте и все дальше отодвигают границу неизвестного нам космоса. Это приятно знать широкой публике, но одновременно это и важный сигнал и астрономическому сообществу.
Как показывает открытие, современные техники наблюдения вполне позволяют надежно фиксировать спектральные линии даже столь редких в космосе элементов, как кислород и углерод у исключительно ранней галактики. Это важно потому, что, рассматривая такие рекордно далекие объекты, мы погружаемся в далекое прошлое Вселенной и видим ее такой, какой она была в своей ранней молодости. Так, в случае GN-z11 мы наблюдаем свет из нашей Вселенной, когда ей было 420 миллионов лет — то есть меньше 5% ее текущего возраста. Оказалось, что уже в эту раннюю эпоху существовали молодые, но достаточно массивные галактики, состоящие из нескольких миллионов звезд. Задача поиска еще более молодых (а если повезет, то самых молодых во Вселенной) галактик ляжет на плечи телескопа «Джеймс Уэбб», о запуске которого мы еще поговорим.
Локализация источника быстрых радиовсплесков
Короткие возмущения радиоэфира, приходящие из космоса на мегагерцовых частотах, называемые также быстрыми радиовсплесками — одна из интригующих загадок современной астрономии — похоже, они действительно приходят от сильно замагниченных нейтронных звезд, называемых магнитарами (так же можно встретить написание «магнетар» — термин новый и норма пока не устоялась). Эти всплески регистрируют аж с 2001 года, но никак не получалось отождествить их с каким-либо известным объектом — планетой, звездой или галактикой. Координаты всплеска не получалось установить достаточно точно, и направленные в предполагаемую область неба телескопы либо не видели ни одного объекта, либо видели несколько — и непонятно было, откуда же пришел сигнал.
Прорыв, как мы в прошлом году и предполагали, случился после запуска канадского радиотелескопа CHIME, который совместно с американским радиотелескопом STARE2 установил точное происхождение всплеска FRB 200428 — он идет от уже известного магнитара, который находится в нашем Млечном пути. Это открытие позволит не только лучше изучить строение этой удивительной подгруппы нейтронных звезд, но и найти еще не открытые магнитары — на сегодняшний день астрономам известно всего около 30 подобных объектов.
Прямая регистрация черной дыры промежуточной массы
Между черными дырами, образующимися в результате взрыва массивных звезд, и сверхмассивными черным дырами, находящимися в центрах большинства известных нам галактик, есть большой диапазон масс (примерно от 140 до 100 000 масс Солнца) в котором нет ни одной известной черной дыры. Точнее, не было: в 2020-м коллаборация гравитационных детекторов LIGO и VIRGO обнаружила рождение такой черной дыры массой в 142 солнечных. Это самая массивная из обнаруженных детектором черных дыр и одновременно самая удаленная — большой космический хлопок произошел аж 7 миллиардов лет назад. Родилась эта черная дыра от столкновения двух дыр поменьше — 66 и 85 солнечных масс. И это тоже удивительно, потому что более тяжелая из них просто не должна существовать — по современным представлениям, внутри диапазона черных дыр солнечной массы есть еще один небольшой «запретный диапазон», и вторая черная дыра попадает ровно в его середину. Сейчас сотрудники обсерватории Ниццы, по их словам, «чешут головы», чтобы придумать механизм образования подобных объектов.
Фосфин на Венере (к которому есть вопросы)
Давно известно, что органические (то есть состоящие в том числе из углерода и водорода) молекулы, вопреки названию, могут синтезироваться вообще без участия живых организмов. В том числе и в космосе, где уже обнаружено множество подобных молекул. Этот факт расстраивает астрономов, которые пытаются обнаружить признаки жизни на других планетах — ведь их приходится скрепя сердце выкидывать из списка биомаркеров, то есть химических соединений, которые образуются только как продукт жизнедеятельности живых организмов.
А что же тогда может быть биомаркером? В этом году мы все выучили название нового газа фосфин, который обнаружили в атмосфере Венере («Медуза» разбирала эту новость). Особенность фосфина в том, его молекулы в среднем живут всего 16 минут, распадаясь очень быстро. Обнаружение фосфина однозначно говорит о том, что что-то (или, как осторожно предположили авторы, статьи — кто-то) его вырабатывает. На Венере нет условий, чтобы газ вырабатывало «что-то» — значит, его источником должны быть какие-то микроорганизмы, заключили исследователи. Открытие наделало много шума, однако, как выяснилось позже, авторам следовало быть еще более осторожными — повторный анализ выявил ошибку в первоначальной калибровке данных и она существенно влияет на выводы о наличии фосфина.
Несмотря на спорность результатов, эта статья возродила интерес землян к поиску жизни на других планетах — тем интереснее будет следить за миссией «БепиКоломбо», которая в следующем году во второй раз пролетит мимо Венеры и попытается изучить ее максимально пристально.
Три миссии на Марс
Случившееся в декабре «Великое сближение» Юпитера и Сатурна, хоть и происходит раз в 400 лет, привлекло внимание только наблюдателей-любителей и астрофотографов, ведь для ученых оно интереса не представляет. Другое дело, сближение Земли с Марсом, которое в 2020-м позволило запустить на красную планету целых три исследовательские миссии:
- «Аль-Амаль» (то есть «Надежда») — первый межпланетный зонд Объединенных Арабских Эмиратов (и вообще первый подобный аппарат, запущенный арабским государством), который будет изучать атмосферу Марса.
- «Тяньвэнь-1» — в нее входит разведывательный зонд, а также первый китайский марсоход.
- Наконец, американская «Марс-2020» с марсоходом «Персеверанс» и невероятным дроном Ingenuity, который будет способен летать в разреженной марсианской атмосфере.
Прибытия всех этих аппаратов следует ждать только в 2021-м году, и ниже мы расскажем об их планах. Но те станции, которые уже работают на Марсе, преподнесли одну из главных сенсаций уходящего года: Марс все еще сейсмически активен. Автоматическая исследовательская станция InSight уже два года изучает грунт и атмосферу планеты, и за это время встроенный сейсмограф зарегистрировал около 200 марсотрясений, часть из которых происходит на глубине 10 километров. Ну, что тут скажешь — на Марсе действительно классно!
Лунный грунт, китайская миссия, Грунт с астероидов
В этом году Земля не только отправляла аппараты в космос, но и принимала оттуда сувениры: в декабре японский зонд «Хаябуса-2» сбросил в Австралии капсулу с 5,4 граммами грунта, добытого с астероида Рюгу. Этого количества мелкодисперсного порошка темного цвета хватит, чтобы осчастливить сотни ученых по всему свету, ведь они получили уникальную возможность определить состав околоземного астероида и понять, когда он сформировался и как попал в поле тяготения нашей планеты.
Кроме астероида, на Землю попала и крохотная часть Луны — китайская межпланетная станция «Чанъэ-5» в самом конце декабря смогла доставить более полутора килограмм лунного грунта. Помимо соображений престижа как для Китая, так и для человечества в целом, этот грунт поможет осветить темное прошлое Луны, когда на ней, возможно, шла активная вулканическая деятельность.
Космические ожидания — 2021
Послания с Марса
Как мы уже упомянули, в феврале к Марсу прибудут сразу три миссии — американский «Марс-2020», китайский «Тяньвэнь-1» и арабский «Аль-Амаль». В то время как зонд ОАЭ поможет ученым разгадать загадку истончения атмосферы Красной планеты, ровер «Персеверанс» будет исследовать ударный кратер Езеро в поисках признаков существования жизни. «Тяньвэнь-1», в свою очередь, построит глобальные топографические карты поверхности планеты и попытается найти на ней следы веществ, которые производятся живыми организмами.
«Люси» и троянцы
В 2021 году стартует миссия аэрокосмического агентства NASA «Люси». Космический аппарат, который был назван в честь найденного в Африке уникальнотго скелета женской особи австралопитека, займется в основном изучением троянских астероидов Юпитера. Троянцы, или «окаменелости формирования планет», как их называет команда миссии, гипотетически могут содержать водяной лед, органические вещества и материал древнего газопылевого диска, из которого около 4,5 миллиарда лет назад образовались планеты Солнечной системы. За 12 лет своего путешествия «Люси» пролетит мимо семи различных астероидов: (52246) Дональдйохансона — единственного среди них объекта из главного пояса между Марсом и Юпитером, (3548) Эврибата, (15094) Полимелы, (11351) Леукуса, (21900) Оруса и двойного астероида (617) Патрокл. После выхода в космос межпланетная станция совершит два гравитационных маневра у Земли, а затем отправится к своим целям.
Российская лунная программа
Еще одним важным событием 2021 года должно стать возобновление российской лунной программы. Как сообщал Роскосмос, оно будет происходить в три этапа. На первой стадии, которая продлится до 2025 года, планируется отработать технологии на Международной космической станции, приступить к созданию базового модуля окололунной станции, испытать многоразовый пилотируемый космический корабль «Федерация» и провести исследования Луны автоматическими станциями. Первым аппаратом, отправленным к спутнику после 45-летнего перерыва, должна стать «Луна-25», запуск которого намечен на октябрь этого года. Он включает орбитальную станцию и посадочный модуль, которые займутся исследованием южного полюса Луны.
Полярные регионы спутника интересуют ученых неспроста: там находятся «холодные ловушки» — вечно затененные области, которые похожи на гигантский природный холодильник. В течение миллионов лет в них скапливались различные летучие соединения космического происхождения, включая воду (в форме льда). «Луна-25» должна помочь оценить ее количество в местном реголите, и, если запасы окажутся достаточными, это может во многом решить проблему жизнеобеспечения будущей лунной базы.
Индийский «Лунный корабль»
После потери связи со спускаемым аппаратом миссии «Чандраян-2» в 2019 году Индия решила предпринять новую попытку посадки на Луну. Во многом «Чандраян-3» повторяет миссию своего предшественника. Правда, если прошлая станция состояла из зонда, посадочного модуля и ровера, то на этот раз новый орбитальный аппарат к спутнику отправлять уже не будут.
Если прилунение в этот раз окажется успешным, Индия станет четвертой страной, добившейся мягкой посадки на Луну. «Чандраян-3» должен будет в деталях описать особенности местного грунта — в частности, уточнить, как в нем распределяются температуры и насколько он теплопроводен.
Китайская орбитальная станция
В марте 2021 года должен состояться запуск базового модуля «Тяньхэ» Китайской космической станции. На данный момент это крупнейший подобный аппарат, разработанный страной самостоятельно. В будущем он станет центром управления станции и ее основным жилым модулем. Там будет находиться команда тайконавтов, которая займется строительством и обслуживанием комплекса.
Если все пройдет успешно, Китайская космическая станция станет третьей в мире многомодульной станцией после МКС и «Мира». По словам Чжу Гуанчэня, эксперта Китайской академии космических технологий, если представить, что две орбитальные лаборатории «Тяньгун-1» и «Тяньгун-2», запущенные КНР в 2011 и 2016 годах, это двухкомнатные квартиры, то новая станция — это квартира с тремя спальнями, гостиной, столовой и кладовой.
Вслед за «Тяньхэ» в космос также отправятся грузовой корабль «Тяньчжоу-2» и пилотируемый корабль «Шэньчжоу-12» с тремя специалистами на борту. Позднее к «Тяньхэ» также присоединят лабораторные модули «Вэньтянь» и «Мэньтянь». Завершение строительства Китайской космической станции намечено на 2022 год, но как дело пойдет в реальности — сказать трудно. Сроки начала работ уже неоднократно сдвигали сначала на 2018, потом на 2019 год.
Запуск телескопа «Джеймс Уэбб»
Еще один аппарат, ставший уже знаменитым своими постоянно сдвигающимися сроками запуска — инфракрасный телескоп «Джеймса Уэбба». В этот раз NASA настроено решительно и планирует, что в октябре 2021 года инструмент уже точно окажется в космосе. Это станет большим событием для астрономов, которые ждут начала работы сменщика легендарного «Хаббла» уже почти десять лет. «Джеймс Уэбб» поможет ученым ответить на многие вопросы, касающиеся экзопланет и их атмосфер, изучить галактики, которые образовались на заре существования Вселенной, а также заглянуть в молекулярные облака — колыбели, в которых зарождаются будущие светила.
Первый свет обсерватории Веры Рубин
В 2021 году планируется получить первый свет обсерватории Веры Рубин. В астрономии красивым словосочетанием «первый свет» называют первое изображение, сделанное после завершения строительства телескопа (или после его вывода в космос). Инструмент, находящийся на пике Эль-Пеньон в северной части Чили, будет картографировать Млечный путь, ловить вспышки новых и сверхновых, исследовать астероиды и искать следы темной материи и темной энергии — невидимых 95 процентов нашей Вселенной. К слову, на телескопе будет установлена 3,2-гигапиксельная цифровая камера — самая большая из когда-либо созданных человеком.
Марат Мусин и Кристина Уласович