Tag Archives: планети

Тридесет години от изстрелването на космическия телескоп „Хъбъл“


На 24 април 1990 година совалката „Дискавъри“ изведе в орбита космическия телескоп „Хъбъл“. По съвременните мерки той не е голям – диаметърът на главното му огледал е 2.4 м. Според градската легенда, технологично той е сходен с шпионските спътници на Националното разузнавателно управление на САЩ. Казват, че когато инженерите от приемната комисия отишли в склада на компанията „Локхийд“, едва не им дали по погрешка шпионски спътник. Разбира се, това едва ли е вярно.
Три десетилетия и четири ремонтни мисии (една от които – в две части) по-късно, той продължава да бъде сред най-важните уреди за астрономическата общност в света. И не само за астрономите – ако многобройните статии в средствата за масова информация и множеството албуми с красиви космически картинки са доказателство за огромния доброжелателен интерес на широката публика към красивите изображения, който „Хъбъл“ получава. Новите знания за Вселената, който ни даде този телескоп са друга тема – по брой на публикации в научните списания само Европейската южна обсерватория (ESO) го надминава, но все пак ESO има четири от най-големите телескопи в света, а „Хъбъл“ е един. Всъщност, тук не става дума за конкуренция – космическите и наземните телескопи решават различни задачи и по-скоро се допълват, отколкото да се състезават.
Идеята за наблюдения от космоса, извън земната атмосфера не е нова, първите документирани записи за това датират от 1837 година и принадлежат на двама германци Вилхелм Волф Биър (Wilhelm Wolff Beer, банкер и астроном любител) и Йохан Хайнрих фон Медлер (Johann Heinrich von Mädler, когото бихме могли да наречем професионален астроном, въпреки липсата на формално образование). През 1923 г. австриецът Херман Оберт (Hermann Oberth) споменава космически телескопи като едно от възможните приложения на ракетите в своето съчинение „Ракетата в междупланетното пространство“ (Die Rakete zu den Planetenräumen). Първите по-реалистични планове принадлежат на американския астрофизик Лайман Спитцер (Lyman Spitzer) и датират от 1946 година. Първите астрономически телескопи в космоса са съветски – от серията „Протон“, започнала работа през 1965 г. А през 1978 г. Конгресът на САЩ гласува отделянето на 36 милиона долара за космически телескоп и останалото е история. Телескопът носи името на американския астроном Едуин Хубъл, известен с това, че пръв е измерил разширяването на Вселената.
Любопитни финансови факти: преди изстрелването за „Хъбъл“ за него са похарчени почти 5 милиарда долара (без отчитане на инфлацията), а до 2010 година общите разходи за телескопа – за ремонтните мисии и за експлоатацията – достигнаха 10 милиарда долара.
Има две причини за „излизането“ на астрономията над атмосферата. Едната е, че атмосферата не пропусна някои части от електромагнитния спектър като рентгеновите лъчи и далечния ултравиолет (за наше щастие, защото те предизвикват лъчева болест) и значителни части от инфрачервеното. Втората причина е, че движенията в атмосферата, които ние наричаме турбулентност – „размазват“ изображенията; с други думи, звездите вместо точки стават кръгчета и ако много от тях са наблизо върху небесната сфера, както например в звездните купове или в далечните галактики, става невъзможно да разделим звездите една до друга.
Трудно е да са изброят откритията на „Хъбъл“. Едно от първите и най-важни бе да измери на разширението на вселената с безпрецедентна точност – именно излизането над атмосферната турбулентност позволи на телескопа да „види“ в далечни галактики Цефеиди – особен вид променливи звезди, чиято светимост е свързана с периода на пулсациите им. След пет години упорит труд Робърт Кеникът, Уенди Фридман и Джереми Муулд „коригираха“ резултата на Едвин Хъбъл – стойността на параметъра, носещ неговото име и описващ скоростта, с която се разширява Вселената, спадна от около 500 до около 70.
„Хъбъл“ е универсален инструмент – може да се изпишат стотици страници за разнообразни открития, направени с него. Те обхващат практически всички области от астрономията – от вулканите на Йо в Слънчевата система до свръхновите и квазарите в ранната Вселена.
За съжаление бъдещето на телескопа е неясно. Със сигурност той ще продължи да бъде използван до последна възможност и дори придоби по-голямо значение с огледа на закъснението на неговия наследник – „Джеймс Уеб“. Обаче борбата срещу ентропията е трудна и „Хъбъл“ остарява – критични устройства като жироскопите в системата за ориентация един след друг излизат от строя. В момента няма планове за допълнителни ремонтни мисии и е трудно да се предскаже до кога астрономите ще могат да използват този уникален инструмент. Да се надяваме, че ще е по-дълго.

24.04-04.05.2020, Мюнхен
Валентин Д. Иванов

Leave a comment

Filed under astronomy, астрономия, космонавтика, наука, science

Странни звезди: още една звезда с пръстен или с необикновени спътници


От време на време астрономите попадат на звезди, които не следват обичайното поведение, на милиардите си посестрими. Обикновено подобни находки са свързани с неподозирани явления или процеси.
Преди няколко години Табита Бояджиян (тогава постдок в Йейл; https://en.wikipedia.org/wiki/Tabetha_S._Boyajian) откри (статията, в която откритието беше обявено: https://arxiv.org/abs/1509.03622) в базата данни на космическия телескоп „Кеплер“ (https://en.wikipedia.org/wiki/Kepler_(spacecraft)), че една иначе обикновена звезда с телефонен номер KIC8462852 (https://en.wikipedia.org/wiki/KIC_8462852) вместо име (но има и име – звездата на Таби, от откривателката) показва странни промени в блясъка си – той намалява по странен начин. Най-дълбоките минимуми достигат 20% от нормалния блясък на звездата и не се подчиняват на никакви видими правила – формата им се мени и не следват строга периодичност.
За сега няма общоприета теория, която да обяснява наблюдаваните явления. Може би няй-близо до този статус се доближава теорията на двама словашки колеги, че около звездата обикалят няколко фамилии от разпадащи се астероиди или комети (https://arxiv.org/abs/1612.06121). Наскоро звездата на Таби отново показа активност, която бе регистрирана с наземни телескопи (https://arxiv.org/abs/1801.00732).
Обектът на Ерик Мамеджек (тогава професор в университета в Рочестър; http://www.pas.rochester.edu/~emamajek/) беше открит още по-рано и също показва намаляване на блясъка (https://arxiv.org/abs/1108.4070). Но за сега е потвърдено само едно такова намалячване, макар то да има сложна структура. Единственото обяснение е, че между нас и звездата е преминала планетата с огромна система от пръстени, многократно по-голяма и по-масивна от тази на нашия красавец Сатурн. При преминаването – наречено още пасаж или транзит – планетата „засенчва“ от нас част от повърхността на звездата и намалява светлината, която достига до нас.
Преди това откритие знаехме за съществуването на пръстени само около гигантските планети и около един (Чарикло: https://arxiv.org/abs/1706.00207) или най-много два (за втория не е съвсем сигурно) транснептунови обекта в Слънчевата система.
От края на 2009 година до сега на 4.1-метровия телескоп VISTA (https://en.wikipedia.org/wiki/VISTA_(telescope)) на Европейската Южна Обсерватория (https://www.eso.org/public/; https://bg.wikipedia.org/wiki/%D0%95%D0%B2%D1%80%D0%BE%D0%BF%D0%B5%D0%B9%D1%81%D0%BA%D0%B0_%D1%8E%D0%B6%D0%BD%D0%B0_%D0%BE%D0%B1%D1%81%D0%B5%D1%80%D0%B2%D0%B0%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%8F) в Чилийските Анди се прави обзор на вътрешната част на млечния път в инфрачервената област: VISTA Variables in Via Lactea (за кратко – VVV; https://arxiv.org/abs/0912.1056). Целта на тази огромна кампания, която продължава стотици нощи наблюдателно време, с участието на десетки астрономи от целия свят (включително български), е да изследва нашата галактика – Млечния път. Но данните могат да се използват за множество различни изследвания, едно от които е търсене на обекти, подобни на двете звезди, за които стана дума по-нагоре.
Заедно с група колеги от VVV попаднахме на нещо подобно: VVV-WIT-07 (което се разшифрова като VVV What Is This – 07). Все още нямаме ясна идея към кой от двата класа принадлежи нашата „странна“ звездичка. Статията, озаглавена „VVV-WIT-07: another Boyajian’s star or a Mamajek’s object?“ може да се прочете тук: https://arxiv.org/abs/1811.02265

Leave a comment

Filed under astronomy, Bulgaria, България, астрономия, 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