Вода во Вселенной: как Гершель открыл Космическую водную тропу — Код НЛО | UFO code

В течение почти четырех лет наблюдения космоса Гершельская космическая обсерватория выявила наличие воды.

Вода во Вселенной: как Гершель открыл Космическую водную тропу

Вода во Вселенной: как Гершель открыл Космическую водную тропу

В течение почти четырех лет наблюдения космоса Гершельская космическая обсерватория выявила наличие воды. Благодаря своей беспрецедентной чувствительности и спектральному разрешению на ключевых длинах волн Гершель показал эту важную молекулу в звездообразующих молекулярных облаках, впервые обнаружил ее в семенах будущих звезд и планет и определил доставку воды из межпланетного мусора в планеты Наша Солнечная система.

Вода необходима для жизни, как мы ее знаем на Земле. Он покрывает более 70 процентов поверхности нашей планеты и присутствует в следовых количествах в атмосфере. Хотя это может показаться обильным, особенно если мы посмотрим на синеватый участок озера, моря или океана, вода является лишь незначительной составляющей общей массы Земли.

Фактически, совсем не ясно, была ли вода, которая в настоящее время присутствует на нашей голубой планете, там около времени ее образования, 4,6 миллиарда лет назад, или она была доведена более поздними воздействиями меньших небесных объектов.

Согласно одной из ведущих теорий, объясняющих, как возникла солнечная система, Земля и внутренние планеты были чрезвычайно горячими и сухими в течение первых нескольких сотен миллионов лет после их образования. В этом сценарии вода доставлялась на эти планеты только позже, вследствие сильных ударов небольших тел, таких как метеориты, астероиды и / или кометы, - остающиеся обломки протопланетного диска, из которого сформировались планеты и их луны.

Существуют различные способы исследовать происхождение этой важнейшей молекулы на нашей планете, либо следуя подсказкам в нашем космическом районе - солнечной системе, либо заглядывая в звездные питомники, где рождаются аналогии нашего солнца и планет.

Космическая обсерватория Ершеля ЕКА, чрезвычайная миссия, которая была запущена в 2009 году и которая наблюдала за небом на дальнем инфракрасном и субмиллиметровом диапазонах длин волн почти четыре года, приняла комплексный подход, отслеживая воду со звезд и планет в формировании на нашем Млечном пути галактики к планетам и малым телам солнечной системы в нашей собственной горловине леса.

Вода во вселенной

Вода была впервые обнаружена в звездообразующих молекулярных облаках в конце 1960-х годов. В то время была идентифицирована шестая межзвездная молекула по сравнению с почти 200, которые известны на сегодняшний день.

С момента своего открытия астрономы подозревали, что вода будет присутствовать в различных космических средах. В конце концов, он состоит из двух наиболее распространенных реактивных элементов, которые существуют - водорода, который восходит к Большому Взрыву, и кислорода, произведенного в печах звезд на протяжении всей истории Вселенной.

Фактически, вода наблюдалась в небесных объектах, столь же разнообразных, как планеты, луны, звезды, звездообразующие облака и даже вне нашего Млечного Пути, в звездных колыбели других галактик. Однако из-за водяного пара, присутствующего в атмосфере Земли, изучение этой молекулы с астрономическими наблюдениями не что иное, как тривиальное.

На протяжении десятилетий астрономы использовали широкий спектр объектов для изучения воды в космосе, от наземных обсерваторий в сухом климате горных вершин и аэромобильных телескопов до экспериментов на стратосферных шарах и космических обсерваториях и даже на космическом челноке. Космический телескоп, далекий от влажной среды нашей планеты, является, конечно, идеальным инструментом для исследования космической воды.

Первый спутник, посвященный этой теме, Инфракрасная космическая обсерватория ESA (ИСО), был запущен в 1995 году и эксплуатировался до 1998 года, вскоре после чего были установлены NASA Submillimeter Wave Astronomy Satellite (SWAS) и Spitzer Space Telescope, а также шведская компания International Odin спутник.

Впечатление художника о протопланетном диске вокруг молодой звезды TW Hydrae. Кредит: ESA / NASA / JPL-Caltech

Войдя в эту давнюю традицию, Гершель подтолкнул поиски космической воды к новым высотам с феноменальным аппаратным обеспечением, Heterodyne Instrument for Far Infrared (HIFI) - одним из трех инструментов на борту.

Чтобы выявить присутствие молекулы в космическом источнике, астрономы ищут набор очень отличительных отпечатков пальцев или линий в спектре источника, которые вызваны вращением или колебаниями колебаний в структуре молекулы.

Эти линии наблюдаются в пределах спектра электромагнитных волн, охватывающих инфракрасные до микроволновых длин волн, в зависимости от типа молекулы и ее температуры. В случае воды некоторые из наиболее интересных линий - те, которые соответствуют наименьшей энергетической конфигурации водяного пара, другими словами, ее наземное или «холодное» состояние - находятся в дальнем инфракрасном и субмиллиметровом диапазонах, которые недоступны с земли.

Специально разработанный для охоты на воду и другие молекулы, прибор HERSI Herschel имел беспрецедентное спектральное разрешение, которое могло ориентироваться на 40 различных линий воды, каждый из которых происходил из-за другого перехода молекулы воды и, таким образом, чувствителен к другой температуре.

В частности, в отличие от своих предшественников Гершель был чувствителен к двум различным переходам основного состояния воды, которые соответствуют двум «спиновым» формам молекулы, называемым орто и пара, в которых спины ядер водорода имеют разные ориентации. Эта ключевая особенность позволила астрономам определять температуры, при которых вода формировалась путем сравнения относительных количеств орто-и пара-воды.

Две из основных программ обсерватории - вода в звездообразующих районах с Гершель и вода и родственная химия в солнечной системе - посвятили несколько сотен часов поиску космической воды.

Различные значения отношения дейтерий-водород (D / H) в воде наблюдаются в различных телах в солнечной системе. Кредит: Европейское космическое агентство

Используя выдающиеся данные, собранные HIFI, наряду с наблюдениями, выполненными с двумя другими инструментами Гершеля, фотодетекторной матричной камерой и спектрометром (PACS) и спектральным и фотометрическим приемником изображений (SPIRE), астрономы смогли значительно расширить наше понимание роли воды во Вселенной.

Вода в прародителях звезд и планет

В то время как водяной пар в звездообразовательных областях был известен довольно долгое время, Гершель впервые обнаружил его в предзвездном ядре - холодный кусок плотного материала, который позже превратится в звезду. Предзвездное ядро, называемое Lynds 1544, расположено в молекулярном облаке Тельца, обширной области газа и пыли, которая инкубирует семена будущих звезд и планет.

По данным Гершеля, астрономы могли также оценить количество водяного пара в Lynds 1544 - эквивалент более 2000 раз по сравнению с содержанием воды в океанах Земли. Водный пар происходит от ледяных пылевых зерен, намекая на резервуар в тысячу раз больше воды в виде льда. Если какие-либо планеты появятся вокруг звезды, сформировавшейся из этого ядра, вполне вероятно, что часть воды, обнаруженная Гершелем, найдет свой путь и к планетам.

По пути к звездам, предзвездные ядра сохраняют аккрецию материи из своего родительского облака, пока не отделяются от нее, превращаясь в протозвезды, независимый объект, который рушится под собственной гравитацией. Как правило, вращающийся диск газа и пыли - протопланетный диск - формируется вокруг протозвезд, обеспечивая материал для формирования будущих планет. Наконец, когда ядерные реакции зажигаются в ядре протозвезды, противодействуя обрушению, рождается полноценная звезда.

Гершель обнаружил воду в объектах, охватывающих все этапы звездообразования, в том числе в большом количестве маломощных протозвезд, обнаруженных во многих соседних звездообразующих областях.

Comet 103P / Hartley 2. Кредит: ESA / AOES Medialab; Консорциум Herschel / HssO

Впервые астрономы, использующие Гершель, обнаружили холодный водяной пар в протопланетном диске. В то время как в предыдущих исследованиях были обнаружены либо пары горячей воды во внутренней части подобных дисков, либо водяной лед на их окраинах, наблюдения Гершеля, нацеленные на диск вокруг соседней молодой звезды TW Hydrae, были первыми, кто идентифицировал пары холодной воды, причем температуры ниже 100 K, в таком объекте.

Холодный пар, по-видимому, расположен в тонком слое на промежуточных глубинах в диске, где испарение газа и вымораживание льда находят равновесие. Данные указывают на небольшое количество холодного пара, эквивалентное примерно 0,5% воды в океанах Земли, но указывают на гораздо больший резервуар водяного льда - несколько тысяч земных океанов - на диске.

Это было первым свидетельством того, что большое количество водяного льда может храниться в предшественнике планетарной системы, такой как наша, тем самым давая больше доказательств в решении загадки происхождения воды на Земле и других планетах.

Вода в солнечной системе

Кроме того, доказав, что вода является важной составляющей звезд и планет с момента их раннего образования, Гершель также следовал ее тропе до нашего местного района - солнечной системы.

Чтобы сравнить воду, обнаруженную в разных небесных телах, астрономы анализируют относительное обилие молекул с несколько иным составом. В частности, они рассматривают соотношение D / H, сравнивая «обычную» воду, состоящую из двух атомов водорода (H) и одного атома кислорода (O) и полуживой воды, где один из атомов водорода появляется как дейтерий (D ), изотопическая форма с дополнительным нейтроном.

Карта распределения воды в стратосфере Юпитера. Кредит: ESA / Herschel / T. Cavalié et al .; Юпитер: NASA / ESA / Reta Beebe (Университет штата Нью-Мексико)

До Гершеля это измерение было выполнено на горстке комет, все они, как полагали, возникли в облаке Оорта на окраине нашей солнечной системы, и все они показывают более высокие доли дейтерия в «нормальный» водород, чем тот, который обнаружен в Мировой океан. Эти результаты, казалось, предполагали, что кометы - ледяные остатки нашего древнего протопланетного диска - не могли быть источником воды нашей планеты, в то время как определенный класс метеоритов, называемый Cl углеродистыми хондритами, обладал «правильным» отношением D / H и, следовательно, казалось, был главным виновником.

В 2011 году наблюдения Гершеля о воде в кометах 103P / Hartley 2 вновь открыли эту увлекательную дискуссию. Это измерение было первым в своем роде, выполненным для кометы Юпитера-Семьи - класса комет с орбитами, управляемыми гравитацией Юпитера и с гораздо более коротким периодом по отношению к их коллегам из Оорта-облака, - и впервые показало, что вода с пропорция дейтерия и водорода, аналогичная той, что нашла на нашей планете.

Гершель внес еще два замечания в дискуссию, нашедшая комету Юпитера-Семьи (45P / Honda-Mrkos-Pajdušáková) с земной водой и комету Oort-cloud (2009P1) с другой смесью от воды нашей планеты.

Сюжет загустел, когда миссия Rosetta ESA достигла кометы 67P / Чурюмов-Герасименко в 2014 году и опробовала содержание воды в ее атмосфере. Комета Розетты также является семейством Юпитера, но, в отличие от двух наблюдаемых Гершелем, она не содержит земной воды; напротив, он оказался самым высоким коэффициентом D / H, когда-либо измеренным для кометы.

В то время как Розетта обнаружила, что не все кометы Юпитера-Семьи содержат воду, которая похожа на воду в океанах нашей планеты, ранние обнаружения Хершеля очень важно указывали на то, что кометы с правильным составом действительно существуют, а некоторые действительно могли внести вклад в водный бюджет Земли. Фактически, нынешние модели показывают, что широкий и разнообразный ряд мелких органов способствовали важной роли приведения воды на нашу планету.

В другом месте Солнечной системы Гершель дошел до подтверждения того, что по крайней мере одна комета способствовала обогащению другой планеты - Юпитера - водой. Изучая распределение водяного пара в стратосфере гигантской планеты, астрономы обнаружили доказательства того, что почти все это было доставлено известным эффектом Комета Шумейкер-Леви 9 в 1994 году.

В космической обсерватории Эршеля ЕКА было обнаружено 132 из известных 1400 холодных миров, населяющих область солнечной системы за орбитой Нептуна, примерно в 4,5-7,5 млрд км от Солнца. Кредит: ESA / Herschel / PACS / SPIRE; Признания: М. Ренгель и П. Ласерда (Max-Plack-Institute für Sonnensystemforschung, Германия), Т. Мюллер (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik) и Гершель

Следуя воде по всей Солнечной системе, Гершель нашел эту молекулу во многих других местах - от карликовой планеты Церес, самого большого тела в поясе астероидов, до гигантского тора водяного пара, окружающего Сатурн, который, по-видимому, снабжен небольшим луна Энцелад. Как показывает миссия NASA / ESA / ASI Cassini, Enceladus демонстрирует плюмы воды, тянущиеся из подземного океана, скрывающегося под его ледяной коркой.

Дальше от Солнца Гершель обнаружил сильно отражающие поверхности на нескольких транс-нептунианских объектах (TNO), указывая, что водяной лед может присутствовать даже на этих древних отдаленных объектах. В то время как TNO относятся к раннему образованию нашей солнечной системы, астрономы подозревают, что их яркое ледяное покрытие может быть более новым - спекулятивная, но не неосуществимая гипотеза, учитывая наличие воды на внешних планетах, таких как Уран и Нептун, и на их основных лунах. Такое недавнее покрытие может также предполагать, что поверхность этих давно задуманных «мертвых» объектов может быть действительно жива, о чем свидетельствуют также наблюдения in-situ, выполненные в 2015 году исследованием NASA New Horizon другого TNO, карликовой планеты Плутон ,

прогноз

Из огромных масштабов, за пределами нашей Солнечной системы и Галактических границ Млечного Пути, Гершель обнаружил воду во многих других галактиках. Как уже подчеркивалось некоторыми из его предшественников, результаты подтверждают решающую роль этой всеохватывающей молекулы в процессах, приводящих к рождению звезд во всем космосе.

Учитывая его химический состав, вода неудивительно вездесущна во Вселенной, и после Гершеля уже нет никаких сомнений в том, что космические водные тропы проходят долгий путь, от планет до звезд и даже до огромности межзвездного пространства.

Тем не менее, Гершель только начал царапать поверхность пресловутого айсберга, заметив воду в отдельных космических источниках, которые во многих случаях являются единственными в своем роде. Эти захватывающие открытия требуют будущих исследований, чтобы следить за наблюдениями Гершеля, собирать более крупные образцы каждого типа источников для изучения воды и других молекул и вникать в физические механизмы, лежащие в основе их формирования и доставки по всему космосу.

Источник

Нравится
Не нравится
RSS
Нет комментариев. Ваш будет первым!

Другие новости

Подводные НЛО

Как будто понимая свое превосходство, загадочный объект даже не пытался скрыться и крутился около военных

Лекарь из иного мира

Туманная фигура слегка покачнулась в дверях, и из её горящих глаз ударили в Бориса два луча света." Конец сентября 1991 года. Самое начало бабьего лета. Город Батайск Ростовской области. Семь часов вечера.

Авторизация

Поделиться ...