Конец 2024 года ознаменовался прилётом кометы C/2023 A3 (Цзыцзиньшань — ATLAS), что вызвало шквал публикаций не только в рецензируемой литературе, но и на научно-популярных порталах. Мы тоже не остались в стороне и осветили полевую работу астролюбителей. Сейчас прошло достаточно времени, чтобы осмыслить полученный опыт и сформулировать вопросы, выходящие за рамки технически-прикладной сферы. Ответы на них удалось получить в Крымской астрофизической обсерватории. Её сотрудники заняты непрерывной работой в области фундаментальной науки, реконструкцией уникальных исследовательских инструментов, а также организацией открытых лекториев для всех желающих.
В этом материале мы поговорим о малых небесных телах, что скрываются на границах Солнечной системы, узнаем, что не так с Луной и выясним, с какого планетоида можно уйти пешком. Обо всём этом расскажет научный сотрудник КрАО Сергей Назаров.
Вечер, на который было запланировано интервью с астрономом Сергеем Назаровым, выдался ясным и тёплым. Крымская астрофизическая обсерватория готовилась к рабочей ночи, потихоньку пробуждая телескопы.
Внутри наблюдательной комнаты расположилось множество интересных вещей. В общих чертах рабочее место астронома выглядит так:
В первую очередь нас интересовал сам телескоп «Синтез» — уникальное устройство, прошедшее путь от забвения и консервации до возвращения к работе в качестве актуального научного инструмента. Благо он располагался сразу за стенкой:
Как и любая фундаментальная наука, астрономия отличается комплексным подходом. Начав разговор об одной вещи, мы быстро выяснили, что её сущность трудно раскрыть без понимания контекста. Контекст неизбежно подтягивает аналогии, рассмотрение небесных тел сходного класса и даже отход в смежные дисциплины. Именно так рассказ о кометах может плавно перетекать в следствия Теории относительности Эйнштейна, а химия на поверхности астероидов — в марсианские водоёмы и классификацию экзопланет.
Для удобства читателя этот материал разбит на тематические блоки:
Астероиды, планетоиды, что не так с Луной и причём тут белые дыры
Как и любая фундаментальная наука, астрономия многогранна. Это значит, что можно до бесконечности вглядываться в тайны Вселенной, раз за разом находя новые аспекты казалось бы банальных вещей. Пример тому — Солнечная система. В общих чертах она известна, однако нельзя сказать, чтобы досконально изучена. Её особенная часть представлена астероидами: бесхозными глыбами из камня, льда и железа, которые гравитационно связаны с Солнцем. Кое-где они сбиваются в огромные скопления, что живут по своим законам и контактируют с Землёй постольку-поскольку. Тем не менее, периодически этот контакт случается, приводя к самым разным последствиям. Именно поэтому наш разговор начался с малых небесных тел.
— Чем интересны астероиды с точки зрения профессионала? Почему важно ими заниматься?
— Причин много. Из простых – астероиды могут падать на Землю. Недавно в сети обсуждали прогнозы столкновения Земли как раз с таким астероидом, который в обозримом будущем может на нас свалиться. Изучение астероидов позволяет нам узнавать подробности их орбиты и таким образом прогнозировать вероятность потенциального столкновения с Землёй. Если говорить об академической точке зрения, то раньше астероиды считались обломками больших небесных тел, и что их число ограничивается несколькими тысячами.
Теперь науке известно: астероиды — это небесные тела, достигаемые в обозримом будущем, с которыми можно взаимодействовать. То есть на них можно ставить реальные физические эксперименты, допустим, по изменению орбиты потенциально опасного астероида.
Поскольку астероиды часто покрыты слоем космической пыли, получить данные об их внутренней структуре не так просто. Узнать о ней можно, спровоцировав выброс материала. То есть, ударив по астероиду. Такие опыты не только предложены, но и успешно реализованы.
Подходов, позволяющих исследовать астероид изнутри, очень мало. Ударный — один из лучших. Ну и конечно, астероиды могут рассматриваться как источник пользы для фундаментальной науки, поскольку несут в себе законсервированное первичное вещество, из которого сформировалась Солнечная система.
Дело в том, что многие астероиды или не подвергались плавлению вообще, или подвергались в небольшой степени. Поэтому они сохранили в себе состояние вещества, существовавшее 4.5 миллиарда лет назад. Тогда наша система проходила этап интенсивного формирования. Дальше астероиды менялись совершенно незначительно, особенно на фоне других небесных тел.
Яркий пример небесного тела, которое интенсивно менялось во время эволюции Солнечной системы — Луна. Она пережила множество столкновений за свою историю. Например, есть гипотеза, согласно которой планета Тейя столкнулась с Землёй. Столкновение вытолкнуло на орбиту большое количество горных пород, из которых сформировалась Луна.
Другие объяснения включают в себя гипотезы центробежного отделения, захвата и совместной аккреции, но не ограничиваются ими.
Если рассматривать ударную гипотезу, то согласно её положениям произошло двойное плавление вещества: сначала оно плавилось в Земле от удара с другим небесным телом, а после выброса было повторное плавление на орбите. Потом Земля, разогретая после удара, своим излучением тоже могла со страшной силой греть Луну за счёт инфракрасного излучения.
Получается, Луна несет в себе информацию только за последние 3 миллиарда лет. То, что было 4 миллиарда лет назад и раньше, — стёрлось. А с астероидами не так: они мелкие, поэтому многие из них просто не сталкивались ни с чем за время своего существования и сохранили это первичное вещество.
— В рамках оффтопа — как вы относитесь к гипотезе о существовании синестии?
Речь идёт об альтернативном взгляде на происхождение Луны. В кратком изложении она модифицирует ударную гипотезу. Смысл состоит в том, что планета Тейя, по своим размерам приближённая к Марсу, не просто врезалась в Землю, а испарила её. Вещество прошло своеобразную «возгонку» и перешло в состояние перегретого газа, образовав тороидальную структуру. В таком случае Луна образовалась не на орбите Земли, а «внутри» неё.
Синестия не рассеивается в космическом пространстве, поскольку средние скорости атомов в газопылевом облаке не превышают вторую космическую скорость. При таком раскладе они не могут преодолеть гравитационную воронку, образованную общим центром масс. |
— Мы можем рассматривать любые гипотезы, для того и существуют теоретики. Другое дело, что обоснованная гипотеза должна быть проверяема наблюдательным или экспериментальным путем. Сейчас у нас нет возможности проверить это предположение. Мы не видели подобных столкновений, не считая галактик, которые устроены по-другому, поэтому их тороидальные структуры не являются надежным подтверждением гипотезы о синестии. Либо нужно самостоятельно провести эксперимент: что-то с чем-то столкнуть и посмотреть, что из этого выйдет.
Эксперименты по столкновению небесных тел массой в 6,5 🇽 10²³ и 6,0 🇽 10²⁴ кг находятся в ведении астроинженерии, которая недоступна для практического применения. Дело в том, что для смещения объектов планетарной массы необходимо затратить огромное количество энергии. Но даже сообщив планете первичный импульс, экспериментатору придётся очень долго ждать результатов. Небесная механика оперирует временными промежутками в десятки тысяч, а то и миллионы лет. К примеру, Фобос, спутник Марса, приближается к поверхности планеты со скоростью 1.8 метров в столетие. Согласно расчётам, столкновение произойдёт через 43 миллиона лет. Для человека это невообразимый срок, но по меркам Солнечной системы — вопрос ближайшего будущего. Поэтому исследователям остаётся или наблюдать за аналогичными процессами и экстраполировать опыт, или заниматься компьютерным моделированием.
Бывают такие случаи, когда некая вещь, которая математически может существовать в реальном мире, не реализуется за обозримый промежуток времени. Классический пример — белые дыры. Это гипотеза, которой уже 70 лет, но мы их не наблюдаем, хотя математически и физически такие структуры могут существовать.
Белые дыры — такое же предсказание Общей теории относительности, как и чёрные. Современная наука убедительно доказала, что расчётам Эйнштейна можно верить, однако непрерывно излучающих объектов, соответствующих белым дырам, так и не было обнаружено. Одно время кандидатами на эту роль выступали квазары, пока не накопилось достаточно данных об активных ядрах галактик, которыми квазары и являются. Изящный способ разобраться с белыми дырами предлагают Новиков И. Д. и Фролов В. П. в материале «Black Hole Physics: Basic Concepts and New Developments». Согласно их выкладкам, полная карта пространства-времени для ультрамассивного объекта содержит признаки как чёрной, так и белой дыры. |
— Какие условия складываются на поверхности малых небесных тел? Например, если речь идет о ближних спутниках газовых гигантов?
— Навскидку можно назвать Амальтею, Адрастею, Тебу и Метиду. Речь идёт о спутниках, чьи орбиты выступают источником материала для формирования и поддержания паутинного кольца Юпитера. Там наблюдаются уникальные вещи, обусловленные микрогравитацией.
Если спутник быстро вращается, то центробежная сила может быть равна гравитационной, и поэтому тело, которое находится на поверхности, может испытывать почти равенство сил. Достаточно небольшого ускорения, чтобы тело начало свободно двигаться. Чтобы улететь с Земли, современным ракетам приходится набирать большую скорость. В случае с малыми небесными телами такого не требуется из-за микрогравитации, хватит даже импульса прыжка. То есть оттуда можно «уйти пешком».
— Раз эти спутники находятся так близко к Юпитеру, то почему их ещё не порвало его гравитационным полем?
— Они не пересекают предел Роша. Для объектов разного размера и разной плотности, разной внутренней структуры, предел Роша имеет разные габариты. Поэтому если объект мелкий и достаточно плотный, то предел Роша для него будет меньше, чем для крупного и рыхлого. Если объект слишком большой — его порвёт на дальней дистанции, а если маленький — он пролетит внутрь атмосферы Юпитера, как это делал спускаемый зонд миссии «Галилео».
— Какие вещества помимо толинов можно найти на астероидах?
Астероиды формируют уникальные условия на своей поверхности. Микрогравитация, большие дозы ионизирующего излучения от Солнца и других звёзд, а также низкие температуры способствуют протеканию разнообразных химических реакций. По итогу метан и этан полимеризуются в толины — органические сополимеры, обладающие характерным красновато-оранжевым цветом. Некоторые учёные осторожно допускают, что толины могут выступать предшественниками биосинтеза.
— Толины сами по себе не возьмутся. Локальная химия каждого отдельно взятого астероида зависит от веществ, которые изначально есть на поверхности. Самые распространенные из них — железо, углеродные соединения и кремний. Помимо этих веществ, астероид способен содержать что угодно: алюминий или что-то сильно окисленное из-за взаимодействия с диском звезды.
В общем, разнообразия хватает, тем более что тела однородной структуры, как железные астероиды, встречаются редко. А их должно быть много. Это говорит о том, что либо чисто железных объектов у нас мало, либо эти железные астероиды присыпаны пылью, и нам тяжело определить, что они действительно железные.
Но в основном проблемы определения состава и плотности астероидов связаны с тем, что у нас мало данных об их размерах. То есть обычно размеры определяются, если мы берем «среднее альбедо по больнице» для Солнечной системы, применяем его к конкретному астероиду на конкретном расстоянии, и, учитывая его блеск, получаем примерный размер. Естественно, с погрешностью, которая может достигать 50%. Но прелесть вращения в том, что оно позволяет сузить эти широкие рамки размеров и навести какую-никакую ясность.
— Могут ли существовать протяженные пещеры на астероидах вроде тех, что, возможно, находятся на Гиперионе?
— Чтобы однозначно выяснить, есть ли пещеры на астероиде, следует знать, какая у него плотность на разных глубинах. Для этого можно использовать радиолокатор. Таким образом «просвечивали» Марс. Так было выяснено, что на глубине 1.5 км под Южной полярной шапкой существует постоянный водоём.
Дополнительный метод поиска полостей — ударный. Для этого в теории можно ударить астероид чем-то плотным и оценить, как изменяется прохождение сейсмических волн. Разные среды по-разному проводят механические колебания. Анализируя их динамику, можно с уверенностью заключить, сквозь что проходили сейсмические волны: камень, лёд или полость.
— Если говорить о математике, то известно по крайней мере два случая, когда открытие сначала делалось математически, а потом его подтверждали наблюдательными методами. Это открытие спутников Марса, которое произошло на кончике пера, и предсказание существования Нептуна. Имеются ли в астрономии другие примеры таких событий?
— Да, в случае с Нептуном всё обстояло именно так. А еще астрономы теоретически рассчитали пределы массы для белых карликов и нейтронных звезд, а потом уже доказали, что объект на орбите Сириуса — это действительно белый карлик. Когда учёные открыли пульсары, то лишь потом было доказано, что они являются теми самыми нейтронными звёздами.
Подробнее о пределе Чандрасекара и поведении пульсаров мы рассказывали в публикации «Куда уходят звёзды: сверхновые события, химия нейтронных звёзд и массовые вымирания» |
Сумеречное пограничье пояса Койпера
От астероидов мы перешли к другой, не менее интересной теме: местах, где они обитают. В грубом приближении астероиды занимают промежуточное положение между настоящими планетами и пылью. Из этого следует: стабильных орбит для астероидов не так уж и много, особенно когда речь идёт о сформированной звёздной системе.
Планеты расчищают собственные орбиты ещё на ранних этапах эволюции, стягивая на себя первичное вещество или же выбрасывая его. Астероиды, которых не удалось поглотить или выкинуть, становятся троянцами: малыми небесными телами, что находятся в орбитальном резонансе 1:1 по отношению к планете. Говоря более простым языком — они как бы «бегут» впереди и позади планеты, не падая на неё.
Тем не менее в Солнечной системе существуют уникальные заповедники астероидов: Главный пояс, подробно разобранный в одном из прошлых интервью, и более удалённые регионы. На них и будет сосредоточено основное внимание.
— Где проходит граница между поясом Койпера и облаком Оорта?
— Эту границу трудно выделить физически, потому что пояс Эджворта-Койпера плавно переходит в облако Хиллса, а то — в облако Оорта.
Из этого может показаться, что мы говорим о трёх разных вещах, но дела обстоят иначе. Одни названия в астрономии имеют историческое происхождение, а другие напоминают о людях, которые разными методами исследовали одну и ту же область. В данном случае — часть Солнечной системы, лежащую за орбитой Нептуна.
Астрономия — всё-таки командная работа, так что над наблюдениями, сбором информации и анализом полученных данных работают целые группы учёных. Кеннет Эджворт, Джерард Петер Койпер, Джек Гилберт Хиллс и Ян Хендрик Оорт сумели доказать, что на границе Солнечной системы не просто могут, а по-настоящему существуют небесные тела.
Фактически в поясе Койпера уже есть десятки обнаруженных объектов, а неизвестных там — многие миллиарды. Это неизбежно вытекает из положений об эволюции Солнечной системы, согласно которым за орбитой Нептуна располагается огромное скопление невостребованного материала.
Современные телескопы видят относительно крупные объекты, а вот распознать булыжник на расстоянии 30-55 астрономических единиц от Солнца крайне сложно. Тем не менее скоро количество выявленных астероидов пойдет на сотни, дело за накоплением статистики наблюдений.
А вот об облаке Оорта сказать трудно, потому что мы видим лишь тела, которые находятся достаточно близко к Земле. Тем не менее их афелии могут находиться в облаке Оорта, так что они путешествуют между поясом Койпера и облаком Оорта, ещё раз подтверждая, что резкой границы нет и быть не может.
В астрономии афелий и перигелий — точки максимальной и минимальной удалённости тела от Солнца.
Существуют два способа «контакта» между Землёй и удалёнными транснептуновыми объектами. Это непосредственное наблюдение тела в телескоп и прибытие комет. Далеко не каждое тело, происходящее из пояса Койпера, является кометой. Тем не менее, комет среди этих «гостей» хватает. Дело в том, что на большом удалении от Солнца складываются условия для формирования тел в основном из водяного, азотного, метанового и углекислотного льда. Когда такой объект приближается к звезде, то вслед за ним образуется хвост из потревоженных газов. Кометы бывают долгопериодические и короткопериодические. Долгопериодические кометы проходят перигелий реже, чем 1 раз в 200 лет. Короткопериодические — соответственно, имеют орбитальный период в 200 лет и менее. |
— То есть речь идет в основном о долгопериодических кометах? По современным сведениям, они могут находиться в так называемых «точках стояния». Какая у них скорость относительно друг друга?
— Прежде чем подбираться к теме комет, нужно сделать акцент на критически важном аспекте: орбите. Во многом от орбиты зависит то, как часто комета становится наблюдаемой, каким образом себя ведёт и что за информацию может сообщить.
Орбиты долгопериодических комет сильно вытянутые. Такие траектории обладают замечательным свойством: у тел, что движутся по ним, скорость движения в перигелии очень сильно отличается от того же показателя в афелии. И чем сильнее вытянута орбита, тем сильнее это различие. Когда тело в перигелии приближается к области планет-гигантов, то гравитация разгоняет его до 5-10 км/с относительно Солнца.
А в случае с афелиями, там скорость почти нулевая, буквально метры в секунду, а некоторые особенно отдаленные тела двигаются со скоростью сантиметров в секунду. Это и можно назвать стоянием, оно связано с вытянутостью орбиты.
Чем дальше тело от Солнца — тем более пологая гравитационная воронка и тем меньше нужна скорость, чтобы тело продолжало двигаться в этой воронке по своей орбите. Но это увеличивает шансы таких тел на то, что они могут быть вырваны из Солнечной системы пролётом какого-то другого тела: например, взаимодействием ядер комет, либо звездой, пролетающей мимо Солнечной системы. Текущие расчеты показывают, что каждые несколько миллионов лет мимо Солнечной системы на масштабах внешнего края облака Оорта обязательно пролетает какая-нибудь звезда.
Что актуально для Солнца — то актуально для других звёзд, поскольку они обладают собственными поясами Койпера и облаками Оорта. Из этого следует, что наша система может не только пополняться чужеродным материалом, но и отдавать свой.
Современная астрономия не располагает достоверными наблюдениями малых небесных тел в других звёздных системах, которые имеют солнечное происхождение. Распознать такой объект даже на околосолнечной орбите — весьма нетривиальная задача. Впрочем, существуют кандидаты на роль «пришельцев»: это некоторые планетоиды пояса Койпера, которые могут происходить из систем других звёзд.
— Может ли Седна считаться одним из тел, «угнанных» Солнцем у другой звезды?
— Такую вероятность нельзя исключать. Седна — очень хороший кандидат. Она достаточно крупная, её орбита вытянутая, но всё дело за статистикой и анализом научных данных.
В такой глуши Седна вполне может испытывать гравитационное влияние со стороны других звёзд. Из этого следует: ничто не мешает Седне быть захваченной Солнцем из чужого пояса Койпера, хотя убедительных доказательств этому на данный момент не существует. Альтернативные объяснения орбиты Седны более экзотические: допускается, что Седна гравитационно взаимодействует с крупной планетой-пастухом, обитающей в поясе Койпера. Чем является этот пастух — пятым газовым гигантом, суперземлёй, мифической Немезидой или даже группировкой первичных чёрных дыр — вопрос дискуссионный и во многом спекулятивный. |
Если телескопы вроде «Джеймса Уэбба» получат широкое распространение, у нас появится больше данных. Другое дело, у «Уэбба» маленькое поле зрения с хорошей проницающей способностью, которую даёт большой диаметр зеркала.
Телескоп «Роман» имеет шансы пополнить эту статистику. Устройство, о котором мы говорим, как «Хаббл» по диаметру зеркала, но при этом у него поле зрения шире в 100 раз, а ещё более высокая чувствительность в инфракрасной области спектра. Именно там «сидит» значительная часть излучения транснептуновых объектов (разнородной категории небесных тел, в которую астрономы относят всё, находящееся дальше Нептуна). Соответственно, новый телескоп обозревает небо гораздо быстрее, чем предшественник. Поэтому «Роман» добавит нам знаний.
— Есть ли в поясе Койпера какие-то необычные объекты, ломающие наши представления о нормальном?
— Тут можно вспомнить комету Чурюмова-Герасименко или контактно-двойной астероид Аррокот, он же Ультима Туле. Эти небесные тела обладают необычной формой. Внешнее строение каждого из них позволяет видеть две части. Такое происходит при непосредственном контакте планетезималей — своеобразных зародышей настоящих планет.
— Как получилось, что две половинки Ультимы Туле образовали сложную структуру, а не рассыпались во время столкновения?
— С большой вероятностью можно говорить о том, что они падали друг на друга в течение длительного времени, как бы вращаясь по орбите. Соответственно, к тому моменту, когда фрагменты планетезимали сели друг другу на поверхность, они обладали малой скоростью в связи с незначительной массой.
То есть если бы, например, Луна падала на поверхность Земли, она бы в любом случае шла с первой космической скоростью, а кинетическая энергия столкновения была бы кошмарная. А если у нас падают две пылинки, то у них гравитационные воронки маленькие, двигаются они с небольшой скоростью, и поэтому прижимаются друг другу плавно. Кинетической энергии — почти ноль. Поэтому с Ультимой Туле такая ситуация: ядра маленькие, что-то вроде 30 километров, и они неплотные, ведь это льды, а не железо.
В академической астрономии существуют понятия льдов и металлов. При этом льды — не обязательно вода в твёрдом агрегатном состоянии, а металлы не всегда соответствуют металлам с точки зрения химии. Для упрощения можно запомнить: льды — всё, что замёрзло и не перешло в состояние газа, а металлом принято называть любое вещество тяжелее гелия и водорода. Такая вот традиция родом из XVIII века.
Вот и получается, что масса маленькая, скорость маленькая, поэтому они очень «нежно» легли друг на друга. Конечно, контакт выделил какую-то часть энергии, и эта энергия, похоже, ушла на частичное расплавление объектов, и поэтому они спеклись.
Аррокот — далеко не единственный транснептуновый объект, отличающийся странной формой. Порою микрогравитация творит чудеса, позволяя существовать самым необычным объектам. Один из примеров — Хаумеа, относительно малоизвестная для широкой публики, но по-своему примечательная. Благодаря поездке в Научный у нас появилась возможность выяснить у профессионального астронома, почему же Хаумеа именно такая. |
— Как астрономы смогли выяснить, что форма Хаумеи должна быть похожа на вытянутое яйцо?
— Наблюдая за тем, как Хаумеа покрывает звезду, становясь на пути её света. Если мы видим, что кривая блеска покрытой звезды сильно переменная, то первый вариант объяснения — перед нами вытянутое тело, а второй вариант — сильнопятнистое тело.
Редко бывает так, что одна сторона астероида очень тёмная, а другая очень светлая. Спутники Сатурна — исключение из-за пыли на орбите. Пятна, как правило, мелкие, поэтому дают мелкую быструю переменность, которая слабо влияет на общую кривую. Поэтому общая кривая, как правило, говорит именно о периоде вращения самого астероида, а не об его окраске.
Наблюдая за тем, как меняется цвет объекта в ходе вращения, можно получить новые данные о распределении вещества на поверхности. Сначала мы наблюдаем астероид без фильтра, и так получается информация о его периоде вращения. Затем мы применяем фильтры, и так узнаём, как именно окрашена поверхность. В справочной литературе есть таблицы, по которым удаётся определить, какие вещества отвечают за конкретные спектры. Это проливает свет на химию астероида.
Подробнее о том, как астрономы открывают малые небесные тела, рассказано в интервью «Сезон астероидной охоты» |
— Пользуетесь ли вы таким методом?
— Да. Сейчас мы с командой запустили два новых исследования. Первое — работа в видеорежиме, который позволяет наблюдать покрытие звёзд астероидами. Второе — работа в фоторежиме, практически обычном поисковом, но с добавлением новой информации о том, как меняется яркость астероида в ходе наблюдательной ночи.
Фоторежим позволяет наложить ограничение на размер астероида, если он до сих пор неизвестен, и на альбедо, если, напротив, известны какие-то данные о размере и плотности астероида. Объекты, которые рассыпались или как-то взаимодействовали, вращаются медленно. Объекты, что сохранили свою вращательную способность, вращаются достаточно быстро.
Есть достоверная корреляция между тем, как вращаются крупные и мелкие тела. Как правило, крупные тела вращаются медленно, а мелкие тела — быстро. Поэтому знание о вращении астероида дает полезную информацию о его диаметре, внутренней структуре и даже эволюции.
Оумуамуа: гость из других миров
Существование пояса Койпера позволяет предположить, что у других звёзд есть аналогичные области с похожими процессами. Объекты межзвёздного класса вызывают интерес как у учёных, так и у любителей астрономии. Их появление доказывает, что такие события возможны в природе и теоретически повторяемы. Хотя межзвёздные путешествия пока фантастика, изучение этих объектов даёт ценные данные о веществе из других звёздных систем.
— Существуют ли достоверно известные астероиды внесолнечного происхождения?
— Есть несколько комет на параболических орбитах, которые покидают Солнечную систему после взаимодействия с Юпитером. То есть речь идёт об естественном гравитационном манёвре, который заканчивается выбросом тела за пределы гравитационной воронки Солнца. Те объекты, что прилетели к нам, и мы их видели — только Оумуамуа и комета Борисова.
Еще было наблюдение высокоскоростных болидов в земной атмосфере. Был даже один случай, когда астрономы надежно установили, что объект, влетевший в земную атмосферу, был действительно межзвёздным, но вещество упало куда-то в океан. Даже были наблюдения камеры на БТА, они надёжно фиксировали высокоскоростные метеоры со скоростью до 200 км/с, до которой можно разогнаться только в межзвёздных масштабах, потому что в Солнечной системе гравитационная воронка слишком пологая, и тело на такой скорости «выскакивает» вне зависимости от вектора движения.
Из этого следует, что межзвёздные расстояния — не такая уж глобальная преграда, и Солнечная система непрерывно обменивается веществом со своими соседками. Наша звезда, как и значительная доля соседних, образовалась из единого газопылевого облака. Его оставила Коалиткуэ — звезда главной последовательности, чья масса превышала солнечную по меньшей мере в 30 раз.
— Есть ли другие известные представители межзвёздного класса кроме Оумуамуа и кометы Борисова?
— Ни одного. Известны только эти двое. С другой стороны, некоторые кометы демонстрируют параболическую форму орбиты за счёт того, что Юпитер выкидывает их из Солнечной системы. Поэтому нужно изначально понимать, какая комета нас интересует: та, что прибыла в Солнечную систему, или та, что улетает из неё.
— Чем является Оумуамуа с точки зрения профессионального астронома?
— Период вращения этого объекта накладывает ограничение на его плотность и структуру. И, судя по достаточно быстрому вращению, Оумуамуа — что-то плотное, то есть не груда камней вроде Итокава или Рюгу, а цельный объект, причем достаточно крепкий. Поэтому Оумуамуа, действительно, может быть астероидом, причём «ледышкой» или «железякой».
Нам очень сложно говорить об этом, потому что в нашей солнечной системе таких вытянутых объектов нет. Есть шанс, что это два объекта, которые когда-то взаимодействовали друг с другом.
— Значит, Оумуамуа произошёл при контакте двух планетезималей?
— Единственное, что не согласуется с предположением о строении Оумуамуа из разных «деталей» — это период вращения, потому что после слияния объекты начинают вращаться значительно медленнее, чего мы не наблюдаем в случае с Оумуамуа. Поэтому, скорее всего, это все-таки цельное тело, которое приобрело высокую скорость и интенсивное вращение за счёт того, что откололось от чего-то в результате удара в своей планетной системе.
Так что общий сценарий такой: в другой звёздной системе происходит взаимодействие: к примеру, удар. Энергии удара хватает для того, чтобы часть материала вылетела из родной системы, долетела до нашей, и мы увидели быстро вращающееся и сильно вытянутое тело.
— Если бы мы оперативно направили миссию к Оумуамуа, то какие данные мы могли бы получить на месте?
— Во-первых, данные про химический состав поверхности, что представляют собой очень ценную информацию. Яркость Оумуамуа была около 22-й звездной величины в пике, а потом объект очень быстро погас, и даже телескопы-десятиметровики не могли получить точной информации. А это значит, что определить класс объектов, к которому принадлежал Оумуамуа, крайне сложно.
По итогу классификацию провели, но со значительной погрешностью. Поэтому полёт на поверхность Оумуамуа дал бы возможность определить класс объекта, а поскольку мы знаем, как эти классы образуются в нашей Солнечной системе, то мы бы могли переложить эти знания на другую звёздную систему и получить новую информацию.
Добавлю: Оумуамуа точно содержит в себе законсервированное вещество, которое способно рассказать много интересного. Если эта штука пережила плавление (а мы достоверного этого не знаем, поскольку не располагаем снимками с ближней дистанции), то изотопный состав рассказал бы об условиях и давности температурного воздействия. Если Оумуамуа не плавился — ещё лучше, ведь тогда у нас на руках было бы «сырое» первичное вещество из другой звёздной системы. Его следовало бы сравнить с образцами, собранными в пределах Солнечной системы.
— У вас в практике бывали случаи, когда не удавалось достоверно классифицировать наблюдаемый объект?
— Первые пять минут. Все-таки сейчас очень много методов, которые позволяют классифицировать объекты. Почти все базы данных и каталоги телескопов открыты, поэтому за пять минут можно найти информацию по координатам. Пример такого софта — Aladin. С её помощью можно одним кликом открыть все доступные публикации. Другое дело, что бывают случаи, когда еще нет точного определения. Например, известно, что это звезда, но неизвестно, какого типа. Такое тоже бывает.
Пример того, как работает программа Aladin
Windows-версия Aladin весит всего 146 МБ, но при работе ощутимо напрягает процессор. Благодаря этому атласу астроном всегда может выяснить, на какой объект наведён его телескоп. Настоящие открытия случаются в тот момент, когда Aladin честно заявляет, что у него нет информации по заявленному небесному телу.
Новые горизонты «Синтеза» и подготовка к поиску экзопланет
Заключающим этапом нашего интервью стали вопросы о том, куда движется проект «Синтез» и ради чего Сергей Назаров затевал столь грандиозную работу. Как выяснилось, многолетний труд преследовал вполне чёткую цель: получить научный инструмент, пригодный не только для рутинных наблюдений за Солнечной системой.
— Какие направления дальнейшей работы вы можете назвать приоритетными?
— Сейчас хочется расширить возможности «Синтеза» до открытия экзопланет. То, что мы сделали фотометрию астероидов и строим кривые вращения, — как раз первый шаг в направлении глубокого космоса.
Всё-таки астероиды часто вращаются с большими амплитудами, а это значит, что ошибки измерения в каждом конкретном кадре астероида не сильно портят общую картину. Мы в любом случае получаем хорошие, качественные данные. Наш софт помогает оценивать погрешность измерения. По результатам такой оценки можно судить, насколько подходят наши инструменты для исследования объектов разных классов.
Единичное измерение даёт информацию о том, какие экзопланеты мы можем видеть. Фактически сейчас, после исправления багов в софте, можно применять этот метод к экзопланетам, ведь они куда более суровы в отношении непосредственного наблюдения, чем близкие и понятные астероиды.
Если астероид может иметь амплитуду в половину звёздной величины, то экзопланета даст изменение блеска своей родительской звезды на пять тысячных з. в. Это сильно усложняет работу, и мы должны быть уверены, что ошибки наших измерений, во-первых, маленькие, а во-вторых, строго определённые. То есть мы должны на каждом конкретном кадре точно знать, какая ошибка измерения в данном случае. Это непростая задача.
Речь идёт о транзитном методе, с помощью которого астрономы открывают экзопланеты. Для начала нужно знать величину блеска звезды. Когда планета проходит перед её диском, заслоняя свет, звёздный блеск падает. Так можно определить не только наличие экзопланеты (или экзопланет, если их несколько) в системе, но и их радиус.
— Какую планету вы можете распознать, имея нынешние ресурсы «Синтеза»?
— Сейчас тяжело сказать, это покажет эксперимент. Но сейчас мы уже точно можем заявить, что оба наших телескопа, «Синтез» и «Гиперстар», смогут открывать горячие юпитеры. Это самое лёгкое, потому что там могут быть амплитуды переменности блеска звезды вплоть до одного процента.
Горячие юпитеры — класс экзопланет, наиболее доступный для наблюдения. Эти планеты обладают массой на уровне юпитерианской и находятся очень близко к звёздам. В данном случае «очень близко» подразумевает расстояние, которое на порядок меньше дистанции Меркурия до Солнца. Соответственно, на горячих юпитерах стоит невероятная жара до 2000°C, а год может длиться всего 16 часов. Пример такого объекта — TOI-2109 b, расположенный в 855 световых годах от нас. |
Эту планку мы точно превзошли для звезд тринадцатой звёздной величины. То есть всё, что ярче тринадцатой — мы там увидим горячий юпитер, всё, что слабее четырнадцатой звёздной — там горячий юпитер у нас на пределе. Поэтому планеты земного типа, даже если что-то будет очень удачное, мы на данном этапе сможем увидеть только у самых ярких звёзд, на восьмой или девятой з. в. Это, конечно, маловато.
— Если говорить про планеты земного типа, где проходит граница между мининептуном и супер-Венерой?
— Эта граница весьма размыта. Мининептун переходит в супер-Венеру, а супер-Венера отличается от сверхземли с очень большим трудом. Данных слишком мало. Особенно важно иметь сведения о средней плотности планеты, а такое есть далеко не всегда. Мы можем, например, определить орбиту, на которой находится этот объект, а сказать точно про массу гораздо сложнее. Тут можно говорить про массу в среднем, то есть брать «среднее альбедо по больнице», применять его к этой планете и отсюда вытаскивать его среднюю массу, но здесь погрешность будет крайне большая.
Из этого видно, что классификация экзопланет — крайне сложное дело. Начнем с того, что газовые гиганты вроде Юпитера находятся чуть ниже границы, при пересечении которой объекты «переходят» в звёздную лигу в роли субкоричневых карликов, на которых уже могут протекать малопродуктивные термоядерные реакции с участием дейтерия
— Лично для вас поиск экзопланет — это вопрос профессионального интереса или составление каталога ради потомков, которые имеют шансы туда направиться?
— Я, прежде всего, составляю каталог на будущее для нашего метрового телескопа, который мы всё-таки сделаем, и который сможет более детально изучить все эти объекты. Потому что здорово, когда ты получаешь возможность изучать объекты, открытые тобой, и изучить их детально.
Ну а дальше, конечно, можно рассматривать эти открытия как возможность для всех остальных: кто-то применит к ним чисто академический интерес, посмотрит на экзопланету с фундаментальной точки зрения, а особо удачные экзопланеты, может быть, кто-то будет рассматривать для космической миссии.
А ещё есть такое понятие, как популяризация, и если мы открываем что-то интересное, пусть недостижимое прямо сейчас, то никто не мешает нам помечтать. Например, посчитать, сколько триллионов долларов нужно, сколько лет нужно, чтобы туда прилететь, когда Россия сделает ядерный буксир «Зевс» и, допустим, за сколько лет этот буксир при постоянном ускорении, используя существующие ядерные реакторы, достигнет выбранной экзопланеты. Это классно, это расширяет наши горизонты познания.
Эта композиция, расположенная на границе обсерватории, выступила своеобразным маяком. Она встречает астротуристов на въезде. Она же провожает, закрепляя полученные впечатления. Благодаря такому вниманию к деталям каждый гость Крымской астрофизической обсерватории понимает: космос всё ближе.
Авторы и источники
Авторы:
Сергей Назаров: провёл исследовательскую работу, отвечал на вопросы, выступил научным консультантом во время подготовки материала;
Никита Игнатенко: брал интервью, выполнил серию репортажных снимков, провёл демонстрацию работы в атласе Aladin.
Источники:
Все иллюстрации взяты из открытых источников и принадлежат правообладателям;
Репортажные снимки из обсерватории сделаны по согласованию с Сергеем Назаровым;
Дополнительная информация приведена в виде гиперссылок;
При интерпретации поведения чёрных дыр использованы материалы Frolov V. P., Novikov I. D. Black Hole Physics: Basic Concepts and New Developments (англ.). — Springer, 1998. — P. 580—581. — ISBN 978-0792351450.
Автор: Никита Игнатенко
НЛО прилетело и оставило здесь промокод для читателей нашего блога:
—15% на все тарифы VDS (кроме тарифа Прогрев) — HABRFIRSTVDS