10 неразрешенных загадок Солнечной системы
Невидимый щит, окружающий Землю
В 1958 Джеймс Ван Аллен из Университета Айовы обнаружил пару радиационных колец, опоясывающих нашу планету на высоте до 40 000 километров и состоящих из электронов и протонов высоких энергий. Удерживает эти кольца вокруг нашей планеты магнитной поле Земли. Наблюдение за кольцами показало, что они то сжимаются, то расширяются под воздействием энергии, выбрасываемой вспышками на Солнце.
В 2013 году Дэниель Бэйкер из Колорадского университета обнаружил между внутренним и внешним радиационными кольцами Ван Аллена третью структуру. Бэйкер обозначил эту структуру как «накопительное кольцо», работающее как расширяющийся и сужающийся невидимый щит, блокирующий эффекты «смертельных электронов». Эти электроны, находящиеся на высоте 16 000 километров, могут быть губительными не только для людей, находящихся в космосе, но и для различного оборудования космических спутников.
На высоте чуть выше 11 000 километров над поверхностью планеты формируется граница внутреннего кольца, чей внешний контур блокирует электроны и не позволяет им проникать глубже в нашу атмосферу.
«Эти электроны будто бы сталкиваются со стеклянной стеной. Нечто создает вокруг нашей планеты некое подобие силового поля, какое мы могли видеть в различных фантастических фильмах. Это невероятно загадочный феномен», — говорит Бэйкер.
Ученые разработали несколько теорий, которые тем или иным образом частично могли бы объяснить сущность данного невидимого щита. Однако ни одна из этих теорий не является окончательной и подтвержденной.
Аномалии ускорения
Для отправки космических аппаратов в дальние уголки нашей Солнечной системы ученые используют специальные гравитационные маневры, задействуя гравитационную энергию нашей планеты или Луны для ускорения. Однако ученые, как оказывается, не всегда точно способны рассчитать скорость ускорения космических аппаратов при таких маневрах. Иногда происходит так, что рассчитанная скорость не соответствует ранее заявленной. Такие нестыковки называются «аномальным ускорением».
Сейчас у ученых есть возможность рассчитать лишь точную разницу в скорости при ускорении за счет гравитационной энергии Земли. Однако даже в этом случае происходят непредвиденные события, как, например, случилось с зондом NASA «Кассини» в 1999 году, чья скорость полета ввиду непонятных обстоятельств была замедлена на 2 миллиметра в секунду. Другой случай произошел в 1998 году, когда космический аппарат NEAR все того же NASA получил необъяснимое ускорение на 13 миллиметров в секунду выше, по сравнению с ранее заявленными расчетами.
«Эти необъяснимые различия в расчетной и реальной скорости не играют серьезной роли в изменении траектории полета космических аппаратов», — говорит Луи Аседо Родригез, физик из Политехнического университета Валенсии.
«И хотя данные аномальные различия встречаются не так часто, учитывая все риски, очень важно узнать, чем они вызываются».
Ученые в свое время предлагали различные теории о том, чем могут быть вызваны эти аномалии. В виновники ставили и солнечную радиацию, и темную материю, захваченную гравитацией нашей планеты, однако точной причины этого явления не знает никто. До сих пор.
Большое красное пятно Юпитера
С большим красным пятном на Юпитере, пятой планете от Солнца, связано сразу две неразрешенные загадки. Первая загадка связана с тем, почему этот гигантский ураган никогда не прекращается? Он настолько огромен, что внутри него могли бы поместиться как минимум две планеты размером с нашу Землю.
«Согласно нынешним теориям, большое красное пятно на Юпитере должно было исчезнуть спустя несколько десятилетий. Однако ураган этот длится уже несколько столетий», — говорит Педрам Гасанзаде из Гарвардского университета.
Есть несколько теорий, пытающихся объяснить его столь высокую продолжительность. Согласно одной из этих теорий, долгоживущий гигантский ураган поглощает более мелкие рядом образующиеся смерчи, впитывая их энергию. Другую теорию в 2013 году предложил сам Гасанзаде. Согласно ей, движение вихревых потоков холодных газов снизу вверх и горячих газов сверху вниз внутри этого гигантского урагана позволяет восстанавливать часть энергии в его центре. И все же ни одна из предлагаемых теорий окончательно не решает вопрос этой загадки.
Вторая загадка большого красного пятна связана с источником его цвета. Одна из теорий предполагает, что красный цвет вызывается химическими элементами, скрытыми видимыми облаками газового гиганта. Однако некоторые ученые утверждают, что движение химических элементов вверх явилось бы следствием более насыщенного красного оттенка вихря на всех высотах.
Одна из последних гипотез гласит, что большое красное пятно Юпитера является своего рода «солнечным ожогом» верхнего слоя облаков, а более низкие слои имеют белый или, скорее, сероватый цвет. Ученые, выступающие в поддержку данной теории, считают, что красный цвет вихря образуется вследствие воздействия ультрафиолетового света Солнца, пробивающегося сквозь аммиачный состав газа верхних слоев атмосферы Юпитера.
Погода Титана
Как и на Земле, на Титане есть свои времена года. Титан является единственным спутником в нашей Солнечной системе, обладающим плотной атмосферой. Каждый сезон на Титане равен примерно семи годам на Земле (Титан, напомним, является спутником Сатурна, которому для оборота вокруг Солнца требуется 29 земных лет).
Последняя смена сезона на Титане произошла в 2009 году. В его северном полушарии зима сменилась весной, в то время как в южной части спутника лето сменилось осенью. Однако в мае 2012 года во время осеннего сезона в южном полушарии космический аппарат «Кассини» сделал фотографии гигантского полярного вихря, формирующегося на южном полюсе спутника. Увидев эти фотографии, ученые были озадачены тем фактом, что вихрь образовывался на высоте 300 километров над поверхностью Титана. Причина озадаченности заключалась в высоте и температуре области, где образовался этот вихрь — они были слишком высокими.
Анализируя спектральные данные цветов солнечного света, отражаемые атмосферой Титана, ученые смогли обнаружить признаки наличия частиц циановодорода. А его наличие, в свою очередь, могло бы означать, что все наше представление о Титане является в корне неверным. Присутствие циановодорода должно говорить о том, что верхние слои атмосферы спутника должны быть на 100 градусов Цельсия холоднее, чем считалось ранее. При смене сезона атмосфера в южном полушарии Титана стала охлаждаться быстрее, чем ожидалось.
Так как циркуляция атмосферы во время смены сезона гонит огромный объем газа к югу, концентрация циановодорода возрастает и охлаждает находящийся рядом воздух. Снижение воздействия солнечного света во время зимнего сезона также сильнее охлаждает южное полушарие. Это предположение, а также многие другие загадки Титана ученые собираются проверить в день летнего солнцестояния, который произойдет на Сатурне в 2017 году.
Источник ультраэнергетического космического излучения
Космическое излучение представляет собой излучение высоких энергий, до конца не изученных наукой. Одной из главных загадок астрофизики является то, откуда берется ультраэнергетическое космическое излучение и как оно может содержать такой невероятный объем энергии. Это самые высокозаряженные известные частицы в нашей Вселенной. Наблюдать за их движением ученые могут только тогда, когда они ударяются о верхние слои нашей планеты, разрываясь на еще более мелкие частицы и вызывая резкий импульс радиоволн, длящийся не больше нескольких наносекунд.
Однако на Земле проследить за тем, откуда берутся эти частицы, невозможно. Площадь самого большого детектора обнаружения этих частиц на Земле составляет всего около 3000 квадратных километров, что примерно равно площади карликового государства Люксембург. Решить эту проблему ученые планируют за счет строительства «Квадратной километровой решётки» (SKA) — сверхчувствительного радиоинтерферометра, благодаря которому Луна (да-да, наш естественный спутник) превратится в настоящий гигантский детектор космического излучения.
Квадратная километровая решётка будет использовать всю видимую часть поверхности Луны для обнаружения радиосигналов этих частиц сверхвысоких энергий. Благодаря SKA ученые планируют фиксировать до 165 событий, связанных с частицами сверхвысоких энергий, что, конечно же, во много раз больше, чем они имеют возможность делать сейчас.
«Космические излучения подобного типа энергий настолько редки, что вам необходимо иметь при себе невероятно огромный детектор, способный собрать необходимое количество информации, с которой действительно можно работать», — объясняет доктор Джастин Брей из Университета Саутгемптона.
«Но размеры Луны затмевают любые другие размеры когда-либо строившихся детекторов частиц. Если у нас все получится, то появится лучшая возможность для того, чтобы выяснить, откуда эти частицы берутся».
Радиомолчание Венеры
Венера обладает горячей, плотной, состоящей из облаков атмосферой, скрывающей ее поверхность от прямой видимости. До настоящего момента единственным способом для картографирования поверхности этой планеты является радиолокационный метод. Когда космический аппарат «Магеллан» посетил Венеру 20 лет назад, ученых заинтересовали две загадки планеты, которые остались нерешенными до сих пор.
Первая загадка заключается в том, что чем выше ландшафт поверхности планеты, тем лучше («ярче») отражаются направленные на поверхность радиоволны. Нечто аналогичное происходит у нас на Земле, но с учетом видимого света. Чем выше мы поднимаемся, тем более низкой становится температура. Чем выше в горах, тем больше и толще снежные шапки. Аналогичный эффект происходит на Венере, поверхность которой мы не можем наблюдать в видимом свете. Ученые считают, что причиной этого эффекта является процесс химического выветривания, зависящий от температуры или типа осадков тяжелых металлов, которые действуют как металлические шапки, отражающие радиосигналы.
Вторая загадка Венеры заключается в наличии радиолокационных пробелов на возвышенностях поверхности планеты. Ученые видят слабые отражающиеся сигналы на высоте 2400 метров, затем резкий скачок отражения сигналов при подъеме до 4500 метров. Однако начиная с 4700 метров происходит резкое увеличение пробелов в отражении сигналов. Иногда количество этих пробелов исчисляется сотнями. Сигналы идут будто в пустоту.
Сгустки света на F-кольце Сатурна
Сравнивая недавно полученные космическим аппаратом «Кассини» данные с информацией, полученной «Вояджером» 30 лет назад, ученые обнаружили снижение проявлений ярких сгустков на F-кольце Сатурна (хотя общее число сгустков при этом осталось неизменным). Как выяснили ученые, F-кольцо способно изменяться. При этом делать это очень быстро. Фактические в течение нескольких дней.
«Это наблюдение открывает для нас еще одну загадку нашей Солнечной системы, которую определенно стоит разрешить», — говорит Роберт Френч из Института SETI в Калифорнии.
Некоторые из колец Сатурна состоят из кусков льда, размеры которых аналогичны большим валунам. Однако F-кольцо планеты состоит из частиц льда, размер которых не больше пылинок. По этой причине ученые нередко называют F-кольцо «пылевым кольцом». При взгляде на это кольцо будет видно тусклое свечение.
Иногда частицы льда рядом с кольцом соединяются и образуют большие комы льда — крошечные спутники Сатурна. Когда эти крошечные спутники сталкиваются с основной массой F-кольца, то выталкивают из него те частицы, которые его образуют. В результате этого происходят яркие вспышки. Количество этих вспышек напрямую зависит от числа этих крошечных спутников. По крайней мере так гласит одна из теорий.
Согласно же другой теории, F-кольцо Сатурна образовалось относительно недавно. И образовалось оно вследствие разрушения более крупных ледяных спутников планеты. В этом случае изменения в F-кольце происходят вследствие его развития. Ученые пока не решили, какая из теорий больше похожа на правду. Требуется больше наблюдений за F-кольцом планеты.
Мнимые гейзеры Европы
В конце 2013 года ученые объявили о том, что космический телескоп «Хаббл» обнаружил на поверхности южного полюса Европы, ледяного спутника Юпитера, вырывающиеся на высоту 200 километров гейзеры. Неожиданно для науки поиск внеземной жизни потенциально стал проще. Ведь орбитальный зонд мог пролететь сквозь эти гейзеры и собрать образцы океанического состава Европы для поиска признаков жизни и при этом без необходимости посадки на ледяную поверхность.
Однако дальнейшие наблюдения за Европой не показали никаких свидетельств водяного пара. Повторный анализ собранных ранее данных вообще поставил под вопрос информацию о том, были ли вообще эти гейзеры. Некоторые ученые указывают также на то, что исследуя в октябре 1999 года и в ноябре 2012 года Европу «Хаббл» не обнаружил никаких гейзеров.
«Обнаружение» гейзеров на Европе обернулось настоящей загадкой. Аэрокосмическое агентство NASA планирует отправить к спутнику Юпитера роботизированный зонд, чьей задачей будет разобраться в реальности или нереальности наблюдения.
Метан на Марсе
Марсоход «Кьюриосити» с момента своего пребывания на Красной планете не заметил признаков наличия метана на Марсе, однако спустя 8 месяцев после его приземления ученые были удивлены тому, что марсоход зафиксировал своими чувствительными датчиками. На Земле более 90 процентов находящегося в атмосфере метана производится живыми существами. Именно по этой причине ученые во что бы то ни стало решили выяснить, откуда же мог взяться метан на Марсе и что могло вызывать его неожиданный выброс в атмосферу Красной планеты.
По мнению все тех же исследователей, на то есть несколько возможных причин. Одной из них, например, могло бы являться наличие на планете метан-продуцирующих бактерий или метаногенов. Другой вероятной причиной могут являться богатые водородом метеориты, которые время от времени проникают сквозь атмосферу Марса и являются, по сути, своего рода органическими бомбами, высвобождающими метан при нагреве до экстремальных температур ультрафиолетовым излучением Солнца. Теорий в этом вопросе много и одна краше другой.
Вторая загадка Марса заключается в том, что метан не только появляется, но и исчезает. Когда марсианский космический зонд не смог обнаружить признаки наличия метана после того, как его первоначально там обнаружили, ученых этот факт поставил в настоящий тупик. Если верить науке, метан не может исчезнуть с планеты всего за несколько лет. Процесс разложения этого химического вещества из атмосферы потребовал бы около 300 лет. Поэтому перед учеными появился вопрос: а был ли вообще на самом деле обнаружен метан на Марсе?
Тем не менее некоторые из выбросов метана действительно были подтверждены. Что же касается того, куда он потом делся: может быть, марсианские ветры постоянно отгоняют молекулы метана от чувствительных датчиков «Кьюриосити»? И все же это никак не объясняет определенные наблюдения находящегося на орбите планеты космического зонда.
Жизнь на Церере
Космический исследовательский аппарат Dawn аэрокосмического агентства NASA спешит на встречу Церере, карликовой планете, расположенной в нашей Солнечной системе. К ней космический зонд должен прибыть в марте 2015 года. Практически все, что мы знаем о Церере, остается загадкой для ученых. В отличие от протопланеты Весты, которую Dawn посетил на пути к Церере, с Церерой не связано никаких историй о метеоритах и кометах, которые могли бы сформировать ее строение.
И пока Веста остается весьма сухим астероидом, считается, что Церера состоит из камней и льда и, возможно, содержит под своей ледяной шапкой жидкий океан из воды. Ученые предполагают, что вода в той или иной форме составляет до 40 процентов ее состава. Церера, по мнению науки, является второй планетой (после Земли) или любым другим космическим телом, содержащим столь огромные запасы воды в нашей Солнечной системе. Правда, точный объем воды ученым пока узнать не удалось. Возможно, космический аппарат Dawn поможет решить этот вопрос, а также ответить на вопрос о том, почему Церера так отличается от Весты.
Обе карликовые планеты могут содержать важнейшую информацию о жизни на Земле. И Церера в этом плане является наиболее загадочной. Может ли эта протопланета поддерживать жизнь? Насколько известно ученым, существует три компонента, необходимых для жизни: источник энергии, жидкая вода и химические строительные блоки, такие как углерод. Помимо того, что на Церере в большом объеме может присутствовать вода, в том числе и в жидкой форме, сама Церера находится достаточно близко к Солнцу, чтобы получать достаточное количество солнечного тепла. Пока науке не известно, имеется ли у карликовой планеты свой внутренний источник тепла. Также ничего не известно и о наличии необходимых строительных блоках жизни. Будем надеяться, что космическая миссия Dawn сможет ответить на все эти вопросы.
Комментарии 1
|
-2   |
