Шестиугольник Сатурна: атмосферная аномалия с гигантским вихрем в центре

Перед вами необработанный снимок мощного вихря на северном полюсе Сатурна, находящегося в центре загадочного шестиугольника — одной из самых необычных атмосферных структур в Солнечной системе. Кадр был получен космическим аппаратом NASA "Кассини" 27 ноября 2012 года.

Гигантский шестиугольник Сатурна — это атмосферный феномен, не встречающийся больше нигде в Солнечной системе. В поперечнике он достигает примерно 25 000 километров, а длина каждой стороны составляет 13 800 километров. Для сравнения: средний диаметр Земли — 12 742 километра.

Вихрь, который не исчезает

Впервые шестиугольник вместе с его центральным вихрем был замечен зондами NASA "Вояджер-1" и "Вояджер-2" еще в 1980-х годах. Спустя четверть века, в 2006 году, аппарат "Кассини" вновь обнаружил его на том же месте.

Продолжительные наблюдения "Кассини" показали, что шестиугольник вращается против часовой стрелки со скоростью 530 км/ч, совершая полный оборот за 10 часов 40 минут. При такой скорости его правильная геометрическая форма выглядит еще более загадочно. Обычно вихри имеют округлую форму — как вихрь на южном полюсе Сатурна или Большое красное пятно на Юпитере.

Инфракрасные наблюдения показали, что в пределах шестиугольника есть участки с менее плотной облачностью, позволяющие увидеть более глубокие слои атмосферы Сатурна — как минимум примерно на 75 километров ниже облаков, видимых в обычном свете. При этом сама структура не ограничивается верхней облачной зоной: было установлено, что она простирается и выше, поднимаясь более чем на 300 километров над основными облачными слоями.

Кроме того, над этой областью были выявлены последовательные слои дымки, состоящие из частиц сконденсированных углеводородов, возникающих в результате фотохимических реакций.

Вихрь в центре шестиугольника — самое теплое место на всей планете. Если в других районах Сатурна температура держится не выше −185 °C, то в этой области атмосфера "разогрета" до −122 °C.

Кстати, в центре вихря можно увидеть характерный "глазок" — как у земных тропических циклонов.

Однако эта буря в два раза сильнее самого мощного урагана, когда-либо зафиксированного на Земле.

Почему шестиугольник?

У ученых пока нет окончательного объяснения этого феномена. Однако ведущая гипотеза предполагает, что шестиугольник образуется из-за взаимодействия струйных течений в атмосфере планеты.

В пользу этой версии говорит эксперимент команды исследователей из Оксфордского университета. Ученые использовали цилиндрическую емкость с водой, имитировавшую атмосферу Сатурна, установленную на медленно вращающейся платформе. Внутри системы находились кольца разного диаметра, которые также вращались, но быстрее самой емкости. Изменяя скорость вращения этих колец, которым была отведена роль многослойной структуры атмосферы, исследователи добились формирования вихрей на "полюсах", отклонявшихся от округлой формы. При определенных условиях они приобретали форму треугольника, квадрата, овала и, наконец, шестиугольника.

Уникальная асимметрия

Интересно, что на южном полюсе Сатурна также зафиксирован мощный вихрь, но без шестиугольной структуры. Там ураган имеет обычную круглую форму с четким "глазком" в центре. Почему северный и южный полюса ведут себя настолько по-разному, — еще одна загадка газового гиганта.

Шестиугольник Сатурна также меняет цвет в зависимости от времен года и солнечной активности. Снимки "Кассини" показали, что в разные периоды вихрь может быть серым, золотистым или даже приобретать голубоватую окраску.

Шестиугольник на северном полюсе Сатурна — одна из самых загадочных атмосферных структур Солнечной системы. Это образование показывает, насколько сложны и непредсказуемы могут быть процессы на газовых гигантах.

11 000 астероидов за полтора месяца

Обсерватория Веры Рубин ещё толком не начала работать — основной десятилетний обзор LSST стартует только в следующем году. Но уже на этапе калибровки и оптимизации она обнаружила 11 000 ранее неизвестных астероидов. Это крупнейшая единовременная партия открытий за последний год, и Международный астрономический союз уже подтвердил результаты.

Миллион наблюдений за шесть недель. Помимо новых объектов, обсерватория попутно зафиксировала свыше 80 000 уже известных астероидов, уточнив их орбиты. Марио Юрич, ведущий специалист по Солнечной системе в проекте Рубин, прикинул масштаб: то, на что раньше уходили годы и десятилетия, эта обсерватория будет делать за месяцы. А когда LSST заработает в полную силу, такой улов ожидается каждые две-три ночи.

Среди находок — 33 околоземных объекта, крупнейший из которых около 500 метров в диаметре. Ни один из них Земле не угрожает, но сам факт важен. Когда обсерватория выйдет на полную мощность, она должна обнаружить порядка 90 000 новых околоземных объектов и почти удвоить число известных тел крупнее 140 метров. Для планетарной обороны — колоссальный шаг.

Но самое интригующее скрывается на окраинах Солнечной системы. В данных нашлось около 380 транснептуновых объектов. Два из них — с обозначениями 2025 LS2 и 2025 MX348 — движутся по чрезвычайно вытянутым орбитам и в самой дальней точке удаляются от Солнца примерно в тысячу раз дальше, чем Земля. Они вошли в тридцатку самых далёких малых тел, известных науке. За тридцать лет было открыто около 5 000 транснептуновых объектов — и одна только Рубин уже ощутимо пополнила этот каталог.

Секрет производительности — в сочетании крупного зеркала, крупнейшей в истории цифровой камеры LSST и программных конвейеров, которые умеют выхватывать тусклые быстро движущиеся точки. Чувствительность обсерватории примерно в шесть раз выше, чем у большинства нынешних обзоров.

И всё это — по итогам тестовых данных. Основная программа ещё даже не началась.

Вулканы спутника Ио

Один из самых безумных миров Солнечной системы выглядит именно так. То, что видно на этом снимке, превращает Ио в настоящее исключение среди всех известных спутников.

Плазма — самая распространенная форма обычной материи во Вселенной

В классической физике принято выделять три агрегатных состояния вещества, хорошо знакомые каждому еще с начальной школы: твердое, жидкое и газообразное. Однако в астрофизике и физике высоких температур этого набора недостаточно.

При очень высоких температурах или под действием интенсивного излучения газ ионизируется: его атомы теряют часть электронов, и вещество превращается в плазму — ионизированный газ, содержащий свободные электроны и ионы.

Именно наличие большого числа заряженных частиц делает плазму особой формой материи. В отличие от обычного газа, она активно взаимодействует с электрическими и магнитными полями, а ее свойства зависят не только от температуры и плотности, но и от того, как заряженные частицы воздействуют друг на друга через эти поля. Благодаря этому плазма может образовывать потоки, волны, нити и другие замысловатые структуры, поскольку ее поведение определяется не только законами газовой динамики, но и действием электромагнитных полей.

На Земле плазма естественного происхождения встречается довольно редко. Преимущественно она сосредоточена в ионосфере — верхней области атмосферы, простирающейся примерно от 60 до 1 000 километров над поверхностью планеты.

Здесь под действием солнечного излучения атомы и молекулы теряют электроны, образуя разреженную плазменную оболочку. Помимо этого, земная плазма возникает при разрядах молний, полярных сияниях и некоторых других высокоэнергетических атмосферных явлениях.

Однако в масштабах Вселенной именно плазма, а не твердые тела, жидкости или обычные газы, является наиболее распространенной формой обычной материи. По современным оценкам, в плазменном состоянии находится от 99% до 99,999% видимой материи во Вселенной. Из нее состоят Солнце и другие звезды, горячие туманности, звездные короны, солнечный ветер и значительная часть межзвездной и межгалактической среды.

Особенно важна роль плазмы в звездах. При экстремально высоких температурах вещество там не может сохраняться в виде обычного газа: атомы теряют электроны, и звездное вещество переходит в ионизированное состояние. Именно в этой плазменной среде протекают термоядерные реакции, благодаря которым звезды светят, а в их недрах синтезируются новые химические элементы. Без плазмы не существовало бы ни самого Солнца в его нынешнем виде, ни звездного нуклеосинтеза, постепенно обогащающего Вселенную элементами тяжелее водорода и гелия.

Плазма лежит и в основе многих процессов, определяющих космическую погоду. Солнечные вспышки, корональные выбросы массы, магнитные бури и потоки заряженных частиц связаны с поведением плазмы и магнитных полей. Поэтому ее изучение важно не только для фундаментальной науки, но и для практики: чем лучше мы понимаем плазменные процессы, тем точнее можем прогнозировать явления, способные влиять на космические аппараты, навигацию, радиосвязь и энергосистемы на Земле.

При этом плазму не только изучают на расстоянии, но и давно используют в земных технологиях — от неоновых ламп и плазменных дисплеев до промышленных резаков, систем обработки материалов и экспериментальных термоядерных установок.

Вот и получается любопытный парадокс: мы живем среди твердых тел, жидкостей и газов, поэтому именно они кажутся нам основой мироздания. Но стоит взглянуть на Вселенную шире, и становится ясно: привычная земная картина — лишь частный и редкий случай. В космических масштабах господствует именно плазма.

Так выглядит Солнце в сверхвысоком разрешении

Перед вами солнечная фотосфера — видимая "поверхность" звезды, предстающая в виде плотной мозаики из светлых гранул и темных промежутков между ними. Именно так в сверхвысоком разрешении выглядит поверхность нашего светила, где раскаленная плазма непрерывно поднимается из глубин и переносит энергию наружу.

Поверхность Солнца в сверхвысоком разрешении / © J. Sanchez Almeida (IAC), SST, APOD/NASA

Светлые гранулы на изображении — это вершины гигантских конвективных ячеек. В центре таких структур находится наиболее горячая поднимающаяся плазма, а по краям — остывающее вещество, плотность которого возрастает, из-за чего оно вновь опускается в глубину. Поэтому границы между гранулами выглядят темнее: там плазма холоднее, плотнее и движется вниз. Все это — прямое проявление бурной солнечной конвекции, которая никогда не прекращается.

Особого внимания заслуживают крошечные яркие точки в темных межгранульных промежутках. Это не артефакты съемки, а области очень сильных локальных магнитных полей. Они выглядят ярче потому, что магнитное давление меняет структуру плазмы, позволяя нам увидеть более глубокие и горячие слои звезды, лежащие ниже фотосферы. Именно поэтому на снимке эти участки выделяются как маленькие сверкающие "искорки" среди более темной сетки.

Белая линия в нижней левой части кадра показывает масштаб: ее длина составляет 5 000 километров. На изображении ниже я добавил Землю в ее реальном размере относительно этого снимка, чтобы вы могли еще нагляднее оценить, насколько крошечные по меркам Солнца элементы на деле имеют колоссальные размеры в масштабах нашей планеты. Отдельные солнечные гранулы сопоставимы по размерам с территориями крупных государств.

© J. Sanchez Almeida (IAC), SST, APOD/NASA

Снимок был получен в сентябре 2007 года с помощью Шведского 1-метрового солнечного телескопа (англ. SST — Swedish 1-m Solar Telescope) на испанском острове Ла-Пальма. Этот инструмент, установленный в обсерватории Роке-де-лос-Мучачос, является одним из наиболее эффективных наземных солнечных телескопов в мире. Высочайшая детализация достигается не только благодаря современной адаптивной оптике, но и за счет сложной компьютерной обработки, которая позволяет компенсировать искажения, вызванные земной атмосферой.

Такие наблюдения позволяют ученым буквально видеть физику звезды в действии. Чем точнее наше понимание поведения плазмы и магнитных полей на Солнце, тем лучше мы можем разобраться в природе солнечных вспышек, корональных выбросов массы и других явлений космической погоды. В перспективе это помогает совершенствовать прогнозы событий, способных нарушить работу спутников, навигации, радиосвязи и даже вывести из строя наземную инфраструктуру.

Нейтрино обогнали свет: как мы узнали о взрыве звезды раньше, чем увидели его

23 февраля 1987 года. В карликовой галактике Большое Магелланово Облако, расположенной на расстоянии около 160 000 световых лет от нас, вспыхнула сверхновая SN 1987A.

Но за три часа до первого света, донесшего информацию о взрыве массивной звезды, на Землю прибыли нейтрино*.

*Нейтрино — класс нейтральных фундаментальных частиц, участвующих только в слабом и гравитационном взаимодействиях.

Нейтрино долетели до нас быстрее света? Да. И это не ошибка. Дело в том, что в момент коллапса звезды ядро испускает нейтрино, которые проходят через внешние слои, как сквозь пустоту. Свет же задерживается, потому что ему нужно время, чтобы "пробиться" через взрывающуюся оболочку. Вот и получается, что нейтрино, наделенные возможностью миновать препятствия, опережают свет, но не превышают скорость света.

В тот день земные детекторы поймали 24 нейтрино. Это подтвердило, что наше понимание механизма звездных взрывов абсолютно верно.

Сегодня нейтрино продолжают выступать в роли наших информаторов, способных доносить вести о космических катастрофах раньше, чем свет.

Пара изображений от миссии SPHEREx

Они демонстрируют Лебедь X — огромное молекулярное облако в 4600 световых годах от Земли. Оно содержит большое количество пыли, серьёзно затрудняющее его изучение в видимом свете. Поэтому астрономы используют инфракрасные телескопы.

Размер запечатленной SPHEREx области составляет 600 световых лет. Первое изображение показывает наибольшую концентрацию молекул льда (голубые участки), второе — пыли (темные участки). Их сравнение демонстрирует явную корреляцию и подтверждает гипотезу, что межзвёздный лед образуется на поверхности мельчайших частиц пыли (они не больше частиц в дыме свечи), и что плотные пылевые скопления защищают его от интенсивного ультрафиолетового излучения, испускаемого новорождёнными звездами.

Именно в этих межзвёздных «ледниках» образуется и хранится большая часть воды во Вселенной. По всей видимости, вода на Земле, а также льды в кометах, на других планетах Солнечной системы и их спутниках происходят из регионов вроде того, что запечатлел SPHEREx.

Хаос облаков Юпитера

Это одно из самых выразительных изображений атмосферы Юпитера, полученное космическим аппаратом NASA "Юнона", который работает в системе газового гиганта с 4 июля 2016 года. На снимке видны сразу несколько разноразмерных вихревых структур, окруженных клубящимися облачными потоками, которые закручиваются в сложный, почти гипнотический узор.

Этот кадр показывает, насколько атмосфера крупнейшей планеты Солнечной системы в действительности далека от того кажущегося однообразия при наблюдении с большого расстояния. Юпитерианская атмосфера — это не просто полосы и пятна, а гигантская подвижная система, где сталкиваются струйные течения, рождаются, взаимодействуют и сливаются вихри, а облачные массы непрерывно меняют форму.

Но у таких изображений не только эстетическая ценность: они помогают ученым лучше понять, как в атмосфере Юпитера перераспределяются тепло, вещество и энергия. Это дает возможность уточнять наши модели строения и эволюции газовых гигантов как в Солнечной системе, так и далеко за ее пределами. А это, в свою очередь, играет важную роль в поисках потенциально обитаемых экзопланет, поскольку газовые гиганты во многом формируют облик своих планетных систем: влияют на распределение вещества, эволюцию орбит, поведение малых тел и, как следствие, на условия, в которых могут возникать и сохраняться пригодные для жизни миры.

Снимок был получен 24 мая 2018 года.

NGC 604: гигантская звездная фабрика в соседней галактике

В созвездии Треугольника, на расстоянии около 2,4 миллиона световых лет от Земли, находится одна из самых завораживающих структур ближнего космоса — туманность NGC 604. Она расположена в галактике Треугольник (M 33), входящей в Местную группу вместе с Млечным Путем и Андромедой.

NGC 604 представляет собой гигантскую область ионизированного газа, которая светится под воздействием мощного ультрафиолетового излучения звезд. По своим размерам она примерно в 50 раз превосходит знаменитую туманность Ориона в нашей Галактике, простираясь почти на 1 500 световых лет.

Внутри NGC 604 наблюдается чрезвычайно бурное звездообразование. Астрономам удалось идентифицировать более 200 молодых и в то же время уже "пожилых" по меркам массивных звезд светил, большинство из которых в десятки раз тяжелее Солнца.

Эти звездные гиганты живут ярко, но недолго: их возраст составляет "всего" 3-5 миллионов лет, тогда как продолжительность жизни таких объектов обычно не превышает десяти миллионов лет — мгновение по космическим меркам.

Специфический зеленоватый оттенок NGC 604 связан с излучением дважды ионизированного кислорода. Жесткое ультрафиолетовое излучение горячих звезд выбивает электроны из атомов газа, заставляя его светиться. Температура внутри туманности составляет примерно 10 000 градусов Цельсия, а мощные звездные ветры, скорость которых достигает десятков километров в секунду, выдувают в окружающем веществе огромные полости и пузыри.

Это способствует фрагментации газопылевых облаков, их постепенному остыванию, сжатию и превращению в протозвезды — звезды на начальном этапе эволюции.

NGC 604 — уникальная природная лаборатория, позволяющая изучать рождение, эволюцию и гибель одних из самых массивных звезд во Вселенной. Благодаря этому уточняются модели звездообразования и эволюции галактик, а значит, и наше понимание космического пространства.

Титан

Это изображение, сделанное в ближнем инфракрасном диапазоне, показывает отражение солнечного света в озере углеводородов под названием Киву на Титане, спутнике Сатурна

Киву — относительно небольшое озеро шириной около 77 км, расположенное недалеко от северного полюса спутника.

Изображение было получено зондом «Кассини» с расстояния 30 тысяч километров от Титана.