Астрономы делятся друг с другом и со всем миром снимками летящего космического телескопа «Джеймс Уэбб». Он стартовал 25 декабря и стал самым настоящим рождественским подарком всему человечеству. Джанлука Маси, менеджер проекта Virtual Telescope от Bellatrix Astronomical Observatory в Италии показал, как телескоп медленно «плывет» среди звезд. На этих кадрах телескоп находится в 550 000 км от Земли, что примерно в 1,5 раза дальше, чем Луна. На других роликах можно увидеть «Джеймс Уэбб» через сутки после старта, когда он еще был гораздо ближе. Руководитель NASA Билл Нельсон сказал, что «Джеймс Уэбб» — это «машина времени». И это справедливо: с помощью этого телескопа, мы сможем увидеть настолько ранние звезды, что с Земли они не видны. И что-то понять о совсем юной Вселенной.   

Как сообщает NASA, 25 и 27 декабря «Джеймс Уэбб» выполнил две основных операции по коррекции курса с помощью собственных двигателей. По оценке команды телескопа, выводившая его на орбиту ракета Ariane 5 справилась со своей задачей настолько хорошо, что для коррекции потребовалось меньше топлива, чем было рассчитано. И это тоже новогодний подарок: избыток топлива позволит телескопу, если все будет штатно, отработать и 10 лет и даже дольше. Пока «Джеймс Уэбб» летит ко второй точке Лагранжа в полутора миллионах километров от Земли, центр управления решает сложную задачу. Инженеры направляют гигантский телескоп и одновременно разворачивают его компоненты. Уже развернуты солнечные панели, антенная решетка, поддоны с солнцезащитным экраном. Вскоре будет развернут сам экран и первичное зеркало телескопа. На полную подготовку всех компонент уйдет 24 дня.

На МКС можно встретить Новый год 15 раз. Именно столько раз станция будет пересекать границы часовых поясов, где наступил праздник. Российские космонавты будет встречать Новый год по московскому времени, когда станция будет находиться над Гаваями. Еще через два часа, когда МКС будет пролетать южнее острова Пасхи, Новый год придет в Германию, родину астронавта Европейского космического агентства Маттиаса Маурера. Еще через час сменится дата по Гринвичу. К этому часовому поясу привязан распорядок работы на МКС — это ее Новый год. Американские астронавты встретят праздник по Вашингтонскому времени, когда в Москве будет уже 8 утра 1 января. «Когда в Москве будет уже 13:24, МКС пролетит над Гавайями, последней точкой земного шара, где наступит 1 января», — сообщает в Роскосмос.

Российские космонавты Антон Шкаплеров и Петр Дубров выложили ролик, где они готовят на МКС новогоднюю «Селедку под шубой». И это замечательное видео. Нет,  космонавты не придумали оригинальный рецепт салата, но они поставили красивый и познавательный научный эксперимент. Просматривая ролик, мы на Земле можем почувствовать, что такое невесомость (или более точно — микрогравитация). Многие ошибочно думают, что в невесомости «все разлетается». Нет, в невесомости все стоит (или точнее висит). Это прекрасно видно, когда космонавт, прежде чем порезать лук, оставляет луковицу висеть над столом, как будто он ее положил на полочку. Чтобы в невесомости что-то сдвинулось — предмет надо подтолкнуть. Когда космонавты готовят салат, они не высыпают ингредиенты, а их чуть подталкивают: и кусочки моркови ложатся на слой майонеза. И остаются лежать. Слои салата удерживает вместе не сила тяготения, а водородные связи. Они становятся главной силой, которая склеивает ингредиенты и не дает им разлетаться. Именно из-за отсутствия гравитации водородные связи проявляются так ярко, что салат даже можно есть ложкой. И наверно, он очень «воздушный».

Недавно мы писали, что исследовательский спутник Trace Gas Orbiter (TGO), разработанный Европейским космическим агентством и Роскосмосом, нашел на Марсе целую область «вечной мерзлоты», где почва, вероятно, состоит изо льда на 40%. Эта область находится вблизи экватора планеты. Теперь ученые, работающие со спутником, опубликовали, не менее захватывающий снимок. На нем виден кратер диаметром около 4 км в северной полярной области Марса, которая называется Великая северная равнина. Кратер частично заполнен водяным льдом (он блестит на солнце). Сильнее обледенели северные склоны, которые получают меньше солнечного света. Темные пятна на краях кратера, как полагают ученые, являются вулканическими материалами (базальтом). 

В общем, с водой на Марсе все обстоит неплохо. Но надо еще туда долететь. На сегодня самым близким к завершению проектом, который позволит человеку ступить на Марс, является корабль Starship компании Илона Маска SpaceX. Маск очень рассчитывал, что первый полет корабля состоится уже в январе 2022 года. Но этого не будет. Федеральное управление гражданской авиации (FAA) заявило, что оно не может уложиться до 31 декабря. Необходимо завершить экологическую экспертизу, которая даст (или не даст) разрешение SpaceX запускать тяжелый Starship с космодрома в Бока-Чика в Техасе. FAA оценит многие моменты, связанные с безопасностью полетов: пролет над населенными пунктами, требования к страхованию и потенциальное воздействие на окружающую среду. FAA заявило, что раньше 28 февраля 2022 года успеть невозможно. Если все разрешения в установленный FAA срок будут получены, первый полет Starship состоится не раньше конца марта. 120-метровый Starship состоит из первой ступени — Super Heavy, и второй — сам Starship. Ступень Super Heavy еще ни разу не отрывалась от земли, и чем закончится ее первый полет пока непонятно. Маск ругает регулятора, но ему придется подождать.

NASA собирается осенью 2022 года начать принимать проекты на конкурс по марсианской застройке. И хотя конкурс еще не объявлен, первые проекты марсианских домов и целых поселений уже активно разрабатываются. Стартап ICON совместно с NASA предлагает первым колонистам жить в домах, напечатанных на 3D-принтере из марсианского риголита. Сейчас проект под названием Mars Dune Alpha возводится в Космическом центре Джонсона, чтобы в дальнейшем здания могли пройти проверку в имитируемых марсианских условиях. Площадь дома составляет 158 квадратных метров. Внутри будет все, что нужно для жизни, включая тренажерный зал и теплицы для выращивания сельскохозяйственных культур. Домов Mars Dune Alpha еще нет, а вот целое поселение, построенное китайской компанией C-Space уже построено. Правда, пока не на Марсе, а в пустыне Гоби. Место для комплекса было выбрано так, чтобы максимально имитировать ландшафт и суровые условия жизни на Марсе. Площадь комплекса 53 330 квадратных метров. В нем могут жить 60 человек.

Остается главный вопрос: когда? Отвечая на этот вопрос в подкасте Лекса Фридмана, Маск сказал, что SpaceX отправит человека на Марс в ближайшие 5-10 лет. По словам Маска, нужно решить две задачи: первая — разработать корабль, который выдержит полет на Марс и обратно (и здесь на подходе Starship), а вторая — необходимо минимизировать расходы на топливо, сейчас оно слишком дорогое. Генеральный директор SpaceX собирается построить 1000 ракет Starship и запускать по три корабля в день, чтобы отправить на Марс миллион человек. В том, что найдется столько желающих, Маск не сомневается.

Астрофизик кандидат физико-математических наук спикер курса Skillbox «‎Астрономия и космос» Антон Бирюков рассказывает про ключевые достижения нашего времени в истории освоения космоса.

Многие люди ошибочно полагают, что все наши знания о Вселенной были добыты только в XX веке. Но начинать разговор о космосе стоит с астрономии — науки о Вселенной, существующей уже несколько тысяч лет. Еще в III веке до нашей эры греческий ученый Эратосфен Киренский совершил открытие поистине космических масштабов: он измерил радиус Земли.

Однако стремительное освоение космоса в XX веке изменило мир до неузнаваемости и помогло разработать множество технологий, связанных с электроникой и программным обеспечением. Например, рентгеновские сканеры в аэропортах, метод получения изображения в компьютерной томографии, wi-fi-связь, технология беспроводных устройств. Даже знакомую всем застежку-липучку придумали для удобства полетов в невесомости.

Если говорить именно о космонавтике, то ее первое достижение — пересечение линии Кармана во время Второй мировой войны, в июне 1944 года. Это условная граница между атмосферой Земли и космосом, которая находится на высоте в 100 км над уровнем моря. Плотность воздуха там настолько низкая, что летательному аппарату для движения нужно набрать скорость, превышающую первую космическую (7,91 км/с). Итак, ракета «Фау-2» достигла высоты в 180 км над уровнем моря и упала на Землю, не выходя на околоземную орбиту, то есть не став искусственным спутником нашей планеты. С этого первого полета началось развитие космонавтики. Уже через 13 лет, 4 октября 1957 года, на орбиту вышел первый искусственный спутник Земли, который положил начало долгой гонке за освоение космоса.

Первый искусственный спутник Земли «Спутник-1»

Выход за атмосферу Земли дал нам возможность наблюдать Вселенную не только в видимом свете, но и в других электромагнитных диапазонах. Благодаря этому мы сформировали современное представление об устройстве Вселенной. В первую очередь речь идет о рентгеновском и гамма-диапазоне. Это высокоэнергетичные кванты, которые не проходят через атмосферу. 

За последние 20 лет астрофизики и космологи совершили ряд открытий, которые в корне изменили наше представление о Вселенной. 

Если говорить про главные достижения нашего века, то первым в голову приходит открытие ускоренного расширения Вселенной. Формально это событие произошло в 1998 году. Именно тогда появилась первая публикация с анализом наблюдений сверхновых типа Ia в далеких галактиках. Это особенный тип сверхновых, которые связаны с термоядерными взрывами белых карликов. Мы можем достаточно точно вычислить светимость таких звезд, а значит, и расстояние до них. Наблюдения показали, что чем больше расстояние до галактики, тем быстрее она удаляется от нас. Это и есть эффект ускоренного расширения Вселенной. Полноправной частью астрофизической картины мира это открытие стало уже в XXI веке.

Эффект ускоренного расширения Вселенной

Современное объяснение этого эффекта заключается в том, что Вселенная на 70% состоит из необычной «темной энергии», которая заставляет наш мир расширяться все быстрее и быстрее. Этой субстанции гораздо больше, чем привычной материи, из которой состоят окружающие вещи или мы сами. А её главное экзотическое свойство — обладание «отрицательным давлением», в итоге и приводящим к ускоренному разбеганию галактик. Можно сказать, что темная энергия заставляет Вселенную расширяться, как воздух заставляет расширяться воздушный шар.

Лучше понять феномен темной энергии помогли детальные и высокоточные наблюдения так называемого космического микроволнового фона. Такие наблюдения проводились последние 20 лет и стали возможны благодаря космическим телескопам WMAP и «Планк». 

Что такое космический микроволновый фон? Это излучение возрастом более 13 млрд лет: оно сохранилось во Вселенной с ранних этапов ее эволюции. В нем зашифрована информация о том, как появился мир и почему сейчас он именно такой.

Итак, вторым важным достижением нашего века стало изучение свойств этого микроволнового фона с очень высокой детализацией. Оно подтвердило теорию Большого взрыва, описывающую хронологию развития Вселенной. В частности, эти наблюдения позволяют сказать, что с большой долей вероятности расширение Вселенной будет длиться вечно. 

Третье достижение последних десятилетий, связанное с возможностью обнаружения внеземной жизни, — открытие экзопланет. Это планеты, которые находятся вне Солнечной системы. Часть из них, как ожидается, обладает условиями, позволяющими предположить наличие живых организмов на их поверхности. Экзопланеты находятся в так называемой зоне обитаемости своих звезд: не слишком близко к ним и не слишком далеко. Это дает основания полагать, что на их поверхности может существовать жидкая вода и достаточно плотная атмосфера. Определяющий вклад в изучение экзопланет внесли космические телескопы: ранее «Кеплер», а сейчас пришедший ему на замену TESS.

Открытие экзопланет позволило нам понять, что у большой доли звезд, похожих на Солнце, есть планеты, напоминающие Землю. Это меняет видение Вселенной: потенциально она стала для нас гораздо более обитаемой. 

Еще одно важное открытие XXI века, в котором Вселенная вновь подтвердила свой статус большой космической лаборатории, — гравитационные волны. Условия земных лабораторий не позволяли доказать их существование. Поэтому догадки о существовании волн следовали из свойственного физикам XX и XXI века понимания пространства-времени, которое предлагает общая теория относительности. Прямое экспериментальное доказательство существования гравитационных волн, совершенное обсерваториями LIGO и VIRGO, еще раз подтвердило эту теорию.

Гравитационные волны

Более того, это открытие — новый канал для изучения Вселенной. Он позволяет получить информацию от далеких объектов, например от черных дыр — самых опасных объектов во Вселенной. 

Еще одно важное достижение — первая мягкая посадка на ядро кометы. Это случилось в 2014 году с кометой Чурюмова — Герасименко. На нее приземлился модуль «Филы» межпланетной станции «Розетта».

Модуль «Фила»

Во-вторых, спускаемый модуль собрал данные о свойствах льда, из которого состоит комета. Оказалось, что изотопный состав воды на этом небесном теле отличается от состава воды на Земле. Это идет вразрез с устоявшимся представлением о том, что вода на нашу планету была занесена именно кометами. Кроме того, в химическом составе кометного вещества были обнаружены сложные органические вещества — ксенон и сахар. Это, в свою очередь, может быть подтверждением того, что кометы могли занести на Землю другие вещества, необходимые для зарождения жизни.

Пожалуй, главная задача, которая стоит сейчас в изучении космоса, — углубить знания об экзотических объектах вроде черных дыр и нейтронных звезд. Другая приоритетная задача — узнать больше о природе и свойствах темной энергии и темной материи. Пока что про эти субстанции, которые составляют большую часть Вселенной, мы знаем очень мало. Тем не менее постоянное развитие технологий позволяет надеяться, что в будущем их природа будет расшифрована. 

Все большую роль в астрофизике начинают играть машинное обучение и обработка больших данных. Они позволяют существенно ускорить анализ данных, которые мы получаем с космических телескопов. Разработка алгоритмов обработки данных становится значимой областью науки о Вселенной.

Изучение и освоение космоса — способ узнать и про нас самих. Ведь открытия астрофизиков позволяют объяснить суть привычных вещей. Кроме того, космические технологии часто становятся массовыми и улучшают нашу повседневность. 

Получается, что наука о Вселенной гораздо ближе к нам, чем может показаться.