10 тайн Солнечной системы

2015-06-06 | 12:48 , Категория фото


Несмотря на тонны информации, которую мы получили с помощью телескопов и полётов в космос, наша Солнечная система таит ещё множество загадок. Иногда кажется, что чем больше мы узнаем, тем больше новых тайн появляется.

Невидимый экран, окружающий Землю

В 1958 году Джеймс Ван Аллен из Университета штата Айова обнаружил пару радиационных поясов, внутренний и внешний. По форме похожие на пончик, кольца находятся над Землей на высоте до 40000 километров, и состоят из высокоэнергетических электронов и протонов. Магнитное поле Земли удерживает эти радиационные пояса на месте, но они сжимаются и вибрируют по мере необходимости, реагируя на выбросы солнечной энергии в нашем направлении.

В 2013 году Дэниел Бейкер из Университета Колорадо обнаружили третью структуру между внутренним и внешним радиационными поясами Ван Аллена. Бейкер характеризует эту структуру как «защитное кольцо», которое то появляется, то исчезает, усиливая или ослабляя невидимый щит в случае необходимости блокировки «электронов-убийц». Эти электроны, которые могут быть одинаково опасны для астронавтов и спутникового оборудования, проносятся вокруг Земли со скоростями более 160000 километров в секунду во время больших солнечных штормов.

На высоте чуть более 11000 километров на внутренней стороне внешнего радиационного пояса формируется плотное образование, блокируя всякие попытки электронов проникнуть вглубь нашей атмосферы.

«Это похоже на то, как если бы электроны натыкались на стеклянную стену», — сказал Бейкер – «Мы видим невидимый щит, блокирующий эти электроны, подобно щитам, создающим силовые поля в «Звёздных путешествиях», которые использовались для отражения инопланетного оружия. Это очень загадочное явление».

Ученые разработали несколько теорий, объясняющих происхождение этого щита. Но до сих пор ни одна из них не подтвердилась полностью.

Аномалии облёта

С тех пор, как мы начали исследование космоса, наши космические корабли совершают полёты с целью использования гравитационной энергии планет или Луны для увеличения собственной скорости во время космических путешествий. Эти манёвры используются достаточно регулярно, чтобы запускать спутники на более большие расстояния в Солнечной системе. Но ученые не научились точно просчитывать эти приросты скорости. Часто появляются крошечные, необъяснимые изменения в скорости, которые уже окрестили «аномалией облета».

Сегодня наше оборудование позволяет определить точную разницу в скоростях при облётах Земли. Аномалии варьировались от снижения скорости на 2 мм в секунду у спутника НАСА «Кассини» в 1999 году до повышения скорости на 13 миллиметров в секунду у спутника НАСА по изучению астероидов в 1998.

«Эти отклонения не могут серьезно повлиять на траектории космических аппаратов», — говорит Луис Аседо Родригес, физик из Политехнического университета Валенсии. «Тем не менее, хотя они, казалось бы, небольшие, очень важно установить чем они вызваны , особенно в нынешнюю эпоху точного исследования космического пространства».

Ученые предложили несколько гипотез — от солнечного излучения до темной материи, образующейся под действием силы тяжести нашей планеты. Но загадка остается неразгаданной.

Большое Красное Пятно Юпитера

«Большое Красное Пятно Юпитера» скрывает, как минимум, две тайны. Первая загадка на которую не могут найти ответ ученые, как удаётся этому циклону появляется снова и снова. Фронт этого сильного шторма настолько широк, что превышает размер Земли, по крайней мере, вдвое. «Исходя из текущих теорий, «Большое Красное Пятно» должно было исчезнуть после нескольких десятилетий», — сказал Педрам Гасанзаде из Гарвардского Университета, — «Вместо этого, он существует там в течение сотен лет».

Есть несколько теорий, объясняющих его долговечность. Первая — что «Красное Пятно» с течением времени поглощает мелкие вихри, благодаря чему получает энергию. Гасанзаде в конце 2013 г. предложил другую: — в вертикальном потоке обоих вихревых движений (холодных газов со дна и горячих газов сверху вниз) часть энергии в центре вихря возобновляется. Но ни одна теория полностью не решает эту проблему.

Вторая тайна «Большого Красного Пятна» — что является источником его поразительной окраски. Одна теория утверждает, что красная окраска вызвана химическими веществами, которые, поднимаясь с поверхности Юпитера, становятся хорошо видны, достигнув облаков. Но некоторые ученые утверждают, что движение химических веществ внизу должно было бы создать еще более красные пятна, а также вызывать покраснение и на других высотах.

Последняя гипотеза, что «Большое Красное Пятно», образовывается подобно «загару» на верхнем слое облаков с белыми или сероватыми облаками снизу. Ученые, которые выдвинули эту теорию, считают, что красный цвет происходит от игры ультрафиолетовых лучей Солнца, преломляющихся при прохождении через слои аммиака и ацетилена в верхних слоях атмосферы Юпитера. Они проверяли наличие этого эффекта на молекулах различных элементов. В одном из тестов цвет стал ярко-зеленым. Таким образом, результаты этих исследований должны показать, насколько верна их теория о химическом составе облаков.

Прогнозы погоды на Титане

Как и Земля, Титан имеет различные времена года. Это потому, что Титан имеет плотную атмосферу. Это единственный спутник в нашей Солнечной системе, который может претендовать на такое заявление. Каждый сезон длится около семи земных лет, так как период обращения Сатурна вокруг Солнца занимает около 29 земных лет.

Последняя смена сезона произошла в 2009 году. В Северном полушарии зима сменилась весной, в то время как в Южном полушарии, лето пошло на закат. Но в мае 2012 года, во время осеннего сезона в Южном полушарии, мы получили изображения с космического аппарата НАСА «Кассини», которые показали огромный полярный вихрь (или закрученные облака), образующиеся выше Южного полюса Титана. Ученые были озадачены, потому что вихрь возник на высоте около 300 километров поверхностью спутника, — это область, которая должна была быть слишком высокой и слишком теплой для образования такого явления.

Анализируя спектральные цвета солнечного света, которые отражаются от атмосферы Титана, они смогли увидеть следы замороженных частиц цианида водорода (HCN), токсического соединения. Это означало, что современные модели Титана оказались неправильными. Для образования этих частиц в верхних слоях атмосферы должно быть холоднее, чем предполагалось — около 100 градусов по Цельсию. Вследствие смены времени года атмосфера в Южном полушарии охладилась быстрее, чем ожидали.

При сезонном изменении погоды циркуляция атмосферных масс направляет большое количество газа к югу, HCN там концентрируется и охлаждает воздух вокруг себя. Кроме того, в зимний сезон ослабевает солнечный свет, что приводит к дальнейшему охлаждению в Южном полушарии.

Это говорит исследователям о том, что они могут раскрыть еще больше тайн в день летнего солнцестояния на Сатурне, который состоится в 2017 году.

Происхождение ультра-высокоэнергетических космических лучей

Космические лучи – это высокоэнергетическое излучение, природу которого мы не в силах понять в полной мере. Одна из самых больших загадок в астрофизике, — где ультра-высокоэнергетические космические лучи возникают и как они используют такую огромную энергию.

Это самые энергоёмкие из известных частиц в нашей Вселенной. Ученые могут отслеживать краткое появление частиц высоких энергий из этих космических лучей. Когда они ударяются о верхние слои атмосферы Земли, образуется взрывной каскад вторичных радиоволн, которые живут не более нескольких наносекунд. Но на Земле мы просто не получаем достаточного количества этих редких частиц с высокой энергией, чтобы выяснить, куда они идут и откуда.

Наш крупнейший датчик на Земле имеет площадь около 3000 квадратных километров, что по размеру примерно сопоставимо с величиной Люксембурга или Род-Айленда. С помощью SKA (Square Kilometer Array — «Квадратная километровая решётка») которая, как ожидается, станет крупнейшим радиотелескопом в мире, ученые намерены превратить Луну в огромный детектор космических лучей. SKA будет использовать всю видимую поверхность Луны, чтобы обнаружить сигналы радиоволн от этих частиц. Ученые должны иметь возможность отслеживать около 165 эпизодов появления этих космических лучей каждый год, а не 15, которые они наблюдают ежегодно в настоящее время.

«Космические лучи с такою энергией настолько редки, что нам нужен огромный детектор, чтобы отследить их сколь-нибудь значительное количество», — сказал д-р Джастин Брэй из Университета Саутгемптона. «Но Луна превосходит любой детектор частиц, который был построен до сих пор. Если мы сможем сделать эту работу, то получим лучший шанс выяснить, откуда и куда они идут».

Радио-тёмные пятна на Венере

Венера имеет горячую, облачную, плотную атмосферу, которая закрывает её поверхность от наблюдения с космических аппаратов в видимом диапазоне. На сегодняшний день единственный способ увидеть поверхность — направить радар сквозь облака и отражать его от поверхности планеты, измеряя высоты. Также мы наблюдаем радиоизлучения от горячей поверхности планеты.

Когда космический корабль НАСА «Магеллан» в последний раз посетил Венеру 20 лет назад, были обнаружены две тайны, которые еще предстоит разгадать. Во-первых, чем выше наблюдаемый на Венере объект, тем лучше (или «ярче») радиоволны отражаются от его поверхности. Нечто подобное происходит и на Земле, но в диапазоне видимых лучей. Это означает, что мы наблюдаем наличие на больших высотах низких температур. Подумайте о том, как тепло на поверхности Земли может перейти в снег и лед на вершине горы. Это наше объяснение происходящему в видимом свете.

Для достижения того же эффекта на Венере, когда мы не можем увидеть поверхность в видимом свете, по мнению ученых, необходимо наличие химических процессов выветривания, которые зависят от температуры или осадков в видетяжелых металлов, которые образуют «металлический» иней.

Вторая тайна заключается в том, что мы получаем радио-тёмные пятна на больших высотах на поверхности планеты. Например, ученые засекли, что мощность («яркость») радиолокационного отражённого сигнала от высоты 2400 метров быстро возрастала до высоты 4500 метров. Но на высотах 4700 метров они получили большое количество чёрных пятен, иногда исчисляемых сотнями. Эти места поглощают радиосигналы.

Яркие вкрапления в F кольце Сатурна

При сравнении последних данных с космического аппарата НАСА «Кассини» с данными НАСА, полученными с аппарата «Вояджер» 30 лет назад, ученые обнаружили резкое снижение ярких вкраплений в F кольце Сатурна (хотя общее число их осталось тем же). F кольцо постоянно меняется, иногда в течение нескольких дней. «Это загадка остаётся для нас неразгаданной», — сказал Роберт Френч из института SETI в Калифорнии.

Некоторые из колец Сатурна состоят из кусков льда, которые могут быть как большими, так и величиной с булыжник. Но F кольцо образуется из частиц льда, которые малы как пылинки (поэтому ученые называют его «пылевое кольцо»). Если вы посмотрите на него, то это вам напомнит легкий туман.

Иногда ледяные частицы неподалёку от кольца слипаются в снежные комки размером с камень, и их называют «мунлетами». Когда эти мунлеты сталкиваются с F кольцом, которое может оказаться на любой орбите, они действуют как бампер машины, распыляя крошки льда среди содержимого кольца. Это и создает яркие сгустки.

Но жизнь и смерть этих мунлетов может вызываться совпадением орбиты Прометея, одного из спутников Сатурна, с F кольцом. Иногда случается, что выравнивание их орбит создаёт мунлеты, а иногда и разрушает те, что уже созданы. Количество мунлетов может непосредственно влиять на количество ярких сгустков. По крайней мере, это одна из теорий.

Другая теория состоит в том, что F кольцо новее, чем мы думали, и возникло в результате разрыва большого ледяного спутника. В этом случае, F кольцо просто меняется по мере своего развития. Наши ученые не смогут определить какая из теорий верна, пока мы с течением времени не получим больше данных при наблюдениях за F кольцом.

Пропавшие гейзеры на Европе

Это еще один интересный факт. В конце 2013 года учёные заявили, что космическим телескопом Хаббл НАСА были обнаружены гейзеры высотой в 200 километров, бьющие в воздух на Южном полюсе Европы, ледяного спутника Юпитера. Казалось, что задача поиска инопланетной жизни потенциально становится легче. Орбитальный зонд, возможно, смог бы пролететь через струю гейзеров и взять образцы с Европы для поисков признаков жизни без посадки на его ледяной поверхности.

Но последующие наблюдения не нашли водяного пара, а повторный анализ старых данных в первую очередь поставил вопрос о том, были ли когда-либо эти гейзеры. Некоторые ученые утверждают, что Хаббл не обнаружил гейзеры в октябре 1999 года и ноябре 2012 года, так что гейзеры на Европе являются временным явлением.

В настоящее время открытие гейзеров окутано тайной. NASA рассчитывает отправить зонд к Европе, чтобы выяснить, являются ли гейзеры реальными, и в дальнейшем определиться с созданием инструментов для исследований.

Выбросы метана на Марсе

Исследовательский марсоход НАСА не зафиксировал постоянного наличия метана на Марсе, но когда он вновь обнаружился после восьми месяцев затишья, ученые снова заволновались. На Земле более 90 процентов метана, находящегося в атмосфере, производится живыми организмами. Вот почему ученые хотят выяснить, откуда появляется метан на Марсе и что иногда вызывает его выброс в атмосферу.

Есть несколько предположений. Одной из них является наличие метаногенов, т.е. микроорганизмов, которые производят метан. Также возможно, что богатые углеродом метеориты попадают в атмосферу Марса, как органические бомбы, и выделяют метан под воздействием экстремальных температур, когда ультрафиолетовое излучение солнца нагревает углерод. Есть еще много других теорий.

Вторая тайна — почему метан с Марса исчезает. Когда космический корабль не смог найти никаких следов метана после того, как он был впервые замечен, это стало какой-то бессмыслицей. Согласно научным данным, насколько нам известно, метан не может исчезнуть в течение нескольких лет. Считается, что в атмосфере он остаётся стабильным в течение приблизительно 300 лет.

Так что поднялся вопрос о том, был ли на вообще газ обнаружен на самом деле. Но некоторые из случайных всплесков оспорить невозможной. Возможно, ветры уносят метан за пределы района поиска, хотя это всё равно не объясняет некоторые итоги исследований, произведённых космическим аппаратом.

Жизнь на Церере

Космический корабль NASA «Даун» достигнет Цереры, карликовой планеты в нашей солнечной системе, размером со штат Техас, в марте 2015 года. Скоро мы узнаем почти все тайны Цереры, так что это верный шанс чем-нибудь нас удивить. В отличие от протопланеты Весты, которую перед этим исследовал «Даун», вблизи Цереры нет метеоритов, которые могли бы помочь нам приоткрыть некоторые секреты заранее.

В то время как Веста в основном сухая, Церера, как полагают, состоит из камня и льда. Возможно, под ледяной поверхностью обнаружится океан. Вода, как полагают, составляют около 40 процентов от объема планеты. За исключением Земли, Церера имеет воды больше любого другого планетарного тела внутри нашей Солнечной системы. Мы точно не знаем, сколько там этой жидкости. Быть может, «Даун» скажет нам, почему на Церере так много воды (если это действительно так), и почему она так отличается от Весты.

И Церера и Веста могут дать важную информацию о жизни на нашей планете. На самом деле, это одна из самых неотразимых тайн Цереры. Есть ли там жизнь, и может ли она там существовать?

Насколько известно нашей науке, есть три основных компонента, необходимых для жизни: источники энергии, жидкая вода и химические строительные блоки, такие, как углерод. В дополнение к наличию воды, Церера расположена достаточно близко к Солнцу, чтобы получать необходимое количество солнечного тепла. Мы не знаем, есть ли на ней внутренние источники тепла. Мы также не можем быть уверены, что она имеет химические вещества для производства той жизни, какой мы ее знаем.

Даже существует теория, что жизнь на Землю, возможно, попала с Цереры. Если Земля была стерилизована в результате ударов других космических тел, а на Церере была жизнь, возможно, что жизнь на Земле возродилась, когда отломившиеся от Цереры осколки попали на Землю.

Перевод: Дмитрий Оськин