Радиоастрономы обнаружили звездное трио, которое поможет проверить Общую теорию относительности Эйнштейна. Этим занимаются астрономы из института им. Макса Планка в германском Бонне. Они изучают пульсар, находящийся на орбите двойной звездной системы.

Двойные звезды - весьма распространенное явление во вселенной. Так называют две звезды, находящиеся на небольшом расстоянии друг от друга и вращающиеся вокруг общего центра масс. Например, ближайшая к Солнцу звезда Альфа Центавра является двойной (или даже тройной, если посчитать красного карлика Проксиму Центавра) звездной системой.

По своей природе пульсар представляет собой нейтронную звезду - остаток после взрыва сверхновой. Этот взрыв когда-то в прошлом завершил жизнь массивной звезды. Хотя плотность вещества на месте взрыва сверхновой была недостаточна, чтобы превратить ее в черную дыру, ядра атомов в ней сжались до потери структуры. В результате, образовалась однородная сфера из нейтронов - нейтронная звезда.

Пульсарами становятся те нейтронные звезды, в которых магнитное поле наклонено по отношению к оси вращения. Этот наклон вызывает периодические вспышки и затухания видимого излучения (отсюда и название). Ученым же особо важен тот факт, что периодичность пульсаров соблюдается очень точно и не уступает по устойчивости атомным часам. Благодаря этому свойству астрономы могут определить, живет ли далекий пульсар самостоятельно или находится на орбите другой звезды. Вращаясь вокруг определенной точки, пульсар регулярно приближается к Земле и удаляется от нее. В результате, как это предсказано эффектом Допплера, частота его излучения увеличивается и уменьшается. По статистике, примерно 80% пульсаров, вращающихся с большой частотой, имеют звезду-компаньона.

Пульсар PSR J0337 +1715 был обнаружен американской Национальной Радиоастрономической обсерваторией в Вирждинии в 2007 году. Как вы наверняка догадались, странные колебания частоты пульсара заставили ученых поломать голову. В конце концов, аспирантку из Канады Энни Арчибальд осенило, и ученые получили модель тройной системы из двух звезд и пульсара, которая полностью объясняла аномалии в колебании частоты радиоизлучения. Итак, масса пульсара в 1,4 раза больше массы Солнца. Он вращается вокруг своей оси с частотой 366 раз в секунду и образует тесную систему с белым карликом, который в пять раз легче Солнца. Период обращения пульсара в системе оставляет всего 1,6 дня, что указывает на малое расстояние между ним и второй звездой. Второй белый карлик (0,41 массы Солнца) расположен на удалении и вращается вокруг основной пары с периодом 327 дней.

Ученые полагают, что тройных систем с пульсарами существует очень мало - не более сотни на всю нашу галактику. По мнению немецких ученых, такие объекты дают нам возможность проверить принцип эквивалентности масс из Общей теории относительности. Дело в том, что для описания массы существует две концепции. Инерциальная масса описывает взаимодействие материи с другой материей. Например, толкать коляску проще, чем автомобиль, потому что инерциальная масса коляски меньше. Гравитационная масса описывает гравитационное поле вещества: гиря тяжелее пера, потому что ее гравитационная масса больше. В простейшем виде принцип эквивалентности гласит: инерционная и гравитационная массы равны. У Эйнштейна все немного сложнее. Важнее же то, что по уравнению E = mc2 энергия строго связана с массой. Таким образом, энергия гравитационного поля, в котором находится объект, должна создавать дополнительную массу. Масса объекта при этом возрастает. И согласно сильному принципу эквивалентности, эта "самовызванная" масса должна быть равна инерциальной.

Попытки проверить сильный принцип эквивалентности начались в 1970-х годах. Ученые изучали систему Земли-Луны в гравитационном поле Солнца, системы пульсара и звезды в гравитационном поле галактики, но все измерения были ограничены достижимой точностью. "Самовызванная" гравитация Земли слишком мала - она должна составлять примерно одну миллиардную ее массы, да и энергия гравитации галактики очень слаба. Новая система PSR J0337 +1715 дает гораздо больше возможностей для проверки теории. Индуцированная гравитация пульсара, должна достигать 10% его собственной массы, а гравитационное поле соседнего белого карлика достаточно велико. Отслеживая эволюцию системы, ученые смогут проверить сильный принцип эквивалентности масс в сто раз точнее, чем это было возможно ранее. На эту работу потребуется не более года.

Источник: news.sciencemag.org

Обсудить

Приближающийся год вряд ли станет выдающимся в исследованиях космоса. К сожалению, несколько интересных событий в российской космонавтике было отложено на более поздний срок. Так, первый полнофункциональный исследовательский модуль МКС теперь планируется запустить во второй половине 2015 года, а космический телескоп Спектр-РГ, по всей видимости, не будет отправлен в космос раньше конца 2015 - начала 2016 года. Но и совсем тоскливым наступающий года назвать нельзя.

В кои то веки появился шанс увидеть, как в воздух поднимется ракета Ангара-1.2ПП, самый известный долгострой российской космической отрасли. По последним данным, пуск легкой "Ангары" назначен на лето 2014 года. Других значимых событий в отечественной космонавтике не ожидается, если не считать таковыми весенний-летний запуск научного спутника МГУ "Михайло Ломоносов" (тоже рекордсмен по переносам), а осенью - Электро-Л №2. Этот метеорологический спутник станет преемником и продолжателем дела первого Электро-Л, разрекламированного Зеленым котом. Также можно отметить отправку на МКС новых скафандров для работы в открытом космосе, Орлан-МКС.

В США мы можем в основном надеяться на частный космос. В прошедшем сентябре глава компании SpaceX Элон Маск пообещал продолжить работу по спасению первой ступени (для возможного многократного использования ее в будущем). Следующая попытка управляемой посадки ступени на воду должна состояться уже в феврале.

Продолжается и работа по созданию пилотируемого корабля: на лето запланирован тест системы аварийного спасения Dragon'а. В ходе испытаний ракета-носитель через 80 секунд после пуска инициирует аварийную остановку двигателей, после чего собственные двигатели корабля должны будут увести его в сторону. Затем Dragon опустится на воду на парашюте, как при обычной посадке.

К концу 2014 года компания SpaceX обещала начать стендовые испытания первой ступени своей сверхтяжелой ракеты Falcon Heavy. Первый полет ее может состояться 2015 или, что более вероятно, в 2016 году.

Давайте не будем забывать и о другой частной компании, Virgin Galactic сэра Ричарда Брэнсона. Хотя их туристический корабль SpaceShipTwo и не предназначен для выхода на орбиту, он позволит любому желающему хотя бы на несколько минут попасть в настоящий космос, что вполне можно считать прорывом. Первый полет SpaceShipTwo "за сто километров вверх" должен состояться уже в наступающем году, но когда именно он произойдет - неизвестно.

Осталось обсудить научно-исследовательскую космонавтику. Здесь основные наши надежды связаны с европейским зондом Розетта, который сейчас направляется к комете Чурюмова-Герасименко. Его полет, начавшийся в 2004 году, подходит к завершающей фазе. Процесс сближения и посадки (см. видео) на объект вроде кометы - очень сложная процедура, которая должна совершиться в 2014 году впервые. Уже в январе зонд "разбудят" для проведения проверок. Аппарат приблизится к комете в мае, в конце лета выйдет на ее орбиту и в ноябре, если все пойдет по плану, совершит мягкую посадку.

Американские же исследования сосредоточены в основном на Марсе. Так, ожидается, что марсоход Curiosity в мае-июне достигнет подножья горы Шарп, после чего приступит к основному этапу своей исследовательской программы. Есть надежда, что нас ждет много интересных открытий. Несколько позже, в сентябре 2014 года, к Марсу прибудет орбитальный аппарат MAVEN, запущенный месяц назад. После проведения обычных проверок он займется исследованием марсианской атмосферы.

Обсудить

Две частицы нейтрино сверхвысокой энергии, которые зарегистрировала антарктическая лаборатория IceCube, оказались космического происхождения. Ранеее считалось, что такие частицы образуются в результате взаимодействия космических лучей с атмосферой.

Нейтрино - это стабильные элементарные частицы, не имеющие электрического заряда, но обладающие очень-очень маленькой массой. Основными источниками этих частиц считаются звезды и космическое излучение. Кроме того, определенные типы нейтрино могут образовываться в ходе процессов радиоактивного распада.

Для регистрации нейтрино была построена обсерватория IceCube ("Ледяной куб") в Антарктиде. Обнаружить нейтрино не так-то просто. Они практически не взаимодействуют с веществом. Поэтому хотя ежесекундно сквозь планету и даже сквозь каждого человека пролетают тысячи нейтрино, мы этого не замечаем. Способ регистрации нейтрино основан на эффекте Вавилова-Черенкова. Мы все знаем, что скорость света в веществе может быть меньше скорости света в вакууме. И если это вещество прозрачное (например, лед), а пролетающие в нем заряженные частицы движутся быстрее скорости света в этой среде, возникает свечение. Но вернемся к нейтрино. При столкновении нейтрино с молекулами льда образуются другие частицы – лептоны. Если их энергия (а значит и скорость) достаточно велика, по эффекту Вавилова-Черенкова они начинают излучать фотоны, или, другими словами, светиться. Это свечение и регистрируют датчики IceCube.

Поскольку нужные энергии достигаются редко, ученым приходится увеличивать свои шансы на обнаружение нейтрино простейшим способом – увеличивая объем исследуемого льда. «Ледяной куб» состоит из 86 скважин глубиной от 1,4 до 2,5 километра, и этих скважинах установлены детекторы. В результате под неусыпным надзором ученых находится 1 куб. км льда.

Физиков интересует не столько информация о самих нейтрино, сколько вопрос происхождения космических лучей. Согласно современным представлениям, при предсмертном гравитационном коллапсе звезд возникают мощные всплески гамма-излучения, которые должны сопровождаться выбросами нейтрино и тех самых космических лучей.

Два события, названных учеными "Берт" и "Эрни", были зафиксированы в августе 2011 и январе 2012 года, однако их анализ завершен только сейчас. Энергия каждой из частиц превысила один петаэлектронвольт (10^15), что в 100 миллионов раз больше, чем типичные энергии нейтрино, рождающихся в ходе взрыва сверхновых. Рождение высокоэнергетичных нейтрино является одним из самых спорных вопросов астрофизики. Считается, что такие частицы могут возникать либо в джетах сверхмассивных черных дыр в центрах галактик, либо в результате схлопывания звезд, сопровождаемом гамма-всплесками.

Опубликованные несколькими неделями ранее расчеты указывали на то, что с вероятностью больше 90 процентов все подобные нейтрино будут порождаться при входе протонов в атмосферу. Однако журнал Symmetry magazine сообщает со ссылкой на Курта Вошнага, работающего с детектором физика из университета Калифорнии в Беркли, что дополнительный анализ "Берта" и "Эрни" позволил вернуться к версии об их космическом происхождении.

Если лень читать, ответ в конце :)

Поиски жизни на Марсе начались довольно давно, и причин для этого много. Марс - не только самая близкая к нам планета, он еще и больше похож на Землю, чем остальные планеты. На Марсе продолжительность суток близка к земной, а год составляет 687 наших дней. С физическими характеристиками ситуация не такая радужная. Например, самой близкой к земной атмосферой обладает вовсе даже не планета, а спутник Сатурна Титан - его окружает плотная азотная газовая оболочка. Правда, вместо кислорода вторым по значению газом в атмосфере Титана является метан. На Марсе же атмосфера сильно разряженная, магнитного поля почти нет, и температура воздуха колеблется от -150 до +20 градусов Цельсия. Большая часть поверхности Земли покрыта водой. Тем же могут похвастаться спутники Юпитера, но не Марс. Вода там есть, но в относительно небольших (если сравнивать с Землей) количествах.

Мы давно знаем, что сложные организмы на Марсе существовать не могут, однако там могут быть необходимые условия для жизни бактерий. На Земле то и дело находятся удивительные микроорганизмы, существующие то на дне океанов под громадным давлением, то в абсолютно неосвещенных солнцем условиях. Что-то подобное нам хотелось бы найти на Марсе. И действительно, на глубине нескольких метров под поверхностью Марса есть и вода, и защита от радиации и слишком резких перепадов температур.

Как уже выяснили американские ученые, около двух миллиардов лет назад Марс обладал плотной атмосферой, а его поверхность была покрыта реками, морями и озерами из пресной воды. Мы знаем, что как минимум в прошлом бактериальная жизнь могла существовать на Марсе. А затем произошла планетарная катастрофа. Марс лишился всего, что делало его похожим на Землю, но это не могло случиться за один день. В геологии выделяют "геологически значимое время" и "геологическое мгновение". Если причиной гибельных изменений на Марсе стала внезапная катастрофа, для описания изменений на планете нам потребуется как раз второй термин. Ирония в том, что для геологов мгновение - это тысячи и тысячи лет. Достаточно ли этого времени, чтобы бактерии эволюционировали и приспособились к суровым условиям после комфортных? Ответ, определенно, да.

Вот в чем дело. Нет суровых аргументов ни за, ни против жизни на Марсе. Это вопрос веры. Верите ли вы в то, что жизнь распространена по Вселенной и существует там, где для этого возникают условия? Тогда да, на Марсе была жизнь и, вероятно, должна была остаться. Или же вы считаете, что жизнь уникальна и возникла только на Земле? В этом случае и говорить не о чем.

Осталось обсудить еще один аспект - не наличие жизни, а ее поиски. Американские аппараты исследуют поверхность Марса в поисках сложных органических веществ и не могут их найти. Это серьезный аргумент "против" жизни, но не доказательство ее отсутствия. В конце концов, глубинная марсианская биосфера может быть практически изолирована от безжизненной поверхности. Находящийся на планете марсоход Curiosity не оборудован инструментами для поиска жизни. Более того, чтобы найти ее, ему потребовалось бы проникнуть глубоко под поверхность, а буровая установка марсохода позволяет пробурить грунт только на 5 см.

В 2016 году к Марсу отправится платформа InSight, которая должна пробурить скважину глубиной в несколько метров. Хотя цель миссии - изучение геологии, маловероятно, что американцы упустят возможность поискать что-нибудь органическое на глубине. Надо только иметь в виду, что место посадки выбирается наиболее интересное с геологической точки зрения, да и глубина скважины явно недостаточна, чтобы отрицательные результаты поисков доказали отсутствие жизни. В 2018 году на планету отправится европейский марсоход ExoMars с более скромной буровой установкой (до 80 см). Цель европейской программы - именно поиски жизни (точнее, доказательств ее существования в прошлом). Возможность аппарата перемещаться по поверхности и проводить бурение в различных местах может внушить надежду. Однако не будем забывать, что мягкую посадку европейского марсохода должна обеспечить платформа российской разработки, а за всю историю СССР мы не выполнил ни одной успешной марсианской посадочной миссии.

И вот краткое заключение для тех, кому лень читать длинный текст. Да, жизнь на Марсе вполне может быть. Нет, вряд ли мы сможем найти ее в ближайшие десятилетия.

Обсудить

На днях стало известно, что вот уже год назад созданный и управляемый людьми аппарат покинул Солнечную систему. Долгих 35 лет потребовалось для этого Вояджеру-1. Думаю, после шумихи последних дней описывать историю первой автоматической межзвездной станции и значение произошедшего - это лишнее. Однако мало кто рассказал о дальнейшей судьбе Вояджера.

В ближайшие годы Вояджер продолжит удаляться от Солнца со скоростью 17 км в секунду. Его четырехметровая антенна направлена на Землю и каждый день передает радиосигнал. Вояджер получает энергию от радиоизотопного генератора (РИТЭГа). Источником электричества в нем служит тепловая энергия распада плутония-238, и топлива с каждым годом остается все меньше. Ученые будут отключать один прибор за другим: сначала менее необходимые, затем датчики окружающей среды. В конце концов, останется лишь передатчик, отправляющий нам короткий сигнал. И в 2025 году он замолкнет.

Вояджер лишится энергии и перестанет подавать признаки жизни, но его движение не замедлится. Он будет удаляться все дальше и дальше от дома. Как подсчитали ученые, через 40 тысяч лет Вояджер-1 должен долететь до звезды AC +79 3888, которая находится на расстоянии 17,6 светового года от Солнца (рис. 2). Впрочем, в этих словах есть небольшое лукавство. В момент максимального сближения расстояние между мертвым спутником и звездой составит 1,6 светового года. Для сравнения, за 36 лет пути он прошел только 0,2% св. года. Вояджер пролетит мимо звезды и продолжит свой путь маленького спутника, вращающегося вокруг центра Млечного Пути.

Прогноз ученых основан на точных расчетах, но обязательно ли он сбудется? Возможно, наша двухтысячелетняя цивилизация к тому времени повзрослеет в 20 раз и превратится из младенца во взрослый вид, а свои юбилеи старенький Вояджер-1 будет встречать в музее, удостаиваясь заметок в новостях только к столетиям или даже тысячелетиям запуска. Или же, возможно, через 40 или через 140 тысяч лет какая-нибудь инопланетная цивилизация случайно наткнется на странный маленький аппарат. Существа, которых мы и представить сейчас не можем, с удивлением и любопытством будут рассматривать примитивный кусок металла, запущенный неизвестной цивилизацией, существовавшей тысячи лет назад на планете в местной части галактики.

Обсудить

Приближается 2017 год, на который назначен первый полет американской сверхтяжелой ракеты Space Launch System (SLS). Официальная цель создания ракеты и пилотируемого корабля Orion - полет к околоземному астероиду. С приближением 2020-х годов эта миссия начинает приобретать определенные очертания. Согласно представленному плану, команда из четырех человек отправится в годовую экспедицию к околоземному астероиду для его изучения.

Текущая пилотируемая стратегия НАСА включает три ключевых шага. Первый - EFT-1 (Exploration Flight Test 1). Это беспилотный запуск спускаемого аппарата (капсулы) Ориона на ракете Дельта IV Хэви в сентябре 2014 года. Второй шаг - это первый полет SLS в декабре 2017-го (EM-1, Exploration Mission 1). Беспилотная капсула Ориона совершит облет Луны, который станет репетицией третьего шага (EM-2). В третьей миссии (первая половина 20х годов) НАСА хочет отправить команду из четырех человек к астероиду, который к тому времени будет захвачен и переведен на лунную орбиту.

Первые три полета Ориона утверждены давно, но дальнейшее будущее пилотируемой программы было покрыто туманом. Теперь этот туман начинает спадать. После окончания разработки SLS полезная нагрузка этой ракеты увеличится с 70 до 105 и 140 тонн на низкой орбите. Это даст возможность отправить экспедицию для изучения астероида 2000 SG344. Он находится недалеко от Земли, имеет диаметр около 37 м и массу 71 т. Астероид сблизится с Землей в 2028 году.

Экспедиция начнется с запуска средний версии SLS (105 тонн), которая выведет на высокую орбиту Земли беспилотный модуль REM (Robotics and EVA Module, Модуль для внешнекорабельной и автоматизированной деятельности) и DSH (Deep Space Habitat, Обитаемый модуль для дальнего космоса). DSH с обитаемым объемом 71,8 куб. м и мощными солнечными батареями станет основным местом жительства команды в дальнем космосе. В нем будут размещены каюты экипажа, запасы продовольствия и воды. Для надежности конструкторы разделят DSH на герметичные отсеки (см. рисунки). Модуль REM будет оборудован двумя скафандрами и шлюзом для выхода в открытый космос, а также рукой-манипулятором с захватом, как на МКС. Внешняя обшивка REM должна быть приспособлена для передвижения по ней астронавтов и для крепления инструментов во время работы.

Через 121 день после запуска связки DSH и REM, еще одна 105-тонная SLS выведет Орион с экипажем из четырех человек и разгонным блоком. Корабль состыкуется с DSH, а разгонный блок даст всей конструкции первый отлетный импульс. Второй импульс придаст Орион при помощи двигателей своего служебного модуля. На 202 день после запуска Орион проведет финальную коррекцию скорости и выведет корабль в окрестности астероида.

Изучение астероида займет всего две недели. Затем модуль REM отделится от большого корабля (DSH+Orion), и для астронавтов начнется дорога домой, которая займет еще 153 дня. За два дня до приземления экипаж переберется в возвращаемый аппарат Ориона и начнет самостоятельный полет к Земле. Ровно через 490 дней после начала экспедиции капсула войдет в атмосферу Земли и приводнится в Тихом океане.

Задумка очень амбициозная. НАСА рассчитывает на участие в проекте европейцев (ЕКА как минимум создаст служебный модуль для Ориона, договоренность об этом уже достигнута) и азиатских космических агентств.

Источник: www.nasaspaceflight.com

Обсудить

Осторожно, ниже квантовая механика!

СКП (или SQL, Standard Quantum Limit) - это понятие из квантовой механики. Так называют ограничение в точности измерений, которые проводятся многократно или длительно. Хорошим примером, к тому же подходящим к нашему случаю, является измерение расстояния до некоторой массы с максимально возможной точностью. Для измерения используется луч лазера. Зная длину волны лазера, начальную фазу волны и замерив фазу возвращенного луча, мы можем вычислить точное пройденное им расстояние. К сожалению, давление луча на тело вызовет в нем возмущения на квантовом уровне (квантовые дробовые флуктуации). Чем точнее требуется измерить координату, тем мощнее нужен лазерный луч, и тем больше будут эти самые флуктуации. Такой квантовый шум и создает погрешность измерения.

Фактически СКП является следствием фундаментального запрета квантовой физики - принципа неопределенности Гейзенберга. Принцип неопределенности гласит, что при одновременном измерении двух величин произведение погрешностей не может быть меньше определенной константы. Грубо говоря, чем точнее мы измерим скорость квантовой частицы, тем менее точно можем определить ее положение. И наоборот. Важно отметить, что ограничения на точность измерений, накладываемые СКП, суровее ограничений принципа неопределенности Гейзенберга. Обойти последние в принципе невозможно без разрушения основ всей квантовой механики.

Способ обойти ограничение стандартного квантового предела предложили в американском детекторе гравитационных волн LIGO. Поиск гравитационных волн является одной из важнейших задач современной физики, однако пока что зарегистрировать их не удается из-за слишком низкой чувствительности существующей аппаратуры. Установка LIGO устроена очень просто. Она состоит из двух тоннелей с вакуумом, сходящихся под прямым углом. По трубам проходят лазерные лучи, а в их дальних их концах установлены зеркала (см. рис.). Именно расстояние до этих зеркал и измеряется лазером, как было описано выше. Особое значение имеет пересечение возвращающихся от зеркал лазерных лучей. Между ними возникает интерференция. За счет этого явления лучи либо усиливают, либо ослабляют друг друга. Величина интерференции зависит от фазы лучей, а значит и от пройденного лучами пути. Теоретически такой прибор должен зафиксировать изменение расстояний между зеркалами при проходе через установку гравитационной волны, но на практике точность интерферометра пока что слишком мала.

Для обхода СКП еще около четверти века назад было предложено использовать так называемые сжатые состояния света. Их получили в 1985 году, однако реализовать идею на практике удалось лишь недавно. Большинство источников света, включая лазеры, такое излучение создать не способны, однако при помощи специальных кристаллов физики научились получать свет в сжатом состоянии. Луч лазера, проходящий через такой кристалл, подвергается спонтанному параметрическому рассеянию. Другими словами, некоторые фотоны превращаются из одного кванта в пару запутанных частиц.

Ученые продемонстрировали, что использование квантово коррелированных фотонов позволяет уменьшить ошибку измерений до величины, которая меньше стандартного квантового предела. К сожалению, без специальных знаний очень сложно понять (и, тем более, объяснить), как именно это происходит, но поведение запутанных фотонов как раз снижает тот самый квантовый дробовый шум, о котором говорилось вначале.

Исследователи подчеркивают, что внесенные ими изменения существенно подняли чувствительность детектора гравитационных волн в частотном диапазоне от 50 до 300 герц, который особенно интересен астрофизикам. Именно в этом диапазоне должны, согласно теории, излучаться волны при слиянии массивных объектов: нейтронных звезд или черных дыр.