Teleskopy łączą się w bezprecedensowych obserwacjach słynnej czarnej dziury

Aby lepiej zrozumieć czarną dziurę w jądrze galaktyki M87, zespół EHT Collaboration przeprowadził kampanię obserwacyjną na wielu długościach fal. Obserwacje w całym spektrum elektromagnetycznym w radiu, świetle widzialnym, ultrafiolecie, promieniowaniu rentgenowskim i gamma ujawniły dalekosiężny wpływ supermasywnej czarnej dziury na jej otoczenie. Credits: EHT Collaboration; NASA/Swift; NASA/Fermi; Caltech-NuSTAR; CXC; CfA-VERITAS; MAGIC; HESS

W kwietniu 2019 r. naukowcy opublikowali pierwszy obraz czarnej dziury w galaktyce M87 za pomocą Event Horizon Telescope (EHT). Jednak to niezwykłe osiągnięcie było dopiero początkiem naukowej historii, która ma zostać opowiedziana.

Dane z 19 obserwatoriów opublikowane wczoraj zapowiadają niezrównany wgląd w tę czarną dziurę i system, który zasila, a także poprawione testy Ogólnej Teorii Względności Einsteina.

"Wiedzieliśmy, że pierwszy bezpośredni obraz czarnej dziury będzie przełomowy," mówi Kazuhiro Hada z Narodowego Obserwatorium Astronomicznego w Japonii, współautor nowych badań opublikowanych w The Astrophysical Journal Letters, które opisują duży zbiór danych. 

"Aby w pełni wykorzystać ten niezwykły obraz, musimy wiedzieć wszystko, co możemy o zachowaniu czarnej dziury w tamtym czasie poprzez obserwacje w całym spektrum elektromagnetycznym".

Ogromne przyciąganie grawitacyjne supermasywnej czarnej dziury może zasilać dżety cząstek, które podróżują z prędkością niemalże światła na ogromne odległości. Dżety M87 produkują światło obejmujące całe spektrum elektromagnetyczne, od fal radiowych przez światło widzialne do promieniowania gamma. Wzór ten jest inny dla każdej czarnej dziury. Identyfikacja tego wzoru daje kluczowy wgląd we właściwości czarnej dziury - na przykład jej spin i ilość produkowanej energii - ale jest wyzwaniem, ponieważ wzór ten zmienia się w czasie.

Naukowcy skompensowali tę zmienność, koordynując obserwacje z wieloma najpotężniejszymi teleskopami na ziemi i w przestrzeni kosmicznej, zbierając światło z całego spektrum. Obserwacje z 2017 roku były największą jednoczesną kampanią obserwacyjną, jaką kiedykolwiek przeprowadzono na supermasywnej czarnej dziurze z dżetami.

W tej przełomowej kampanii uczestniczyły trzy obserwatoria zarządzane przez Centrum Astrofizyki | Harvard & Smithsonian: Submillimeter Array (SMA) w Hilo na Hawajach; kosmiczne Chandra X-ray Observatory; oraz Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System (VERITAS) w południowej Arizonie.

Rozpoczynając od kultowego już zdjęcia M87 z EHT, nowy film zabiera widzów w podróż przez dane z każdego z teleskopów. Każda kolejna klatka pokazuje dane w skali dziesięciokrotnej, zarówno długości fal świetlnych, jak i rozmiarów fizycznych.

Sekwencja rozpoczyna się od obrazu czarnej dziury z kwietnia 2019 roku. Następnie przechodzi przez obrazy z innych tablic radioteleskopów z całego globu (SMA), przesuwając się na zewnątrz pola widzenia podczas każdego kroku. Następnie widok zmienia się na teleskopy, które wykrywają światło widzialne, ultrafioletowe i promieniowanie rentgenowskie (Chandra). Ekran rozdziela się, aby pokazać, jak te obrazy, które pokrywają ten sam obszar nieba w tym samym czasie, porównują się ze sobą. Sekwencja kończy się pokazaniem, co teleskopy promieniowania gamma na ziemi (VERITAS) i Fermi w kosmosie wykrywają z czarnej dziury i jej strumienia.

Każdy z teleskopów dostarcza innych informacji na temat zachowania i oddziaływania czarnej dziury o masie 6,5 miliarda mas Słońca, znajdującej się w centrum M87, która znajduje się około 55 milionów lat świetlnych od Ziemi.

"Jest wiele grup, które chcą sprawdzić, czy ich modele pasują do tych bogatych obserwacji i jesteśmy podekscytowani, że cała społeczność używa tego publicznego zestawu danych, aby pomóc nam lepiej zrozumieć głębokie powiązania między czarnymi dziurami i ich dżetami", mówi współautor Daryl Haggard z McGill University w Montrealu, Kanada.

Dane zostały zebrane przez zespół 760 naukowców i inżynierów z prawie 200 instytucji, z 32 krajów lub regionów, przy użyciu obserwatoriów finansowanych przez agencje i instytucje na całym świecie. Obserwacje były skoncentrowane od końca marca do połowy kwietnia 2017 roku.

"Ten niesamowity zestaw obserwacji obejmuje wiele z najlepszych teleskopów na świecie" - mówi współautor Juan Carlos Algaba z University of Malaya w Kuala Lumpur w Malezji. 

"To wspaniały przykład współpracy astronomów z całego świata".

Pierwsze wyniki pokazują, że intensywność światła wytwarzanego przez materię wokół supermasywnej czarnej dziury M87 była najniższa, jaką kiedykolwiek zaobserwowano. Stworzyło to idealne warunki do oglądania "cienia" czarnej dziury, jak również umożliwiło wyodrębnienie światła z regionów położonych blisko horyzontu zdarzeń od tych oddalonych o dziesiątki tysięcy lat świetlnych od czarnej dziury.

Połączenie danych z tych teleskopów oraz obecnych (i przyszłych) obserwacji EHT pozwoli naukowcom na prowadzenie ważnych badań w niektórych z najbardziej znaczących i wymagających dziedzin astrofizyki. Na przykład, naukowcy planują wykorzystać te dane do ulepszenia testów Ogólnej Teorii Względności Einsteina. Obecnie, niepewność co do materii wirującej wokół czarnej dziury i wyrzucanej w dżetach, w szczególności właściwości, które określają emitowane światło, stanowi główną przeszkodę w testach Ogólnej Teorii Względności.

Pokrewna kwestia, którą zajmuje się dzisiejsze badanie, dotyczy pochodzenia energetycznych cząstek zwanych "promieniami kosmicznymi", które nieustannie bombardują Ziemię z kosmosu. Ich energia może być milion razy większa niż ta, którą można wytworzyć w najpotężniejszym akceleratorze na Ziemi, Wielkim Zderzaczu Hadronów. Ogromne dżety wystrzeliwane z czarnych dziur, takie jak te pokazane na zdjęciach, są uważane za najbardziej prawdopodobne źródło promieni kosmicznych o najwyższej energii, ale istnieje wiele pytań dotyczących szczegółów, w tym dokładnych miejsc, w których cząstki są przyspieszane. Ponieważ promienie kosmiczne wytwarzają światło poprzez swoje zderzenia, wysokoenergetyczne promienie gamma mogą wskazać to miejsce, a nowe badania wskazują, że te promienie gamma prawdopodobnie nie są wytwarzane w pobliżu horyzontu zdarzeń - przynajmniej nie w 2017 roku. Kluczem do rozstrzygnięcia tej debaty będzie porównanie z obserwacjami z 2018 roku oraz nowymi danymi zebranymi w tym tygodniu.

"Zrozumienie przyspieszenia cząstek jest naprawdę kluczowe dla naszego zrozumienia zarówno obrazu EHT, jak i dżetów, we wszystkich ich 'kolorach'" - mówi współautorka Sera Markoff z Uniwersytetu w Amsterdamie. "Dżety te są w stanie transportować energię uwalnianą przez czarną dziurę do skali większej niż galaktyka-gospodarz, jak ogromny przewód zasilający. Nasze wyniki pomogą nam obliczyć ilość przenoszonej energii oraz wpływ, jaki dżety czarnej dziury wywierają na jej otoczenie."

Wydanie tej nowej skarbnicy danych zbiega się z biegiem obserwacyjnym EHT w 2021 roku, który wykorzystuje ogólnoświatowy układ anten radiowych, pierwszy od 2018 roku. Zeszłoroczna kampania została odwołana z powodu pandemii COVID-19, a w poprzednim roku została zawieszona z powodu nieprzewidzianych problemów technicznych. Właśnie w tym tygodniu, przez sześć nocy, astronomowie EHT namierzają kilka supermasywnych czarnych dziur: ponownie tę w M87, tę w naszej Galaktyce zwaną Sagittarius A* oraz kilka bardziej odległych czarnych dziur. W porównaniu z rokiem 2017 macierz została ulepszona poprzez dodanie trzech kolejnych radioteleskopów: Greenland Telescope, Kitt Peak 12-meter Telescope w Arizonie oraz NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) we Francji.

"Wraz z opublikowaniem tych danych, w połączeniu ze wznowieniem obserwacji i ulepszonym EHT, wiemy, że na horyzoncie pojawi się wiele nowych, ekscytujących wyników" - mówi współautor Mislav Balokovic z Uniwersytetu Yale.

"Jestem naprawdę podekscytowany, że te wyniki ujrzą światło dzienne, wraz z moimi kolegami pracującymi przy SMA, z których niektórzy byli bezpośrednio zaangażowani w zbieranie danych do tego spektakularnego widoku M87" - mówi współautor Garrett Keating, naukowiec projektu Submillimeter Array. 

"Biorąc pod uwagę wyniki obserwacji Sagittariusa A* - masywnej czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej - które pojawią się wkrótce, oraz wznowienie obserwacji w tym roku, oczekujemy na jeszcze więcej niesamowitych rezultatów z EHT w nadchodzących latach".

Badanie: The Astrophysical Journal Letters

Źródło: phys.org

 

czytaj

Badania sugerują, że łowcy kosmitów powinni szukać artefaktów na Księżycu

Artefakty trwają dłużej niż sygnały i mogą być tańsze do wysłania przez obce cywilizacje.

Słynne równanie używane do poszukiwania obcych cywilizacji zainspirowało do nowego pomysłu: polowania na obce artefakty w naszym Układzie Słonecznym. Nowe badania wykazały, że poszukiwania tych obcych artefaktów mogą rozpocząć się od Księżyca i innych ciał kosmicznych w pobliżu Ziemi.

Równanie Drake'a jest używane do oszacowania liczby cywilizacji w Drodze Mlecznej, które można wykryć poprzez ich sygnały radiowe - lub, mówiąc prościej, szans na znalezienie inteligentnego życia w naszej galaktyce. Po raz pierwszy zaproponowane przez  Franka Drake'a w 1961 r., równanie oblicza liczbę komunikujących się cywilizacji poprzez analizę kilku zmiennych, takich jak tempo formowania się gwiazd odpowiednich do rozwoju inteligentnego życia oraz liczba planet w każdym układzie gwiezdnym, posiadających środowisko odpowiednie dla życia.

Na zdjęciu:

Na tym zdjęciu z Apollo 14, wykonanym tuż przed lądowaniem modułu księżycowego na Fra Mauro, Ziemia jest widziana ponad krawędzią Księżyca. (Image credit: NASA)
 

Obecnie praktycznie wszystkie eksperymenty SETI (search for extraterrestrial intelligence) skanują niebo w poszukiwaniu sygnałów radiowych lub świetlnych. Jednak przez lata niektórzy badacze sugerowali, że innym, potencjalnie lepszym sposobem na znalezienie dowodów na istnienie obcego życia jest nie szukanie transmisji z daleka, ale polowanie na wiadomości w butelce - podejście SETA (search for extraterrestrial artifacts).

Na przykład w 2004 roku badacze zasugerowali, że nadawanie sygnału w kosmosie jest drogie i nieefektywne. Zamiast tego naukowcy obliczyli, że zapisanie wiadomości na kawałku materii i wystrzelenie go w kierunku potencjalnych pozaziemskich kolegów po piórze wymagałoby około bilionowej części tej samej ilości energii.

Kolejnym problemem związanym z konwencjonalnym SETI jest fakt, że pozaziemskie cywilizacje mogą być już dawno martwe, zanim astronomowie wykryją ich sygnały. W przeciwieństwie do tego pozaziemskie artefakty mogą być dla nas sposobem na bezpośrednie poznanie obcych cywilizacji, szczególnie jeśli te artefakty są wyposażone w sztuczną inteligencję, powiedział Space.com autor badania James Benford, fizyk z Microwave Sciences w Lafayette w Kalifornii.

W nowym badaniu Benford opracował wersję równania Drake'a dla artefaktów. Nowa formuła skupiła się szczególnie na tym, co nazywa on "lurkerami" - ukrytymi i prawdopodobnie zrobotyzowanymi sondami pozaziemskimi. Chociaż cywilizacje, które rozmieściły te lurkery mogą być martwe, same lurkery mogą być wciąż na tyle aktywne, by się z nami komunikować.

Kluczową różnicą między strategią SETA a konwencjonalnym podejściem do SETI jest to, że SETA polega na aktywnym poszukiwaniu dowodów zamiast pasywnych obserwacji" - powiedział Benford. 

 

"Społeczność SETI jako całość musiałaby myśleć w nowy sposób".

Kiedy Benford porównał swoją formułę z równaniem Drake'a, zasugerował, że potencjalny wskaźnik sukcesu SETA jest konkurencyjny w stosunku do konwencjonalnego SETI. Na przykład, jeśli obca cywilizacja zauważy, że artefakty są prawdopodobnie bardziej opłacalną strategią kontaktu niż nadawanie, to SETA okaże się bardziej skuteczna niż konwencjonalne SETI. Jeśli jednak obca cywilizacja była podobna do naszej, czyli była zdolna do lotów kosmicznych z prędkościami międzyplanetarnymi, to mogła budować tylko radiolatarnie zamiast sond międzygwiezdnych, a konwencjonalne SETI odniosłoby większy sukces niż SETA.

Cywilizacje pozaziemskie, które przelatywały w pobliżu Słońca, mogły być szczególnie zainteresowane wystrzeleniem sond do Układu Słonecznego, powiedział Benford. Zauważył, że około dwie gwiazdy zbliżają się do Układu Słonecznego na jeden rok świetlny na milion lat, a około jedna gwiazda zbliża się do 10 lat świetlnych co 5000 lat. Niedawne bliskie spotkanie Układu Słonecznego było z Gwiazdą Scholza, która zbliżyła się na odległość 0,82 roku świetlnego od Słońca około 70 000 lat temu.

"W 10,000-letniej skali czasowej cywilizacji na Ziemi, około dwie gwiazdy zbliżyły się na odległość 10 lat świetlnych", powiedział Benford.

Benford zasugerował najpierw przeanalizowanie zdjęć księżycowych pod kątem śladów sond pozaziemskich. Zauważył, że należący do NASA Lunar Reconnaissance Orbiter wykonał około 2 milionów zdjęć Księżyca od 2009 roku "z rozdzielczością do około 0,3 metra", powiedział Benford. 

 

"Na niektórych zdjęciach można zobaczyć ślady stóp Neila Armstronga na Księżycu, ale tylko garstka z tych zdjęć została sprawdzona przez ludzkie oczy. Musimy użyć oprogramowania AI, aby szukać struktur, oznak sztuczności, co mogłoby przynieść korzyści naukom na Ziemi, takim jak archeologia."

Benford zasugerował również poszukiwanie obcych artefaktów znajdujących się na innych ciałach w pobliżu Ziemi. Należą do nich ziemskie obiekty trojańskie (ciała znajdujące się w punktach w przestrzeni, gdzie grawitacyjne przyciąganie Ziemi i Słońca równoważą się) oraz ziemskie obiekty współorbitalne (te dzielące strefę Ziemi wokół Słońca).

"Chiny planują misję, ZhengHe, do jednego z tych współorbitalnych obiektów, 2016 HO 3, do uruchomienia w 2024 roku" - powiedział Benford. "Zbliży się ona na odległość 10 razy większą niż odległość Ziemi do Księżyca".

Benford nie sugerowałby szukania na samej Ziemi. "Jeśli artefakt był tutaj przez długi czas, podlegał pogodzie, uszkodzeniom, kradzieży lub rozkładowi z powodu żywiołów" - powiedział Benford. "Przez setki, tysiące lub miliony lat, prawdopodobnie nie są one naprawdę możliwe do odkrycia, podczas gdy gdzieś tam, jak na Księżycu - wciąż mogą tam być".

Podsumowując, "możemy uzyskać odpowiedź "tak-nie" na część pytania SETI, przeszukując pobliską Ziemię, i możemy to zrobić za pomocą eksperymentów, a nie tylko czekając na sygnały," powiedział Benford. 

"SETI pyta, 'Gdzie oni są?' Cóż, może są tuż obok".

Benford szczegółowo opisał swoje odkrycia online 18 marca w czasopiśmie Astrobiology. Będzie również omawiał swój pomysł z Breakthrough Listen, wartym 100 milionów dolarów, 10-letnim poszukiwaniem inteligentnego życia we wszechświecie, ogłoszonym w 2015 roku przez znanego naukowca Stephena Hawkinga i innych badaczy.

Źródło: space.com

czytaj

Polowanie na neutrina pod najgłębszym jeziorem świata

Teleskop do wykrywania neutrin pod zamarzniętym jeziorem Bajkał w Rosji jest bliski uzyskania wyników naukowych po czterech dekadach niepowodzeń.

 

fot. Naukowcy rejestrują urządzenie wykrywające światło, jedno z 36, które zostaną zanurzone 700 metrów pod powierzchnią jeziora Bajkał w Rosji, jako część podwodnego detektora neutrin, który jest w trakcie budowy.

 

NA JEZIORZE BAJKAŁ - Szklana kula, wielkości piłki plażowej, wpada do przerębla w lodzie i opada na metalowej linie w kierunku dna najgłębszego jeziora świata. Potem kolejna, i kolejna.

Te wykrywające światło kule spoczywają zawieszone w ciemności aż do 1220 metrów pod powierzchnią. Na kablu, który je przenosi, znajduje się 36 takich kul, rozmieszczonych w odległości 15 metrów od siebie. Istnieją 64 takie kable, utrzymywane w miejscu przez kotwice i boje, trzy kilometry od poszarpanego południowego wybrzeża tego jeziora na Syberii, którego dno znajduje się ponad 1,5 kilometra niżej.

Jest to teleskop, największy tego typu na półkuli północnej, zbudowany w celu badania czarnych dziur, odległych galaktyk i pozostałości po eksplodujących gwiazdach. Czyni to poprzez poszukiwanie neutrin, kosmicznych cząstek tak małych, że w każdej sekundzie przez każdego z nas przelatuje ich bilion. Naukowcy uważają, że gdybyśmy tylko mogli nauczyć się odczytywać wiadomości, które niosą, moglibyśmy nakreślić wszechświat i jego historię w sposób, którego nie jesteśmy jeszcze w stanie w pełni zgłębić.

"Nigdy nie należy przegapić okazji, by zadać naturze jakiekolwiek pytanie" - powiedział Grigori V. Domogacki, 80-letni rosyjski fizyk, który przez 40 lat kierował pracami mającymi na celu zbudowanie podwodnego teleskopu.

Po przerwie dodał: 

"Nigdy nie wiesz, jaką odpowiedź otrzymasz".

Urządzenie nadal jest w budowie, ale teleskop, o którym dr Domogacki i inni naukowcy od dawna marzyli, jest bliżej niż kiedykolwiek dostarczenia wyników. Polowanie na neutrina z odległych zakątków kosmosu, obejmujące różne epoki w geopolityce i astrofizyce, rzuca światło na to, jak Rosja zdołała zachować część naukowej biegłości, która charakteryzowała Związek Radziecki - a także na ograniczenia tego dziedzictwa.

Przedsięwzięcie nad jeziorem Bajkał nie jest jedyną próbą poszukiwania neutrin w najbardziej odległych zakątkach świata. Dziesiątki instrumentów poszukują tych cząstek w specjalistycznych laboratoriach na całej planecie. Jednak nowy rosyjski projekt będzie ważnym uzupełnieniem pracy IceCube, największego na świecie teleskopu neutrinowego, projektu prowadzonego przez Amerykanów i wartego 279 milionów dolarów, który obejmuje około ćwierć mili sześciennej lodu na Antarktydzie.

 

Grigori V. Domogacki, rosyjski fizyk, od 40 lat prowadzi starania o budowę obserwatorium.

Teleskop znajduje się dwie mile od południowego wybrzeża jeziora Bajkał na Syberii. Dno jeziora znajduje się ponad milę niżej, co czyni je najgłębszym jeziorem na świecie.

Naukowiec Yevgeny Pliskovsky monitoruje przyrządy w budynku przy brzegu jeziora Bajkał.

Używając siatki detektorów światła podobnych do teleskopu Bajkał, IceCube zidentyfikował w 2017 roku neutrino, które według naukowców prawie na pewno pochodziło z supermasywnej czarnej dziury. Był to pierwszy raz, kiedy naukowcy wskazali źródło wysokoenergetycznych cząstek z kosmosu znanych jako promienie kosmiczne - przełom dla astronomii neutrinowej, gałęzi, która wciąż pozostaje w powijakach.

Osoby zajmujące się tą dziedziną wierzą, że w miarę jak będą uczyć się odczytywać wszechświat za pomocą neutrin, mogą dokonywać nowych, nieoczekiwanych odkryć - podobnie jak twórcy soczewek, którzy jako pierwsi opracowali teleskop, nie mogli sobie wyobrazić, że Galileusz użyje go później do odkrycia księżyców Jowisza.

"To tak, jakbyśmy patrzyli w nocy na niebo i widzieli jedną gwiazdę" - powiedział w wywiadzie telefonicznym Francis L. Halzen, astrofizyk z Uniwersytetu Wisconsin w Madison i dyrektor IceCube, opisując obecny stan poszukiwań widmowych cząstek.

Wczesne prace radzieckich naukowców pomogły zainspirować dr Halzena w latach 80. do zbudowania detektora neutrin w lodzie Antarktydy. Obecnie dr Halzen twierdzi, że jego zespół uważa, że być może znalazł dwa dodatkowe źródła neutrin przybywających z głębi kosmosu - ale trudno jest mieć pewność, ponieważ nikt inny ich nie wykrył. Ma on nadzieję, że to się zmieni w najbliższych latach, gdy teleskop Bajkał będzie się powiększał.

"Musimy być superkonserwatywni, ponieważ w tej chwili nikt nie może sprawdzić, co robimy" - powiedział dr Halzen. "To dla mnie ekscytujące, że mam kolejny eksperyment, z którym mogę współdziałać i wymieniać dane".

W latach 70., pomimo zimnej wojny, Amerykanie i Sowieci pracowali razem, aby zaplanować pierwszy głębokowodny detektor neutrin u wybrzeży Hawajów. Jednak po inwazji Związku Radzieckiego na Afganistan, Sowieci zostali wyrzuceni z projektu. Tak więc w 1980 roku Instytut Badań Jądrowych w Moskwie rozpoczął własne prace nad teleskopem neutrinowym, prowadzone przez dr Domogackiego. Miejsce prób wydawało się oczywiste, choć było oddalone o około 2500 mil: Bajkał.

Projekt nie wyszedł daleko poza fazę planowania i projektowania, zanim rozpadł się Związek Radziecki, pogrążając wielu naukowców z tego kraju w ubóstwie, a ich wysiłki w chaosie. Jednak instytut pod Berlinem, który wkrótce stał się częścią niemieckiego centrum badań cząstek elementarnych DESY, przyłączył się do projektu Bajkał.

Christian Spiering, który kierował niemieckim zespołem, wspomina, że wysyłał setki funtów masła, cukru, kawy i kiełbasy, aby utrzymać coroczne zimowe wyprawy na lód Bajkału. Przywiózł również do Moskwy tysiące dolarów w gotówce, aby uzupełnić skromne pensje Rosjan.

Dr Domogacki i jego zespół nie ustawali w wysiłkach. Kiedy litewski producent elektroniki odmówił przyjęcia rubla jako zapłaty, jeden z fizyków wynegocjował, że zapłaci wagonem kolejowym pełnym drewna cedrowego - wspomina dr Spiering.

W rozmowie z dr Spieringiem dr Domogacki porównał kiedyś swoich naukowców do żaby z rosyjskiego przysłowia, która wpadła do kadzi z mlekiem i miała tylko jeden sposób na przeżycie: 

 

"Musi się ruszać, aż mleko zamieni się w masło".

Wschodzące słońce nad jeziorem Bajkał. Trzy stopy lodu pokrywają jezioro w zimie, co stanowi idealną platformę do zainstalowania podwodnej matrycy fotopowielacza.

 

Naukowcy robią sobie przerwę na herbatę w furgonetce na terenie obserwatorium.

 

Boje czekają na sparowanie z kulistymi detektorami światła, zanim zostaną zanurzone pod lodem.

Do połowy lat 90. rosyjskiemu zespołowi udało się zidentyfikować neutrina "atmosferyczne", czyli powstałe w wyniku zderzeń w ziemskiej atmosferze, ale nie te przybywające z kosmosu. Do tego potrzebny byłby większy detektor. Gdy w latach 2000 Rosja pod rządami prezydenta Władimira Putina zaczęła ponownie inwestować w naukę, dr Domogacki zdołał zabezpieczyć ponad 30 milionów dolarów funduszy na budowę nowego teleskopu Bajkał, tak dużego jak IceCube.

Jezioro jest głębokie na milę, ma jedne z najczystszych słodkich wód na świecie, a południowy brzeg wygodnie omija linia kolejowa. Co najważniejsze, zimą pokrywa je warstwa lodu o grubości trzech stóp: idealna platforma do zainstalowania podwodnej matrycy fotopowielaczowej.

"To tak, jakby Bajkał był stworzony do tego typu badań" - powiedział Bair Shaybonov, naukowiec biorący udział w projekcie.

Budowa rozpoczęła się w 2015 roku, a pierwszy etap obejmujący 2 304 zawieszone w głębinach przyrządy wykrywające światło ma zostać ukończony do czasu stopienia się lodu w kwietniu. (Orby pozostają zawieszone w wodzie przez cały rok, wypatrując neutrin i przesyłając dane do bazy naukowców na brzegu jeziora za pomocą podwodnego kabla). Teleskop zbiera dane już od lat, ale rosyjski minister nauki, Walerij N. Falkow, zanurzył w lodzie piłę łańcuchową w ramach przygotowanej dla telewizji ceremonii otwarcia w tym miesiącu.

Teleskop Bajkał patrzy w dół, przez całą planetę, na drugą stronę, w kierunku centrum naszej galaktyki i dalej, zasadniczo używając Ziemi jako gigantycznego sita. W większości przypadków większe cząstki uderzające w przeciwną stronę planety zderzają się z atomami. Jednak prawie wszystkie neutrina - 100 miliardów z nich przechodzi przez opuszek Twojego palca w każdej sekundzie - poruszają się po linii prostej.

Jednak gdy neutrino, niezmiernie rzadko, uderzy w jądro atomowe w wodzie, wytwarza stożek niebieskiego światła zwany promieniowaniem Czerenkowa. Efekt ten został odkryty przez radzieckiego fizyka Pawła A. Czerenkowa, jednego z byłych współpracowników dr Domogackiego w jego instytucie w Moskwie.

Wielu fizyków uważa, że jeśli spędzisz lata na monitorowaniu miliarda ton głębokiej wody w poszukiwaniu niewyobrażalnie małych błysków światła Czerenkowa, to w końcu znajdziesz neutrina, które mogą być przypisane do kosmicznych eksplozji, które wyemitowały je miliardy lat świetlnych stąd.

Orientacja niebieskich stożków ujawnia nawet dokładny kierunek, z którego przybyły neutrina, które je wywołały. Ponieważ neutrina nie posiadają ładunku elektrycznego, nie wpływają na nie międzygwiezdne i międzygalaktyczne pola magnetyczne oraz inne wpływy, które zakłócają ścieżki innych typów cząstek kosmicznych, takich jak protony i elektrony. Neutrina idą tak prosto przez wszechświat, jak tylko pozwala na to Einsteinowska grawitacja.

To właśnie sprawia, że neutrina są tak cenne w badaniu najwcześniejszych, najbardziej odległych i najbardziej gwałtownych wydarzeń we wszechświecie. Mogą one również pomóc w wyjaśnieniu innych tajemnic, takich jak to, co dzieje się, gdy gwiazdy znacznie masywniejsze od Słońca zapadają się w gęstą kulę neutronów o średnicy około 20 kilometrów - emitując ogromne ilości neutrin.

 

Stary budynek kolejowy na południowym krańcu jeziora został przebudowany na jadalnię dla naukowców pracujących w obserwatorium.

 

Wzory w lodzie na powierzchni jeziora.

Pomimo znaczenia projektu, operuje on skromnym budżetem, a prawie wszyscy z około 60 naukowców spędzają luty i marzec w swoim obozie w Bajkale, instalując i naprawiając jego elementy.

 

 

"Przemierza ono wszechświat, zderzając się praktycznie z niczym i z nikim" - powiedział o neutrinie dr Domogacki. 

"Dla niego wszechświat jest przezroczystym światem".

Ponieważ zasadniczo patrzy on przez planetę, teleskop Bajkał bada niebo półkuli południowej. To sprawia, że jest on uzupełnieniem IceCube na Antarktydzie, wraz z europejskim projektem w basenie Morza Śródziemnego, który jest we wcześniejszej fazie budowy.

"Potrzebujemy odpowiednika IceCube na półkuli północnej" - powiedział dr Spiering, który nadal jest zaangażowany zarówno w projekt IceCube, jak i Bajkał.

Dr Domogacki mówi, że jego zespół już wymienia dane z łowcami neutrin w innych miejscach, i że znalazł dowody potwierdzające wnioski IceCube na temat neutrin przybywających z kosmosu. Przyznaje jednak, że projekt Bajkał pozostaje daleko w tyle za innymi, jeśli chodzi o rozwój oprogramowania komputerowego niezbędnego do identyfikacji neutrin w czasie zbliżonym do rzeczywistego.

Pomimo znaczenia projektu, nadal działa on przy bardzo ograniczonym budżecie - prawie wszyscy z około 60 naukowców pracujących nad teleskopem spędzają luty i marzec w obozie nad Bajkałem, instalując i naprawiając jego elementy. Z kolei w projekcie IceCube bierze udział około 300 naukowców, z których większość nigdy nie była na biegunie południowym.

Obecnie dr Domogacki nie bierze już udziału w corocznych zimowych wyprawach nad Bajkał. Ale nadal pracuje w tym samym instytucie z czasów sowieckich, w którym utrzymywał swoje marzenie o neutrinach przez komunizm, chaotyczne lata 90. i ponad dwie dekady rządów Putina.

"Jeśli podejmujesz się jakiegoś projektu, musisz zrozumieć, że trzeba go zrealizować w każdych warunkach, jakie się pojawią" - powiedział dr Domogacki, uderzając w biurko dla podkreślenia. 

"W przeciwnym razie nie ma sensu nawet zaczynać".

Źródło: nytimes.com

czytaj

Gigantyczne impulsy radiowe z pulsarów są setki razy bardziej energetyczne, niż wcześniej sądzono

Globalna współpraca naukowa wykorzystująca dane z należącego do NASA teleskopu Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER) na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej odkryła skoki promieniowania rentgenowskiego towarzyszące wybuchom radiowym z pulsara w Mgławicy Kraba. 

Odkrycie pokazuje, że te wybuchy, zwane gigantycznymi impulsami radiowymi, uwalniają znacznie więcej energii, niż wcześniej podejrzewano.

Pulsar jest rodzajem szybko wirującej gwiazdy neutronowej, zgniecionym jądrem gwiazdy o rozmiarach miasta, która eksplodowała jako supernowa. Młoda, odizolowana gwiazda neutronowa może wirować dziesiątki razy na sekundę, a jej wirujące pole magnetyczne zasila wiązki fal radiowych, światła widzialnego, promieniowania rentgenowskiego i gamma. Jeśli wiązki te omijają Ziemię, astronomowie obserwują podobne do zegara impulsy emisji i klasyfikują obiekt jako pulsar.

"Spośród ponad 2800 skatalogowanych pulsarów, pulsar Kraba jest jednym z zaledwie kilku, które emitują gigantyczne impulsy radiowe, które pojawiają się sporadycznie i mogą być setki do tysięcy razy jaśniejsze niż regularne impulsy," powiedział główny naukowiec Teruaki Enoto z RIKEN Cluster for Pioneering Research w Wako z Japonii. 

"Po dziesięcioleciach obserwacji, tylko Mgławica Kraba wykazała, że wzmacnia swoje gigantyczne impulsy radiowe emisją z innych części widma".

Nowe badanie, które ukaże się w wydaniu Science z 9 kwietnia i jest już dostępne online, przeanalizowało największą ilość jednoczesnych danych rentgenowskich i radiowych, jakie kiedykolwiek zebrano z pulsara. Rozszerza ono tysiąckrotnie obserwowany zakres energii związany z tym zjawiskiem wzmacniającym.

W latach 2017-2019, należący do NASA Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER) oraz radioteleskopy w Japonii badały jednocześnie pulsara Kraba. Na tej wizualizacji, która reprezentuje zaledwie 13 minut obserwacji NICER, miliony promieniowania rentgenowskiego są wykreślone względem fazy rotacji pulsara, która jest wyśrodkowana na najsilniejszej emisji radiowej. Dla jasności pokazane są dwa pełne obroty. Gdy wiązki pulsara przemieszczają się po naszej linii widzenia, wytwarzają dwa szczyty dla każdego obrotu, z których jaśniejszy związany jest z większą liczbą olbrzymich impulsów radiowych. Po raz pierwszy dane NICER pokazują niewielki wzrost emisji promieniowania rentgenowskiego związany z tymi zdarzeniami. Credit: NASA's Goddard Space Flight Center/Enoto 2021.

 

Znajdująca się w odległości około 6500 lat świetlnych w gwiazdozbiorze Taurusa Mgławica Kraba i jej pulsar powstały w supernowej, której światło dotarło na Ziemię w lipcu 1054 roku. Gwiazda neutronowa obraca się 30 razy na sekundę, a na długościach fal rentgenowskich i radiowych jest jednym z najjaśniejszych pulsarów na niebie.

Między sierpniem 2017 a sierpniem 2019 roku Enoto i jego koledzy wykorzystali NICER do wielokrotnej obserwacji pulsara Kraba w promieniowaniu rentgenowskim o energiach do 10 000 elektronowoltów, czyli tysiące razy większych niż w świetle widzialnym. Podczas gdy NICER obserwował obiekt, zespół badał go również za pomocą przynajmniej jednego z dwóch naziemnych teleskopów radiowych w Japonii - 34-metrowego talerza w Kashima Space Technology Center oraz 64-metrowego talerza w Usuda Deep Space Center Japońskiej Agencji Aeronautyki i Badań Kosmicznych, oba działające na częstotliwości 2 gigaherców.

Połączenie tych danych dało badaczom prawie półtorej doby jednoczesnych obserwacji radiowych i rentgenowskich. W sumie udało się uchwycić aktywność 3,7 miliona rotacji pulsara i uzyskać około 26 000 gigantycznych impulsów radiowych.

Gigantyczne impulsy wybuchają szybko, z prędkością milionowych części sekundy, i pojawiają się w sposób nieprzewidywalny. Jednakże, gdy się pojawiają, zbiegają się z regularnymi pulsacjami zegara.

 

NICER rejestruje czas dotarcia każdego wykrytego promieniowania rentgenowskiego z dokładnością do 100 nanosekund, ale precyzja pomiaru czasu nie jest jedyną zaletą teleskopu w tym badaniu.

"Zdolność NICER do obserwacji jasnych źródeł promieniowania rentgenowskiego jest prawie cztery razy większa niż łączna jasność pulsara i jego mgławicy," powiedział Zaven Arzoumanian, kierownik naukowy projektu w Goddard Space Flight Center NASA w Greenbelt, Maryland. "Tak więc na te obserwacje w dużej mierze nie wpłynął pileup - gdzie detektor liczy dwa lub więcej promieniowania X jako jedno zdarzenie - oraz inne problemy, które komplikowały wcześniejsze analizy".

Zespół Enoto połączył wszystkie dane rentgenowskie, które zbiegły się z gigantycznymi impulsami radiowymi, ujawniając wzmocnienie promieniowania rentgenowskiego o około 4%, które wystąpiło w synchronizacji z nimi. Jest to niezwykle podobne do 3% wzrostu w świetle widzialnym, również związanego z tym zjawiskiem, odkrytym w 2003 roku. W porównaniu z różnicą jasności pomiędzy zwykłymi i olbrzymimi pulsami Kraba zmiany te są niezwykle małe i stanowią wyzwanie dla modeli teoretycznych.

Wzmocnienia sugerują, że gigantyczne impulsy są przejawem podstawowych procesów, które produkują emisję obejmującą spektrum elektromagnetyczne, od radia do promieniowania rentgenowskiego. A ponieważ promieniowanie rentgenowskie jest miliony razy silniejsze niż fale radiowe, nawet niewielki wzrost stanowi duży wkład energetyczny. Naukowcy doszli do wniosku, że całkowita energia emitowana przez gigantyczny impuls jest dziesiątki, do setek razy większa niż wcześniej szacowano na podstawie samych danych radiowych i optycznych.

"Wciąż nie rozumiemy jak i gdzie pulsary wytwarzają swoją złożoną i rozległą emisję, dlatego cieszymy się, że udało nam się dołożyć kolejny element do wielopoziomowej układanki tych fascynujących obiektów". 

 

Źródło: phys.org

czytaj

Kosmiczna energia słoneczna przechodzi kluczowy test na pokładzie tajemniczego samolotu X-37B należącego do armii USA

Samolot kosmiczny X-37B należący do Sił Kosmicznych USA przenosi na orbitę okołoziemską eksperyment z wiązką elektryczną.

Wojskowy samolot kosmiczny USA jest używany do walidacji w locie najlepszych sposobów zbierania energii słonecznej do zasilania z orbity okołoziemskiej. W połowie marca ostatnia tajna misja X-37B, robotycznego samolotu kosmicznego Sił Kosmicznych USA, przekroczyła 300 dni na orbicie okołoziemskiej.

Większość zadań tego pojazdu kosmicznego, znanego jako Orbitalny Pojazd Testowy-6 (OTV-6), jest ściśle tajna. Jednak jest jeden znany fragment badań, które przewozi statek, to Photovoltaic Radio-frequency Antenna Module Flight Experiment, czyli PRAM-FX.

PRAM-FX to eksperyment Naval Research Laboratory (NRL), który bada przekształcanie energii słonecznej w energię mikrofalową o częstotliwości radiowej (RF). PRAM-FX to 12-calowa (30,5 centymetra) kwadratowa płytka, która zbiera energię słoneczną i przekształca ją w energię RF.

Paul Jaffe, kierownik ds. innowacji i energii słonecznej w NRL, powiedział, że PRAM-FX nie wysyła nigdzie energii mikrofalowej. Eksperyment ma raczej na celu sprawdzenie wydajności konwersji światła słonecznego na mikrofale. Mierzona jest wydajność PRAM z punktu widzenia ogólnej wydajności, jak również termicznej, dodał.

Wstępne wyniki.

To zadanie w przestrzeni kosmicznej jest stosunkowo proste. Jednak PRAM-FX pomaga osiągnąć bardziej ambitny cel - pobranie energii słonecznej i przesłanie jej do spragnionej energii Ziemi.

Pierwsze wstępne wyniki z PRAM-FX na pokładzie OTV-6 zostały opublikowane w styczniu jako część artykułu przeglądowego, którego współautorem jest Jaffe, w Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) Journal of Microwaves.

"Chociaż wyniki te są wstępne, są one korzystne w porównaniu z wydajnością udokumentowaną w testach naziemnych, które również wykazały 8% całkowitą wydajność modułu. W miarę postępu eksperymentu pełny obraz działania modułu w różnych warunkach oświetleniowych i temperaturowych w środowisku kosmicznym zostanie odkryty" - czytamy w artykule IEEE.

PRAM-FX jest kluczowym orbitalnym testem dla kosmicznych architektur słonecznych. Ale co dalej?

 

Wizualizacja pojazdu kosmicznego Arachne z Laboratorium Badawczego Sił Powietrznych, będącego częścią wieloetapowego projektu mającego na celu opracowanie kosmicznego systemu przesyłu energii słonecznej, zdolnego do dostarczania użytecznej energii niezależnie od pory dnia, szerokości geograficznej czy pogody. (Image credit: AFRL/Melissa Grim, Partise)

 

 

Etapy krok po kroku

Laboratorium Badawcze Sił Powietrznych (AFRL) opracowało plan dużego projektu demonstracyjnego, którego celem jest przesyłanie energii zebranej w przestrzeni kosmicznej do sił ekspedycyjnych na Ziemi. Projekt ten nosi nazwę Space Solar Power Incremental Demonstrations and Research (SSPIDR).

Jak podano w dokumencie IEEE, demonstracje SSPIDR obejmują eksperymenty o nazwach Arachne, SPINDLE i SPIRRAL.

"Arachne będzie pierwszą na świecie demonstracją wiązki promieniowania w przestrzeni kosmicznej, wykorzystującą modułowy panel słoneczno-radiowy z pomiarem kształtu powierzchni w celu optymalizacji formowania wiązki. Technologia paneli solarno-radiowych została zaprojektowana tak, aby można ją było skalować do bardzo dużych apertur i wspierać wysokonakładową, tanią produkcję" - czytamy w dokumencie.

Arache ma polecieć w 2024 roku. AFRL otrzymało pierwszy element wyposażenia statku kosmicznego Arachne od Northrop Grumman w grudniu zeszłego roku.

SPINDLE będzie testował rozmieszczenie na orbicie wersji systemu operacyjnego w mniejszej skali. Natomiast SPIRRAL "przetestuje metody zarządzania termicznego w celu zapewnienia długotrwałego, wysokowydajnego systemu" - czytamy w dokumencie.

Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, SPIRRAL wystartuje w 2023 roku jako część eksperymentu Materials International Space Station Experiment (MISS-E) Flight Facility. MISS-E to orbitalna platforma Alpha Space Test and Research Alliance, która została zaprojektowana z myślą o zewnętrznym rozmieszczeniu na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.

Wizualizacja projektu Space Solar Power Incremental and Demonstrations Research (SSPIDR), którego celem jest przesyłanie energii słonecznej z kosmosu na Ziemię. SSPIDR składa się z kilku niewielkich eksperymentów lotniczych, które pozwolą opracować technologię potrzebną do budowy prototypu systemu dystrybucji energii słonecznej. (Image credit: Air Force Research Laboratory (AFRL))

 

Bezgraniczna i zrównoważona energia.

John Mankins jest wieloletnim orędownikiem kosmicznego beaming power i autorem książki "The Case for Space Solar Power" (Virginia Edition Publishing, 2014). Przez 25 lat pracował w NASA, a obecnie jest prezesem firmy Artemis Innovation Management Solutions, LLC.

Kosmiczna energia słoneczna ma potencjał, aby przekształcić przyszłość ludzkości w kosmosie, i może zapewnić nowe źródło praktycznie nieograniczonej i zrównoważonej energii dla rynków na całym świecie. Mankins twierdzi, że dlaczego nie mielibyśmy rozwijać tej technologii?

"Istnieje szereg nowych graczy w bezprzewodowym przesyłaniu energii - zarówno poprzez częstotliwości radiowe, jak i laser - w USA i na świecie" - powiedział Mankins portalowi Space.com. 

 

"Chiny właśnie zatwierdziły utworzenie komitetu na szczeblu krajowym ds. kosmicznej energii słonecznej i bezprzewodowego przesyłu energii, co zwiększy znaczenie ich już i tak silnego programu badawczo-rozwojowego."

Mankins wskazuje również na Wielką Brytanię. Kraj ten bada obecnie możliwość przyłączenia się do międzynarodowej społeczności zajmującej się energią słoneczną w przestrzeni kosmicznej i bezprzewodowym przesyłem energii, a w styczniu tego roku zakończyła się jego ocena.

Patrząc poza Ziemię, nowe zastosowania bezprzewodowej transmisji energii pojawiają się w planach eksploracji Księżyca, gdzie złoża lodu znajdują się wyłącznie w regionach stale zacienionych, w temperaturach około minus 234 stopni Celsjusza.

"Jednak do wydobycia i przetworzenia lodu wodnego w celu uzyskania użytecznych materiałów, takich jak materiały pędne, potrzebne będą setki kilowatów mocy. Bezprzewodowe zasilanie może być odpowiedzią na dostarczenie tej mocy," zasugerował Mankins.

 

Wysoko ceniony atut.

Ogólnie rzecz biorąc, perspektywy wyglądają zachęcająco, a kosmiczne uzyskiwanie energii może być wysoko cenionym atutem w sektorze komercyjnym.

Eksperci twierdzą, że technologia ta może mieć przyszłość podobną do Globalnego Systemu Pozycjonowania Stanów Zjednoczonych, który początkowo był narzędziem wojskowym, a następnie stał się technologią wykorzystywaną na całym świecie. Być może energia słoneczna będzie szeroko stosowana na ziemi, zapewniając obfitą energię słoneczną wszędzie, niezależnie od lokalnej pogody, pory dnia czy szerokości geograficznej.

Przy okazji, dla miłośników historii techniki: Nikola Tesla zapoczątkował koncepcję przesyłania energii na dużą skalę przez przestrzeń kosmiczną już na przełomie XIX i XX wieku!

Źródło: space.com

czytaj

Helikopter Ingenuity na powierzchni Marsa!

Touchdown confirmed!

 

Podróż o długości 471 milionów km na pokładzie Perseverance zakończyła się dziś ostatecznym wypuszczeniem ze spodu łazika na powierzchnię Marsa. 

 

Następny cel? 

Przetrwać noc. 

Pierwszy lot odbędzie się nie wcześniej niż 11 kwietnia.

 

Poniżej krótki filmik z dźwiękami z Marsa:

 

czytaj

Nowy, kompleksowy test obala działanie napędu EmDrive

EmDrive to hipotetyczny napęd, którego zwolennicy twierdzą, że może generować ciąg bez konieczności użycia spalin do jego wytworzenia. Byłoby to pogwałceniem wszystkich znanych praw fizyki. 

W 2016 roku zespół z laboratorium NASA Eagleworks twierdził, że udało mu się zmierzyć siłę ciągu urządzenia EmDrive, co wywołało spore poruszenie w świecie nauki. Jednak najnowsza próba powtórzenia szokujących wyników przyniosła prostą odpowiedź: pomiar Eagleworks wynikał z nagrzewania się mocowania silnika, a nie z żadnej nowej fizyki.
 

EmDrive to stosunkowo proste urządzenie: jest to pusta wnęka, która nie jest idealnie symetryczna. Według zwolenników EmDrive, poprzez odbijanie promieniowania elektromagnetycznego wewnątrz wnęki, zwężanie się w niej wytwarza ciąg silnika, mimo że nic nie jest emitowane z napędu. W 2016 roku zespół z laboratorium NASA w Eagelworks podobno zmierzył ten ciąg w swoim eksperymencie EmDrive, co według nich było rewolucją w naszym rozumieniu fizyki i przyszłości lotów kosmicznych.

Fizycy byli... sceptyczni. Zasada zachowania momentu pędu mówi, że nieruchomy obiekt nie może się poruszać bez działającej na niego siły, co eksperyment Eagleworks miał naruszać. Zasada zachowania momentu pędu była testowana niezliczoną ilość razy na przestrzeni wieków - w rzeczywistości stanowi ona podstawę niemal każdej teorii fizyki. W istocie więc prawie za każdym razem, gdy testuje się fizykę, testuje się również zachowanie pędu.

 

Model silnika EmDrive używany do eksperymentów przez NASA w latach 2013 - 2014. 

 

Wyniki eksperymentu Eagleworks nie były zbyt imponujące. Choć zespół twierdził, że zmierzył pęd, nie był on statystycznie istotny i wydawał się być wynikiem "cherry-picking" (błąd systematyczny doboru próby) - autorzy obserwowali przypadkowe fluktuacje i czekali na odpowiedni moment, by podać swoje wyniki.

Jednak w duchu naukowej replikacji, zespół z Politechniki Drezdeńskiej pod kierownictwem profesora Martina Tajmara przebudował układ eksperymentalny Eagleworks.

I nie znaleźli nic.

Relacjonując swoje wyniki w Proceedings of Space Propulsion Conference 2020, prof. Tajmar powiedział: "Odkryliśmy, że przyczyną 'ciągu' był efekt termiczny. Do naszych testów wykorzystaliśmy konfigurację EmDrive NASA z White (która została użyta w laboratoriach Eagleworks, ponieważ jest najlepiej udokumentowana, a wyniki zostały opublikowane w Journal of Propulsion and Power).

Z pomocą nowej struktury skali pomiarowej i różnych punktów zawieszenia tego samego silnika, byliśmy w stanie nie tylko odtworzyć pozorne siły ciągu podobne do tych zmierzonych przez zespół NASA, ale także sprawić, że zniknęły one dzięki zawieszeniu punktowemu."

 

W istocie pozorny ciąg Eagleworks EmDrive pochodził z podgrzania skali, której użyli do pomiaru ciągu, a nie z jakiegokolwiek ruchu samego napędu.

"Kiedy moc płynie do EmDrive, silnik rozgrzewa się. Powoduje to również wypaczenie elementów mocujących skalę, co powoduje, przesunięcie skali do nowego punktu zerowego. Udało nam się temu zapobiec w ulepszonej konstrukcji" - kontynuował prof. Tajmar.

Jego wniosek to ostatni gwóźdź do trumny marzeń o EmDrive: 

"Nasze pomiary obalają wszystkie twierdzenia o EmDrive o co najmniej 3 rzędy wielkości".

Źródło: universetoday.com

czytaj

Teleskop Nancy Grace Roman może znaleźć nawet 100 000 planet tranzytowych

Nancy Grace Roman Space Telescope NASA stworzy ogromne kosmiczne panoramy, które pomogą nam odpowiedzieć na pytania dotyczące ewolucji naszego wszechświata. Przewiduje się, że misja NASA znajdzie 100 000 planet tranzytowych.

Astronomowie spodziewają się, że misja znajdzie tysiące planet przy użyciu dwóch różnych technik, badając szeroki zakres gwiazd w Drodze Mlecznej.

Teleskop zlokalizuje te potencjalne nowe światy poprzez śledzenie ilości światła pochodzącego z odległych gwiazd. W technice zwanej mikrosoczewkowaniem grawitacyjnym skok światła sygnalizuje, że może być tam obecna planeta. Z drugiej strony, jeśli światło gwiazdy okresowo słabnie, może to być spowodowane tym, że planeta przecina tarczę gwiazdy podczas wykonywania orbity. Ta technika nazywana jest metodą tranzytów. Dzięki zastosowaniu tych dwóch metod poszukiwania nowych światów astronomowie uzyskają bezprecedensowy obraz składu i rozmieszczenia układów planetarnych w całej naszej galaktyce.

Planowany do wystrzelenia w połowie 2025 roku, teleskop będzie jednym z najbardziej skutecznych łowców planet NASA.

Duże pole widzenia, doskonała rozdzielczość i niezwykła stabilność zapewnią unikalną platformę obserwacyjną do odkrywania maleńkich zmian w świetle, niezbędnych do znalezienia innych światów poprzez mikrosoczewkowanie. Ta metoda detekcji wykorzystuje grawitacyjne efekty uginania światła przez masywne obiekty, przewidziane przez ogólną teorię względności Einsteina.

Dzieje się tak, gdy gwiazda pierwszego planu, soczewka, losowo ustawia się w jednej linii z odległą gwiazdą tła, źródłem, widzianą z Ziemi. Gdy gwiazdy dryfują po swoich orbitach wokół galaktyki, ustawienie zmienia się w ciągu dni do tygodni, zmieniając pozorną jasność gwiazdy źródłowej. Dokładny wzór tych zmian dostarcza astronomom wskazówek na temat natury gwiazdy soczewkującej na pierwszym planie, w tym obecności planet wokół niej.

 

Ta animacja pokazuje planetę przechodzącą przed lub swoją gwiazdą oraz odpowiadającą jej krzywą światła, którą astronomowie mogliby zobaczyć. Naukowcy przewidują, że dzięki tej technice Roman może znaleźć 100 000 nowych światów. Credit: Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda NASA/Chris Smith (USRA/GESTAR) 

 

 

Wiele z gwiazd, na które teleskop będzie patrzył w ramach badania mikrosoczewkowania, może kryć w sobie tranzytujące planety.

"Zdarzenia mikrosoczewkowania są rzadkie i zachodzą szybko, więc aby je wykryć, trzeba wielokrotnie obserwować wiele gwiazd i precyzyjnie mierzyć zmiany jasności" - powiedział astrofizyk Benjamin Montet, wykładowca Scientia na Uniwersytecie Nowej Południowej Walii w Sydney. "To są dokładnie te same rzeczy, które trzeba zrobić, aby znaleźć tranzytujące planety, więc tworząc solidne badanie mikrosoczewkowania, urządzenie przeprowadzi również ładne badanie tranzytów".

W pracy z 2017 roku Montet i jego koledzy pokazali, że teleskop - wcześniej znany jako WFIRST - może złapać ponad 100 000 planet tranzytujących, swoje gwiazdy. Okresowe przyćmienie, gdy planeta wielokrotnie przechodzi przed swoją gwiazdą, stanowi silny dowód na jej obecność, co astronomowie zazwyczaj muszą potwierdzić poprzez dalsze obserwacje.

Metoda tranzytu w poszukiwaniu egzoplanet okazała się szalenie skuteczna w misjach NASA Kepler i K2, które odkryły do tej pory około 2800 potwierdzonych planet, a obecnie jest wykorzystywana przez NASA Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS). Ponieważ Nancy Grace Roman Telescope znajdzie planety krążące wokół bardziej odległych, słabszych gwiazd, naukowcy często będą musieli polegać na obszernym zestawie danych misji, aby zweryfikować planety. Na przykład, urządzenie może zaobserwować wtórne zaćmienia - małe spadki jasności, gdy kandydat na planetę przechodzi za swoją gwiazdą macierzystą, co może pomóc w potwierdzeniu jego obecności.

Bliźniacze metody detekcji mikrosoczewkowania i tranzytów uzupełniają się wzajemnie, pozwalając teleskopowi na znalezienie różnorodnych planet. Metoda tranzytów działa najlepiej w przypadku planet orbitujących bardzo blisko swojej gwiazdy. Z kolei mikrosoczewkowanie pozwala wykryć planety orbitujące daleko od swojej gwiazdy macierzystej. Technika ta może również znaleźć tzw. planety zbłąkane, które nie są w ogóle związane grawitacyjnie z gwiazdą. Te światy mogą być różne, od skalistych planet mniejszych od Marsa do gazowych olbrzymów. 

 

Powyższa grafika przedstawia obszary poszukiwań trzech misji planetarnych: nadchodzącego Teleskopu Kosmicznego Nancy Grace Roman, satelity TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) oraz emerytowanego Teleskopu Kosmicznego Kepler. Astronomowie spodziewają się, że Roman odkryje około 100 000 planet tranzytujących, czyli takich, które okresowo przyćmiewają światło swoich gwiazd, gdy przechodzą przed nimi. Podczas gdy inne misje, w tym rozszerzony przegląd K2 Keplera (nieprzedstawiony na tej grafice), odkryły stosunkowo bliskie planety, Roman ujawni bogactwo światów znajdujących się znacznie dalej od domu. Credit: Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda NASA

 

 

Przewiduje się, że około trzy czwarte z planet tranzytowych, które odnajdzie teleskop, to gazowe olbrzymy, takie jak Jowisz i Saturn, lub lodowe giganty, takie jak Uran i Neptun. Większość z pozostałych to planety, które są od czterech do ośmiu razy masywniejsze od Ziemi, znane jako mini-Neptuny. Te światy są szczególnie interesujące, ponieważ w naszym Układzie Słonecznym nie ma planet podobnych do nich.

Oczekuje się, że niektóre z planet przechwyconych przez urządzenie znajdą się w strefie zamieszkiwalnej swojej gwiazdy, czyli w zakresie odległości orbitalnych, w których planeta może posiadać na swojej powierzchni wodę w stanie ciekłym. Położenie tego obszaru zależy od tego, jak duża i gorąca jest gwiazda-gospodarz - im mniejsza i chłodniejsza gwiazda, tym bliżej będzie jej strefy zamieszkiwalnej. Czułość na światło podczerwone czyni go potężnym narzędziem do poszukiwania planet wokół tych ciemniejszych, pomarańczowych gwiazd.

Instrument będzie również patrzył dalej od Ziemi niż poprzednie misje poszukiwania planet. Pierwotne badania Keplera monitorowały gwiazdy znajdujące się w średniej odległości około 2000 lat świetlnych. Obejrzał on niewielki obszar nieba, o powierzchni około 115 stopni kwadratowych. TESS skanuje prawie całe niebo, jednak jego celem jest znalezienie światów znajdujących się bliżej Ziemi, w typowych odległościach około 150 lat świetlnych. Teleskop Nancy Grace Roman użyje zarówno metody mikrosoczewkowania, jak i detekcji tranzytu, aby znaleźć planety w odległości do 26 000 lat świetlnych.

Połączenie wyników z mikrosoczewkowania i poszukiwania planet tranzytujących pomoże uzyskać bardziej kompletny spis planet, ujawniając światy o szerokim zakresie rozmiarów i orbit. Misja będzie pierwszą okazją do odnalezienia dużej liczby planet tranzytujących znajdujących się tysiące lat świetlnych od nas, co pomoże astronomom dowiedzieć się więcej na temat demografii planet w różnych regionach galaktyki.

"Fakt, że będziemy w stanie wykryć tysiące planet tranzytujących tylko poprzez spojrzenie na dane mikrosoczewkowania, które już zostały wykonane, jest ekscytujący," powiedziała współautorka badania Jennifer Yee, astrofizyk z Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian w Cambridge, Massachusetts.

 

Źródło: phys.org

czytaj

Woda na Marsie mogła zostać uwięziona pod powierzchnią

Około 4 miliardy lat temu, Mars wyglądał zupełnie inaczej niż dziś. Jego atmosfera była gęstsza i cieplejsza, a ciekła woda płynęła po jego powierzchni. Były to rzeki, stojące jeziora, a nawet głęboki ocean, który pokrywał większą część północnej półkuli. Dowody tej ciepłej, wodnistej przeszłości zachowały się na całej planecie w postaci koryt jezior, dolin rzecznych i delt rzek.

Od pewnego czasu naukowcy próbują odpowiedzieć na proste pytanie: gdzie podziała się cała ta woda? Czy uciekła w kosmos po tym, jak Mars stracił swoją atmosferę, czy gdzieś się cofnęła? Według nowych badań przeprowadzonych przez Caltech i NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL), od 30% do 90% wody na Marsie znalazło się pod ziemią. Odkrycia te zaprzeczają powszechnie przyjętej teorii, że Mars stracił wodę w przestrzeni kosmicznej w ciągu eonów.

Badaniami kierowała Eva Scheller, doktorantka w Kalifornijskim Instytucie Technologii (Caltech). Bethany Ehlmann, która jest również zastępcą dyrektora Instytutu Studiów Kosmicznych Keck, profesor Caltech Yuk Yung, starszy pracownik naukowy NASA JPL, studentka Caltech Danica Adams oraz pracownik naukowy JPL Renyu Hu.

 

W ciągu ostatnich dwóch dekad NASA i inne agencje kosmiczne wysłały na Czerwoną Planetę ponad tuzin robotów badawczych, aby scharakteryzować jej geologię, klimat, powierzchnię, atmosferę i ewolucję. W trakcie tego procesu dowiedzieli się, że Mars miał kiedyś na swojej powierzchni wystarczająco dużo wody, aby pokryć całą planetę oceanem o głębokości od 100 do 1500 metrów - jest to objętość równa połowie Oceanu Atlantyckiego.

3 miliardy lat temu wody powierzchniowe na Marsie zniknęły, a krajobraz stał się taki, jaki jest dzisiaj (mroźny i wysuszony). Biorąc pod uwagę, jak wiele wody kiedyś tam płynęło, naukowcy zastanawiali się, jak mogła ona zniknąć. Do niedawna uważano, że kluczem jest ucieczka z atmosfery, gdzie woda jest chemicznie rozkładana, a następnie znika w przestrzeni kosmicznej.

Proces ten znany jest jako fotodysocjacja, gdzie ekspozycja na promieniowanie słoneczne rozbija cząsteczki wody na wodór i tlen. W tym momencie, jak głosi teoria, niska grawitacja Marsa pozwoliła na usunięcie wody z atmosfery przez wiatr słoneczny. Chociaż ten mechanizm z pewnością odegrał pewną rolę, naukowcy doszli do wniosku, że nie może on odpowiadać za większość utraconej przez Marsa wody.

Wizja artystyczna przedstawiająca wczesne środowisko Marsa (po prawej) w porównaniu z zimnym, suchym środowiskiem obserwowanym obecnie na Marsie (po lewej). Image Credit: Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda NASA

 

 

Na potrzeby swojego badania zespół przeanalizował dane z marsjańskich meteorytów, misji łazików i orbiterów, aby określić, jak stosunek deuteru do wodoru (D/H) zmieniał się w czasie. Przeanalizowali również skład atmosfery i skorupy Marsa, co pozwoliło im określić, ile wody istniało na Marsie w tamtym czasie.

Deuter (aka. "ciężka woda") jest stabilnym izotopem wodoru, który posiada zarówno proton jak i neutron w swoim jądrze, podczas gdy normalny wodór (protium) składa się z pojedynczego protonu. Ten cięższy izotop stanowi niewielki ułamek wodoru w znanym Wszechświecie (około 0,02%) i trudniej jest mu wyrwać się z grawitacji planety i uciec w przestrzeń kosmiczną.

Z tego powodu, utrata wody z planety do przestrzeni kosmicznej pozostawiłaby wyraźny ślad w atmosferze w postaci większego niż normalnie poziomu deuteru. Jest to jednak niezgodne z zaobserwowanym stosunkiem deuteru do protium w atmosferze Marsa, dlatego Scheller i jej koledzy proponują, że duża część wody została zaabsorbowana przez minerały w skorupie planety. Jak wyjaśnił Ehlmann w niedawnym komunikacie prasowym Caltech:

"Ucieczka atmosferyczna miała niewątpliwie wpływ na utratę wody, ale odkrycia z ostatniej dekady misji na Marsa wskazują na fakt, że istniał tam ogromny rezerwuar pradawnych minerałów z zawartością wody, których powstawanie z pewnością zmniejszyło z czasem dostępność wody".

 

               Krater Jezero na Marsie jest miejscem lądowania łazika NASA Mars 2020.                                             Image Credit: NASA/JPL-Caltech/ASU

 

Na Ziemi płynąca woda poddaje skały procesowi wietrzenia, tworząc gliny i minerały, które zawierają wodę jako część swojej struktury mineralnej. Ponieważ Ziemia jest aktywna tektonicznie, minerały są bez końca wymieniane między płaszczem a atmosferą (poprzez działania wulkaniczne). Podobne gliny i minerały zostały również znalezione na Marsie, co wskazuje na to, że kiedyś płynęła tam woda.

Ale ponieważ Mars jest tektonicznie nieaktywny (w przeważającej części), woda na jego powierzchni została wcześnie sekwestrowana i nigdy nie wróciła na powierzchnię. Tak więc cechy, które wskazują na obecność wody w przeszłości, zostały zachowane przez stałe wysychanie powierzchni. W międzyczasie znaczna część tej wody została zachowana poprzez wchłonięcie jej pod powierzchnie.

Badanie to nie tylko odpowiada na pytanie, w jaki sposób woda na Marsie zniknęła miliardy lat temu. Może to być również dobra wiadomość dla przyszłych załogowych misji na Marsa, które będą zależne od lokalnie zebranego lodu i wody. Wcześniej współautorzy Ehlmann, Huh i Yung współpracowali nad badaniami, które prześledziły historię węgla na Marsie - ponieważ dwutlenek węgla jest głównym składnikiem marsjańskiej atmosfery.

W przyszłości zespół planuje kontynuować analizę danych izotopowych i składu mineralnego, aby ustalić, co stało się z minerałami zawierającymi azot i siarkę na Marsie. Ponadto Scheller planuje rozszerzyć badania nad tym, co stało się z wodą na Marsie, przeprowadzając eksperymenty laboratoryjne symulujące marsjańskie procesy wietrzenia oraz obserwacje pradawnej skorupy w kraterze Jezero (gdzie Perseverance prowadzi obecnie badania).

 

Scheller i Ehlmann mają również pomagać przy kolejnych operacjach łazika Perseverance, gdy przyjdzie czas na zebranie skał i próbek z odwiertów. Zostaną one zwrócone na Ziemię przez kolejną misję NASA-ESA, gdzie naukowcy będą mogli je zbadać. Dla Scheller, Ehlmann i ich kolegów - pozwoli to na sprawdzenie ich teorii na temat zmian klimatycznych na Marsie i tego, co je napędza.

Praca opisująca ich odkrycia ukazała się niedawno w czasopiśmie Science, pod tytułem "Long-term Drying of Mars Caused by Sequestration of Ocean-scale Volumes of Water in the Crust" i została zaprezentowana 16 marca podczas Lunar and Planetary Science Conference (LPSC).
 

Badania były możliwe dzięki wsparciu udzielonemu przez NASA Habitable Worlds award, NASA Earth and Space Science Fellowship (NESSF) oraz NASA Future Investigator in NASA Earth and Space Science and Technology (FINESST).

Badanie: science.sciencemag.org

Źródło: universetoday.com

czytaj