Category Archives: astronomy

Големите инфраструктурни проекти в астрономията


Европейската южна обсерватория (ESO) в момента строи най-големия от следващото поколение телескопи – 39-метровия ELT (Extremely Large Telescope). Очаква се общата му стойност да е около 1.1 милиарда. Какви са неговите предшественици?
Току що ми попадна книгата на “Дългият космически век” (The Long Space Age: Yale University Press, 2017) от Александър Макдоналд (Alexander MacDonald), Подзаглавието ѝ е: “Икономическа основа на космическите изследвания от колониална Америка до Студената Война” (The Econonmic Origins of Space Exploration from Colonial America to the Cold War) и както се разбира от него, авторът е подходил по-широко към понятието космически изследвания като е включил в тях и астрономията – която по същество не е нищо друго, освен дистанционно изследване на космоса.
Нещо повече, когато се говори за икономиката на космическите изследвания хората обикновено започват от 30-те години с работата на фон Браун за военните в Германия от една страна, и Корольов и Цандер в Съветския съюз, от друга.
В първата глава на книгата най-интересна за мен е една таблица, в която са събрани по-големите американски обсерватории от деветнадесети и началото на двадесети век. За всяка от тях, започвайки от Йейлската (1828), са дадени годината на построяването им, номиналната цена в долари от онова време, цената в долари, коригирана към 2015 година грубо казано за инфлация на стойността на труда (т. нар. production workers compensation) и цената пак в долари, коригирана пак към 2015 година, но този път като процент от брутния национален продукт. За Йейлската обсерватория стойностите са съответно: 1828 – $1200 $764,000 – $24,100,000. Открояват се Харвардската обсерватория и Лик, съответно с: 1876 – $50,000 – $26,800,000 – $530,000,000 и 1876 – $700,000 – $188,000,000 – $1,510,000,000. Избрах тези две, защото са известни дори сега, и влизането им в действие е било малка революция в науката.
Разбира се, освен номиналната първоначална стойност, тези оценки сдържат неопределености, свързани с изчисляването на корекциите, така че въпреки поправките, сравнението може да бъде само приблизително.
Малко цитати от Уикипедия. Космическият телескоп Хубъл първоначално има проектна цена от $400,000,000, но до момента на изстрелването му тя нараства до $4,700,000,000, а за повече от двадесет години експлоатация разходите по него са надминали $10,000,000,000 (не е ясно дали тези стойности са коригирани за инфлация или са номинални). Космическият телескоп “Кеплер”, изстрелян през 2009 година, струва $550,000,000. Инфрачервеният телескоп “WISE”, също изстрелян през 2009 година, струва около $300,000,000 и експлоатацията му добавя към тази сума още 5,000,000 всяка година.
“Хъбъл”, макар технологично да се родее с шпионските спътници, беше откровение като астрономически уред и по право може да бъде сравняван с обсерваториите в Йейл и Хардвард., “Кеплер” и “WISE” са по-скоро “рутинни” мисии, те принадлежат към онази група от обсерватории, която е представена в таблицата, но която аз пренебрегвам тук за краткост.
Набиват се в очи няколко извода. Първо, Съединените Щати са се нуждаели от половин век след извоюването на независимостта си за да започнат да строят инфраструктура за астрономия. Забележете, че по онова време астрономията не приложна наука, свързана с такива важни области като картографията и измерването на времето. За сравнение, България строи първата си обсерватория – тази на Софийския Университет, през 1894 година, 16 години след като извоюва независимостта си. За съжаление не можах да намеря информация за стойността на нашата обсерватория.
Второ – и това се разбира като се разгледа цялата таблица, Щатите строят инфраструктурни проекти, които изнасят науката на ново, по-високо ниво приблизително веднъж на всеки три-пет десетилетия (следващите са Маунт Уилсън – 1910 и Паломар – 1928), макар че към края на периода честотата се повишава докато Втората Световна Война не нарушава тази “цикличност”.
Трето, наред с “големите” проекти, науката има нужда от пирамидална инфраструктура. Съдейки по таблицата, за един век Щатите са построили около четиридесет значими елемента на астрономическата си инфраструктура.
В първата глава на книгата си Макдоналд не казва нищо повече от онова, което Алиса добре знае – има места и моменти, в които за да стоиш на място, трябва да тичаш с всички сили. Науката и в частност астрономията е такова място. Строителството на големи инфраструктурни проекти, чието създаване често изисква човек да вложи половината или повече от професионалния си живот, са именно такова надбягване.

Leave a comment

Filed under astronomy, астрономия, космонавтика, наука, science

За навика да се задават въпроси и за най-големия телескоп в света – полагане на първия камък


Вчера, на 26.05.2017 в Чили, на един връх в Андите, наречен Армазонес, беше положен първият камък в основите на ELT. Това е съкращение от Extremely Large Telescope, което буквално преведено означава Екстремално Голям Телескоп. Строи го ESO (Европейската Южна Обсерватория) – консорциум от петнадесет европейски страни, плюс Бразилия и Чили. За съжаление България не е член на ESO.

Телескопът ще има диаметър на главното огледало 39 метра, което ще го направи най-големия в света. Подвижната му част с огледалата и носещата конструкция ще тежи около три хиляди тона, а куполът – около пет хиляди тона.

Очаква се телескопът да помогне в търсенето на отговори на такива фундаментални въпроси като какви са атмосферите на планетите около други звезди, с каква скорост се разширява Вселена и каква е едромащабната ѝ структура. Със сигурност ще ни поднесе и изненади.

Очаква се ELT да влезе в експлоатация през 2024 година, така че има шанс един ден да го използвам.

В основата на телескопа беше положена капсула с копие на научната обосновка на проекта. Ще бъде интересно след години да се види дали той е оправдал очакванията. Разбира се, този документ е публикуван и няма нужда да се чака отварянето на капсулата след кой знае колко години. В нея се намира и един любопитен плакат със снимките на всички служители на обсерваторията.

Телескопът ще струва малко над един милиард евро. Това е приблизително цената, която биха платили всичките страни членки на обсерваторията за да си купят по един чисто но нов и добре екипиран Грипен. Или половин чисто нож Еурофайтър.

Според страницата на НСИ през 2015 година България е похарчила около 117 милиона лева (около 60 милиона евро) от бюджета за изследвания в областта на природните науки. Това е приблизително равно на 1/17 от стойността на ELT. Бюджетните средства за наука в България не са единствено за астрономия, но и, разходите за телескопа се разпределят върху едно ил дори две десетилетия. С други думи, участието в един проект от такъв мащаб не е немислимо дори за малка страна като нашата.

Ще напълни ли ELT нечия чиния? – Това, разбира се, е главният въпрос, когато става дума за харчене на бюджетни средства, и не само за астрономията, а за която и да е фундаментална наука.

Колкото и да е неочаквано, аз мога да дам положителен отговор. И то не става дума за чинията на астрономите – в Европейската Южна Обсерватория работят общо около осемстотин човека. Астрономи са по-малко от стотина. В целия свят има общо около 10,000 астрономи (за справка, макар и с малко стари данни: https://arxiv.org/pdf/0805.2624.pdf); около 90 процента са университетски преподаватели и получават заплати не за изследователска дейност, а за да преподават природни науки на студентите по социология, педагогика, философия и пр. (странно, но по света се смята, че социалните работници и учителите по литература трябва да знаят нещо за материалния свят).

Механизмът за пълнене на чиниите може би е малко неочакван – той работи чрез срещата с интригуващи научни резултати и с начините на достигането до тях, които на свой ред събуждат у хората желанието да задават въпроси. А създаде ли се веднъж навик да се задават въпроси, резултатите могат да бъдат страшни и чудесни, защото хората ще питат навсякъде и за всичко: Какво пише с малки букви на етикета на стоката, която ми рекламират? От къде кандидатът Х ще намери средства за да повиши пенсиите? И т. н.

Колкото повече въпроси, толкова по-добре.

Съобщението на ESO за пресата, с много картинки, може да се види тук: http://www.eso.org/public/news/eso1716/

Leave a comment

Filed under astronomy, астрономия, наука, science

ESO press release – a pretty picture from “my” survey


The survey is not mine, it really belongs to Maria Rosa Cioni and the entire team that worked on it. Maria Rosa is the person who came up with the idea to study the star formation history of the Magellanic clouds (two nearby galaxies: Large Magellanic Cloud, a.k.a. LMC – https://en.wikipedia.org/wiki/Large_Magellanic_Cloud and Small Magellanic Cloud, a.k.a. SMC – https://en.wikipedia.org/wiki/Small_Magellanic_Cloud) with multi-epoch multi-band imaging observations. She organized the team to do this, and I was lucky to join in. You can learn more about the survey here: http://star.herts.ac.uk/~mcioni/vmc/

This project turned out to be very important, especially for the SMC, because despite being a relatively minor galaxy (e.g. with respect to our own Milky Way), it is extended along the line of sight and it contains a lot of dust which makes it difficult to investigate the content and the structure of the SMC. Our survey has the advantage over previous surveys to observe in the near-infrared spectral region which is less affected by dust absorption than the optical.

The ESO press release with some nice images (for a zoomable version go to: https://www.eso.org/public/images/eso1714a/zoomable/) and a video is available here: http://www.eso.org/public/news/eso1714/

Enjoy!

Leave a comment

Filed under astronomy, астрономия, наука, science

Дупки в небето над Паранал


Прикачената снимка на четирите лазера, всеки с мощност от около 20 вата, с които се създават изкуствени звезди над ВЛТ е направена преди два дни с патетичния ми джобен цифров фотоапарат-сапунерка. Снимка, направена с професионален фотоапарат може да се види тук: https://www.eso.org/public/teles-instr/vlt/vlt-instr/4lgsf/

Отстрани този експеримент наистина прилича на опит за пробиване на дупки в небето. Това е шега, разбира се. Идеята е не да се пробие небето, а да се „запалят“ в него няколко ярки изкуствени звезди, които да се ползват за коригиране на деформациите на вълновия фронт, които атмосферата над нас създава.

Деформация, вълнов фронт…

За какво става дума?

Представете си една звезда. За простота нека да разгледаме само светлината, която звездата излъчва в един безкрайно къс интервал – това ще е къс светлнинен импулс. Какво се случва с него? – Той се разпространява под формата на идеална кръгла сфера, без деформации, с център съвпадащ със центъра на звездата. Повърхността на сферата – която е именно споменатият по-нагоре вълнов фронт – се разширява със скоростта на светлината и продължава да си е идеално сферична (ефектите от разредения материал в междузвездното пространство са пренебрежими), докато не се сблъска с въздуха в … земната атмосфера.

Земната атмосфера, ни по-малко, ни повече, прави възможен живота на Земята, но за нас астрономите тя е досадна пречка. Проблемът ни е, че тя е динамична – в нея има слоеве в различно налягане и температура, въздухът се движи, плътността му се сменя и заедно с всички тези процеси се менят и оптичните му свойства. Спомнете си, как трептят звездите, когато ги наблюдаваме близо до хоризонта или как се мени формата на морското дъно, когато го гледате през плискащата се вода…

Същото се случва и със звездната светлина, когато навлезе в атмосферата: повърхността на идеалната сфера се нагърчва и далечните звезди вече не изглеждат като точки, а като малки дискове. Грубо казано, размерът на тези дискове се нарича астрономическо качество на изображението (seeing), и е важна характеристика на мястото, където се строят обсерваториите. Според това изискване Чилийските Анди, Хаваите и Южният полюс са някои от местата, най-подходящи за строеж на обсерватории.

За съжаление дори и там атмосферата изиграва своята роля, а да се изкарват телескопите в космоса, над нея, е скъпо удоволствие (за справка космическият телескоп Хъбъл струва около 2.5 милиарда долара, а всеки един от четирите ВЛТ – около 80 милиона евро; за поддръжката д не говорим – един ремонтен полет до Хъбъл струваше около половин милиард, а годишната издръжка на 4-те телескопа на Паранал – тук не броя по-малките – е около двадесет пъти по-евтина).

Но как да направим така, че наземните телескопи да „виждат“ толкова ясно, както космическите?

През 1953 година американският астроном Хоръс Бабкок предлага да се използва деформируемо огледало, чиято форма се контролира с компютър толкова бързо, че може да проследява „трептенето“ на звездите и да ги „заковава“ на едно място, така че да изглеждат като точкови източници, а не като дискове, каквито ги прави атмосферата (може да видите как изглежда изображението на една звезда без и с използване на адаптивна оптика: https://en.wikipedia.org/wiki/File:Ao_movie.gif).

Адаптивната оптика не бива да се бърка с активната оптика, която само компенсира деформациите на големите телескопни огледала заради неравномерното им натоварване, включително и от собственото им тегло.

Трябва да минат десетилетия, преди да се появят две технологии, които да направят възможна адаптивната оптика: достатъчно бързи компютри и достатъчно чувствителни детектори (по времето на Бабкок астрономите използват фотографски филми и плаки, които регистрират едва няколко процента от падащите върху тях фотони; съвременните цифрови детектори регистрират 90-95 процента от фотоните).

Първи използват адаптивната оптика американските военно-въздушни сили по времето на Студената война за да наблюдават Съветски спътници (интересна статия за това, но на английски: http://www.npr.org/2013/06/24/190986008/for-sharpest-views-scope-the-sky-with-quick-change-mirrors).

През 90-те години постепенно новата технология става цивилна и започва да се използва в астрономията. Тя обаче има едно изискване – да се наблюдават ярки обекти, чието „трептене“ се проследява и коригира. Уви, интересните звезди не са така ярки като съветските спътници. В началото това ограничава астрономическите приложения на адаптивната оптика до изследване на околностите на ярки звезди – например за да се търсят около тях планети – точно по този метод преди повече от десет години беше наблюдавана за пръв път планета в друга слънчева система именно в нашата обсерватория (https://www.eso.org/public/news/eso0428/).

Не знам на кого принадлежи идеята да се използва лазер, за да се заобиколи това ограничение, но тя се свежда до следното – високо в атмосферата, на около 20-30 километра има слой от натрий. Ако насочим нагоре натриев лазер, светлината излъчена от него ще бъде погълната от натриевите атоми в този слой и ще бъде преизлъчена, но във всички посоки; част от преизлъчената светлина ще се върне към нас и в резултат ще се получи изкуствена звезда.

Четирите лъча от снимката създават точно такива ярки изкуствени звезди. А са четири, за да може да се коригира качеството на астрономическото изображение върху по-голяма площ на небето. Апаратурата все още се изпробва. Една от първите й задачи ще бъде да наблюдава центъра на нашата Галактика, към който в момента се приближава голям газов облак. Той едва ли ще е достатъчен за да направи от Млечния път истинска активна галактика (за щастие), но наблюденията на процесите, които ще съпътстват преминаването му от там със сигурност ще ни кажат нещо интересно за нашия дом, Млечния Път.

sam_2795a

Leave a comment

Filed under astronomy, астрономия, наука, science

Българска популяризация на науката: есе от Светослав Александров в The Space Rreview за свободния достъп до изображенията от космоса


Една картинка се равнява на хиляда думи, твърди известната английска поговорка. Картинките от космоса сигурно са еквивалентни на още повече думи, защото ни пренасят в светове, които нямаме (и сигурно скоро няма да имаме) възможността да докоснем и усетим със собствените си сетива. Есе за значението на свободния достъп и по-специално за начина, по който се организира този достъп до снимките от космическите станции, написано от българина Светослав Александров, беше публикувано в The Space Rreview: http://thespacereview.com/article/3052/1

За самия Светослав Александров може да научите повече от блога му (https://svetlyoalexandrov.wordpress.com/) и от страницата му във Фейсбук (https://bg-bg.facebook.com/svetlyoalexandrov/).

Забележете, че есето е предизвикало доста оживена дискусия.

Leave a comment

Filed under astronomy, астрономия, космонавтика, наука, science

Видео-доклади за космическия телескоп „Джеймс Уеб“


Институтът (Space Telescope Science Institute; http://www.stsci.edu/portal/; https://en.wikipedia.org/wiki/Space_Telescope_Science_Institute), който в момента „кара“ космическия телескоп „Хъбъл“, и през Октомври 2018 предстои да „подкара“ космическия телескоп „Джеймс Уеб“ е подготвил няколко доклада за новия телескоп и те са достъпни под формата на видеозаписи и презентации: https://confluence.stsci.edu/display/JWSTLC/JWST+Community+Webinars

Серията е започнала през месец Януари.2016 година, следващият доклад е на 20.Септември.2016. Докладите са на английски. Траят по около един час и нивото е като за професионални астрономи или за напреднали любители. От друга страна това са записи и ако човек не разбира нещо, може да спре записа, да прослуша отново неясната част и дори да потърси превод или обяснение в мрежата. Сред докладчиците са научните ръководители на моята дисертация от университета в Тюсон.

Leave a comment

Filed under astronomy, астрономия, космонавтика, наука, science

Надолу по спиралата, която води нагоре . Ревю на романа Coming Home („Завръщане в къщи“) от Джак Макдивит


Четете моето представяне на романа в електронното списание „Сборище на трубадури“: http://trubadurs.com/2016/09/02/coming-home-by-jack-mcdevitt-review-20160902/

Leave a comment

Filed under astronomy, Book Review, book reviews, литература, научна фантастика, ревюта на книги, science fiction

Планета около звездата Проксима в съзвездието Центавър: запис на интервю с обяснение на резултата от предаването “Преди всички” на програма „Хоризонт“


Журналистката Ирина Недева отрази откритието на новата планета в предаването “Преди всички” на 25.08.2016. Запис на фрагмента може да се чуе тук: http://bnr.bg/horizont/post/100730227/nai-blizkata-do-nas-ekzoplaneta-e-na-razstoanie-malko-nad-4-svetlinni-godini-i-obikala-okolo-zvezdata-proksima

Leave a comment

Filed under astronomy, астрономия, наука, science

Екзопланета в задния ни двор: проектът „Бледа Червена Точка“ докладва за откритие на планета около звездата Проксима в съзвездието Центавър, най-близката звезда до слънчевата система


Проектът и крилатата фраза: В края на 80-те години на миналия век гениалният популяризатор на астрономията Карл Сейгън предлага да се използва една от космическите станции „Вояджер“, които вече са пресекли орбитите на Юпитер и Сатурн, за да се направи снимка на Земята. Идеята е осъществена в началото на 1990 година (тя може да се види тук: https://en.wikipedia.org/wiki/Pale_Blue_Dot). По-късно Сейгън коментира, че „всяко човешко същество, който някога е живяло, е изживяло живота си“ на тази бледа синя точка.

Създателите на проекта „Бледа червена точка“ (https://palereddot.org/), макар и активни учени-изследователи, също са и популяризатори. Те променят символичната фраза на Сейгън за да отразят правилно червения цвят на най-близката до Слънцето звезда – Проксима. Проксима е най-близкия до Слънчевата система член на система от три звезди, заедно с много по-известната двойна звезда Алфа Центавър А и Б. Проксима е пренебрегната от вниманието на широката публика, вероятно защото не е ярка – макар да е близка до нас, тя е слаба и студена червена звездичка и принадлежи към клас, който астрономите наричат М. За разлика от Алфа Центавър, Проксима е невидима за човешкото око – в оптичния диапазон, в който са чувствителни нашите очи, тя е приблизително сто пъти по-слаба, от най-слабите звезди, който хора с отлично зрение могат да видят.

Проектът „Бледа червена точка“ е замислен като съчетание на научно и популяризаторско начинание: на страницата му е отразен в подробности процесът на правене на наука, от идеята, през наблюденията и тяхната обработка, до подготовката и публикуването на научната статия (https://www.eso.org/public/announcements/ann16002/).

Методът: Проектът „Бледа червена точка“, ръководен от Гуем Англада-Ескуде от Университета Куин Мери в Лондон (http://astro.qmul.ac.uk/directory/g.anglada; https://www.researchgate.net/profile/Guillem_Anglada-Escude), използва добре известния метод на радиалните скорости. С помощта точно на този метод през 1995 година швейцарските астрономи Майор и Коло откриха първата екзопланета около звезда от слънчев тип – 51 Пегас б (https://en.wikipedia.org/wiki/51_Pegasi_b).

Методът не изисква да се „види“ директно една планета, достатъчно е да се „вижда“ звездата. Използва се факта, че звездата и нейната планетата се движат по орбити около общ център на масата, който не съвпада с центъра на звездата. Разбира се, орбитата на звездата е много по-малка от орбитата на планетата. При движението по орбитата си звездата се отдалечава или приближава към нас, при което нейният спектър се измества заради ефекта на Доплер. Съвременните астрономически инструменти са в състояние да регистрират това отместване.

В чисто практически аспект методът се заключава в получаване на множество спектри през достатъчно дълъг интервал от време, който трябва да покрие поне веднъж периода на планетата. После се измерва радиалната скорост на звездата от всеки спектър, и по получената крива на скоростите се определят периода и амплитудата на кривата на радиалната скорост, а от там, по закона на Кеплер, се определя отношението между масите на планетата и на звездата.

Анимация, която добре илюстрира метода може да се види тук:

http://images.google.de/imgres?imgurl=https%3A%2F%2Fupload.wikimedia.org%2Fwikipedia%2Fcommons%2F3%2F33%2FESO_-_The_Radial_Velocity_Method_%28by%29.jpg&imgrefurl=https%3A%2F%2Fen.wikipedia.org%2Fwiki%2FDoppler_spectroscopy&h=2094&w=2374&tbnid=gLybRk9ZRxgSuM%3A&docid=KwG2Ep3qqhCr6M&ei=QG69V5DvCIfVsAHnna7oDw&tbm=isch&iact=rc&uact=3&dur=1031&page=1&start=0&ndsp=36&ved=0ahUKEwiQj6nc49nOAhWHKiwKHeeOC_0QMwgcKAAwAA&bih=1076&biw=1379

Откритието: около Проксима има планета, с маса 1.4 пъто по-голяма от масата на Земята. Планетата се движи по орбита с период 11.2 дни и радиус 0.05 астрономически единици (около двадесет пъти по-близо до Проксима, отколкото Земята е до Слънцето; една астрономическа единица е равна на радиуса на земната орбита). Планетата се намира близо до външната граница на обитаемата зона на Проксима и получава от своята звезда около 65% от енергията, която Земята получава от Слънцето; не е изненадващо, че новата планета е по-студена от Земята – температура на повърхността ѝ е около 235 градуса по скалата на Келвин, или четиридесет градуса под нулата по скалата на Целзий. По този параметър новата планета по-скоро прилича на Марс.

Но това не е цялата история – много вероятно планетата има период на денонощно въртене, равен на орбиталния период, т.е. тя винаги е обърната към звездата с една и съща страна (подобно на това как Луната винаги е обърната към Земята с една и съща страна). Следователно, на повърхността на планетата има голяма температурна разлика между страните с вечен ден и с вечна нощ.

Друго усложнение идва от възможността планетата да има атмосфера – ако тя е достатъчно плътна, парниковият ефект е в състояние да повиши температурата на повърхността ѝ над точката на замръзване на водата.

Кривата на радиалната скорост намеква – това е най-подходящата дума – за наличието на още един обект в системата на Проксима, защото след премахването на сигнала от новооткритата планета, остава още един сигнал, под формата на бавна промяна на лъчевата скорост на звездата. Ако наличието на това тяло бъде потвърдено, то ще има период, много по-голям от два месеца (колкото е продулжила последната кампания с HARPS).

Анализ:

– Откриването на планета почти в обитаемата зона на най-близката до Слънцето звезда е епохално откритие. Ако съществуването на планетата се потвърди, тя ще е най-близката до нас екзопланета. Тя има и потенциала да бъде най-близката обитаема планета до нас. Това са две „най“, който няма как да бъдат надминати, просто защото няма друга звезда, по-близка до Слънцето от Проксима. Наличието на планети от земен тип около Слунцето и най-близката до него звезда не е вероятно, освен ако планетите от земен тип не са широко разпространени във Вселената.

– В известен смисъл, откриването на планета около Проксима не е изненада, защото е известно, че на всяка звезда от М клас се пада поне по една планета; проблемът е, че част от М звездите имат по няколко планети, а друга част – нямат никакви (или са толкова малки, че все още не сме ги открили). Също така, като правило планетите в системите на М звездите са малки, не по-големи по маса от Нептун (който е 17 пъти по-тежък от Земята и 19 пъти по-малко масивен от Юпитер), така че и ниската маса на планетата не е изненада.

– Още от сега може да се каже, че планетата вероятно наистина съществува, главно защото сигналът, който тя произвежда, може да се проследи в наблюдения, които покриват почти десетилетие. По-рано той е бил приписван на активността на звездата, но този дълъг период, в който сигналът продължава неизменно да се наблюдава, изключва възможността той да е породен от активност на звездата, защото петната, които са причината да се „откриват“ несъществуващи планети обикновено не са стабилни за толкова дълго време. Нещо повече, паралелно с измерването на радиалната скорост, астрономите от проекта „Бледа червена точка“ са проследили и яркостта на Проксима, защото петната биха довели и до наличието на периодичен сигнал и в яркостта на звездата. Както се очаква за такава студена звезда, яркостта на Проксима се мени, но не със същия период като на новооткритата планета, което е допълнителен аргумент, че новата планета наистина съществува.

Въпроси и отговори:

– Има живот на новооткритата планета? – Не е известно.

Традиционно „обитеаема зона“ около една звезда е зоната, в която равновесните температурни на планетите, които я обикалят, ще са такива, че да позволят наличието на течна вода, т.е. ще са между нула и сто градуса Целзий. За Слънцето, което е много по-горещо и дава на планетите си повече енергия, обитаемата зона е по-далече и се намира приблизително между орбитите на Венера и Марс, но Венера е вече твърде гореща, а Марс е твърде студен. За Проксима в тази зона ще се намират планети с периоди между около 4 и 14 дни, но тези граници са размити, защото тяхното положение зависи не само от енергията, която планетите получават от звездата, а и от размера и масата на самите планети, от вида на повърхността и от характера на атмосферата им. В това отношение фактори са: отражателната способност, т.е. доколко повърхността на планетата отразява и доколко поглъща светлината на звездата; дали има парников ефект – ако Марс беше по-голям, на него би могъл да се поддържа парников ефект и съответно да има условия за наличие на течна вода.

Условията за обитаемост не зависят само от наличието на течна вода. Студени звезди от спектрален клас М като Проксима имат активни атмосфери. Това означава, че повърхността им често е покрита с петна, много повече и много по-големи от слънчевите петна. Петната са свързани с активност с чести избухвания и повишено ултравиолетово и рентгеново излъчване. С други думи, повърхността на планетата е бомбандирана със смъртоносна (за нас) радиация. Подобни обстоятелства правят живот – още веднъж подчертавам, живот като нашия – лошо приспособен за тази планета.

– Можем ли да посетим новооткритата планета? – Теоретично, да. Но да не забравяме, че Проксима е толкова далече от нас, че светлината от нея достига до Слънцето за около 4.2 години. Със съвременните химически ракетни технологии изпращането дори на автоматична станция до там ще изисква 70-80 хиляди години. Проектът Старчип (http://breakthroughinitiatives.org/Initiative/3; https://en.wikipedia.org/wiki/StarChip_%28spacecraft%29), който предвижда пътуване със скорост 15-20% от скоростта на светлината, в случай на успех, може да изпрати автомати до Проксима за 20-30 години. На този етап за пилотирана експедиция е трудно да се правят каквито и да е предположения.

– Може ли да видим новооткритата планета? Какво е това откритие без снимка? – За съжаление планетата е прекалено близо до звездата, за да бъде наблюдавана пряко: при радиус на орбитата 0.05 астрономически единици (една астрономическа единица е равна на радиуса на земната орбита, около 150 милиона километра), се вижда от разстояние от 1.3 парсека (около 4.2 светлинни годни) като ъгъл от около 0.04 ъглови секунди (1 ъглова секунда е равна на 1/3600 част от градуса). Най-добрите от съвременните телескопи могат да разграничат два обекта само ако те са на ъглово разстояние по-голямо от около 0.1 ъглова секунда и то ако яркостите им не са прекалено различни. Обаче следващото поколение инструменти, особено космическите коронографи вероятно ще могат. Нещо повече, много е вероятно откриването на тази планета ще ускори построяването на подобни инструменти, така че не е изключено след едно или две десетилетия да разполагаме със снимки на новооткритата планета.

– Каква е връзката на ЕСО (Европейската Южна Обсерватория; http://www.eso.org/public/) с това откритие? – Проектът „Бледа червена точка“ използва два спектрографа на ЕСО, за да мери радиалната скорост на Проксима: UVES (http://www.eso.org/sci/facilities/paranal/instruments/uves.html) и HARPS (http://www.eso.org/sci/facilities/lasilla/instruments/harps.html). Фотометричните наблюдения използват други, по-малки телескопи в Чили.

– Вие имате ли нещо общо с това откритие? – Не, аз не съм свързан по никакъв начин с проекта „Бледа червена точка“ и не сътруднича с нито един от участниците в него по никакви други проекти; служител съм на ЕСО, но работата ми не е свързана с нито един от използваните инструменти. С други думи, нямам конфликт на интереси.

Материали за пресата:

– съобщение за пресата на ЕСО: http://www.eso.org/public/news/eso1629/?lang и в „детска“ версия: http://www.eso.org/public/news/eso1629/kids/?lang

– научна статия с сп. Nature: http://www.eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso1629/eso1629a.pdf

– видео с обяснения: https://www.eso.org/public/videos/eso1629a/

Любопитно: Проксима често се появява в научно-фантастичните произведения: https://en.wikipedia.org/wiki/Stars_and_planetary_systems_in_fiction#Proxima_Centauri_.28Alpha_Centauri_C.29

Leave a comment

Filed under astronomy, астрономия, наука, science

ESO Reflex Video Tutorials


Reflex is an environment that provides an easy and flexible way to reduce VLT/VLTI science data using the ESO pipelines. I have prepared some video tutorials how to use those pipelines.

The youtube play list is available here: https://www.youtube.com/channel/UCCq4rxr30ydNyV94OWmLrMA

More about Reflex: https://www.eso.org/sci/software/reflex/

Leave a comment

Filed under astronomy, астрономия, наука, science

Астрономия, статия на деня: космически телескопи за жълти стотинки – откритията на космическите телескопи МОСТ и БРИТЕ и ползата от развитието на космически технологии


Трудно е да се свържат жълтите стотинки с космическите телескопи. За сравнение, през последното десетилетие годишният бюджет на Европейската Южна обсерватория (ЕСО), където работя, се колебае около 120-140 милиона евро. За 20 години експлоатация на космическия телескоп Хъбъл (диаметър на главното огледало 2.4 метра) са похарчени около 10 милиарда долара, което прави около 500 милиона долара на година. Оценките за следващия голям проект на НАСА – космическият телескоп Джеймс Уеб (диаметър на главното огледало 6.5 метра), който се очаква да работи в продължение на 5 или 10години – са около 5-6 милиарда долара (тези оценки могат да се видят тук: http://www.nasa.gov/pdf/499224main_JWST-ICRP_Report-FINAL.pdf). Даже сравнително малкият инфрачервен космически телескоп Спитцер (диаметър на главното огледало 0.6 метра) се нуждаеше от около 700 милиона (http://www.spitzer.caltech.edu/info/107-Innovations).

Даже без да взимаме под внимание, че ЕСО има четири 8-метрови телескопа, три 4-метрови и множество други по-малки (и повечето телескопи имат по няколко инструмента), правенето на астрономия от космоса е на порядъци по-евтини, отколкото от Земята.

И все пак космическата астрономия се развива, макар че разходите за нея са значителни. Причината е проста – от космоса може да се получат наблюдения, които не са възможни с наземни телескопи. Първо, земната атмосферата е непрозрачна – тя почти напълно поглъща фотоните с високи енергии, в ултравиолетовата и в инфрачервената области – по тази причина рентгеновите наблюдения и наблюденията в гама лъчите се правят почти изключително от космоса (https://en.wikipedia.org/wiki/XMM-Newton, https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_and_Heliospheric_Observatory, https://en.wikipedia.org/wiki/Swift_Gamma-Ray_Burst_Mission, за по-пълен списък: https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_space_telescopes; този списък не включва инструментите, изстрелвани със суб-орбитални ракети но за тях – друг път).

Второ, земната атмосфера е нестабилна. Въздухът се движи, променя се налягането му и заедно с това – оптичните му свойства. Това води до „размиване“ на звездните изображения, които вместо почти идеални точки, се превръщат в дискове. Разбира се, размерът на тези дискове е незабележими за човешкото око, но той е пагубен за астрономическите инструменти, защото намалява разделителната им способност – най-просто казано, способността им да разделят две близко разположени звезди. Проблемът е особено актуален когато се търсят планети около ярки звезди, защото звездното изображение става толкова голямо, че „скрива“ планетите от наблюдателите.

Трето, в земната атмосфера има облаци. Облаците се състоят от водни пари, които имат свойството да поглъщат светлината много добре и тяхната „променливост“ превръща получаването на точна фотометрия от наземните телескопи доста трудна задача. При хубави условия – безоблачна нощ, ниска влажност и липса на Луна (която има лошия навик да повдига фоновото излъчване и да увеличава шума на измерванията), за ярки обекти и с прилично голям телескоп е сравнително лесно да се получи фотометрия с точност от няколко процента. Тук използвам понятията ярки обекти и прилично голям телескоп съвсем условно. Проблемът е, че за много наблюдателни задачи такава точност не е достатъчна – например пасажите (още известни като транзити) на екзопланетите обикновено имат дълбочина под един процент и много малко от тях са в орбита около „условно“ ярки звезди, дори за най-големите съвременни телескопи. Нещо повече, наистина интересните планети, с диаметър подобен на земния, предизвикват пасажи с дълбочина десети или дори стотни от процента. До някаква степен може да помогнат така наречените относителни измервания, когато се наблюдават едновременно обектът на изследване и звезда (или по-добре много звезди) за сравнение (два примера от работи на един мой аспирант, Клаудио Кацерес: http://adsabs.harvard.edu/abs/2009A%26A…507..481C, http://adsabs.harvard.edu/abs/2011A%26A…530A…5C, но и това решение не работи винаги, защото звездата за сравнение трябва да е почти толкова ярка, колкото обекта, а ярките звезди на небето са малко и обикновено са разположени далече една от друга и рядко попадат в полето на съвременните инструменти. За телескоп в космоса няма нужда от звезди за сравнение, нито от постоянни наблюдения на „стандартни“ звезди за да се калибрира сигналът. Нещо повече, обикновено космическите телескопи се калибрират на земята преди изстрелването им, и след това само се проверява дали чувствителността им съответствува на определената преди старта (съвсем без стандарти и калибриране не може, защото трябва да се следи за деградацията на огледалата и детекторите в суровите космически условия). Демонстрация на възможностите да се получава свръхточна фотометрия от космоса са телескопите Коро (https://en.wikipedia.org/wiki/COROT) и Кеплер (https://en.wikipedia.org/wiki/Kepler_%28spacecraft%29).

* * *

Наред с големи проекти, които изброявах до сега, съществуват и множество малки космически телескопи, за които рядко се говори. Причините за малката им „популярност“ са комплексни – в някой аспекти те успешно се конкурират с „големите“, но създателите им неизбежно са приели конструктивни решения за да намалят себестойността им, което в повечето случаи ги е превърнало в „нишови“ инструменти, подходящи само за адресирането на определени специфични наблюдателни задачи.

МОСТ (MOST; Microgravity and Oscillation of Stars) беше изстрелян на 30.юни.2003 година. Той представлява „куфар“ с размери 65 на 65 на 30 сантиметра, тежи 53 килограма и носи на борда си 15-сантиметров оптичен телескоп. Както се вижда от името, първоначалната задача е била да се изследва вътрешната структура на звездите с методите на астросеизмологията (https://en.wikipedia.org/wiki/Asteroseismology) – микро-променливост на звездите, породена от акустични осцилации в недрата им.

Обаче, не изненадващо, най-цитираните резултати са свързани с изследването на планети около други звезди. Джейсън Роу и съавторите му (списъкът включва и българина Димитър Съселов, професор в Харвард) наблюдават в продължение на 58 дни звездата HD 209458. Тя е от спектрален клас GoV и има ефективна температура около 6000 градуса по скалата на Келвин – не много различна от Слънчевата. В орбита с период около 3.5 дни около нея обикаля „горещ Юпитер“ (https://en.wikipedia.org/wiki/HD_209458_b). Роу и колеги му са се опитали да регистрират отразената светлина на планетата, но неуспешно (http://adsabs.harvard.edu/abs/2006ApJ…646.1241R и http://adsabs.harvard.edu/abs/2008ApJ…689.1345R). Това поставя горна граница на албедото (отражателна способност) на планетата и означава, че тя не е покрита с облаци, които да отразяват светлината на тамошното слънце. Такива отразяващи облаци в Слънчевата система имат Земята и Венера.

МОСТ има малко полезрение, което е именно един от тези компромиси, необходими за да се намали стройността на спътника. Това ограничава приложението му до изследване на единични обекти, какъвто е случая в HD 209458. Подобна беше стратегията на Джоуша Уин и неговите колеги, които през 2011 година обявиха (http://adsabs.harvard.edu/abs/2011ApJ…737L..18W), че петата и най-вътрешна планета в системата на звездата 55 Cnc има транзити. До тогава беше известна само масата на планетата – от измервания на радиални скорости, около 8.6 земни маси, а транзитите позволиха да се измери радиусът ѝ – два пъти по-голям от земния. Звездата 55 Cnc е от шеста звездна величина и човек със средно добро зрение може да я види с невъоръжено око (с други думи, без да използва телескоп или дори бинокъл). Това измерване постави планета в класа, наречен свръх-земи, защото тези обекти имат малко по-големите маси и размери от земните. Теоретичните модели предсказват за повечето от тях структура, подобна по-скоро на газови планети, затова някой предпочитат да ги наричат мини-Нептун.

Себестойността на МОСТ е около 7 милиона евро, телескопът продължава да се използва вече тринадесет години. За сравнение, обществената поръчка за 75 автомобила за Народното събрание от 2012 година е около 4.4 милиона лева, но за срок от само три години(http://www.dnevnik.bg/bulgaria/2012/09/13/1904108_narodnoto_subranie_obiavi_poruchka_za_tochno_opredelen/).

През 2014 година, когато канадското правителство реши да намали финансирането за наука, учените, които го използват се канеха да прибягнат до crowdfunding, за да продължат мисията му. В момента МОСТ се управлява от частната фирма MSCI (http://www.mscinc.ca/products/most.html), от името на Канадската Космическа Агенция. MSCI продължава научните изследвания с него, но също предлага и наблюдения на комерсиална основа.

БРИТЕ (BRITE; Bright Target Explore; https://en.wikipedia.org/wiki/BRITE) също е канадска обсерватория (с участието на Полша и Австрия; полската страница за БРИТЕ е тук: http://www.brite-pl.pl/index_en.html), но за разлика от МОСТ това не е един спътник, а цели шест наноспътника, кубове с дължина на страната 20 сантиметра и тегло 10 килограма. Апертурата на телескопите е само 3 сантиметра – това е компромисът при този проект, – но пък телескопите са много и могат да се използват паралелни за наблюдения на различни обекти. Към настоящия момент пет от шест изстреляни БРИТЕ наноспътника са в работно състояния. Не на последно място е важно, че ползрението на спътниците е 24 градуса, което позволява да се наблюдават едновременно множество ярки звезди. Статия с подробно техническо описание на проекта може да се види тук: http://cdsads.u-strasbg.fr/cgi-bin/bib_query?2014PASP..126..573 и стойността на всеки един от наноспътниците е около 1-2 милиона долара (http://thevarsity.ca/2013/03/10/u-of-t-launches-nano-satellites-into-orbit/).

Няколко мои колеги от Есо, сред които Дитрих Бааде използваха БРИТЕ като част от голяма колаборация за да изследват загубата на маса при Бе звездите (https://en.wikipedia.org/wiki/Be_star). Това са горещи звезди, които се въртят толкова бързо, че центробежната сила на екватора им почти се изравнява с гравитацията и част от звездното вещество „отлита“ в космоса и образува газов диск около звездата. Тези звезди се разпознават лесно по силните емисионни линии в спектрите им. Наблюденията показват, че прехвърлянето на материал от звездата към диска не става с постоянна скорост, а е модулирано от пулсации на Бе звездите, което на свой ред води до активност в диска. Това е само една от първие три статии, използващи наблюдателен материал от БРИТЕ. Сигурен съм, че ни предстои да видим още важни резултати от този проект.

* * *

Надявам се, че успях да покажа – малкит и евтини космически телескопи имат своята ниша, специално в наблюденията на ярки звезди и в продължителните кампании, покриващи много седмици или дори месец. Обаче ползата от тях не се изчерпва до тук.

Нека да си спомним за спускаемия апарат Бийгъл-2 (https://en.wikipedia.org/wiki/Beagle_2), изпратен към Марс заедно с космическата станция Марс експрес, той трябваше да кацне малко преди Коледа на 2003 година. Апаратът се отдели от станцията, спусна се в атмосферата и изчезна. Разследването на ЕСА стигна до заключението, че проектът е било доста „суров“, и раязкри. Наиситна, в началото на 2015 годна Бийгъл-2 беше открит върху фотографии на марсианската повърхност и стана ясно, че той все пак е кацнал, но една от слънчевите батерии не се е отворила, блокирайки възможността за радиоконтакт със Земята.

Проблемите с Бийгъл-2 издават липсата на опит и бих казал, на „зрялост“ в космическата Британската космическа индустрия, която навремето се отказа от създаването на собствени носител; рязък контраст с Японската космическа агенция, която трупа опит с годините изпращайки една след друга амбициозни мисии като Хаябуса (https://en.wikipedia.org/wiki/Hayabusa) например.

Малките космически телескопи са именно школата, която създава кадрите и инфраструктурата, необходими за по-смели космически проекти. Разбира се, натрупаният опит в създаването и управлението на спътници не се ограничава до телескопи, както и обучението на студентите по астрономия не означава, че те непременно трябва да станат астрономи – уменията да решават проблеми, да намират отговори чрез изследователски методи могат да се приложат навсякъде и са един от начините науката да върне на обществото инвестициите, които са направени за нея.

Leave a comment

Filed under astronomy, астрономия, космонавтика, наука, science

Астрономия, статия на деня: когато писателите фантасти се хванат за калкулаторите или може ли слънцето никога да не залязва над Татуин


В заглавието би трябвало да заменя калкулаторите с логаричтмични линийки, защото някой от статиите, който ще спомена по-нататък са доста стари.

Към размисли на тази тема ме подтикна една статия, която се появи през октомври миналата година на Ливърморския сървер за препринти от моя любим писател, австралиецът Грег Игън: http://arxiv.org/abs/1510.05345

Статията е изпратена в Astrophysical Journal, америакнско научно списание, което заедно с другото американски списание Astronomical Journal (то е ориентирано повече към чисто наблюдателни изследвания), с английското Monthly Notices of the Royal Astronomical Sosciety и с общоевропейското Astronomy and Astrophysics са местата където астрономите най-често публикуват статиите с резултатите си.

Все още статията на Игън не е приета, защото не е излязла на страницата на самото списание, но съдейски по това, че на сървера в края на май се появи трета коригирана версия, процесът ѝ на рецензиране е доста напреднал.

Игън не е чужд на научните публикации. По образование той е математик, има статии по изчислителни методи и нищо чудно, че тук става дума за теоретична работа.

Всичко започва малко по-рано – през 2015 година амерканският професор Юджин Окс, професор по физика в Университате в Оубърн публикува статия, в която предалага нов вид орбити в системите на двойни звезди.

* * *

Традиционно се смята, че ако звездите са достатъчно далече, около всяка от тях може да има стабилни планети. Точно такава е планетната система около главната звезда на двойната система Гама Цефей. Интересно, че първи докладваха за наличието на планети около тази звезда няколко канадски учени още през далечната 1988 година (Кябмъл, Уокър и Янг: http://adsabs.harvard.edu/abs/1988ApJ…331..902C; пдф-ът е публично достъпен), но резултатът им беше подложен на съмнение, и така откриватели на първата екзопланета станаха швейцарсите Майор и Коло през 1995 годна (http://adsabs.harvard.edu/abs/1995Natur.378..355M).

Вторият известен тип планетни орбити в двойните системи обикалят около центъра на масите на двете звезди и отново изминава време, преди първата подобна система да бъде призната от астрономическата общност – през 1993 година Торсет, Арзуманян и Теълър публликуваха статия (http://adsabs.harvard.edu/abs/1993ApJ…412L..33T), в която описват планета с маса около 30% от масата на земята, обикаляща около двойка състояща се от пулсар и бяло джудже. Към настоящия момент са известни двадесетина подобни планети (https://en.wikipedia.org/wiki/Circumbinary_planet), включително и около двойни звезди от глваната последователност.

* * *

Окс предлага съвършенно нов вид орбита в която планетата обикаля не около звездите, а около оста, която ги свързва. Представете си гира, в която топките са двете звезди. Дръжката е въпросната ост помежду им и планетата ще се движи по орбита, лежаща в развина перпендикулярна на дръжката.

Разбира се, аз тук опростявам. Статията на Окс се състои от дванадесет страници с формули, тук-там разредени с някоя фигура. Рашението е аналичитно, което не е за чудене, защото Окс е от руски произход (и вероятно първото му име всъщтност е Евгений, а не Юджин), а руската физика е известна с добрата си аналитична школа – бившите студенти по физика никога няма да забравят многотомника на Ландау и Лифшиц. Без да се задълбочавам с подробности само ще поясня, че орбитата всъщюност ще бъде конично сечение, например елипса, и равнината ѝ може да осцилира около точката на Лагранж между двете звезди. За любопитните – на Фигура 3 в статията на Окс има скица, която дава по-добра представа.

Наличието да подобни стабилни орбити е интересно по няколко причини. Първо, то има потенциала да разшири жилищната площ във Вселената, защото около 1/3 от звездите принадлежат на двойни, тройни и други системи с по-висока кратност. Второ, подобни системи са интересни с по-лесната си наблюдаемост – има голяма вероятност те да имат транзити (известни още като пасажи). Като истински теоретик Окс изследва и възможността планетите да бъдат открити по излъчваните гравитационни вълни. Гравитационни вълни излъчва и Земята докато обикаля около Слънцето, но планети на новопредсказаните орбити можат да имат много по-къса година от земната, и следователно ще излъчват с много по-голяма интензивност

* * *.

Татуин не обикаля около оста, свързваща двете звезди, който залязваха пред Люк, защото на плнетите, предсказани от Окс, двете звезди никога няма да се виждат едновременно, те винаги ще бъдат от противоположните страни на планетата, от което следва, че на нея никога няма да има нощ. През Викторианската епоха са казвали, че слънцето никога не залязва над Британската империа, просто защото тя е толкова голяма, че има територии на противоположните части на Земята. Слънцето (по-скоро едно от слънцата) никога няма да залязва над която и да е държава, намираща се Окс-овите планети.

Във фантастиката са описани планети, намиращи се в системите на двойни и по-високократни звездни системи. Един съвем скорошен пример е трилогията „Проблемът на трите тела“ (https://en.wikipedia.org/wiki/The_Three-Body_Problem; първият том спечели наградата Хюго за най-добър роман през 2015 година) от китайския автор Ли Ксицин. Там орбитата на планетата е хаотична, кратки епохи на „обитаемост“ се редуват с продължителни периоди, през които планетата е или леден хладилник, или огрнена фурна. Местните форми на живот се е приспособили, развивайки способност да се обезводняват и хибернират в този вид през периодите на необитаемост.

* * *

Статията на Игън е дълга само три странички – доста по-малко от обичайното. Тезата ѝ е описана кратко и ясно в абстракта: орбитите, предложени от Окс са нестабилни, ако се отчете орбиталното движение на двойната звезда. За да е стабилна орбитата, ъгловият момент трябва да се запазва; Окс допуска това, разглеждайки кръгова планетна орбита, точно перпендикулярна на линията, свързваща двете звезди, а Еган проверява това допускане и демонстрира, че ъгловият момент ще се мени с период, развен на периода на въртене на двойната звезда около общият ѝ център на масите.

Аз съм обикновен наблюдател, а не специалист по звездна динамика, статията все още не е приета за публикация, така че ще изчакам да преди да съдя кой е прав – очевидно проблемът не нетривиален и е лесно да се пропусне някой фин ефект. Ако Игън е прав, може само да съжаляваме, че предложените от Окс планетни системи не съществуват.

* * *

За мен е интересно друго – как би се образувала подобна система и дали изобщо е възможно. Проблемът е, че практически (запомнете тази уговорка, по-надолу ще се върна към нея) всички звездни системи, който познаваме до сега – от планетните системи и двойните звезди до галактиките, са се образували от диск – протопланетен, протозвезден или протогалактичен. Това е свързано с процеса на свиване на облаците материал, от които тези системи се образуват и с факта, че колапсът никога не е сферично симетричен. Достатъчно е облакът да има съвсем малко въртене преди началото на свиването, за да създаде то центробежна сила, която да се противопостави на свиването. При това въртенето се засилва в процеса на свиване – също както танцуващите на лед се завъртат по-бързо ако свият ръцете си, заради запазването на въртящия момент.

Центробежната сила породена от въртенето се противопоставя на свиването само в равината на въртене, докато по оста на въртене свиването протича без проблем. В резултатът се образува диск. По тази причина орбитите на планетите в повечето планетни системи лежат приблизително в една равнина и повечето галактики имат дискове. Освен въртенето, магнитните полета и излъчването на вече образувани звезди мога да възпрепятстват свиването, тук разглеждам опростена картина.

Сега да се върнем към уговорката, която направих по-нагоре. Наистина, орбитите на повечето планети лежат в една равнина, но не всички, орбитата на планетата джудже Седна например е наклонена на около 12 градуса спрямо земната орбита. А при галактиките има обекти, чиято форма няма нищо общо с диск – например елиптичните галактики. И в двата случая отговрни за тези „отклонения“ са процеси на взаимодействие – между Седна и гигантските планети; между галактиките, от чийто сливане са са образували самите елиптични галактики.

Нещо подобно е необходимо за образуването на планетните ситема от типа, предсказан от Окс: логично е да се предположи, че равнината на орбитата на двойите звезди, които са двата най-масивни обекта в системата, ще съвпада с екваториялната равина на протозвездния диск, от който са се образували те. А орбитата на планетата е перпендикулярна на тази равнина и е мното трудно да си представим как ще се образува подобна планетна система и от къде ще се вземе моментът, който ще движи планетата по орбитата ѝ. Едиственото обяснение е взаимодействие с друга ситема, точно ориентирано в равнина, перпендикулярна на орботалана равнина на двойната звезда, а такова съвпадение е малко вероятно.

* * *

Това е аргумент за ниската вероятност да възникнат подобни сиситеми, а не аргумент за нестабилността им, какъвто привежда Игън. Моят аргумент има наблюдателно отвърждение – защото същият механизъм на образване работи при галактиките и там той е също толкова рядък: известни са галактики с две перпендикуларни структури (те се наричат галактики с полярен кръг: https://en.wikipedia.org/wiki/Polar-ring_galaxy) и честотата им при галактиките, които със сигурност са претърпели взаимодействия наскоро (по вселенски мащаби, разбира се; такива галактики сами по себе си се срещат рядко) се измерва с няколко процента (атлас и каталог на подобни галактики може да се види тук: http://adsabs.harvard.edu/abs/2011MNRAS.418..244M).

* * *

Игън не е единственият фантаст, оставил името си сред авторите на научни статии. Но обикновено пътят води в обратна посока – учени, прописват фантастика. Примерите са много, започвайки от Камил Фламарион (https://en.wikipedia.org/wiki/Camille_Flammarion) и стигайки до Алистър Рейнолдс (https://en.wikipedia.org/wiki/Alastair_Reynolds). Специално ще отбележа Борис Стргацки, който е работил известно време в Пулковската обсерватория, преди да стане професионален писател. Днес в астрономическите бази от публикации може да се намери една едиствена негова статия за асиметричната форма на планетите гиганти в Слъневата система (http://adsabs.harvard.edu/abs/1962IzPul..23..144P; това е статията, която навярно е написана с помощта логаричтмична линийка, а не на калкулатор).

Случаят с Игън е различен – той идва извън астрономията, макар да е програмист и специалист по приложна математика – и дава повод да си задам един друг въпрос: дали „външен“ човек може да произвежда научни резултати или специализацията в науката е достигнала ниво, което изключва подобна възможност. За това – друг път. А дали статията му ще бъде приета в списанието, ще покаже бъдещето.

Leave a comment

Filed under astronomy, астрономия, наука, science

Астрономия, статия на деня: преброяване на дивите звезди или ретрофутуризъм от Едвин Солпетер, от 1955 година


В янаурския брой на Astrophysical Jouranl от 1955 година излиза една статия (http://adsabs.harvard.edu/abs/1955ApJ…121..161S), която за следващите шест десетилетия събира над пет хиляди цитата. Към днешна дата тя е осемнадасетата най-цитирана научна публикация в астрономията.

Трябва да обясня, че броят цитати е опит да се измери ефекта от едно научно изследване. Той е базиран на достатъчно обоснованото – поне според мен – предоложение, че ако резутатите от една работа са важни, те ще бъдат използвани в други работи, и че цитирането на първоизточника е задължително. Броят цитати не разграничава изследванията, които водят до по-дълбоко разбиране на същността на света от обикновени каталози (преоизведени например от обзори на небето или каталози с някакъв вид стандарти), но бързам да добавя, че каталозите също са необходими на науката.

Статията на Едвин Солпетер е онези, които носят разбиране на света. Авторът ѝ за пръв път построява разпределение на звездите по маси (казано с други думи – хистограма на звездните маси), параметризира го с прост степенен закон (със степен, обикновенно означавана с гръцката буква гама, равна на -2.35; тя е отрицателна, което означава, че масивните звезди се срещат по-рядко от малко масивните си събратя), и го интерпретира като ново наблюдателно ограничение, с което теориите за образуване на звездите трябва да се съобразяват.

Солпетер (https://en.wikipedia.org/wiki/Edwin_Ernest_Salpeter), по това време професор в Австралийския национален университет в Канбера (Австралия) и в Корнел (САЩ), е роден през 1924 година във виенско еврейско семсйство, което по-късно емигрира в Австралия, спасявайки се от Хитлер. Той завършва аспирантура през 1948 година в Бирмингам (Великобритания). Освен с историческата си статия от 1955 година, той е известен с това, че в средата на 60-те години заедно с Яков Зелдович определя акрецията на материал върху свръхмасивна черна дупка като източник на енергията в квазарите.

* * *

Работа на Солпетер за звездните маси не идва на празно място – предшестват я векове от изследвания на звездите – образуването им и звездната еволюция са основни дялове от астрономията.

Всичко започва с каталозите на звездите, които правят още древните гърци. Може би най-известни сред авторите на каталози са Аристил и Тимохарис, работили в Александрия около 300 г. пр. н.е. Идеята, че звездите са просто други слънца се появява през Средновековието в Арабския свят. В Европа неин защитник е Джордано Бруно. През 1718 Едмунд Халей (https://en.wikipedia.org/wiki/Edmond_Halley; същият, който открива Халеевата комета) забелязва, че звездите не са неподвижно „заковани“ на небесната сфера, а се движат по небето (https://en.wikipedia.org/wiki/Proper_motion), макар и бавно – шампионите сред тях изминават изминават 5-10 ъглови секунди на година.

Йозеф Фраунхофер (https://en.wikipedia.org/wiki/Joseph_von_Fraunhofer), за когото писах по-рано, е баща на звездната спектроскопия – в самото начало на 19 век, скоро след първите спектроскопски наблюдения на слънцето, той поставя спектрографа си на телескоп и получава спектри на ярки звезди като Сириус и Бетелгейзе. Спектрите и последвалата идентификация на лиите на поглъщане в тях правят възможни изследванията на химическия състав на звездите и спектралната им класификация по температура.

През 1838 г. Фридрих Бесел измерва за пръв път разстоянието до една от близките звезди по геометричен начин (по метода на паралакса: https://en.wikipedia.org/wiki/Parallax).

Механизмът на производство на енергия в звездите дълго остава загадка. Първите заподозрени са химическата енергия и гравитацията, но те не могат да осигурят достатъчно дълъг живот на звездите – ако Слънцето светеше за сметка на химическа или гравитационна енергия, то щеше да бъде по-младо от Земята. Второто предположение, направено от Уйлам Томпсън (по-известен като лорд Келвин; https://en.wikipedia.org/wiki/William_Thomson,_1st_Baron_Kelvin) и Херман фон Хелмхолц (https://en.wikipedia.org/wiki/Hermann_von_Helmholtz) по-късно се оказва истина, но само за кафявите джуджета. Едва през 1920 година, в една своя лекция Артър Едингтон (https://en.wikipedia.org/wiki/Arthur_Eddington) предлага ядрените реакции като източник на Слънчевата енергия, и трява да измине повече от едно десетилетие преди Ханс Бете (https://en.wikipedia.org/wiki/Hans_Bethe), Георги Гамов (https://en.wikipedia.org/wiki/George_Gamow) и Карл фон Вайсзекер (https://en.wikipedia.org/wiki/Carl_Friedrich_von_Weizs%C3%A4cker) да разработят теорията в детайли.

Процесът на образуване на звездите се оказва не по-малко костелив орех и до днес много негови елементи си остават загадка за нас. Ясно е, че звездите се образуват в плътни молекулни газово-прахови облаци, но по някаква загадъчна причина много от облаците в нашата Галактика не образуват звезди. Нещо им пречи, и най-често споменаваните кандидати за тази роля са магнитните полета и турбулентността на материала в облаците, които не им позволяват да се свият под действието на собствената си гравитация, и да образуват звезди.

Предполага се, че звездообразуването не е спонтанно, а се предизвиква от някакъв тригер, например избухване на близка свръхнова, преминавване на молекулния облак през галактичен спирален ръкав, звезден вятър от активно галактично ядро или сблъсък на галактики. Общото между тези толкова различни явления е, че те предизвикват в молекулярния облак вълна на плътността, която свива газово-праховия материал.

Другото забележително откритие на последните десетилетия беше, че звездите са „колективисти“ – болшинството от тях се обрзуват заедно, в купове (един чудесен обзор по темата може да се види тук: http://adsabs.harvard.edu/abs/2003ARA%26A..41…57L). Повечето то куповете впоследствие се разпадат и звездите се „реазейват“ из Галактиката.

Пряко следствие от звездния колективизъм е наличието на обратна връзка – в момента, в който се образуват по-масивни звезди, те нагряват молекулните облаци и по-високата температура води до по-голямо газово налягане, което спира свиването на облаците и образуването на нови звезди. Други фактори, които може да влияят на звездообразуването са металичността на материала в облака (защото облаците се охлаждат главно чрез излъчване в метални емисионни линии; освен това температурите на звездите и съответно силата на обратната връзка зависи от металичността им), средата (дали около облака има други звезди; колко е голяма галактиката, в която ооблакът се намира), магнитните полета (които могат да предотвратят свиването на облака) и пр.

За съжаление е много трудно да се наблюдава непосредствено звездообразуването, защото праховите частици в молекулните облаци поглъщат светлината. Една възможност да се андникне в самата светая светих са инфрачервените и събмилиметровите наблюдения, защото фотоните с подобни дължини на вълните се поглъщат по-слабо от праха. Космическите телескопи WISE (https://en.wikipedia.org/wiki/Wide-field_Infrared_Survey_Explorer) и Spitzer (https://en.wikipedia.org/wiki/Spitzer_Space_Telescope) много помогнаха за изследванията на ранните стадии на звездообразуване.

* * *

Статията на Солпетер с неговото разпределение на звездите по маси е важна за разбиране на звездообразуването по две причини. Първо, разпределението може да се определи след като звездите са излезли от най-плътната част на молекулните облаци и се виждат ясно. Наистина, трябва да се правят корекции заради по-късия живот на най-масивните звезди, но за звездите с маси под няколко слънчеви маси обикновено няма такава нужда – те просто трябва да се преброят.

Втората причина е, че различните модели на звездообразуване предсказват различни разпределения по маса и следователно поне на теория Солпетер е отворил вратата за използване на ново наблюдателно ограничение спрямо тези теории.

На практика картината е сложна. Преди двадесет години се смяташе за аксиома, че функцията на масите е универсална, даже в далечните галактики. Последните наблюдения говорят за отклонения в двата края на функцията – при много масивните звезди и при малко масивните звезди:

(1) В гигантскигте звездни купове в центъра на нашата и в някой други галактики се наблюдава „свръхпроизводство“ на масивни звезди.

(2) В различни области на звездообразуване в нашата Галактика се наблюдават разлики в процента на звезди в диапазона от 0.1 до 0.5 слънчеви маси – например в добре известната област на звездообразуване в съзвездието Телец има много повече масивни звезди отколкото в областта известна под името IC 348.

По-подробно за тези разлики може да се прочете в обзора на Нейт Бастиен и неговите съавтори, достъпен свободно тук: http://arxiv.org/abs/1001.2965 (вижте например Фиг. 3).

* * *

Със своята работа от 1955 година Солпетер създава чудесен нов (за времето си) инструмент за изследване на звездите, който широко се използва и днес. Но Солпетер ще остане в историята на астрономията и като един от последните „ренесансови“ универсалисти. За съжаление аз нямах щастието да го срещна, но пък той се е погрижил да ни остави един кратък мемоар: http://adsabs.harvard.edu/abs/2002ARA%26A..40….1S

написан с прекрасно чувство зьа хумор и много мъдрост.

Leave a comment

Filed under astronomy, астрономия, наука, science

Астрономия, статия на деня: откриването на планета около младата звезда CI Tau или приказка за силата на невидимата светлина


През 1781 година Уйлям Хершел (https://en.wikipedia.org/wiki/William_Herschel) открива планетата Уран и с това обезсмъртява името си в съвременната наука. През 1800 година той прави още едно, по-малко известно, но не по-малко важно откритие – на инфрачервената светлина.

На пръв поглед откритието станало случайно. Хершел се опитвал да измери колко слънчева топлина „преминава“ през филтри с различни цветове. Той имал няколко термометра – един непосредствено зад измервания филтър, който се нагрявал от слънчевата светлина, преминаваща през филтъра, и два контролни термометра, разположени на сянка, в непосредствена близост – за да наблюдава околната температура. Термометърът зад филтрите винги показвал по-висока температура от контролните термометри и разликата се увеличавала от синьото към червеното.

И тук идва стъпката, която може да направи само велик учен и талантлив експериментаор. Хершел се запитал дали след червеното, което било последната част от спектъра, видима за човешкото око, няма и друга, невидима част, но също тъй способна да пренася слънчевата топлина до неговия термометър.

Хершел разложил слънчевата светлилна н спектър и поставил термоментър след червената област. Разултатът бил положителен – термометърът показал повишаване на температурата. Инфрачервената светлина била открита

Дефиницията на инфрачервения диапазон не е физична, няма нищо различно в процесите, които управляват светлината с дължина на вълната половин микрон (където е най-чувствитлено човешкото око) и с дължина на вълнната между 1 и 2.5 микрона (диапазонът, традиционно наричан „близко инфрачервено“) или между 3 и 20 микрона („средно инфрачервено) или диапазона с по-голяма дължина на вълната („далечно инфрачервено“).

Границите между тези диапазони имат не физични, а историчеки и технологични причини. Например 1 микрон е приблизителната граница където класическите силициевите детектори на видима светлина престават да бъдат чувствителни, защото електормагните фотони с по-голяма дължина на вълната нямат достатъчно енергия за да преодолеят потенциалната бариера в силиция. Границите са свързани и с прозрачността на атмосферата – например след 2.5 микрона тя е практически непрозрачна и това поставя горната граница на близкото инфрачервено – до построяването на астрономически обсерватории във високопланинските пустини като Атакама, където влавността на въздуха е осоебно ниска, средното инфрачервено практиески не беше достъпно за наземни наблюдения. А далечното инфрачервено с малки изключения и днес остава достъпно практически само от космоса.

След това пространно въведение остава да отговоря на въпроса каква е връзката между инфрачервената светлина и планетата около протозвездата CI Tau. Преди всичко връзката произлиза от факта, че протозвездите са студени, поне по „звездните“ стандарти – тяхтата ефективна температура обикновено е 1500-3000 градуса по скалата на Келвин (за сравнение ефективната температура на Слънцето е около 6000 градуса по същата скала). Това означава, те те излъчват най-много енергия именно в инфрачервената област – около 1-2 микрона (според закона на Виен: https://en.wikipedia.org/wiki/Wien%27s_displacement_law). Следователно, най-оптимално е подобни обекти да се наблюдават именно в диапазона на „невидимата“ инфрачервена светлина.

Втората причина се крие в бурния младежки “характер“ на протозвездите и отново е свързана с нискта им температура – заради нея вътре в протозвездите има много източници на поглъщане и енергията, която се произвезда в ядрата им не може свободно да ги напусне – тя се поглъща и презилъчва многократно и се задържа дълбоко под повърхността на звездата. Алтернативата е подобни звезди да изхвърлят от вътрешността си цели „клетки“ от горещ материал, които постепенно да „изплуват“ нагоре, пренасяйки енергията към повърхността. Като резултат от подобен пренос на материя външната част на звездата е „неспокойна“ и повърхността й е покрита с петна. Подобни петна, но много по-малки, има и на повърхостта на Слънцето, и те се появяват много по-рядко, отколото при протозвездите. Понякога в моделите на протозвездите е трудно да се реши кое е петно и къде е „нормалната“ повърхност на звездата.

Петната имат две последици: протозвездите са променливи, потокът, с други думи светмостта им се модулира от петната (който са по-тъмни от околната повърхност) и това се използва да определяне на периодите им на въртене, които от своя страна са свързани с възрастта на звездите и това е един от редките случай, когато възрастта на отделна звезда може да се определи сравнително лесно (трудният начин е астросеизмология https://en.wikipedia.org/wiki/Asteroseismology, но той изисква свръхточни и продължителни наблюдения; ако звездата не е отделна, а член на звезден куп, възрастта й може да се определи по диаграмата на Херцшпрунг-Ръсел на целия куп: https://en.wikipedia.org/wiki/Hertzsprung%E2%80%93Russell_diagram).

Важноо следствие от наличието на петна, е че те променят лъчевата скорост на звездата (която се измерва със спектри с високо спектрално разрешение). Това нямаше да е проблем, ако лъчевата скорост не беше един от методите да се откриват екзопланети (https://en.wikipedia.org/wiki/Doppler_spectroscopy). За съжаление петната позволяват въртенето на звездата да имитира наличие на планета. Има начини това да се провери – например по изменнеие в профилите на спектралните линии, но той е труден и изисква наблюдения в особенно високо качество, а както може да си представите, най-интересни открития в астрономията обикновено се правят на границата на възможностите на най-модерните съвременни инструменти.

За щастие контрастът между петната и на останалата част от звездата намалява с дължината на вълната, и ако наблюдаваме в инфрачервената област на петната ще им бъде по-трудно да се „престорят“ на планета. Това вече се е случвало – моята колежка и колабораторка Нурия Уеламо преди време „закри“ една планета около протозвездата TW Hydrae (http://adsabs.harvard.edu/abs/2008A%26A…489L…9H; понеже статията е от преди няколко ггодини, допстъпът до PDF е свободен) на базата на инфрачервени наблюдения.

CI Tau e druga протозвезда и не е чудно, че Кристофър Джонс-Крал от университета в Остин, Тексас и неговите колеги са избрали именно инфрачервената спектроскопия за да търсят планети около протозвездата CI Tau (статията в свободен достъп може да се намери на: http://arxiv.org/abs/1605.07917). Това е продължение на работата, която същата група публикува по-рано: http://adsabs.harvard.edu/abs/2012ApJ…761..164C.

CI Tau е класичска протозвезда от клас, наречен на името на прототипа T Tau, на възраст само 2 милиона години. Тя е обкръжена от протопланеттен диск, материал от който пада върху повърхността на звездата. Тя се намира в област на активно звездообразуване в съзвездиеята Бик-Колар, на около 140 парсека (456 светлинни години) от нас.

Търсенето на планети по метода на радиалните скорости не е нова идея, така беше открита първата планета около звезда от слънчев тип – 51 Peg b, в далечната (сега) 1995 година. Инфрачервената спектроскопия също е използвана и преди – освен споменатата работа на Нурия, има и други, които сега няма да изреждам.

Забележитното в работата на Джонс-Крал и колегите му е огромният наблюдателен материал, покриващ периода между 2009 и 2014 година – 71 инфрачервени спектъра от четири различни телескопа, допълнени с 26 оптични, покриващи деветгодишен период и четири нощи с непрекъсната фотометрия за определяне на периода на въртене на звездата. Самият аз се занимавам с инфрачервена спектроскопия и си давам сметка за какви усилия са необходими за да се получа, обработи и анализира подобен наблюдателен ред. Неопределеностите в измерванията на радиалните скорости, измерени с инфрачервените спектри са от порядъка на 70-500 метра в секунда, което е по-добро от типичното за подобни измервания; тук на авторите е по-могната и яркостта на CI Tau.

Усилията им са се отплатили с откриването на планета с период около9 дни, 8-11 пъти по-масивна от Юпитер. Вероятно този резултат ще стимулира появата на нови програми за търсене на планети около червени звезди, а също и около кафеви джуджета, които си приличат с червените звезди по ниските си температури.

Leave a comment

Filed under astronomy, астрономия, наука, science, Uncategorized

Астрономия, статия на деня: първият спектър на WISE 0855-0714 – кафявото джудже на което можете да карате ски


Според различни оценки температурата на WISE 0855-0714 (https://en.wikipedia.org/wiki/WISE_0855%E2%88%920714) е в границите 225-260 градуса по скалата на Келвин, което съответствува на -48 до -13 градуса по скалата на Целзий. Това са стойности, типични за Антарктида. Човек може да живее, макар и не особенно комфортно, при подобни температури. За сравнение температурата на Юпитер е около 130 градуса по скалата на Келвин (-143 по скалата на Целзий), което е вече прекалено ниско за нас.

Друга разлика между WISE 0855-0714 и Юпитер е в източника им на енергия – първият обект свети само и изключително за сметка на собствената си гравитация, която го свива и при това той се нагрява; Юпитер черпи по-голямата част от енергията си от Слънцето – той просто преизлъчва това, което получава от вън. И докато Юпитер се намира в нашата собствена Слънчева система, WISE 0855-0714 броди немил-недраг сред нищото, на около 2.3 парсека (около 7.5 светлинни години) от нас. По-близо от него са само тройната система на Алфа Центавър (1.3 парсека, 4.4 светлинни години; https://en.wikipedia.org/wiki/Alpha_Centauri), звездата na Барнард (1.8 парсека, 6.0 светлинни години; https://en.wikipedia.org/wiki/Barnard%27s_Star) и двойнотo кафяво джудже Luh-16 (2.1 парсека, 6.5 светлинни години; https://en.wikipedia.org/wiki/Luhman_16). Вероятността толкова близо до Слънцето да се намират две кафяви джуджета (дори три, ако вземем под внимание, че Luh-16 е двойно) означава, че тяхната пространствена плътност в нашата Галактика е много висока, но те нямат висока светимост и е трудно да бъдат наблюдавани.

Именно ниската светимост беше причина WISE 0855-0714 да остане незабелязан до 2014 година, когато моят колега Кевин Луман (https://en.wikipedia.org/wiki/Kevin_Luhman) го откри с помощта на космическата обсерватория WISE (https://en.wikipedia.org/wiki/Wide-field_Infrared_Survey_Explorer). WISE е малък 40-см телескоп, изстрелян от НАСА през Декември 2009 година. За сравнение космическият телескоп Хъбъл (https://en.wikipedia.org/wiki/Hubble_Space_Telescope) има диаметър 2.4 метра, а неговият наследник Джеймс Уеб ще има 6.5-метрово главно огледало. WISE работи в така наречения среден-инфрачервен диапазон – електромагнитно излъчване с дължиниа на вълната между 3.4 и 22 микрона. Точно в този диапазон излъчват най-голямата част от енергията си студените обекти, подобни на WISE 0855-0714. Но това е само едната от двете причини, откриването му да трябва да чака до влизането в работа на този сравнително нов космически телескоп.

Другата, и бих казал, по-важната причина е в стратегията на наблюденията, който предполагат една и съща област от небето да бъде „гледана“ от телескопа веднъж на всеки (приблизително) шест месеца. Обектите в околността на Слънчевата система се разопознават най-надеждно по техните големи паралакси (https://en.wikipedia.org/wiki/Parallax) на небето. Класическият пример за обяснение на паралакса е да си представите, че пътувате с кола по шосе покрай не особено далечен планински масив, и минавате покрай дърво. Близките дървоета буквало ще „летят“ на фона на планината, а дърветата по самата планина ще си „стоят“ неподвижни, както и самата планина. Шосето от Бургас за Стара Загора, Сините скали край Сливен и кое да е крайпътно дърво вършат работа, ако искате конкретен пример. Именно големия паралакс помогна на Кевин да разпознае и да докаже, че WISE 0855-0714 се намира съвсем близо до нас, разбира се по космически мащаби (статията за откритието в свободен достъп: http://arxiv.org/abs/1404.6501).

Дълго време наблюденията от космоса в средния инфрачервен диапазаон оставаха единствените, по които можеше да се съди за свойствата на WISE 0855-0714. Опитите това кафяво джудже да бъде наблюдавано от Земята след 2-3 часа експозиция, включително и от един мой аспирант, не се увенчаха с успех (http://arxiv.org/abs/1408.5424, http://arxiv.org/abs/1410.5649). Първата детекция от наземен телескоп дойде от телескопа Магелан – кадърът, получен след пет часа интеграция от Джаки Фахърти и нейните колеги показа обект, макар и не статически значим (само 2.7-сигма), но на правилно място. Статията в свободен достъп може да се види на: http://arxiv.org/abs/1408.4671. Новото наблюдение съответствува на модели за свръхстуденти кафяви обекти, които имат водни облаци в атмосферата си. Като се има предвид температурата на повърхността на WISE 0855-0714, може да се поздравим – човчеството вече знае за ски-курорт извън Слънчевата система.

Миналата седмица донесе богат урожай от наблюдения на WISE 0855-0714: инфрачервена фотометрия от телескопа Хъбъл (за която ще пиша друг път; http://arxiv.org/abs/1605.05618) и първия инфрачервен спектър от телескопа Джемини на Хаваите, получен от Ендрю Скемер от Калифорнийския университет в Санта Круз и неговите колеги (http://arxiv.org/abs/1605.04902). Спектърът покрива диапазона между 4.5 и 5.2 микрона и е продукт на 14.4 часа интеграция, получени в рамките на 13 различни нощи през периода Декември 2015 – Януари 2016. Наблюденията са правени само когато влажността на въздуха е особенно ниска; обратното означава висок фон и ниска прозрачност на атмосферата – два фактора, затрудняващи наблюденията в средната инфрачервена област. От наблюдателна гледна точка резултатът е забележително постижение, за което изкренно поздравявам колегите.

Полученият спектър много интересен. За съжаление няма много обекти, с които можем да го сравняваме – другите обекти с температура, подобна на температурата на WISE 0855-0714 са прекалено далече и прекалено слаби за подобни наблюдения. Остава Юпитер, който обаче около 4.5-4.7 микрона показва абсорпция от молекулата на фосфина (PH3), а спектърът на WISE 0855-0714 в този диапазон е плосък. Ако атмосферата на Юпитер беше в състояние на развниовесие, всичкият фосфор в нея щеше да е окислен (под формата на P4O6). Наличието на фосфин доказва, че атмосферата на Юпитер е турбулентна и динамична, поради което в нея се смесват материали от горещата й вътрешна част и от студента й атмосфера. Случаят с WISE 0855-0714 изглежда не е такъв, но по-слабата турбуленция може да не е единствената причина за разликата между този обект и Юпитер.

Друга молекула, която би могла да ни каже нещо повече за атмосферата на WISE 0855-0714 е CH3D – метан, в който единият водороден атом е заменен с деутериев атом. Деутерият се разрушава при по-масивните обекти и наличието му може да бъде доказателство за ниската маса на WISE 0855-0714. За съжаление неговите линии съвпадат с линиите на водата, което усложнява анализа; Скемер и колегите му са се отказали от опити да измерят количеството му.

Новополученият спектър отваря простор за работа на теоретиците, но дава насока и на бъдещите усилия да се изследват наблюдателно подобни свръхстудени обекти – чрез спектроскопия в диапазона 4.5-5 микрона, където те са най-ярки. Спектри на няколко кафяви джуджета от спектрални класове L и T бяка получени с японския космически телескоп AKARI (http://arxiv.org/abs/1210.3828), още няколко са достъпни за най-големите съвременни наземни телескопи; останалите ще трябва да чакат изстрелването на Джеймс Уеб.

Leave a comment

Filed under astronomy, астрономия, космонавтика, наука, science

Астрономия, статия на деня: (225088) 2007OR10 малък гигант в крайните квартали на слънчевата система


Когато през 1930 година Клайд Томбо открива Плутон, всички са убедени, че новото небесно тяло е деветата планета в Слънчевата система. Но шестдесет-седемдесет години по-късно станаха известни множество тела, сравними по размери с Плутон. Възникна “опасността“ в Слънчевата система да има двадесет или дори повече планети. Представете си кошмара за учениците в средния курс, който трябва да ги учат наизуст… Загрижен за успеваемостта, Международният астрономически съюз създаде нов клас планети-джуджета, в който освен „разжалваният“ Плутон влязоха Ерис, Макемаке, Церес, Аумеа, и други недорасляци.

(225088) 2007OR10 беше открит наскоро (статията в свободен достъп: http://arxiv.org/abs/0901.4173; на тази страница линковете към PDF се намирт горе вдясно), през 2009 година от Мег Шуамб (http://www.astro.yale.edu/mschwamb/Site/Home.html; понастоящем в Institute of Astronomy & Astrophysics, Academia Sinica, Тайван; ивестна още с участието си в проекта Planet Hunters: https://www.planethunters.org/) и съавтори. Откритието е част от нейната дисертация в Калифорнийския Технологичен Институт, където неин научен ръководител и е бил небезизвестният Майкъл Браун (https://en.wikipedia.org/wiki/Michael_E._Brown;http://www.mikebrownsplanets.com/) .

В известен смисъл Браун е съвременният астроном, който в най-голяма степен се е приближил до постиженията на Уйлям Хершел (откривателят на Уран; https://en.wikipedia.org/wiki/William_Herschel) и Йохан Гале (откривателят на Нептун; https://en.wikipedia.org/wiki/Johann_Gottfried_Galle), заради забележителните усилия, който полага за изследване на най-отдалечните части на Слънчевата система. На него и неговият екип принадлежат откритията на Седна, Ерис и съвместно с друг екип – на Аумеа, както и получаването на недиректни (за сега) доказателства за съществуването на масивна и все още ненаблюдавана девета планета на стотици или дори хиляди астрономически единици от Слънцето (статията в свободен достъп http://arxiv.org/abs/1601.05438; популярно обяснение: https://www.youtube.com/watch?v=6poHQ2h00ZA)

(225088) 2007OR10 е най-големият сред новооткритите обекти, на който все още не е присвоено име. Това тяло се намира на орбита с висока ексцентричност (е=0.5) и голям наклон спрямо земната орбитата (около 31 градуса), и то се отдалечава най-много на стотина астрономически единици от Слънцето. За (225088) 2007OR10 е известно сравнително малко и най-голям принос в характеризирането му има спектроскопските наблюдения на Браун, Бургасер и Фрейзър (статията в свободен достъп: http://arxiv.org/abs/1108.1418), според които на повърхността му има воден лед и вероятно – метан.

Трудно е да се измерят размерите на подобни обекти. Най-точният метод са фотографиите от космически апарати, посещаващи обектите, но дори най-бързите станции имат нужда от десетилетие за да се приближат до някой обект в пояса на Койпер (за справка New Horizons, която прелетя покрай Плутон, летя до там 9.5 години: https://en.wikipedia.org/wiki/New_Horizons).

Вторият метод са звездните окултации, с които съм се занимавал и аз – при тях обектът „скрива“ от наблюдателя на Земята някоя звезда и по продължителността на затъмнението се съди за диаметъра на окултиращото тяло; за това трябва да се знае добре орбитата на тялото. Ето един пример на статия, в която се описва окултация на Плутон: http://www.nature.com/nature/journal/v491/n7425/full/nature11597.html. За съжаление подобни наблюдения изискват обектът да засенчи ярка звезда, което се случва рядко.

На трето място, размерите на телата могат да се оценят по яркостта им: известно е колко енергия те получават от Слънцето, и ако приемем някаква средна отражателна способност (астрономическият термин за нея е албедо), ни остава само да оценим – фигурно казано – колко голямо огледало трябва да поставим на дадено разстояние от Слънцето, за да получим наблюдаваната яркост на обекта.

Тук опростявам в голяма степен – яркостта в оптическата област зависи силно от отражателната споосбност на тялото, поради което подобни измервания дават много по-точни резултати, ако се правят в инфрачервената област. Там телата светят не с отразена, а с преработена слънчева стветлина, превърната в топлина. Разбира се, изискват се и теоретични модели на згряването и преизлъчването на енергията. Точно такива измервания са направили Андрас Пал и неговите колеги от унгарската обсерватория Конколи: те са наблюдавали (225088) 2007OR10 с космическия телескоп Хершел (3.5-метров космически телескоп на Европейската Космическа Агенция: https://en.wikipedia.org/wiki/Herschel_Space_Observatory; да не се бърка с космическия телескоп Хъбъл) и са оценили диаметъра му на 1535 (+75 / -225) км, което го поставя на трето място по големина сред обектите в пояса ан Койпер, след Плутон и Ерис. Освен това те са използвали космическия телескоп Кеплер за да получат много точни измервания на яркостта на (225088) 2007OR10, от които са определили периода на въртене на обекта около осбствена му ос, с други думи колко е дълго неговото денонощеие – отговорът е около 45 дни, типична стойност за големите и масивни обекти от този клас, – и индиректно подкрепя резултата за големия му диаметър. Статията с описание на наблюденията и техният анализ е достъпна свободно на: http://arxiv.org/abs/1603.03090.

(225088) 2007OR10 е далече по-малък от оценките за размера на новия кандидат за девета планета (вероятно няколко пъти по-голям от Земята), за който споменах по-рано и е още едно доказателство, че външните части на Слънчевата система не са пустиня (и че не са одбре изследвани). Най-вероятно този обект е планета-джудже, и новите данни за неговия диаметър засилват аргументите за изваждането на Плутон от категорията на „истинските“ планети – Плутон става все повече „редови“ член на множеството обекти с подобни характеристики, които изглежда са масово явление в покрайнините на Слънчевата система.

Leave a comment

Filed under astronomy, астрономия, космонавтика, наука, science

Астрономия, статия на деня: планетната система TRAPPIST-1


Настоящата статия слага началото на рубрика по популярна астрономия в моя блог.

TRAPPIST е 60-сантиметров белгийско-швейцарски телескоп (TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope; https://en.wikipedia.org/wiki/TRAPPIST), който работи на Ла Сия от 2010 година. Макар да се намира на най-старата наблюдателна база на ЕСО, телескопът е национален проект и за наблюдателно време с него не може да се кандидатства по обичайната система от заявки на ЕСО. За сметка на това консорциумът, който го използва, плаща на ЕСО „наем“ за използване съоръженията на обсерваторията.

TRAPPIST може да е малък, но вече си е осигурил място в историята на астрономията с наблюдения на множество окултации на астероиди и планети-джуджета (например http://adsabs.harvard.edu/abs/2012Natur.491..566O, с участието на вашия покорен слуга) и с откриването на първите пръстени около планета-джудже (Чарикло, http://adsabs.harvard.edu/abs/2014Natur.508…72B).

Преди седмица, на 2.05.2016, група колеги, предимно от Белгия и Швейцария, обявиха за ново откритие с TRAPPIST – система от три планети, обикалящи около студена червена звезда (или дори кафяво джудже – масата на тамошното „слънце“ е на границата между звезди и джуджета) само на 12 парсека от Слънчевата система. Панетите са открити по метода на транзитната фотометрия (https://en.wikipedia.org/wiki/Methods_of_detecting_exoplanets#Transit_photometry) – т.е. по намаляването на блясъка на звездата, когато планетата засенчва за наблюдателя част от звездната повърхност. Заради усилията на множество обзори, използващи този метод (https://en.wikipedia.org/wiki/HATNet_Project, https://en.wikipedia.org/wiki/SuperWASP, https://en.wikipedia.org/wiki/COROT, https://en.wikipedia.org/wiki/Kepler_%28spacecraft%29 и други) днес знаем за хиляди планети около други звезди. Някои от тези планети имат размери, сравними със земните. Случаят с трите планети около TRAPPIST-1 е точно такъв – радиусите им за 1.11, 1.05 и 1.16 земни радиуса. Масите им са неизвестни – за да се определят за необходими свръхточни измервания на радиалната скорост на звездата, които вероято ще бъдат получени със следващото поколение свръхстабилни астрономически спектрографи (например ЕСПРЕССО – https://www.eso.org/sci/facilities/develop/instruments/espresso.html).

Защо трите планети около TRAPPIST-1 са интересни:

– размерите им позволяват да са подобни на Земята. Тук подбрах думите си много внимателно, защото сходният радиус не гарантира сходство на физичните условия на повърхността на планетата: Венера има радиус около 0.9 от земния, но освен че се намира по-близо до Слънцето, нейната атмосфера е много по-гъста и там действа значителен парников ефект.

– те са далече от звездата в тяхната система, значително по-далече от така наречените „горещи“ юпитери – планетите от този тип бяха първите открити около „нормални“ слънцеподобни звезди (пример: https://en.wikipedia.org/wiki/51_Pegasi_b), но те не са подходящи места за живот подобен на нашия, защото температурите на повърхността им се измерват в хиляди градуси. Тук е от значение един параметър, наречен irradiance, който на български може да се преведе като облъчване, и описва енергията, която планетата получава от централната звезда. Например Венера получава от Слънцето около 2 пъти повече енергия на единица площ, отколкото Земята, Марс – около 2.3 пъти по-малко, а Юпитер – около 27 пъти по-малко. Но радиусът на орбитата не е единственият важен параметър: светимостта на централната звезда също има знаечние. В планетна система, където вместо звезда с темература около 6000 келвина като Слънцето, имаме много по-студента звезда, планетите трябва да се намират по-близо до нея за да получват същото облъчване. Случаят с планетите около TRAPPIST-1 е точно такъв: радиусите на техните орбити са 0.011, 0.015 и 0.022-0.146 (за сега орбиталните параметри на третата планета не са известн достатъчно точно, затова давам интервал) от радиуса на земната орбита; двете вътрешни планети получават съответно 4.25 и 2.26 пъти повече енергия от тяхната звезда, колкото Земята получава от слънцето. За най-външната планета наблюденията поставят граници между същото количество енергия, което получава Земята и 1/50 от него. С други думи, поне една от трите планети има шанс да бъде нова „бледа синя точка“ (https://www.youtube.com/watch?v=p86BPM1GV8M)

– TRAPPIST-1 е ярка звезда (http://simbad.u-strasbg.fr/simbad/sim-id?Ident=2MASS+J23062928-0502285). Наистина, тя не се вижда с просто око и е доста червена, но за възможностите на най-добрите съвременни (и от близкото бъдеще: https://www.eso.org/sci/facilities/eelt/, https://en.wikipedia.org/wiki/James_Webb_Space_Telescope) астрономически инструменти, особенно в инфрачервената област, тя позволява да се използват за изследването на планетите около нея множество техники, неприложими за болшинството от другите екзопланети. Най-важните, но не единствените от тези техники са транзитната спектроскопия (https://www.eso.org/sci/meetings/2014/exoelt2014/presentations/LopezMorales.pdf) и промяната на времената на транзитите (често съкращавано като TTV; https://en.wikipedia.org/wiki/Transit-timing_variation).

Авторите на откритието са подготвили чудесна страница с информация: http://www.trappist.one/

Системата на TRAPPIST-1, заедно с GJ1214b, GJ436b, GJ1132b и още няколко подобни планети с малки радиуси, открити наскоро от Kepler/K2 (http://kepler.nasa.gov/) ще бъде източник на нови знания за екзопланетите и което е особено интересно, ще ни помогне да разширим представите си за разнообразието на физическите параметри на екзопланетите.

Leave a comment

Filed under astronomy, астрономия, наука, science

Български ученици печелят четири медала на юбилейната 20-та международна олимпиада по астрономия, 16-22.10.2015, гр. Казан


Успех на българскиte ученици на юбилейната 20-та международна олимпиада по астрономия, 16-22.10.2015, гр. Казан. Те са спечелили четири медала:

– Стефан Иванов, ученик в 9-ти клас в ПМГ Бургас спечели златен медал и диплом за най-добър резултат сред всички участници волимпиадата

– Бойко Борисов, ученик в 9-ти клас в СМГ взе сребърен медал

– Георги Александров, ученик в 9-ти клас в СМГ – сребърен медал

– Петър Димитров, ученик в 9-ти клас в НПМГ – бронзов медал

Останалите участнци в отбора Владимира Иринчева, Димитър Томов и Феодор Кономаев получават дипломи за участие.

Ръководители на отбора са Ева Божурова,от НАОП “Николай Коперник” във Варна и Йоанна Кокотанекова, от школата по астрономия към Младежкия център в Хасково. За подготовката на отора са помагали Никола Каравасилев от Физически факултет на Софийския университет “Св. Климент Охридски”, Захари Дончев от Институт по астрономия на БАН, и Даниела Иванова от Математическа гимназия “Баба Тонка” – Русе.

Български отбори участват в олимпиадата от 1998 г. И до сега са спечелили общо 14 златни медала, но сега за пръв път има български абсолютен първенец.

Сника на отбора:

http://images.webcafe.bg/2015/10/23/43523423452342424/618×345.jpg

Отразяване в пресата:

http://www.webcafe.bg/newscafe/obshtestvo/id_1137516081

http://dariknews.bg/view_article.php?article_id=1520473

http://www.dnevnik.bg/detski_dnevnik/2015/10/23/2635423_s_chetiri_medala_se_zavrushtat_mladite_astronomi_ot/

http://www.standartnews.com/balgariya-obrazovanie/4_medala_za_balgariya_na__mezhdunarodnata_olimpiada_po_astronomiya-306583.html

http://novanews.novatv.bg/news/view/2015/10/23/128131/%D0%B1%D1%8A%D0%BB%D0%B3%D0%B0%D1%80%D1%87%D0%B5%D1%82%D0%B0-%D1%81-4-%D0%BC%D0%B5%D0%B4%D0%B0%D0%BB%D0%B0-%D0%BD%D0%B0-%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D0%BC%D0%BF%D0%B8%D0%B0%D0%B4%D0%B0-%D0%BF%D0%BE-%D0%B0%D1%81%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BD%D0%BE%D0%BC%D0%B8%D1%8F-/

http://it.dir.bg/news.php?id=20373304

http://www.focus-news.net/news/2015/10/23/2139054/

Leave a comment

Filed under astronomy, Bulgaria, България, астрономия, наука, science

Следващата седмица – край Плутон!


На 14.юли.2015, десетина минути преди три часа следобед българско време, космическата станция New Horizons ще премине на около 13 хиляди км. от Плутон (приблизително колкото е разстоянието между София и Сантаго, Чили). Станицията беше изстреляна преди девет и половина години, тежи малко под половин тон, и носи на борда си седем научни прибора с общо тегло около 30 кг (статия за научната апаратура: http://arxiv.org/pdf/0709.4261.pdf и популярни обяснения на отделните уреди: http://pluto.jhuapl.edu/Mission/Spacecraft/Payload.php). Тя само ще прелети покрай планетата-джудже и нейните пет спътника с относителна скорост от около 13.8 км/секунда или почти 50 хиляди км/час (повече за Плутон и неговата ситема: https://en.wikipedia.org/wiki/Pluto), без да влиза в орбита (схема на прелитането: https://en.wikipedia.org/wiki/New_Horizons#/media/File:Pluto_encounter.pn). Влизането в орбита би изисквало много гориво, което би утежнило станцията и забавило полета й с десетилетия (Плутон няма плътна атмосфера, в която да се направи маневра за намаляване на скоростта, т.нар. aerobreaking). Времето на пътуване на сигнала от станциата до Земята по време на преминаването покрай Плутон ще бъде около четири часа и половина. Планът на мисията предвижда да се получат около 500 снимки на Плутон и неговите спътници, наред с други наблюдения – спектри, прахови частици, слънчев вятър, радиоокултация.
Преди няколко дни New Horizons пострада от компютърен проблем, но според плановете днес предстои да заработи отново в щатен режим. Последните кадри от преди появата на проблема могат да се видят тук: http://www.nasa.gov/feature/latest-images-of-pluto-from-new-horizons и на тях ясно се различав подробности от релефа.
Страници, на която може да се следят послендите новини от мисията са: http://pluto.jhuapl.edu/ и https://www.nasa.gov/mission_pages/newhorizons/main/index.html
Префразирайки Вячеслав Рибаков, който на свой ред префразира една еврейска пословица, ще се видим следващата седмица край Плутон!

Leave a comment

Filed under astronomy, астрономия, космонавтика, наука, science

Press coverage of the Scholz’s star result


General news services:

BBC: http://www.bbc.com/news/science-environment-31519875

NBC: http://www.nbcnews.com/science/space/alien-star-missed-us-less-light-year-scientists-say-n307996

Daily Main: http://www.dailymail.co.uk/wires/pa/article-2959023/Solar-Systems-near-miss-revealed.html

The Huffington Post: http://www.huffingtonpost.com/2015/02/18/alien-star-solar-system_n_6708116.html

UPI: http://www.upi.com/Science_News/2015/02/18/Neighboring-star-once-came-within-a-single-light-year-of-the-sun/3581424273371/

The Telegraph: http://www.telegraph.co.uk/news/worldnews/northamerica/usa/11419374/How-our-solar-system-survived-a-near-miss-with-another-star-70000-years-ago.html

Mirror: http://www.mirror.co.uk/news/uk-news/scholzs-star-70000-years-ago-5188432

International Business Times: http://www.ibtimes.co.uk/earth-had-extremely-close-encounter-scholzs-star-70000-years-ago-1488485

Time of India: http://www.nbcnews.com/science/space/alien-star-missed-us-less-light-year-scientists-say-n307996

RIA: http://ria.ru/space/20150218/1048284973.html

Gazeta.ru: http://www.gazeta.ru/science/2015/02/18_a_6416921.shtml

Independent, Macedonia: http://www.independent.mk/articles/14494/Alien+Star+Passed+Close+to+the+Sun

The special prize for fact-non-checking goes to the Russian newsletter Komsomolskaya Pravda, that made a colleague of mine from Belarus and myself Russians: http://www.kp.ru/daily/26343/3226499/

Science news services :

Nature: http://www.nature.com/news/star-buzzed-solar-system-during-human-prehistory-1.16958

Discovery: http://news.discovery.com/space/astronomy/star-blasted-through-our-solar-system-70000-years-ago-150218.htm

Spacedaily: http://www.spacedaily.com/reports/Close_Encounters_of_a_Scholz_Kind_999.html

Minimal coverage in Bulgaria, understandable given the on-going political crisis with the huge amount of money, that the government is attempting to borrow. The champions of promoting science are:

http://www.haskovo.net/news/180169/Predi-70-hil.-godini-v-Slanchevata-sistema-imalo-osthe-edna-zvezd

http://nakratko.bg/category/29/77005/

http://www.perunik.com/news/180169/Predi-70-hil.-godini-v-Slanchevata-sistema-imalo-osthe-edna-zvezda

I have to admit, I never heard of any of them before.

Leave a comment

Filed under astronomy, астрономия, наука, science