Сатурн: обнаружено самое большое, невидимое кольцо!

Skymania news
7 октября 2009 года

Сатурн знаменит своими великолепными широкими кольцами. Но, как оказалось, самое большое из них оставалось совершенно незаметным - до сегодняшнего дня! И все потому, что, что оно состоит из холодных пылевых и ледяных частиц, слишком маленьких, чтобы быть видными в обычном свете.

Кольцо обнаружило свое присутствие только когда на Сатурн направили космический телескоп Спитцер.

В отличие от тонких и ярких колец, видных в самые маленькие телескопы, это кольцо широкое и большое - такое, что внутри него можно поместить миллионы земель; его толщина в 20 раз больше диаметра Сатурна, а ширина - 12 млн км.

Оно также наклонено под углом 27° к другим кольцам, располагаясь от них очень далеко - его внутренняя кромка начинается на расстоянии 6 млн километров от планеты.

Астроном Анни Вербишер (Anne Verbiscer) из Университета Виргинии, говорит: "Кольцо просто огромно. Если бы могли его видеть на нашем небе, оно бы вытянулось на два угловых размера Луны по обе стороны от Сатурна."

Один из самых удаленных от Сатурна спутников, 230-километровая Феба, находится внутри этого нового кольца. Считается, что кольцо пополняют пылью сталкивающиеся с ним астероиды.

Новое кольцо может решить давнюю загадку другого спутника Сатурна, Япета. Одна сторона этого спутника диаметром 1.5 тысяч км гораздо темнее другой, что приводит к большой разнице в видимой яркости спутника.

Предполагают, что эта темная сторона, названная Область Кассини - следствие потока пыли, упавшего на нее так же, как мухи врезаются в ветровое стекло автомашины.

Открытие опубликовано на этой неделе в журнале Nature.

Дуглас Хамильтон, из университета Мэрилэнд, говорит: "Астрономы давно подозревали, что существует связь между внешней луной Сатурна Фебой и темным материалом на Япете. Новое кольцо дает убедительное подтверждение этой связи."

Комментарий доктора Майкла: вот еще одна удивительная история! Космос вовсе не так пуст, как мы о нем думали! Во всяком случае, в Солнечной Системе пыли, льда, камней более чем достаточно. Можно только представлять, насколько это пространство было замусорено в первые годы жизни Солнца...

Прекрасная Вселенная Чандры: Тур по центру Млечного Пути

Удивительные каналы в кольцах Сатурна

Universe Today,
Ciclops,
5 октября 2009 года

Аппарат Кассини продолжает свое дело. В этот раз в фокусе - интересное явление, обнаруженное недавно в кольце F Сатурна.

Два спутника-пастуха продолжают "пасти" кольцо F, как видно на снимке, полученном аппаратом Кассини. Вне кольца находится Пандора, а внутри - Прометей, вместе они создают эффект, называемый "потоковыми каналами". Картофелеобразный спутник Прометей тянет к себе материал кольца, создавая сзади потокового канала темный промежуток. Во время своего 14.7-часового пути по орбите вокруг Сатурна Прометей (размером 102 км) достигает самой далекой от планеты и самой близкой к кольцу F точки, называемой апоапсом, и его гравитация начинает вытягивает поток материала (в спец. литературе может называться также как "вымпел" - прим.перев.) из середины кольца.

Цикл создания таких потоков и каналов повторяется каждый раз при новом обращении Прометея вокруг Сатурна, но поскольку спутник движется быстрее, чем материал кольца, это событие происходит всякий раз в новом месте, отстоящем на 3.2 градуса от предыдущего.

Поэтому вдоль кольца создается целая серия потоковых каналов. На некоторых снимках можно увидеть до 10-15 потоковых каналов одновременно.

Снимок получен узкоугольной камерой аппарата Кассини 30 сентября 2008 года с расстояния приблизительно 970 тыс. километров от Сатурна и угле Солнце-кольцо-космический аппарат 45 градусов. Масштаб снимка 5 км на пиксел.

Темная Материя 3.5 - когда сталкиваются скопления

Этан Зигель, Starts with a Bang
30 сентября 2009 года

Многие из вас видели изображения сталкивающихся скоплений галактик, которые я поместил в понедельник. Они замечательны тем, что не только показывают скопления спустя всего 200 млн лет после столкновения (что очень мало в космических масштабах), но и также и тем, что показывают, где расположена масса (отмечено синим), и где находятся области, излучающие рентгеновские лучи (розовым). Вот, скопление под названием Пуля:

А это MACS J0025:



А вот еще одно - Abell 520:

Вот, что происходит, когда сталкиваются скопления галактик - происходит разделение нормальной и темной материи! Давайте рассмотрим, как.

Иногда нормальная материя упакована в плотные небольшие сгустки - хороший пример таких сгустков - звезды и галактики. Когда два больших, протянувшихся на миллионы световых лет, кластера врезаются друг в друга, эти маленькие сгустки движутся с большой инерцией друг на друга, но вероятность их прямого столкновения очень мала. Что это значит? Скорее всего они разминутся, и вряд ли сильно потеряют скорость вследствие трения движения сквозь другой кластер. Другими словами, они ведут себя как маленькие металлические шарики в игре "Перекрестный Огонь" - в основном, они свободно пройдут через кластер насквозь.

Это оставляет нас с газом, который находится там же, где большинство нормальной и темной материи. Со всех точек зрения, эти два типа материи рассеяны во всем скоплении, они диффузны, но вездесущи. Газ состоит из протонов, нейтронов и электронов, а эти частицы очень просто взаимодействуют друг с другом. Когда сталкиваются два газа, они ведут себя также, как две встречные струи воды:

Между ними очень много трения, которое (как вы помните), их одновременно замедляет и разогревает. Замедление - это причина, почему газ, излучающий рентгеновские лучи, всегда находится в центре сталкивающихся скоплений (см. выше - все три случая), а нагрев - это причина, по которой газ становится достаточно горячим, чтобы излучать рентгеновские лучи! Другими словами, в газе наблюдается "всплеск"!

Но что с темной материей? Хотя она подчиняется тем же гравитационным физическим законам, у нее нет главного источника трения - электрического заряда! Мы действительно уверены в том, что темная материя практически не подвергается электромагнитному взаимодействию. Трение между частицами темной материи (как и трение между темной материей и газом) настолько мало, что им просто можно пренебречь. Сталкивающаяся темная материя ведет себя как два луча света - они просто не замечают присутствия друг друга!

Но мы идем даже дальше и делаем симуляцию того, что произойдет, когда сталкивается нормальная материя (газ - розовым) и темная материя (синим), у которой есть только гравитационное трение. Видео было целиком в предыдущей статье, а сейчас мы рассмотрим несколько экранов оттуда.

До столкновения мы видим, что темная и обычная материя составляют практически единое целое, распределенное в пространстве в виде сферы, формирующий внешний вид скопления.

Пока скопления не взаимодействуют, они сохраняют свою форму, и оба типа материи остаются сферическими, но при начале столкновения все меняется...

Видите, темная материя (отмечена синим) продолжает двигаться как ни в чем не бывало, на нее не действуют никакие силы. Но сталкивающийся газ (розовый), при столкновении замедляется и разогревается, приобретая тепловую энергию. Это становится очевидным если продвинуться вперед во времени еще на пару миллионов лет.

Это разделение только увеличивается, поскольку темная материя продолжает свое движение, а газ продолжает замедление.

По мере протекания столкновения, темная материя постепенно меняет направление своего движения на противоположное, и падает обратно в скопление. Мы не видим этого в скоплении Пуля, которое находится на ранней стадии своей эволюции, но в MACS J0025, находящемся на немного более поздней стадии уже присутствуют все признаки, а в скоплении Abell 520, находящейся в поздней стадии объединения, это падение видно очень хорошо.

И вот вам результат. Вот поэтому сталкивающиеся скопления ведут себя именно так, именно поэтому потребовалось присутствие некоего материала, который во время столкновений взаимодействует только путем гравитации, а не трения. Мы называем этот материал Темной Материей.

У него есть гравитация, как у любой материи, но он совершенно невидим, не поглощая и не излучая света. Нравится вам или нет это название, все происходит именно так, и это единственное логичное объяснение тому, что мы сейчас наблюдаем.

Темная материя. Запомните это.

Комментарий доктора Майкла: уф, даже добавить нечего. Великолепное, наглядное объяснение, что такое Темная Материя и зачем она понадобилась. Вот ведь какая штука, пока мы не начали наблюдать скопления галактик в видимом, рентгеновском диапазонах, пока не изучили эффект гравитационной линзы, и не научились определять, где на луче зрения расположена эта невидимая материя, искажающая объекты сзади нее, мы даже не подозревали о ее существовании. Фактически, буквально недавно астрономы получили новый мощные метод познания - гравитационные линзы (gravitational lensing), а теперь с его помощью делаются поразительные открытия фундаментального строения Вселенной.

И кто знает, что нас ждет дальше...

Где М13?

Blogs / Bad Astronomy
30 сентября 2009 года

Проблема астрономических наблюдений - двухмерность. Вы можете навести телескоп на звезду, планету или галактику, но все они выглядят бесконечно далеко (особенно заметно, когда вы идете и смотрите на удаленный объект).

А вот новая программа Где М13? Выглядит весьма интересно - это интерактивный трехмерный атлас Галактики, дающий массу информации и графическое отображение положения объекта в пространстве. Вот, например, эпическое скопление М13:

Можно увидеть, как оно располагается относительно диска Галактики - значительно выше ее плоскости.

Приложение достаточно простое, но а) бесплатное, б) обещающее. Думаю, что со временем появится много дополнительной функциональности.

Комментарий доктора Майкла: я наткнулся на эту программу еще полгода назад, заинтересовавшись трехмерным распределением в пространстве известных объектов и ближайших к Солнцу звезд. Где М13? позволит вам лучше представить наше место в Галактике и получить массу технических сведений об объектах из встроенного каталога - в принципе, это очень полезное средство при изучении астрономии. Поскольку программа после инсталляции не требует доступа в интернет, ей можно пользоваться всегда и везде., она проста и не требует особых навыков для работы, даже особого знания английского тоже не требует. Один недостаток - программе действительно не хватает настоящей трехмерности :).

И, конечно, интересно одновременно пробовать Google Sky или, скажем, World Wide Telescope с их большими каталогами объектов и "Где М13?"

Темная Материя - Часть 3. Темная Материя или измененная гравитация?

Этан Зигель, Starts with a Bang
28 сентября 2009 года

Вглядываясь глубоко во тьму, стоял я так долго,
удивляясь, боясь, сомневаясь, мечтая о том,
о чем не осмеливался мечтать ни один смертный.
-Эдгар Аллан По, Ворон (Edgar Allen Poe, The Raven)

В темной бездне ночного неба звезды, галактики и скопления сияют как крошечные острова света во тьме глубокого космоса. Весь этот свет, все эти украшения неба над головой создают триллионы триллионов протонов и нейтронов, спаянных вместе в звездах по всей Вселенной.

Но, как мы узнали в первой части этой серии статей, звездный свет составляет всего 2% всей материи Вселенной, как об этом говорит нам гравитация. Более того, мы можем понять, сколько вообще существует нормальной материи (т.е. материи из протонов, нейтронов, электронов и т.п.). Мы исследовали это во второй части, и обнаружили, что это количество - всего 15-20% общего количества материи, но не больше.

Итак, куда мы пойдем от этой точки? Изобретем ли материю нового типа, дав ей общее, маскирующее название, как темная материя или заключим, что гравитация нас обманывает потому, что мы используем неверную теорию?

В принципе, подойдет любое из двух объяснений (хотя лично у меня сильное желание подумать о третьем). Если вы хотите добавить некоторый новый тип материи, ведущей себя не так, как это делает нормальная материя, вы сможете объяснить все те наблюдения, которые мы обсуждали в первых двух частях. Но можно ли просто изменить законы гравитации?

Я говорю вам сейчас, что ответ - скорее всего нет, если вы требуете, чтобы ваша новая теория гравитации имела смысл. И вот три причины, почему.

1.) Общая Теория Относительности (ОТО) работает. Во всех примерах, когда ньютоновские теории пасовали перед результатами наблюдений - смещение перигелия орбиты Меркурия, искривление света звезд и галактик, вариации в импульсах излучения пульсаров и затухании орбит, прецессии (эффекте Ленца-Тирринга), и т.д. -- Эйнштейновская ОТО работает. Если вы хотите модифицировать теорию гравитации, следует учитывать то, что новая теория должна также объяснять все эти случаи.

А это немедленно означает, что модифицированная ньютоновская динамика (МНД) отпадает как заменитель ОТО, поскольку не решает ни одной из указанных выше проблем. Но возможно, путь все же есть - модифицировать ОТО (как попытались Бекенштейн и Моффат), чтобы сохранить все ее достоинства, но избавить от темной материи. Но затем пришли вот эти данные наблюдений.

На снимке два взаимодействующих кластера (скопления) галактик, которые столкнулись буквально прямо сейчас. Откуда мы это узнали? Рентгеновские данные показывают нам со всей очевидностью большой всплеск, который произошел всего лишь несколько миллионов лет назад:

Этот всплеск говорит, где находится большинство нормальной материи - в центре снимка. Вы можете даже увидеть конус ударной волны справа. Но что здесь с гравитацией? Можно посмотреть по данным гравитационной линзы, где находится основная масса.

И это ключ. Можно положить эти снимки один под другим, и будет ясно видно, что большинство массы не там, где большинство гравитации. Что приводит нас к пункту номер 2.

2.) Гравитация не всегда выравнивается по нормальной материи. Это говорит нам о том, что снова, нам нужна темная материя или придется признать, что не права не только ОТО, гравитация работает каким-то чудесным образом. Нам следовало бы как-то модифицировать теорию гравитации, чтобы обобщить ее на все случаи или же принять, что тела притягивают просто пустые места, в которых нет никакой массы! Это звучит обескураживающе, но это единственный способ объяснить наблюдения без использования темной материи.

И так можно сделать! В действительности, Моффат (упомянутый выше), сделал вариант теории, которая работает. Хотя она исключительно запутана математически, он смог получить такую двойную форму гравитации массы без использования темной материи. Конечно, она не локальна, но по крайней мере возможна.

Но, как по мне, там есть две интересные вещи, которые достаточно убедительны, чтобы похоронить всю идею. Подумайте о следующем: как бы выглядело это скопление до столкновения? Гравитация (синий) и нормальная материя (розовый) должны были бы точно соответствовать друг другу. Но после столкновения, они уже не совпадают. Посмотрите на анимацию внизу (дважды щелкните на изображении, чтобы начать/остановить анимацию):

Та же самая измененная теория нелокальной гравитации не работает до столкновения! И это приводит нас к третьему - и на мой взгляд, самому смертельному - возражению против модифицированной гравитации вместо темной материи.

3.) Вам придется или построить отдельную теорию для каждой новой геометрии столкновений кластеров, включая состояние кластера до и после столкновения, или в любом случае использовать темную материю для измененной теории гравитации. Поэтому все что вам нужно - отказаться от измененной теории гравитации? Второй пример сталкивающихся скоплений галактик. Если вам нужна еще одна теория гравитации, несовместимая с первой - значит, измененная теория гравитации не ответ.

Вот, скажем привет кластеру MACS J0025, в оптических лучах:

в рентгеновских:


по данным гравитационной линзы:


и теперь все вместе.

Конфигурации не совпадают - значит, или вам нужна еще одна теория нелокальной измененной гравитации для каждого сталкивающегося кластера во Вселенной или вам нужна темная материя.

Нет, возразите вы, мы не знаем, что из себя представляет темная материя, но нам она нужна. Когда я буду писать часть 4, то пройдусь по наилучшим кандидатам на ее роль, и расскажу, почему я выбрал именно их. Тем временем, вы уже убедились, что нам нужна темная материя, и если да, что вас в моих рассуждениях убедило? Если нет, что показалось неправильным?

Знакомьтесь: Меркурий собственной персоной

Компиляция из блогов SciBuff.com и SpaceFellowship
30 сентября 2009 года

Аппарат MESSENGER, несмотря на неожиданный переход в безопасный режим, все-таки смог передать изображения поверхности Меркурия.

Космический аппарат MESSENGER, запущенный 3 августа 2004 года - первая миссия к Меркурию за последние 30 лет. Вчера аппарат пролетел на высоте 228 км от поверхности самой ближайшей к Солнцу планеты Солнечной Системы с относительной скоростью 5.28 км/с. Третий и последний гравитационный маневр замедлил космический аппарат и поместил его на траекторию выхода на расчетную орбиту Меркурия 18 марта 2011 года.

Вчера космический аппарат достиг Меркурия, сделав этот замечательный снимок, который показывает часть поверхности планеты, не снятой во время трех пролетов Маринера 10 в 1974-75 годах и ранними пролетами MESSENGER в 2008 - Credit: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington

Северный горизонт Меркурия вырезает жесткую линию, контрастирующую с чернотой космоса - Credit: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington

После получения первых снимков, 29 сентября аппарат внезапно перешел в безопасный режим непосредственно перед проходом через точку наибольшего сближения с поверхностью Меркурия. Хотя приборы продолжали работать во время движения, после перехода в безопасный режим, данные перестали поступать.

Это означало, что ожидаемые научные исследования не были выполнены. Однако, как было отмечено Эмили Лакдавалла (Emily Lakdawalla), более важная цель пролета - гравитационный маневр для выхода на стабильную орбиту в 2011 году, была достигнута, и значит, пролет был успешным. В дополнение к этому были получены снимки участков, которые до этого оставались недоступными.

MESSENGER проскользил на высоте всего 228 км над поверхностью Меркурия и затем обогнул планету сзади, маневрируя в ее гравитационном поле. Во время этой операции 5 сотрудников миссии вели трансляцию в Твиттере. Жене Гордон (Gene Gordon - Porchdragon на Твиттере) сообщила, что совершенно неожиданно непосредственно перед вхождением аппарата в "мертвую зону" над обратной стороной Меркурия сигнал прервался: “Внезапно в комнате стихло, люди сгрудились около компьютеров. Только что произошла неожиданная потеря сигнала. Повисло нервное напряжение.”

Команде MESSENGER пришлось ждать более 50 минут пока аппарат появился из-за диска Меркурия, затем контакт возобновился и пришло облегчение. На утро среды аппарат функционирует нормально, а причина потери сигнала остается неясной.

Анимация миссии Messenger

Обновление от 1 октября - еще снимки Меркурия

Смотрим на необычно яркое пятно на поверхности. Интересно то, что это место - впадина, а не вершина, то есть повышенная яркость вряд ли есть какой-то эффект освещения.



А вот еще снимок - отпечаток лапы! :)


Больше снимков можно увидеть на сайте миссии.

Меркурий: 30 лет спустя from DrMichael on Vimeo.

ГОЧЕ начал поставлять данные

Новости ЕКА,
30 сентября 2009

Спутник ЕКА ГОЧЕ перешел в режим измерений, для картографирования крохотных вариаций гравитации Земли с непревзойденной точностью.

‘Исследователь гравитационного поля и стабильных океанских течений’ ГОЧЕ (итал.- GOCE) запущен 17 марта с севера России (прим.перев. - запуску и первым дням ГОЧЕ посвящена целая серия материалов нашего сайта. Теперь начато получение данных, которые помогут лучше понять гравитацию Земли.

Часто предполагается, что гравитация действует одинаково везде на Земле. Однако, вследствие различных факторов - вращения, существования гор и океанских течений, а также вариаций плотности внутри Земли, эта фундаментальная сила может различаться в разных местах земной поверхности.

Создание карты гравитационного поля

В течение двух полугодий ГОЧЕ будет заниматься картографированием этих тонких вариаций с исключительной степенью детализации и точности. В результате будет построена уникальная модель "геоида" - поверхности идеального глобального океана, находящегося в состоянии покоя.

Точное знание геоида важно для точного измерения циркуляции океана и изменения уровня моря, на что сильно влияет климат. Данные от ГОЧЕ также очень нужны для понимания процессов, происходящих внутри Земли. В дополнение к этому, геоид, построенный на основе данных ГОЧЕ будет служить практическим задачам.

Старт ГОЧЕ

Спустя немного менее 6 месяцев после запуска, ГОЧЕ поставляет первые данные, которые будут затем использованы для построения первой подробной карты гравитационного поля Земли. Перед началом работы, спутник тщательно тестировался. Его также перевели с высоты 280 км на более низкую орбиту 255 км, которая считается исключительно низкой как для спутника наблюдения Земли.

В течение 3 месяцев после запуска, спутник калибровался и готовился к наблюдениям. Эти процедуры включали тестирование продвинутого ионного двигателя, который поддерживает стабильность его орбиты и высокочувствительного градиометра - прибора, определяющего гравитационное притяжение Земли.

ГОЧЕ на орбите

С приближением к Земле, сила притяжения становится сильнее, поэтому ГОЧЕ был разработан так, чтобы находиться на самой низкой возможной стабильной орбите, пролетая через верхние разреженные слои атмосферы. Для уменьшения трения и обеспечения правильных измерений гравитации, необходимо сохранять состояние свободного падения спутника. Любое сопротивление остающегося на этой высоте воздуха может потенциально искажать данные о гравитации.

Аэродинамический дизайн ГОЧЕ помогает этому уникальному спутнику преодолевать остатки атмосферы на этой исключительно низкой высоте. В дополнение к этому ионный двигатель генерирует крошечные импульсы, чтобы компенсировать трение.

Космическая градиометрия и использование сложного электронного двигателя - первые в своем роде в спутниковых технологиях, поэтому подготовка и калибровка были особенно важны для успеха всей миссии. Эта фаза была закончена летом, подготовив ГОЧЕ к переводу на рабочую высоту, что заняло пару месяцев.

Внутри ГОЧЕ

“Вы не захотите поместить спутник подобный ГОЧЕ на высоту измерений с первого дня,” комментирует Майкл Ферингер (Michael Fehringer), Системный Менеджер ГОЧЕ из ЕКА. “Нам требовалось еще время для проверки спутника перед тем, как пойти на риск и поместить его ниже точки, где ионный двигатель еще мог бы компенсировать атмосферное трение. Поэтому, при запуске мы поместили его на предварительную орбиту на высоте на 25 км выше, чем рабочая. После подготовки, мы переместили его на текущую орбиту в 225 км, которой достигли 13 сентября. После этого включился ионный реактивный двигатель, теперь мы находимся в режиме без трения, и готовы начать работу.”

ГОЧЕ противостоит трению

Получилось так, что солнечная активность сейчас очень мала, что означает более спокойную окружающую среду для ГОЧЕ. Поэтому, текущая орбита радиусом 255 км немного ниже, чем планировалось изначально. И это хорошие новости - потому, что гравитационные измерения, проводимые в настоящий момент будут еще точнее.

И сейчас ГОЧЕ, с расправленными солнечными панелями, по-настоящему начинает свою миссию по определению земной гравитации с уникальной точностью.

Рун Флобергаген (Rune Floberghagen), менеджер миссии ГОЧЕ, ЕКА, говорит: “Завершение подготовки и первая полетная калибровка отмечает важную веху миссии. Теперь мы переходим к научным операциям, ожидая получить и обработать великолепную трехмерную информацию о структуре гравитационного поля Земли.”