Ученые из Университета Пуэрто-Рико в Аресибо предоставили всем желающим возможность увидеть прошлое Земли.
Исследователи опубликовали первый сборник фотореалистичных изображений нашей планеты, такой, какой она была 750 млн лет назад. Сборник VPE (Visible Paleo-Earth) демонстрирует изменение облика Земли и позволяет увидеть эволюцию единственной известной нам обитаемой планеты.
Ученым удалось создать компьютерную модель, которая имитирует спутниковую съемку Земли, начиная с 750 миллионов лет назад и до сегодняшнего дня. На сайте проекта можно увидеть, как изменялись очертания материков, как они заполнялись растительностью и как на планете начали доминировать сложные формы жизни.
Визуализация построена путем сочетания цветных изображений Земли проекта НАСА Next Generation Blue Marble и известной глобальной палеореконструкции Рональда Блэки (Ronald Blakey) из Университета Северной Аризоны и Кристофера Скотезе (Christopher Scotese) из Техасского университета в Арлингтоне.
Целью проекта VPE является создание уникального информативного пособия по эволюции земной географии, климату и жизни, предназначенного для ученых и педагогов. При моделировании особое внимание уделялось точной передаче яркости и предполагаемого цвета поверхности древней Земли. Поэтому VBE предоставляет информацию, которую можно использовать для моделирования и поиска экзопланет, похожих на Землю.
Самым интересным фактом, который бросается в глаза при изучении эволюции нашей планеты, является практически неизменное количество суши. Несмотря на радикальные изменения в очертаниях континентов, на протяжении сотен миллионов лет суша занимала от 10 до 30% поверхности Земли (сегодня 29%).
[highslide]https://sites.google.com/a/upr.edu/planetary-habitability-laboratory-upra/_/rsrc/1290766420271/projects/visual-paleo-earth/PaleoEarth%20500Mya_v02a.jpg[/highslide] Земля 500 млн лет назад
[highslide]https://sites.google.com/a/upr.edu/planetary-habitability-laboratory-upra/_/rsrc/1290766420270/projects/visual-paleo-earth/PaleoEarth%20000Mya_v02a.jpg[/highslide] Земля сегодня
Для создания сборника VPE потребовалось множество часов машинного времени и кропотливой работы студентов из Университета Пуэрто-Рико. Визуализация эволюции нашей планеты стала возможна благодаря наиболее подробным и полноцветным, на сегодняшний день, изображениям поверхности Земли, созданным в рамках проекта НАСА Next Generation Blue Marble. В рамках этого проекта проводятся регулярные фотосъемки поверхности суши, океанов, морского льда и облаков. Для получения детального изображения Земли авторам проекта VBE осталось только "сшить" эту цветную мозаику и добавить палеореконструкцию.
НАСА опубликовало запись мощнейшей "невидимой" солнечной вспышки. По оценке ученых, цунами прошло практически по половине поверхности Солнца.
7 июня 2011 года спутники на околоземной орбите обнаружили вспышку рентгеновских лучей, исходящих из западного края солнечного диска. Вспышку зарегистрировали как явление средней ("М") силы, она действительно казалась заурядной, но только до того момента, пока ученые не просмотрели видеозаписи. Вспышка оказалась уникальным выбросом чернильно-темного вещества, эхо которого прокатилось почти по всему солнечному диску.
"Мы никогда не видели ничего подобного, - говорит физик Алекс Янг (из НАСА). – Казалось, что половина Солнца рвется на куски".
Взрыв был вызван неустойчивостью линий магнитного поля вблизи поверхности Солнца, которые выбросили огромные сгустки темной плазмы, причем некоторые плазменные "капли" были размером с планеты, многие даже больше Земли. Они взлетали и падали на поверхность Солнца словно гигантские бомбы. Некоторые сгустки были похожи на управляемые ракеты: захваченные магнитным полем они улетали в сторону на расстояние в сотни тысяч километров.
Космическая солнечная обсерватория SDO также обнаружила ударные волны, исходящие из места взрыва. Это солнечное цунами прошло практически по половине солнечной поверхности, "раскачивая" линии и петли магнитного поля нашей звезды. Взрыв 7 июня по всей видимости не вызовет большие вторичные взрывы, однако его эхо прокатилось по всему Солнцу.
При просмотре видеозаписи кажется, что все темное солнечное вещество упало обратно на звезду. Однако это не так: вспышку сопровождал значительный выброс корональной массы из атмосферы Солнца. При этом количество вещества, упавшего обратно на Солнце, было примерно равно количеству улетевшего из атмосферы звезды. По оценкам Алекса Янга, облако выброшенной плазмы весило около 4,5x10_15 граммов, что автоматически зачисляет его в 5% самых массивных выбросов за всю историю наблюдений в космическую эру. Для сравнения, самый массивный выброс корональной массы за всю историю весил 1016 граммов, всего в 2 раза больше, чем выброс, который произошел 7 июня.
Возможно, что взрывы, похожие на произошедший 7 июня, на самом деле могут быть совершенно обычным явлением. Дело в том, что до начала работы SDO, космические обсерватории наблюдали за Солнцем с помощью приборов с низкой скоростью съемки или ограниченным полем зрения, поэтому они могли легко пропустить даже такой мощный взрыв. Однако, если это действительно частое явление, то SDO сможет обнаружить и следующие "невидимые" выбросы темного солнечного вещества.
Загадки Меркурия: летучие вещества и сырный пейзаж
Первый крупный пакет данных, полученных от меркурианского орбитального зонда Messenger, весьма удивил исследователей и заставил их отказаться от всех существующих на сегодня теорий о природе этой планеты и ее истории.
Главных сюрпризов два – наличие на поверхности Меркурия летучих веществ и пейзажи. До сих пор считалось, что из-за слишком близкого и поэтому слишком жаркого Солнца эти вещества должны были испариться еще при формировании планеты, и как им удалось сохраниться в этом пекле, остается загадкой.
Правда, вторая загадка – ландшафты, до сих пор нигде не встречавшиеся, - может таить в себе ответ на первую. Оказалось, что в северном полушарии меркурианская поверхность испещрена углублениями, дырами, делающими планету похожей на швейцарский сыр. Эти углубления расположены неравномерно, имеют размеры от нескольких десятков метров до нескольких километров в поперечнике, они покрывают равнины Меркурия, стены кратеров и даже их пики.
В северном полушарии меркурианская поверхность испещрена углублениями, дырами, делающими планету похожей на швейцарский сыр
Происхождение этих углублений непонятно, однако, по мнению Дэвида Блюэтта из Университета Джона Хопкинса, главного автора статьи в Science, это не результат вулканической деятельности. Одна из наиболее вероятных версий формирования этих углублений – сублимация двуокиси углерода, иначе говоря, переход ее из твердого состояния в газообразное. Как считает Блюэтт, это могло произойти в том случае, если под поверхностью Меркурия температуры достаточно низки для того, чтобы сохранять депозиты двуокиси углерода в стабильном состоянии. При превращении в газ двуокись углерода должна улетучиваться с поверхности Меркурия, однако по оценкам, понижение поверхности на один сантиметр через этот процесс должно занимать 70-200 тысяч лет. Тогда получается, что формирование "швейцарского сыра" на меркурианской поверхности началось миллиарды лет назад, в то время как сами углубления выглядят достаточно свежими, нетронутыми ударами метеоритов.
Остается загадкой и общий химический состав планеты, который из-за разогрева Солнцем должен был сильно обедниться за время ее существования. Однако, судя по данным рентгеновского спектрометра, установленного на "Мессенджере", серы там, например, в десять раз больше, чем в земной мантии. Непонятно также и происхождение ядра планеты, очень массивного и богатого железом. Данные, полученные "Мессенджером", заставляют ученых отказаться от всех имеющихся на этот счет гипотез, в том числе и той, согласно которой вначале Меркурий формировался как планета размером с Землю, но потом с чем-то столкнулся и раскололся, сохранив при себе непомерно массивное ядро.
Межзвездные перелеты - не фантастика. Проекты и технологии
Современные технологии и открытия выводят освоение космоса на совершенно иной уровень, однако межзвездные перелеты пока еще остаются мечтой. Но так ли она нереальна и недостижима? Что мы можем уже сейчас и чего ждать в ближайшем будущем?
В процессе исследований с помощью телескопа "Кеплер" астрономы обнаружили 54 потенциально обитаемые экзопланеты. Эти далекие миры находятся в обитаемой зоне, т.е. на определенном расстоянии от центральной звезды, позволяющем поддерживать на поверхности планеты воду в жидком виде.
Однако ответ на главный вопрос, одиноки ли мы во Вселенной, получить затруднительно - из-за огромной дистанции, разделяющей Солнечную систему и наших ближайших соседей. Например, «перспективная» планета Gliese 581g находится на расстоянии в 20 световых лет – это достаточно близко по космическим меркам, но пока слишком далеко для земных инструментов.
Обилие экзопланет в радиусе 100 и менее световых лет от Земли и огромный научный и даже цивилизационный интерес, которые они представляют для человечества, заставляют по-новому взглянуть на доселе фантастическую идею межзвездных перелетов.
Ближайшие к нашей Солнечной системе звезды
Полет к другим звездам - это, разумеется, вопрос технологий. Более того, существуют несколько возможностей для достижения столь далекой цели, и выбор в пользу того или иного способа еще не сделан.
Дорогу беспилотникам
Человечество уже отправляло в космос межзвездные аппараты: зонды Pioneer и Voyager. В настоящее время они покинули пределы Солнечной системы, однако их скорость не позволяет говорить о сколь-нибудь быстром достижении цели. Так, Voyager 1, движущийся со скоростью около 17 км/с, даже к ближайшей к нам звезде Проксима Центавра (4,2 световых года) будет лететь невероятно долгий срок - 17 тысяч лет.
Очевидно, что с современными ракетными двигателями мы никуда дальше Солнечной системы не выберемся: для транспортировки 1 кг груза даже к недалекой Проксиме Центавра нужны десятки тысяч тонн топлива. При этом с ростом массы корабля увеличивается количество необходимого топлива, и для его транспортировки нужно дополнительное горючее. Замкнутый круг, ставящий крест на баках с химическим топливом - постройка космического судна весом в миллиарды тонн представляется совершенно невероятной затеей. Простые вычисления по формуле Циолковского демонстрируют, что для ускорения космических аппаратов с ракетным двигателем на химическом топливе до скорости примерно в 10% скорости света потребуется больше горючего, чем доступно в известной вселенной.
Реакция термоядерного синтеза производит энергии на единицу массы в среднем в миллион раз больше, чем химические процессы сгорания. Именно поэтому в 1970-х годах в НАСА обратили внимание на возможность применения термоядерных ракетных двигателей. Проект беспилотного космического корабля Дедал предполагал создание двигателя, в котором небольшие гранулы термоядерного топлива будут подаваться в камеру сгорания и поджигаться пучками электронов. Продукты термоядерной реакции вылетают из сопла двигателя и придают кораблю ускорение.
Космический корабль Дедал в сравнении с небоскребом Эмпайр стейт Билдинг
Дедал должен был взять на борт 50 тыс. тонн топливных гранул диаметром 40 и 20 мм. Гранулы состоят из ядра с дейтерием и тритием и оболочки из гелия-3. Последний составляет лишь 10-15 % от массы топливной гранулы, но, собственно, и является топливом. Гелия-3 в избытке на Луне, а дейтерий широко используется в атомной промышленности. Дейтериевое ядро служит детонатором для зажигания реакции синтеза и провоцирует мощную реакцию с выбросом реактивной плазменной струи, которая управляется мощным магнитным полем. Основная молибденовая камера сгорания двигателя Дедала должна была иметь вес более 218 тонн, камера второй ступени – 25 тонн. Магнитные сверхпроводящие катушки тоже под стать огромному реактору: первая весом 124,7 т, а вторая - 43,6 т. Для сравнения: сухая масса шаттла менее 100 т.
Полет Дедала планировался двухэтапным: двигатель первой ступени должен был проработать более 2 лет и сжечь 16 млрд топливных гранул. После отделения первой ступени почти два года работал двигатель второй ступени. Таким образом, за 3,81 года непрерывного ускорения Дедал достиг бы максимальной скорости в 12,2% скорости света. Расстояние до звезды Барнарда (5,96 световых лет) такой корабль преодолеет за 50 лет и сможет, пролетая сквозь далекую звездную систему, передать по радиосвязи на Землю результаты своих наблюдений. Таким образом, вся миссия займет около 56 лет.
Несмотря на большие сложности с обеспечением надежности многочисленных систем Дедала и его огромной стоимостью, этот проект реализуем на современном уровне технологий. Более того, в 2009 году команда энтузиастов возродила работу над проектом термоядерного корабля. В настоящее время проект Икар включает 20 научных тем по теоретической разработке систем и материалов межзвездного корабля.
Таким образом, уже сегодня возможны беспилотные межзвездные полеты на расстояние до 10 световых лет, которые займут около 100 лет полета плюс время на путешествие радиосигнала обратно на Землю. В этот радиус укладываются звездные системы Альфа Центавра, Звезда Барнарда, Сириус, Эпсилон Эридана, UV Кита, Росс 154 и 248, CN Льва, WISE 1541-2250. Как видим, рядом с Землей достаточно объектов для изучения с помощью беспилотных миссий. Но если роботы найдут что-то действительно необычное и уникальное, например, сложную биосферу? Сможет ли отправиться к далеким планетам экспедиция с участием людей?
Полет длиною в жизнь
Если беспилотный корабль мы можем начинать строить уже сегодня, то с пилотируемым дело обстоит сложнее. Прежде всего остро стоит вопрос времени полета. Возьмем ту же звезду Барнарда. К пилотируемому полету космонавтов придется готовить со школьной скамьи, поскольку даже если старт с Земли состоится в их 20-летие, то цели полета корабль достигнет к 70-летию или даже 100-летию (учитывая необходимость торможения, в котором нет нужды в беспилотном полете). Подбор экипажа в юношеском возрасте чреват психологической несовместимостью и межличностными конфликтами, а возраст в 100 не дает надежду на плодотворную работу на поверхности планеты и на возвращение домой.
Однако есть ли смысл возвращаться? Многочисленные исследования НАСА приводят к неутешительному выводу: длительное пребывание в невесомости необратимо разрушит здоровье космонавтов. Так, работа профессора биологии Роберта Фиттса с космонавтами МКС показывает, что даже несмотря на активные физические упражнения на борту космического корабля, после трехлетней миссии на Марс крупные мышцы, например икроножные, станут на 50% слабее. Аналогично снижается и минеральная плотность костной ткани. В результате трудоспособность и выживаемость в экстремальных ситуациях уменьшается в разы, а период адаптации к нормальной силе тяжести составит не менее года. Полет же в невесомости на протяжении десятков лет поставит под вопрос сами жизни космонавтов. Возможно, человеческий организм сможет восстановиться, например, в процессе торможения с постепенно нарастающей гравитацией. Однако риск гибели все равно слишком высок и требует радикального решения.
Сложной остается и проблема радиации. Даже вблизи Земли (на борту МКС) космонавты находятся не более полугода из-за опасности радиационного облучения. Межпланетный корабль придется оснастить тяжелой защитой, но и при этом остается вопрос влияния радиации на организм человека. В частности, на риск онкологических заболеваний, развитие которых в невесомости практически не изучено. В начале этого года ученый Красимир Иванов из Германского аэрокосмического центра в Кельне опубликовал результаты интересного исследования поведения клеток меланомы (самой опасной формы рака кожи) в невесомости. По сравнению с раковыми клетками, выращенными при нормальной силе тяжести, клетки, проведшие в невесомости 6 и 24 часа, менее склонны к метастазам. Это вроде бы хорошая новость, но только на первый взгляд. Дело в том, что такой «космический» рак способен находиться в состоянии покоя десятилетия, и неожиданно масштабно распространяться при нарушении работы иммунной системы. Кроме этого, исследование дает понять, что мы еще мало знаем о реакции человеческого организма на длительное пребывание в космосе. Сегодня космонавты, здоровые сильные люди, проводят там слишком мало времени, чтобы переносить их опыт на длительный межзвездный перелет.
К сожалению, решить проблему невесомости на межзвездном корабле не так просто. Доступная нам возможность создания искусственной силы тяжести при помощи вращения жилого модуля имеет ряд сложностей. Чтобы создать земную гравитацию, даже колесо диаметром 200 м придется вращать со скоростью 3 оборота в минуту. При таком быстром вращении сила Кариолиса будет создавать совершенно непереносимые для вестибулярного аппарата человека нагрузки, вызывая тошноту и острые приступы морской болезни. Единственное решение этой проблемы - Тор Стенфорда, разработанный учеными Стенфордского университета в 1975 году. Это - огромное кольцо диаметром 1,8 км, в котором могли бы жить 10 тыс. космонавтов. Благодаря своим размерам оно обеспечивает силу тяжести на уровне 0.9-1,0 g и вполне комфортное проживание людей. Однако даже на скорости вращения ниже, чем один оборот в минуту, люди все равно будут испытывать легкий, но ощутимый дискомфорт. При этом если подобный гигантский жилой отсек будет построен, даже небольшие сдвиги в развесовке тора повлияют на скорость вращения и вызовут колебания всей конструкции.
Тор Стенфорда – колоссальное сооружение с целыми городами внутри обода
В любом случае корабль на 10 тыс. человек – сомнительная затея. Для создания надежной экосистемы для такого числа людей нужно огромное количество растений, 60 тыс. кур, 30 тыс. кроликов и стадо крупного рогатого скота. Только это может обеспечить диету на уровне 2400 калорий в день. Однако все эксперименты по созданию таких замкнутых экосистем неизменно заканчиваются провалом. Так, в ходе крупнейшего эксперимента «Биосфера-2» компании Space Biosphere Ventures была построена сеть герметичных зданий общей площадью 1,5 га с 3 тыс. видами растений и животных. Вся экосистема должна была стать самоподдерживающейся маленькой «планетой», в которой жили 8 человек.
Проект Биосфера-2 начинался с красивой, тщательно подобранной и пышущей здоровьем экосистемы…
Эксперимент длился 2 года, но уже после нескольких недель начались серьезные проблемы: микроорганизмы и насекомые стали неконтролируемо размножаться, потребляя кислород и растения в слишком больших количествах, также оказалось, что без ветра растения стали слишком хрупкими. В результате локальной экологической катастрофы люди начали терять вес, количество кислорода снизилось с 21% до 15%, и ученым пришлось нарушить условия эксперимента и поставлять восьмерым «космонавтам» кислород и продукты.
…а закончился экологической катастрофой
Таким образом, создание сложных экосистем представляется ошибочным и опасным путем обеспечения экипажа межзвездного корабля кислородом и питанием. Для решения этой проблемы понадобятся специально сконструированные организмы с измененными генами, способные питаться светом, отходами и простыми веществами. Например, большие современные цеха по производству пищевой водоросли хлореллы могут производить до 40 т суспензии в сутки.
Биореактор для выращивания генетически модифицированных микроводорослей и других микроорганизмов может решить проблему питания и переработки отходов
Один полностью автономный биореактор весом несколько тонн может производить до 300 л суспензии хлореллы в сутки, чего достаточно для питания экипажа в несколько десятков человек. Генетически модифицированная хлорелла могла бы не только удовлетворять потребности экипажа в питательных веществах, но и перерабатывать отходы, включая углекислый газ. Сегодня процесс генетического инжиниринга микроводорослей стал обычным делом, и существуют многочисленные образцы, разработанные для очистки сточных вод, выработки биотоплива и т.д.
Замороженный сон
Практически все вышеперечисленные проблемы пилотируемого межзвездного полета могла бы решить одна очень перспективная технология – анабиоз или как его еще называют криостазис. Анабиоз - это замедление процессов жизнедеятельности человека как минимум в несколько раз. Если удастся погрузить человека в такую искусственную летаргию, замедляющую обмен веществ в 10 раз, то за 100-летний полет он постареет во сне всего на 10 лет. При этом облегчается решение проблем питания, снабжения кислородом, психических расстройств, разрушения организма в результате воздействия невесомости. Кроме того, защитить отсек с анабиозными камерами от микрометеоритов и радиации проще, чем обитаемую зону большого объема.
К сожалению, замедление процессов жизнедеятельности человека – это чрезвычайно сложная задача. Но в природе существуют организмы, способные впадать в спячку и увеличивать продолжительность своей жизни в сотни раз. Например, небольшая ящерица под названием сибирский углозуб способна впадать в спячку в тяжелые времена и десятилетиями оставаться в живых, даже будучи вмороженной в глыбу льда с температурой минус 35-40°С. Известны случаи, когда углозубы проводили в спячке около 100 лет и, как ни в чем не бывало, оттаивали и убегали от удивленных исследователей. При этом обычная «непрерывная» продолжительность жизни ящерицы не превышает 13 лет. Удивительная способность углозуба объясняется тем, что его печень синтезирует большое количество глицерина, почти 40 % от веса тела, что защищает клетки от низких температур.
Сибирский углозуб может впадать в анабиоз на десятилетия
Главное препятствие для погружения человека в криостазис – вода, из которой на 70% состоит наше тело. При замерзании она превращается в кристаллики льда, увеличиваясь в объеме на 10%, из-за чего разрывается клеточная мембрана. Кроме того, по мере замерзания растворенные внутри клетки вещества мигрируют в оставшуюся воду, нарушая внутриклеточные ионообменные процессы, а также организацию белков и других межклеточных структур. В общем, разрушение клеток во время замерзания делают невозможным возвращение человека к жизни.
Однако существует перспективный путь решения этой проблемы - клатратные гидраты. Они были обнаружены в далеком 1810 году, когда британский ученый сэр Хэмфри Дэви подал в воду хлор под высоким давлением и стал свидетелем образования твердых структур. Это и были клатратные гидраты – одна из форм водяного льда, в который включен посторонний газ. В отличие от кристаллов льда, клатратные решетки менее твердые, не имеют острых граней, зато имеют полости, в которые могут «спрятаться» внутриклеточные вещества. Технология клатратного анабиоза была бы проста: инертный газ, например, ксенон или аргон, температура чуть ниже нуля, и клеточный метаболизм начинает постепенно замедляться, пока человек не впадает в криостазис. К сожалению, для образования клатратных гидратов требуется высокое давление (около 8 атмосфер) и весьма высокая концентрация газа, растворенного в воде. Как создать такие условия в живом организме, пока неизвестно, хотя некоторые успехи в этой области есть. Так, клатраты способны защитить ткани сердечной мышцы от разрушения митохондрий даже при криогенных температурах (ниже 100 градусов Цельсия), а также предотвратить повреждение клеточных мембран. Об экспериментах по клатратному анабиозу на людях речь пока не идет, поскольку коммерческий спрос на технологии криостазиса невелик и исследования на эту тему проводятся в основном небольшими компаниями, предлагающими услуги по заморозке тел умерших.
Полет на водороде
В 1960 году физик Роберт Бассард предложил оригинальную концепцию прямоточного термоядерного двигателя, который решает многие проблемы межзвездного перелета. Суть заключается в использовании водорода и межзвездной пыли, присутствующих в космическом пространстве. Космический корабль с таким двигателем сначала разгоняется на собственном горючем, а затем разворачивает огромную, диаметром тысячи километров воронку магнитного поля, которое захватывает водород из космического пространства. Этот водород используется в качестве неисчерпаемого источника топлива для термоядерного ракетного двигателя.
Применение двигателя Бассарда сулит огромные преимущества. Прежде всего за счет «дармового» топлива есть возможность двигаться с постоянным ускорением в 1 g, а значит - отпадают все проблемы, связанные с невесомостью. Кроме того двигатель позволяет разогнаться до огромной скорости - в 50% от скорости света и даже больше. Теоретически, двигаясь с ускорением в 1 g, расстояние в 10 световых лет корабль с двигателем Бассарда может преодолеть примерно за 12 земных лет, причем для экипажа из-за релятивистских эффектов прошло бы всего 5 лет корабельного времени.
К сожалению, на пути создания корабля с двигателем Бассарда стоит ряд серьезных проблем, которые нельзя решить на современном уровне технологий. Прежде всего необходимо создать гигантскую и надежную ловушку для водорода, генерирующую магнитные поля гигантской силы. При этом она должна обеспечивать минимальные потери и эффективную транспортировку водорода в термоядерный реактор. Сам процесс термоядерной реакции превращения четырех атомов водорода в атом гелия, предложенный Бассардом, вызывает немало вопросов. Дело в том, что эта простейшая реакция трудноосуществима в прямоточном реакторе, поскольку она слишком медленно идет и, в принципе, возможна только внутри звезд.
Однако прогресс в изучении термоядерного синтеза позволяет надеяться, что проблема может быть решена, например, использованием «экзотических» изотопов и антиматерии в качестве катализатора реакции.
Пока изыскания на тему двигателя Бассарда лежат исключительно в теоретической плоскости. Необходимы расчеты, базирующиеся на реальных технологиях. Прежде всего, нужно разработать двигатель, способный произвести энергию, достаточную для питания магнитной ловушки и поддержания термоядерной реакции, производства антиматерии и преодоления сопротивления межзвездной среды, которая будет тормозить огромный электромагнитный «парус».
Антиматерия в помощь
Возможно, это звучит странно, но сегодня человечество ближе к созданию двигателя, работающего на антиматерии, чем к интуитивно понятному и простому на первый взгляд прямоточному двигателю Бассарда.
Термоядерный реактор на дейтерии и тритии может генерировать 6х1011 Дж на 1 г водорода – выглядит внушительно, особенно если учесть, что это в 10 миллионов раз более эффективно, чем химические ракеты. Реакция материи и антиматерии производит приблизительно на два порядка больше энергии. Когда речь идет об аннигиляции, расчеты ученого Марка Миллиса и плод его 27-летнего труда не выглядят такими уж удручающими: Миллис рассчитал затраты энергии на запуск космического корабля к Альфе Центавра и выяснил, что они составят 1018 Дж, т.е. практически годовое потребление электричества всем человечеством. Но это всего один килограмм антивещества.
В результате аннигиляции водорода и антиводорода образуется мощный поток фотонов, скорость истечения которого достигает максимума для ракетного двигателя, т.е. скорости света. Это идеальный показатель, который позволяет добиться очень высоких околосветовых скоростей полета космического корабля с фотонным двигателем. К сожалению, применить антиматерию в качестве ракетного топлива очень непросто, поскольку во время аннигиляции происходят вспышки мощнейшего гамма-излучения, которое убьет космонавтов. Также пока не существует технологий хранения большого количества антивещества, да и сам факт накопления тонн антиматерии, даже в космосе далеко от Земли, является серьезной угрозой, поскольку аннигиляция даже одного килограмма антиматерии эквивалентна ядерному взрыву мощностью 43 мегатонны (взрыв такой силы способен превратить в пустыню треть территории США). Стоимость антивещества является еще одним фактором, осложняющим межзвездный полет на фотонной тяге. Современные технологии производства антивещества позволяют изготовить один грамм антиводорода по цене в десяток триллионов долларов.
Однако большие проекты по исследованию антиматерии приносят свои плоды. В настоящее время созданы специальные хранилища позитронов, «магнитные бутылки», представляющие собой охлажденные жидким гелием емкости со стенками из магнитных полей. В июне этого года ученым ЦЕРНа удалось сохранить атомы антиводорода в течение 2000 секунд. В Университете Калифорнии (США) строится крупнейшее в мире хранилище антивещества, в котором можно будет накапливать более триллиона позитронов. Одной из целей ученых Калифорнийского университета является создание переносных емкостей для антивещества, которые можно использовать в научных целях вдали от больших ускорителей. Этот проект пользуется поддержкой Пентагона, который заинтересован в военном применении антиматерии, так что крупнейший в мире массив магнитных бутылок вряд ли будет ощущать недостаток финансирования.
Современные ускорители смогут произвести один грамм антиводорода за несколько сотен лет. Это очень долго, поэтому единственный выход: разработать новую технологию производства антиматерии или объединить усилия всех стран нашей планеты. Но даже в этом случае при современных технологиях нечего и мечтать о производстве десятков тонн антиматерии для межзвездного пилотируемого полета.
Однако все не так уж печально. Специалисты НАСА разработали несколько проектов космических аппаратов, которые могли бы отправиться в глубокий космос, имея всего один микрограмм антивещества. В НАСА полагают, что совершенствование оборудования позволит производить антипротоны по цене примерно 5 млрд долл. за 1 грамм.
Американская компания Hbar Technologies при поддержке НАСА разрабатывает концепцию беспилотных зондов, приводимых в движение двигателем, работающем на антиводороде. Первой целью этого проекта является создание беспилотного космического аппарата, который смог бы менее чем за 10 лет долететь к поясу Койпера на окраине Солнечной системы. Сегодня долететь в такие удаленные точки за 5-7 лет невозможно, в частности, зонд НАСА New Horizons пролетит сквозь пояс Койпера через 15 лет после запуска.
Зонд разработки Hbar Technologies будет иметь тонкий парус из углеродного волокна, покрытого ураном 238. Врезаясь в парус, антиводород будет аннигилировать и создавать реактивную тягу
Зонд, преодолевающий расстояние в 250 а.е. за 10 лет, будет очень маленьким, с полезной нагрузкой всего 10 мг, но ему и антиводорода потребуется немного – 30 мг. Теватрон выработает такое количество за несколько десятилетий, и ученые смогли бы протестировать концепцию нового двигателя в ходе реальной космической миссии.
Предварительные расчеты также показывают, что подобным образом можно отправить небольшой зонд к Альфе Центавра. На одном грамме антиводорода он долетит к далекой звезде за 40 лет.
Может показаться, что все вышеописанное - фантастика и не имеет отношения к ближайшему будущему. К счастью, это не так. Пока внимание общественности приковано к мировым кризисам, провалам поп-звезд и прочим актуальным событиям, остаются в тени эпохальные инициативы. Космическое агентство НАСА запустило грандиозный проект 100 Year Starship, который предполагает поэтапное и многолетнее создание научного и технологического фундамента для межпланетных и межзвездных полетов. Эта программа не имеет аналогов в истории человечества и должна привлечь ученых, инженеров и энтузиастов других профессий со всего мира. С 30 сентября по 2 октября 2011 года в Орландо (штат Флорида) состоится симпозиум, на котором будут обсуждаться различные технологии космических полетов. На основании результатов таких мероприятий специалисты НАСА будут разрабатывать бизнес-план по оказанию помощи определенным отраслям и компаниям, которые разрабатывают пока отсутствующие, но необходимые для будущего межзвездного перелета технологии. Если амбициозная программа НАСА увенчается успехом, уже через 100 лет человечество будет способно построить межзвездный корабль, а по Солнечной системе мы будем перемещаться с такой же легкостью, как сегодня перелетаем с материка на материк.
по материалу CNews с небольшой редакцией и перекомпоновкой картинок относительно текста...
Российские ученые выдвинули оригинальную теорию происхождения Вселенной, которая отменяет Большой взрыв, передает ИТАР-ТАСС. Для этого сотрудники Астрокосмического центра Физического института (АКЦ ФИАН) заглянули по ту сторону черной дыры. «Конечно, непосредственно проникнуть в этот астрономический объект, как и прежде, невозможно, — рассказал заведующий отделом Теоретической астрофизики АКЦ ФИАН, доктор физико-математических наук Владимир Лукаш. — Но нам удалось проследить на математической модели процесс прохождения фотонов через эти зоны, где неприменимы законы классической теории относительности».
Сама черная дыра представляет собой объект, где сила тяжести настолько велика, что вырваться из него не может даже свет, точнее, его частицы — фотоны. Именно в этой точке начинается зона так называемой сингулярности, где нет ни пространства, ни времени, а плотность — бесконечна.
До сих пор считается, что наша Вселенная произошла именно из такой сингулярности в результате Большого взрыва. Однако оставался вопрос, а что было до самого Большого взрыва, и почему он случился.
Владимиру Лукашу и его коллеге Владимиру Строкову удалось заглянуть за область сингулярности, задав специальную математическую процедуру ее «сглаживания», что позволило фотонам выйти на другую сторону черной дыры.
«Это можно представить себе как две комнаты, разделенные дверью, — поясняет Лукаш. — Мы не знаем, какая жизнь в комнате за дверью, а там не знают, какая жизнь здесь. Открыть дверь нельзя, но можно сделать глазок и посмотреть».
Преодолев, таким образом, ранее непроходимую точку, российские ученые обнаружили, что за ней идет процесс рождения другой Вселенной. Вещество, которое из нашего пространства попадает в черную дыру, преобразуется в огромную гравитационную энергию.
«Эффект рождения частиц в переменных полях, включая гравитационные, физике известен, — отметил Лукаш. — Когда происходит коллапс звезды в черную дыру, генерируется сильное гравитационное поле, которое вызывает рождение частиц. А дальше, так как импульс на расширение уже дан, в игру вступают процессы, которые подхватывают вещество и раздувают его до большого объема».
Примерно также выдулась, словно пузырь, и наша Вселенная. «То, что мы называем расширяющейся Вселенной, — поясняет Владимир Лукаш, — это некая конфигурация гравитирующих частиц или материи, которой около 14 миллиардов лет назад был дан импульс на расширение».
«То есть мы находимся по другую сторону черной дыры, которая существует в некой другой, неведомой нам Вселенной», — образно заметил Владимир Строков. Таким образом, возникает логичная картина мира, где нет места просто Большому взрыву, родившему Вселенную, а становится понятно, откуда он взялся.
Взрыв был, но он произошел не из-за подрыва некой «гранаты» с необычайно высокой плотностью энергии, температурой и давлением, а стал следствием воздействия на нашу сторону гравитационных полей от потусторонней черной дыры, порождающих нашу материю. А дальше в действие вступили все те процессы расширения, которые описывает современная космологическая теория, подытожил Владимир Строков.
опубликовано 2 дек ‘11 17:31 текст: Павел Котляр/Infox.ru
Исследовательский зонд Dawn впервые прислал на Землю трехмерное кино про астероид. NASA предлагает отправиться в трехмерное путешествие вокруг Весты.
Аппарат, вышедший на орбиту астероида 15 июля этого года, смог снять трехмерное кино, вращаясь вокруг космического тела. Снимки делались в течение июля-августа и обрабатывались членом миссии Ральфом Джауманном из Германского аэрокосмического центра. Видео, для просмотра которого требуются специальные очки, было сделано с высоты 2700 километров – изначальной орбиты, на которой вращался зонд.
Видеоряд начинается с изображения Весты в экваториальной плоскости, на котором видны загадочные полосы и овраги. Затем следует пролет над относительно молодыми кратерами в северном полушарии. Их необычное построение заставило ранее астрономов назвать это образование «снежной бабой».
«Если бы вам хотелось представить, каково это, исследовать новый мир наподобие Весты, видео дает такой шанс. Ученые изучают эти фотографии, чтобы больше узнать о том, как были образованы эти кратеры, склоны, щели и впадины», - рассказал Джауманн. В настоящее время зонд медленно снижает свою орбиту, доведя ее в итоге до 210 километров. «Вскоре мы добавим к этому паззлу данные о химическом составе, внутренней структуре и геологическом возрасте, и сможем написать историю этого остатка протопланеты и узнать его место в ранней Солнечной системе», - добавла Кэрол Реймонд, сотрудница Лаборатории реактивного движения NASA.
опубликовано 9 дек ‘11 15:49 текст: Павел Котляр/Infox.ru
Американское аэрокосмическое агентство провело ревизию оставшихся в запасах образцов инопланетного грунта и метеоритов. Оказалось, что огромная часть бесценных артефактов утеряна и разворована.
Главный инспектор NASA Пол Мартин (Paul Martin) опубликовал отчет, в котором приводятся результаты аудита всех инопланетных образцов, имеющихся в запасниках космического агентства. В 46-страничном отчете описывается судьба различных астроматериалов, включающих 140 тысяч образцов лунного грунта, 18 тысяч метеоритов и пять тысяч образцов солнечного ветра, кометного вещества и космической пыли. По данным на март текущего года NASA передало во временное пользование в образовательных и научных целях более 26 тысяч подобных образцов.
На основе данных проверки офис инспектора установил, что в NASA отсутствует эффективный контроль за одолженными образцами грунта, что может привести к их безвозвратной утере. «517 одолженных астроматериалов были утрачены или похищены в период между 1970 годом и июнем 2010 года», - говорится в отчете. Проверка установила, что примерно 20% образцов, выданных для исследования только американским ученым, были переданы в другие лаборатории или вовсе перестали существовать. В отчете говорится о сотне образцов, которые не были возвращены в NASA после того, как их временные обладатели умерли, ушли из науки или переехали в другие места. «К примеру, мы нашли одного исследователя, у которого до сих пор хранятся лунные образцы, взятые им 35 лет назад, которые он никогда не изучал», - говорится в отчете.
К самым скандальным утерям относятся пропажа 18 лунных образцов, взятых для исследования одним ученым в 2010 году, и кража 218 лунных камней из Космического центра в Хьюстоне в 2002 году. Для улучшения контроля за инопланетным веществом инспекция рекомендовала NASA заключать договора на передачу образцов и ежегодно отслеживать их судьбу.
Лунные камни из НАСА: один - сломал, другой - потерял
Газета New York Times опубликовала большую статью о печальной судьбе множества лунных камней. В ней приводятся слова генерального инспектора НАСА Пола Мартина о том, что за период 1970-2010 гг. 517 образцов лунного грунта, лунных метеоритов и прочих астроматериалов, переданных космическим агентством другим лицам, были утеряны или украдены.
Охота уголовников за этими, без преувеличения, неземными богатствами объясняется их высокой и вполне земной ценностью. Шесть лунных метеоритов, в 2004-м году отправленных по почте в Институт Карнеги, так и не дошли до него. В 1978-м году НАСА отправило диск, содержащий образцы лунного грунта, в Астрономическую обсерваторию Маунт Куба в Гринвилле, штат Делавер, и когда, тридцать лет спустя, НАСА поинтересовалось его судьбой, выяснилось, что получатель диска давно умер, а самого диска нигде нет.
Опираясь на доклад, выпущенный офисом генерального инспектора НАСА, New York Times приводит множество инцидентов подобного сорта с лунными камнями и другими астроматериалами. Лунные камни крадут, чтобы потом перепродать – иногда за миллионы долларов - их теряют сами исследователи, особенно подвержены пропажам образцы, подаренные политическим деятелям и другим известным людям. Некоторые из этих камней находят. Так, давно потерянный лунный камень недавно был обнаружен в доме прежнего губернатора штата Колорадо, другой камень, пропавший в Арканзасе, нашли среди собрания сувениров самого Билла Клинтона. Окружена тайной и судьба лунного образца весом 1,1 грамм, привезенного с Луны астронавтами миссии "Аполлон 17" в 1972-м году. Спустя год он был подарен губернатору Западной Вирджинии. Все эти годы камень считался пропавшим, пока в июне 2010-года не был обнаружен в доме отставного дантиста Роберта Коннера. Существует лишь отдаленная связь между губернатором и дантистом – до своего избрания на губернаторский пост тот работал адвокатом в фирме младшего брата этого дантиста, но сам брат скончался в 2002-м году, и, по всей видимости, эта пропажа так и останется необъясненной.
Доклад офиса генерального инспектора НАСА вызвал серьезную тревогу среди исследователей, занимающихся лунным грунтом. По их мнению, НАСА должно провести инвентаризацию своей коллекции астроматериалов, состоящей из 163 тысяч образцов и хранящейся в Хьюстоне, в сейфах Космического центра им. Джонсона. Представители НАСА подтверждают факты, изложенные в докладе и согласны с тем, что улучшить процедуры, связанные с передачей астроматериалов, однако большой беды в этой ситуации не усматривают – основная масса неземных сокровищ все так же доступна ученым для дальнейших исследований.
опубликовано 26 авг ‘11 10:26 текст: Павел Котляр/Infox.ru
В созвездии Змеи обнаружена планета, которую астрономы называют алмазной. И это впервые оказалось не журналистской уткой.
Открытие алмазной планеты, о необходимости которого так долго говорили научные фантасты, а лженаучная часть российской журналистики совершила еще полгода назад, произошло. Это сделала группа ученых под руководством Мэттью Бейлса (Matthew Bailes) из Технологического университета Свинберна в Австралии (Swinburne University of Technology).
Изучая данные обзора неба, полученного при помощи австралийского 64-метрового радиотелескопа Паркс, ученые обнаружили короткопериодические сигналы от далекого источника. Им оказался миллисекундный пульсар – быстро вращающаяся нейтронная звезда, удаленная от нас на расстояние 4 тыс. световых лет.
Радиопульс Нейтронные звезды являются остатками взрывов сверхновых и состоят, как следует из названия, из нейтронов -- электрически нейтральных частиц. Диаметр нейтронных звезд составляет обычно 10-20 километров, а масса в полтора раза больше массы Солнца. Быстро вращающуюся нейтронную звезду можно обнаружить, зафиксировав мощное радиоизлучение, исходящее от нее в двух направлениях в виде узконаправленных лучей. Один из таких лучей и скользнул по нашей планете и по радиотелескопу Паркс от пульсара PSR J1719-1438, находящегося в созвездии Змеи. Анализ излучения показал, что период пульсаций составляет 5,7 миллисекунд. Это означает, что нейтронная звезда за одну минуту успевает совершить более 10 тыс. оборотов.
Однако более детальный анализ колебаний показал, что радиопульсации звезды изменяются (модулируются) неким непонятным процессом с периодом примерно два часа. Стало ясно, что нейтронная звезда вращается не одна: ее движение периодически отклоняет неизвестный спутник. Ученые рассчитали, что объекты расположены довольно близко друг к другу, их разделяет всего 600 тыс. километров. Сама «темная лошадка» невелика, она всего в пять раз больше Земли. По отклонениям в движении пульсара ученые вычислили, что, несмотря на малый радиус, компаньон сравним по массе с Юпитером. «Огромная плотность планеты (22 г/см3) дала нам ключ к пониманию его природы», -- рассказал профессор Бейлс.
Звезду ободрали до планеты Ученые считают, что сверхплотный компаньон – все, что осталось от когда-то старой звезды, вращавшейся в паре с нейтронной. Раздувшаяся в конце своей жизни звезда отдала большую часть массы нейтронной звезде, раскрутив ее до бешеной скорости. «Нам известно несколько похожих систем, называемых сверхкомпактными маломассивными рентгеновскими двойными, которые эволюционируют по подобному сценарию, и, похоже, являются предшественниками таких систем, как PSR J1719-1438», -- пояснил соавтор исследования Андреа Поссенти (Andrea Possenti). Однако в случае PSR J1719-1438 пульсар оказался настолько близок с несчастной звездой-соседкой, что ободрал как липку не только ее, но и сверхплотный белый карлик, оставшийся от нее. Так, от солнцеподобной звезды осталась углеродная планета с плотностью платины и массой менее одной десятой процента исходной первоначальной массы.
Она, действительно, алмазная Астрономы рады, что впервые смогли обнаружить принципиально новый тип объектов во Вселенной. «PSR J1719-1438 показал, что в процессе эволюции двойных пульсаров могут возникнуть особые условия, которые заставляют звездные компаньоны превращаться в экзотические планеты, не похожие ни на что во Вселенной. Химический состав, давление и размеры убеждают нас в том, что такие объекты кристаллические, то есть – алмазные», -- заключили авторы исследования, опубликованного в Science.
Астрономы нашли очень интересную планету, вращающуюся вокруг пульсара на расстоянии 4000 световых лет от Земли. Некогда она была звездой в двойной системе, а теперь превратилась в планету из углерода очень высокой плотности, благодаря чему получила неофициальное название «алмазная».
Исследователи полагают, что по мере сближения звезд пульсар вращался все быстрее и буквально сорвал со звезды-компаньона внешние слои вещества, что привело к потере 99,9% ее первоначальной массы. В результате образовалась система из холодного белого карлика, который затем остыл и трансформировался в планету и пульсара, вращающегося со скоростью около 10000 оборотов в минуту.
Пульсар, обладающий собственной планетной системой, – редкость, таких обнаружено не более 1%. Намного чаще, примерно в 70% случаев, пульсары имеют звезд-компаньонов. Это объясняется их происхождением: пульсары получаются, когда звезды в двойной системе коллапсируют до нейтронных звезд. Они, как правило, имеют диаметр около 20 км, быстро вращаются и излучают радиоволны.
Алмазная планета почти в 5 раз больше Земли
Исследование радиоимпульсов и возмущений гравитационного поля позволяет ученым обнаружить планеры и определить их основные характеристики. Так, «алмазная» планета, по мнению ученых, должна быть не менее 60000 км в диаметре (почти в 5 раз больше Земли) и находиться от звезды на расстоянии около 600000 км (в 100 раз меньше расстояния от Меркурия до Солнца). Если бы она была немного больше, пульсар разорвал бы ее на части. Год на «алмазной планете» длится всего два часа десять минут.
Но самое интересное – химический состав планеты. Она состоит из углерода и кислорода. Причем высочайшая плотность вещества свидетельствует о том, что углерод находится в кристаллическом виде, как алмаз, а кислород составляет атмосферу планеты.
Это не первый случай обнаружения «алмазного» небесного тела. В 2004 году ученые из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики обнаружили всего в 50 световых годах от Солнечной системы умирающий белый карлик BPM 37093 в созвездии Центавра. Находку назвали Люси по песне The Beatles Lucy In The Sky With Diamonds. Люси состоит из кристаллического углерода огромной плотности. Она не может похвастаться такими габаритами, как только что открытая планета: ее диаметр всего 4000 км, втрое меньше диаметра Земли, но при этом ее масса составляет 1,1 массы Солнца.
из камментов: 
