вернёмся на старт?

Статьи в иностранных журналах, газетах 2020 г (август)


  1. Стивен Баттерсби. Фильмы черной дыры (Stephen Battersby, Black hole movies) (на англ.) «New Scientist», том 247, №3293 (1 августа), 2020 г., стр. 30-34 в pdf - 3,08 Мб
    «когда мир поразился первому в истории прямому изображению черной дыры - одного из космических монстров, предсказанных теориями Альберта Эйнштейна - исследователи, стоящие за ним, оказались перед довольно простой загадкой». После того, как результат был опубликован, мы все собирались вместе и спросили друг друга: что это значит? » - говорит радиоастроном Майкл Джонсон из Гарвардского университета. (...) Черные дыры - это, пожалуй, самое захватывающее предсказание общей теории относительности Эйнштейна, описание гравитации, которое он представил в 1915 году. (...) Хотя Эйнштейн сомневался, что они действительно существуют, наблюдения последних десятилетий убедили нас в том, что черные дыры реальны. (...) На изображении, представленном в 2019 году, была изображена M87, гигантская эллиптическая галактика в скоплении Девы. На ней находится чудовище из сверхмассивной черной дыры с массой вероятно, в 6,5 миллиардов раз больше, чем у Солнца. Международная команда Event Horizon Telescope, в которую входит Джонсон, использовала сложную обработку сигналов для объединения данных с радиотелескопов со всего мира в одно изображение ядра M87. Полученное разрешение соответствовало разрешению одного радиотелескопа тарелкой размером с нашу планету. Тьма в центре изображения - это тень черной дыры; изображение горизонта событий, увеличенное и искаженное гравитацией дыры. Но что это за окружающее свечение? Это был вопрос, на который изначально никто не мог ответить. (...) С тех пор, как было опубликовано изображение, физики запустили множество моделей водоворота вокруг черной дыры M87. Это моделирование, называемое GRMHD, объединяет общую теорию относительности с магнитогидродинамикой, которая описывает поведение горячих ионизированных газов, окружающих дыру. (...) Оказывается, широкий спектр возможных источников приводит к нечеткому свечению, подобному тому, которое наблюдается телескопом Event Horizon: черная дыра штампует свою форму с такой силой, что истинное происхождение излучения скрыто. Но хотя модели не помогли различить источники, они открыли кое-что неожиданное и интригующее. Все они предсказывали, что в широком пушистом оранжевом кольце должно быть очень яркое тонкое кольцо. (...) основная картина была подтверждена более мелкозернистым моделированием GRMHD. Они показывают, что, если вы присмотритесь, тонкое кольцо ярких фотонов должно состоять из бесконечных вложенных подколец, каждое из которых соответствует фотонам, совершающим определенное количество оборотов вокруг черной дыры, становясь экспоненциально слабее и тоньше по мере приближения к краю тени черной дыры. (...) Как пишет команда в своей статье, опубликованной в марте этого года [в Science Advances, 2020]: «Вместе набор подколец сродни кадрам фильма, демонстрирующего историю видимой Вселенной, видимой из черной дыры ». По общему признанию, этот фильм очень пристрастен к вещам около черной дыры. Каждое подкольцо также примерно на шесть дней старше предыдущего, поэтому существует предел того, сколько отраженной Вселенной показывают нам всего несколько кадров. (...) Но, тем не менее, в этих золотых кольцах есть сокровище. Во-первых, их размер и форма зависят не от того, откуда пришли фотоны, а только от свойств черной дыры. Это может позволить нам точно определить эти свойства, как никогда раньше. (...) Вращающееся пространство-время вокруг дыры должно также немного сжимать кольца, чтобы они не были идеальными кругами. Отслеживая их формы, мы могли получить точную цифру вращения черной дыры. (...) Измерение вращения черной дыры также может дать ответ на вопрос, как черные дыры испускают мощные струи материала, движущиеся со скоростью, близкой к скорости света. (...) Фотонные кольца также могут служить нашим самым строгим тестом для общей теории относительности. (...) Любое отклонение от предсказаний общей теории относительности может помочь физикам наконец разработать давно неуловимую квантовую теорию гравитации (...) С такими обещаниями перспектива увидеть эти фотонные кольца является захватывающей. Но это будет нелегко. Для распознавания таких мелких деталей потребуется радиоглаз даже лучше, чем существующий телескоп Event Horizon, который уже открыт настолько широко, насколько позволяет Земля. (...) нам, вероятно, нужно добавить радиотелескоп в космос. (...) Хорошим местоположением была бы вторая точка Лагранжа, или L2. (...) L2 находится на расстоянии 1,5 миллиона километров в направлении, противоположном Солнцу. Телескоп там, вместе с другими на Земле, должен обеспечить разрешение, достаточное для изображения первых трех фотонных субколец вокруг черной дыры M87 (...) Это не так надумано, как может показаться. Россия уже запустила космический радиотелескоп, «Спектр-Р», который вышел на расстояние 300 000 километров от Земли. Усовершенствованная версия, Спектр-М, также известная как Космическая обсерватория Миллиметрон, должна вылететь в L2 примерно в 2029 году. И предлагаемая американская миссия, Космический телескоп Origins, также предназначена для L2. В случае одобрения его запустят в 2035. Origins потребует несколько улучшений по сравнению с исходными спецификациями для выполнения измерений, необходимых для наблюдения фотонных колец, включая точные бортовые часы для синхронизации наблюдений с данными на Земле. (...) Необработанные данные должны быть отправлены обратно для обработки с данными телескопов на Земле, и они будут складываться до 230 терабайт за 6 часов наблюдений. Это слишком много для передачи по радиосетям, обычным средством передачи данных с космического аппарата, поэтому вместо этого потребуется оптическая линия связи. Это было достигнуто с низкой околоземной орбиты, но не с большого расстояния L2. (...) Что касается фильма о вселенной глазами черной дыры, то даже радиомассив шириной в миллион миль, который стал возможен благодаря антенне в L2, будет достаточно, чтобы показать нам трейлер, длиной всего три кадра. Для полнометражной версии трудно представить, какая технология далекого будущего будет достаточно хорошей. (...) Радиомассив, простирающийся отсюда до нашей следующей ближайшей звезды Альфа Центавра, находящейся на расстоянии более 4 световых лет от нас, даст нам около 10 субколец. (...) ближайшая известная черная дыра, открытая в этом году, находится всего в 1000 световых годах от нас. Имея массу всего около 4 солнечных масс, размер его экрана составляет всего несколько десятков километров. Всего лишь небольшая частичка примитивного кинотеатра по сравнению с величавым кинотеатром черной дыры M87 - но, по крайней мере, программа будет иметь гораздо больший интерес для местных жителей».
  2. Майкл Маршалл. Большой взрыв жизни (Michael Marshall, Life’s big bang) (на англ.) «New Scientist», том 247, №3294 (8 августа), 2020 г., стр. 34-38 в pdf - 2,70 Мб
    «Когда Земля сформировалась 4,5 миллиарда лет назад, она была стерильным каменным шаром, обстреливаемая метеоритами и покрытая извергающимися вулканами. В течение миллиарда лет она была заселена микроорганизмами. (...) Что произошло на нашей молодой планете? Как её бесплодные породы, песок и химические вещества породили жизнь? Было предложено много идей, чтобы объяснить, как это началось. Большинство из них основаны на предположении, что клетки слишком сложны, чтобы образоваться сразу, поэтому жизнь должна была начаться с простого одного компонента, который выжил и каким-то образом создал другие вокруг себя. (...) Альтернатива - что жизнь возникла полностью сформированной - кажется еще более маловероятной. И все же, возможно, поразительно, две линии доказательств сходятся, чтобы предположить, что именно это и произошло. (...) Самым старым найденным окаменелостям 3,5 миллиарда лет, но они мало помогают. Они обнаружены в древних скальных образованиях в Западной Австралии, известных как строматолиты, и представляют собой одноклеточные микроорганизмы, такие как современные бактерии. (... ) Первые организмы, должно быть, были проще. (...) Жизнь можно свести к трем основным системам. Во-первых, она имеет структурную целостность: это означает, что каждая клетка имеет внешнюю мембрану, удерживающую её вместе. Во-вторых, у жизни есть метаболизм, набор химических реакций, которые получают энергию из окружающей среды. Наконец, жизнь может воспроизводиться с помощью генов, которые содержат инструкции по построению клеток и передаются потомству. Биохимики тоже знают химические вещества, лежащие в основе этих процессов. (...) Дальше все становится сложнее. Три основных жизненных процесса взаимосвязаны. (...) если мы предположим, что гены, метаболизм и мембраны вряд ли возникли одновременно, это означает, что один из них должен был появиться первым и «изобрел» другие. (...) Недостатки этих простых моделей происхождения жизни побудили [Дэвида] Димера [из Калифорнийского университета, Санта-Крус] и других исследовать, казалось бы, менее правдоподобную альтернативу, когда все три системы возникли вместе в очень упрощенной форме. . (...) Теперь гипотеза «все прежде всего» набирает обороты. (...) Эрнесто Ди Мауро из Римского университета Ла Сапиенца в Италии (...) специализируется на формамиде, химическом веществе, связанном с цианидом, с шестью атомами в каждой молекуле. (...) В 2001 году его команда обнаружила, что формамид может давать начало нескольким компонентам РНК [рибонуклеиновой кислоте, полимерной молекуле, необходимой для различных биологических ролей в кодировании, декодировании, регуляции и экспрессии генов], если ее нагреть до 160°C в присутствии минералов, таких как известняк. (...) Формамид также может генерировать аминокислоты, строительные блоки белков. (...) Объединив аналогичное органическое соединение, называемое цианамидом, с другими простыми химическими веществами, Джон Сазерленд из лаборатории молекулярной биологии MRC в Кембридже, Великобритания, создал нуклеотиды, строительные блоки РНК. (...) Команда Сазерленда обнаружила, что те же исходные химические вещества могут также производить предшественники аминокислот и липидов. «Все клеточные подсистемы могли возникнуть одновременно в результате общей химии», - заключил он. (...) Итак, есть способы, которыми ключевые молекулы жизни могли быть созданы вместе. Но как же они тогда объединились в грубую ячейку? (...) Джек Шостак из Гарвардской медицинской школы добился замечательных успехов в раскрытии того, как это могло произойти. Начиная с 2003 года его команда построила модельные клетки с внешними слоями жирных кислот, окружающими внутреннее пространство, в котором могла находиться РНК. (...) «Рост и разделение могут быть результатом простых физико-химических сил без какого-либо сложного биохимического механизма», - написала команда. (...) Единственная система, которой до сих пор не хватает протоклеток, - это метаболизм. (...) другие исследователи начали искать способы заставить метаболические химические реакции протекать без белков. Оказывается, многие ключевые реакции могут быть вызваны такими металлами, как железо, часто в сочетании с серой, которой всегда было много на Земле. (...) Протоклетки Шостака - наша лучшая модель того, как могли выглядеть первые живые организмы. Несмотря на то, что они содержат всего несколько химикатов, они растут, воспроизводят и несут «гены» РНК, которые могут копировать сами себя. Еще слишком рано говорить, возникли ли они в результате химии, которую пропагандировал Ди Мауро, или же Сазерленд ближе к цели. (...) Если идея о происхождении жизни, основанная на всем, верна, то генезис произошел при определенных условиях. (...) для начала жизни нужна твердая минеральная поверхность, в идеале включающая глину, такую как монтмориллонит, солнечный свет с небольшим количеством ультрафиолетового излучения и достаточно тепла для периодического испарения воды. Это, кажется, опровергает популярную идею о том, что он произошел из богатых химикатами гидротермальных источников в глубоком море. Вместо этого исследователи-первопроходцы считают, что жизнь зародилась в богатых химическими веществами водоемах на суше. (...) Помимо помощи в определении того, где на Земле зародилась жизнь, идея «все прежде всего» также подсказывает, где его искать в другом месте Солнечной системы. Биохимические требования исключают двух текущих лидеров: спутник Юпитера Европа и спутник Сатурна Энцелад. Считается, что у обоих есть глубокие океаны под слоем льда. Эти океаны могли бы поддерживать жизнь, если её туда доставить, но не являются перспективным местом для её формирования. Вместо этого, наиболее вероятное место, где можно найти жизнь - или, по крайней мере, её ископаемые свидетельства - это Марс. (...) Конечно, все это зависит от того, насколько верна идея «все в первую очередь». Протоклетки Шостака и новые биохимические открытия покорили многих исследователей, но некоторые части головоломки все еще отсутствуют. (...) Как и в случае со многими вещами в жизни, начало, вероятно, было более сложным, чем мы думали».
  3. Колин Стюарт. О дивные новые миры (Colin Stuart, Brave new worlds) (на англ.) «New Scientist», том 247, №3297 (29 августа), 2020 г., стр. 46-51 в pdf - 2,53 Мб
    «Неудивительно, что наши усилия по поиску жизни в другом месте были сосредоточены на обнаружении точной копии нашего мира. К сожалению, их очень мало и далеко друг от друга. Из тысяч экзопланет, открытых на сегодняшний день, считается, что лишь немногие имеют условия отдаленно похожи на наши. Большинство орбит либо опалены близкой своей звездой-хозяйкой, либо держатся на морозном расстоянии. Другие движутся петлями вокруг двух звезд, кружат вокруг давно умерших солнц или блуждают в одиночестве по космосу, вообще не пользуясь звездным теплом. Поддерживать жизнь такие планеты когда-то считались невозможным, но эта точка зрения меняется. Недавние исследования показывают, что эти странные и чудесные миры все же могут поддерживать жизнь. (...) Отон Винтер в Государственном университете Сан-Паулу в Бразилии (...) является частью группы астрономов, которая недавно смоделировала формирование планет земной группы в обитаемых зонах известных околобинарных систем [система из двух звезд]. Их расчеты показывают, что если околумбинарная планета уже обнаружена, то есть пятьдесят на пятьдесят вероятности, что планета земного типа также существует в обитаемой зоне системы. (...) Что еще более заманчиво, их моделирование предполагает, что такие планеты могли оставаться обитаемыми в течение миллиардов лет. (...) Признаки обитаемых околоземных планет, возможно, уже скрываются в существующих наблюдениях, просто ожидая своего определения. (...) Для планеты размером с Землю, вращающейся вокруг звезды, похожей на Солнце, провалы яркости настолько малы - всего 0,01%, - что астрономы используют технику, называемую складыванием, для закрепления своих находок. Это включает в себя наложение различных транзитов друг на друга, чтобы сделать провалы более очевидными. Однако с двумя солнцами все не так просто. [Дэвид] Мартин [в Университете штата Огайо] усердно работает, чтобы разработать алгоритм, чтобы сделать работу, в надежде на находку обитаемых планетс космического телескопа Кеплера архивировать данные в течение ближайших месяцев. (...) Джозеф Глейзер из Дрексельского университета в Пенсильвании изучает «одинокие» планеты - сиротские миры, выброшенные из своей солнечной системы, чтобы в одиночку бродить по космосу. (...) Более мелкие планеты, подобные нашей, с наибольшей вероятностью будут выброшены, особенно те, которые имеют скалистую кору. (...) Фактически, мы уже нашли планеты-изгои массой Земли благодаря технике, называемой гравитационным микролинзированием. Если планеты проходят перед далекой, не связанной звездой, их сила тяжести действует как линза, которая временно увеличивает её свет. Продолжительность этих событий, которые могут длиться от часов до недель, зависит от массы планеты. (...) Прземек Мроз из Калифорнийского технологического института (...) оценивает, что на каждую звезду Млечного Пути, который содержит не менее 100 миллиардов звезд, приходится от одной до трех планет-изгоев земной массы. (...) Большой вопрос заключается в том, может ли примитивная жизнь существовать на некогда пригодной для жизни планете, если у нее больше нет звезды в качестве основного источника энергии. Чтобы выжить, ему, возможно, придется полагаться на тепло изнутри, отчасти из-за радиоактивного распада под поверхностью. Для Земли это в 15 000 раз меньше энергии, которую мы получаем от Солнца. «Планета замерзнет, если на ней не будет плотной атмосферы, - говорит Мроз, - но никогда не знаешь - природа непредсказуема»».
    [Название статьи - игра слов с названием романа-антиутопии Олдоса Хаксли «Дивный новый мир», опубликованного в 1932 году.]
  4. Марк Штраус. «Золото Луны» (Mark Strauss, The Moon's Gold) (на англ.) «Air & Space», том 35, №3 (август), 2020 г., стр. 20-27 в pdf - 3,66 Мб
    «Луна бесплодна, но она не сухая. В 2018 году НАСА объявило, что ученые обнаружили признаки поверхностного льда в тени кратеров в полярных регионах. Эти темные, замерзшие места искушают будущих исследователей. Лед может растаять в воду; вода может производить водород и кислород; водород и кислород могут превращаться в топливо для космических кораблей, направляющихся на Луну, Марс и далее. (...) Растущий круг исследователей, инженеров и предпринимателей говорит, что верный путь к Последней Границе вымощен льдом, добытым с Луны. (...) Конечно, Луна не является гостеприимным местом для добычи полезных ископаемых. Большая часть ее льда находится в темных, холодных местах. И первоначальные задачи подтверждения точные местоположения воды, а затем запуск горного оборудования вверх и вниз из гравитационного колодца Земли пугают, но отдача в виде самоподдерживающейся космической экономики была бы огромной. (...) Наиболее вероятные места для поисков льда - это постоянно затененные районы на севере и юге. Если они никогда не получают прямой солнечный свет. (...) То, что мы знаем наверняка о местонахождении лунного льда, основано только на двух исследованиях. В 2009 году спутник НАСА по наблюдению и зондированию лунных кратеров (LCROSS) запустил ударный элемент, который врезался в постоянно затененную область кратера Кабеус около южного полюса луны, поднив шлейф мусора, который содержал около 26 галлонов [100 литров] замерзшей воды. (...) Затем, в 2018 году, группа исследователей изучила данные, собранные прибором НАСА, который летал на индийском космическом аппарате Чандраяан-1, и обнаружила, в частности, основанные на различных отражательных свойствах воды и льда замороженные озёра воды, рассеянные по поверхности обеих полярных областей. Охотникам за льдом потребуются последующие миссии, чтобы подтвердить, сколько водяного льда находится на Луне и где он находится. (...) После того, как данные LCROSS выявили наличие льда в 2009 году, НАСА начало планировать миссию по отправке туда ровера [называемого Ресурсным разведчиком] - с инструментами. (...) Благодаря стремлению администрации Трампа вернуться на Луну, в 2019 году поисковик ресурсов стал новой миссией, VIPER (Volatiles Investigating Polar Exploration Rover). (...) VIPER должен приземлиться на южном полюсе Луны в конце 2023 года. Марсоход размером с гольф-кар будет обследовать и картировать ледяные отложения в этом районе, надеясь, что исследователи получат более широкую картину распределения льда. Одним из инструментов VIPER, первоначально разработанным для Ресурсора (о, какое новое словцо), является однометровое упражнение под названием TRIDENT (The Regolith and Ice Drill for Exploring New Terrain). (...) если вы добавите лёд [в реголит], он может быть тяжелее, чем бетон. (...) TRIDENT будет (...) сверлить на 10 сантиметров, а затем вытягивать, чтобы вернуть «кусочек» реголита на поверхность для изучения перед бурением на следующие 10 сантиметров. (...) Поскольку VIPER будет проводить много времени в постоянно затененных регионах, он не сможет рассчитывать на солнечную энергию и будет иметь достаточно энергии всего на 100 дней. Будущие варианты поисковых миссий могут вместо этого использовать (...) перезаряжаемую батарею и радиоизотопный термоэлектрический генератор, который вырабатывает электроэнергию, используя тепло от естественного радиоактивного распада плутония-238. (...) НАСА разрабатывает марсоход, способный на такую работу [рытье траншеи]. Робот Regolith Advanced Surface Systems Operations (RASSOR) предназначен для копания и транспортировки почвы. (...) RASSOR будет производить раскопки реголита с помощью двух барабанов с противовращением, оснащенных зубчатыми ковшами, каждый из которых способен удерживать 60 кг почвы. (...) Каждый проход RASSOR выкопал бы верхние пять сантиметров поверхностного реголита. И хотя он может помочь в поисках льда на глубине до одного метра, проходя через одну и ту же траншею, добыча полезных ископаемых не обязательно должна происходить копанием глубоко, по крайней мере, на первый раз. (...) было бы лучше начать с уборки наиболее доступного льда на лунной поверхности. (...) Самый простой способ (...) - выкопать реголит на поверхности и извлечь воду, нагревая её в печке. (...) Зачем копать лед, когда солнечный свет доступен? Гораздо эффективнее использовать зеркала для перенаправления солнечного света на поверхность постоянно затененных областей. Поместив купол над нагреваемой областью, вы можете уловить пар, а затем собрать его для дальнейшей обработки. (...) солнечное тепло может растопить лед на глубину 1,5 метра. Любая попытка спуститься дальше потребует экскаваторного оборудования. Но к тому времени шахтеры построили бы форпост со всей необходимой инфраструктурой, включая площадки для приземления и запуска, химический завод по переработке воды в топливо и источник энергии. (...) Фактически, куда бы мы ни шли в солнечной системе, эксперты сходятся во мнении, что в первую очередь нам необходимо обеспечить устойчивость освоения космоса. И это начнется с обманчиво простой задачи: просто добывайте воду."
  5. Бен Эванс. Свежий взгляд на нашу родную звезду (Ben Evans, A fresh look at our home star) (на англ.) «Astronomy», том 48, №8, 2020 г., стр. 18-27 в pdf - 7,52 Мб
    «Космические аппараты наблюдали за Солнцем издалека в течение пяти десятилетий, обнаруживая ударные волны, вспышки и выбросы корональной массы (CME), которые выпускают огромное количество плазмы и внутреннего магнетизма в пузырь гелиосферы, которая окружает планеты. (...) И это все, что мы знаем о нашей звезде, есть еще загадки, которые предстоит открыть. Одна из таких загадок - солнечное динамо - неуловимый механизм, который, как считается, индуцирует глобальное магнитное поле Солнца. В настоящее время астрономы полагают, что динамо находится на глубине 12 000 миль (19 300 км) зона сдвига между излучательной и конвективной областями внутренней части Солнца, где скорости вращения заметно смещаются. Чтобы определить связь между динамо и внутренней частью, исследователям нужны подробности о движении материала под поверхностью Солнца на разных широтах на звезде. (...) В 1998 году успех "Улисса" и SOHO [оба были космическими кораблями НАСА и ЕКА] подтолкнул к рекомендациям для новой европейской солнечной миссии. За пределами эклиптики, как это сделал Улисс, используя датчики изображения с высоким пространственным разрешением, как это сделал SOHO. Но он также полетел бы ближе к нашей звезде, чем предыдущие миссии, и приблизился к нему на расстоянии около 26 миллионов миль (41 843 000 км), всего 0,28 а.е. - внутри орбиты Меркурия. Там температура на космическом корабле превысит 968 F (520 C). (...) Многослойная изоляция миссии, тепловые трубки, батареи, системы обработки данных и части антенны с высоким коэффициентом усиления взято непосредственно от BepiColombo, в то время как другие элементы (включая радиаторы и теплоизоляцию) являются уникальными для Solar Orbiter. (...) Солнечный орбитальный аппарат [НАСА и ЕКА] идеально расположен для изучения того, как солнечные явления формируют и приводят в действие солнечный ветер и как Солнце продвигает энергетические частицы в гелиосферу. Пролетая так близко к Солнцу, космический аппарат будет изучать магнитные поля и плазму звезды в первозданном состоянии, прежде чем их свойства изменятся по мере удаления от Солнца и через солнечную систему. (...) На своей последней орбите он будет кружить вокруг нашей звезды каждые пять месяцев, приближаясь к 60 солнечным радиусам (0,28 а.е.) в перигелии и дрейфуя до 220 солнечных радиусов (1 а.е.) в афелии. Solar Orbiter превысит 25° в гелиографической широте во время своей семилетней основной миссии. Если продолжительность полета будет увеличена до 10 лет, дополнительные пролёты Венеры [гравитационные маневры] в период с сентября 2022 года по сентябрь 2030 года изменят орбиту космического аппарата, чтобы достичь широт до 34°. (...) По мере приближения к перигелию угловая скорость Solar Orbiter будет тесно параллельна скорости вращения самого Солнца, предоставляя уникальную возможность сканировать участки поверхности в течение нескольких дней. (...) 10 инструментов Solar Orbiter включают в себя четыре встроенных датчика, которые будут непрерывно работать, отслеживая поля и частицы вокруг космического аппарата. Его шесть детекторов дистанционного зондирования будут смотреть прямо на Солнце в течение примерно 30 дней на орбите, используя защищенные отверстия, прорезанные через его тепловой экран. (...) Удлиняющаяся стрела направлена на холодный холод глубокого космоса, непрерывно скрываемый тепловым экраном Solar Orbiter. Как следствие, возможно, по иронии судьбы, магнитометр нуждается в небольшом нагревателе, чтобы сохранить тепло. (...) шесть инструментов дистанционного зондирования представляют несколько наций. (...) большая часть полезной нагрузки Solar Orbiter будет скрываться за тем, что можно безоговорочно назвать «матерью всех тепловых щитов». Десять футов в длину и 8 футов в ширину (3 метра на 2,4 метра), это громоздкое здание будет защищать от перегрева в максимуме 968 F (520 C) на перигелии и холодных минимумов –220 F (–140 C) в афелии, все это время держать датчики комфортно при комнатной температуре. (...) ирландская фирма Enbio, базирующаяся в северной части Дублина, адаптировала свою методологию покрытия титановых медицинских имплантатов для создания термального материала под названием SolarBlack. Этот черный фосфат кальция наносится непосредственно на титановую оболочку щита, заменяя его естественную оксидную поверхность. Материал SolarBlack содержит древесный уголь, полученный из обугленных костей животных, когда-то использовавшийся нашими доисторическими предками в качестве пигмента для пещерного искусства. Приборы дистанционного зондирования просматривают длинные цилиндры с титановыми стенками в щите, которые закрыты оптическими перегородками [листами] из защитного стекла или бериллия. (...) Эллиптическая орбита космического аппарата налагает необычные тепловые требования на антенну, делая ее способность нисходящей линии связи несколько спорадической, поэтому данные будут храниться на борту и передаваться позже. (...) В конечном счете, история Solar Orbiter - это история сотрудничества. Миссия не только дополнит существующие солнечные зонды и наборы данных, но и ее дизайн также отражает огромные усилия, которые многочисленные международные команды приложили к созданию единого космического аппарата, в котором каждая система работает согласованно».
  6. Кимберли М. С. Картье. Машинное обучение может помочь декодировать инопланетные небеса - до определенной степени (Kimberly M. S. Cartier, Machine Learning Can Help Decode Alien Skies - Up to a Point) (на англ.) «Eos. Earth & Space Science News», том 101, №8, 2020 г., стр. 7-8 в pdf - 658 кб
    «Будущие телескопы, такие как Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) и Атмосферный инфракрасный обзор экзопланет с дистанционным зондированием, Atmospheric Remote-sensing Infrared Exoplanet Large-survey (ARIEL), предназначены для анализа химического состава атмосферы экзопланет. Через десять лет спектры инопланетного неба появятся в космосе сотнями, и данные будут более высокого качества, чем это возможно в настоящее время. Астрономы согласны с тем, что новые методы анализа, в том числе алгоритмы машинного обучения, потребуются, чтобы не отставать от потока данных, и заранее опробовали варианты, которые были приняты Ежемесячными уведомлениями Королевского астрономического общества [и опубликованы в июле 2020 года], опробован один из таких алгоритмов в сравнении с текущим методом золотого стандарта для декодирования атмосфер экзопланет, чтобы увидеть, сможет ли алгоритм справиться с большим - проблемой с данными. «Мы получили действительно хорошее согласие между [ответами] нашего метода машинного обучения и традиционным байесовским методом, который использует большинство людей», - сказал Мэтью Никсон, ведущий исследователь проекта и аспирант по астрономии Кембриджского университета в Соединенном Королевстве. (...) Нынешний лидер в области наилучшей расшифровки спектра планеты называется извлечением атмосферы. Он использует статистический вывод для расчета вероятности того, что с учетом наблюдаемого спектра атмосфера экзопланеты имеет определенный состав, температуру, уровень облачности и тепловой поток. На данный момент этот метод оказался очень надежным, но может быть дорогостоящим в вычислительном отношении. (...) Никсон и его советник и соавтор Никку Мадхусудхан, также работающие в Кембриджском университете, протестировали тип контролируемого алгоритма машинного обучения, называемого случайным лесом, который состоит из тысяч деревьев решений. Каждое дерево решений делает свой прогноз для вероятной комбинации атмосферных свойств, а затем алгоритм генерируещий искусственный спектр, который имеет эти свойства. Алгоритм сравнивает каждый искусственный спектр с реальным и выбирает наиболее близкое соответствие. (...) Исследователи протестировали свой алгоритм на двух экзопланетах с исключительно хорошо изученной атмосферой и обнаружили, что решение случайного совпадает с решением, полученным при поиске атмосферы. (...) Однако две рассматриваемые экзопланеты, WASP-12b и HD 209458b, являются очень горячими планетами размером с Юпитер. Алгоритм может легко упростить его решение, поскольку атмосфера каждой планеты состоит в основном из водорода и гелия, сказал Никсон. (...) Для планет со слабыми сигналами и тех, чьи основные составляющие неизвестны - океанический мир, суперземля или планета умеренного пояса - случайный выбор потеряет свои вычислительные преимущества. Это исследование дополняет растущие усилия ученых-экзопланетчиков, чтобы найти эффективный способ справиться с предстоящим потоком атмосферных данных. (...) По мере того как исследования атмосферы экзопланет переходят в эру больших данных, машинное обучение становится все более важным исследовательским инструментом, которому следует обучать ученых, сказал Мадхусудхан. (...) «Машинное обучение никогда не заменит эксперта по атмосфере, - сказал [Инго] Вальдманн [астрофизик из Университетского колледжа Лондона в Соединенном Королевстве], - но я уверен, что искусственный интеллект определенно сыграет свою роль в качестве руки помощи."
  7. Кейт Уилинг. Как долго Венера была обитаемой? (Kate Wheeling, How Long Was Venus Habitable?) (на англ.) «Eos. Earth & Space Science News», том 101, №8, 2020 г., стр. 52 в pdf - 658 кб
    «Вряд ли Вы не захотите посетить современную Венеру с ее атмосферой из углекислого газа и азота и температурой поверхности около 450°C. Но наш сосед, вероятно, не всегда был таким негостеприимным. (...) Теорий предостаточно о том, что привело к радикальной трансформации Венеры: постепенно нагревающееся Солнце могло оставить планету горячей и иссушенной после короткого периода обитаемости, либо очень ранний океан магмы и атмосфера из углекислого газа и пара могли уступить место нынешнему состоянию планеты почти 4 миллиарда лет назад. Однако в новом исследовании [опубликованном в Journal of Geophysical Research: Planets, 2020] [MJ] Way и [Anthony D.] Del Genio приводят доказательства того, что мелководный океан и условия обитаемости могли сохраняться на Венере в течение 3 миллиардов лет, пока одновременно не возникли крупные вулканические области (LIP) и не закончился период умеренного климата на планете. Команда провела несколько симуляций истории Венеры с использованием ROCKE-3D (Resolving Orb) НАСА. Итоговые и климатические ключи Земли и внеземных сред с динамикой) для изучения того, как вариации скорости вращения планеты и уровней поверхностных вод могли повлиять на её первоначальный климат. Предполагая, что ранняя атмосфера Венеры, как и ранняя Земля, была богата углеродом и холодна, а скорость её вращения была медленной, команда обнаружила, что климат Венеры мог быть стабильным на протяжении большей части более чем 4-миллиардной истории планеты - удар против теории постепенного потепления Солнца. Авторы полагают, что одновременные извержения LIP за последние несколько сотен миллионов лет могли привести к неуправляемому парниковому эффекту, выбрасывая в атмосферу большое количество углекислого газа. (...) недостаточно известно о внутренней части Венеры, чтобы предположить, является ли непригодное для проживания конечное состояние неизбежным продуктом внутренних процессов на планетах, подобных Венере, или даже на Земле, если на то пошло. Исследователям нужно больше наблюдений с поверхности Венеры, чтобы лучше ограничить ее раннюю историю и поставить под сомнение теорию океана магмы".
  8. Ричард Лофт. Более зеленая модель Земли (Richard Loft, A Greener Earth Model) (на англ.) «Eos. Earth & Space Science News», том 101, №8, 2020 г., стр. 18-22 в pdf - 1,64 Мб
    «Недавно Национальный центр атмосферных исследований (NCAR), где я являюсь директором по развитию технологий в Лаборатории вычислительных и информационных систем, провел анализ углеродного следа. Организация была очень довольна результатами, пока не поняла, что анализ не учитывал выбросы углекислого газа, связанные с деятельностью лаборатории по моделированию. Когда эти выбросы были включены, общая картина выглядела значительно менее экологичной. (...) Выбросы углекислого газа от ИТ-отрасли уже конкурируют с выбросами от предпандемической авиационной отрасли, и некоторые прогнозы показывают, что к 2030 году использование электроэнергии с помощью коммуникационных технологий может составлять до 23% глобальных выбросов парниковых газов. (...) энергия, необходимая для передачи типичного электронного письма, генерирует 4 грамма эквивалента углекислого газа. (...) в отличие от бензинового автомобиля с выхлопной трубой, в отправке электронного письма нет ничего, что делало бы очевидным, что мы выбросили диоксид, поэтому экологические издержки легко не заметить. (...) В сообществе наук о системе Земли (ESS) многие инициативы по всему миру планируют следующее поколение глобальных моделей погоды и климата, которые будут способны устранять штормы и, в конечном итоге, облака. (...) Неоднократные призывы сообщества создать мощные суперкомпьютерные машины для устранения давних предубеждений в моделях круговорота воды и улучшения прогнозов, похоже, приносят свои плоды. (...) В этом контексте сообществу ESS следует рассмотреть вопрос: какова наша коллективная ответственность за сокращение выбросов углерода, связанных с этим крупномасштабным моделированием? (...) Сделали ли мы все возможное, чтобы минимизировать углеродный след нашей компьютерной деятельности? (...) [Источники энергии] Переход на возобновляемые источники энергии, такие как ветер, солнце и биогаз, должен быть частью решения по смягчению последствий изменения климата (...) Между тем, это один из способов решения проблемы, не создавая дополнительных проблем или принесение в жертву прозрачности означает повышение эффективности моделирующего предприятия. (...) [Вычислительные мощности] Обычно используемым показателем эффективности предприятия является эффективность использования энергии (PUE), которая в основном представляет собой общую мощность, потребляемую объектом, деленную на мощность, используемую для работы инфраструктуры внутри объекта. В то время как более старые вычислительные мощности все еще нуждаются в улучшении в отношении PUE, недавно построенные центры обработки данных по большей части уже достаточно эффективны. (...) компьютеры, которые находятся в NWSC [NCAR – Вайомингский суперкомпьютерный центр], испустили около 100 000 метрических тонн углекислого газа [с 2012 года] - примерно масса современного авианосца. (...) [Вычислительная инфраструктура] Суперкомпьютер Summit в Национальной лаборатории Ок-Ридж и планируемая система Aurora в Аргоннской национальной лаборатории, например, будут потреблять порядка 10 мегаватт, ежегодно производя выбросы двуокиси углерода, эквивалентные выбросам от более 30 000 рейсов туда и обратно между Вашингтоном, округ Колумбия, и Лондоном. (...) Используя значения стандартных тестов производительности системы (...)» из опубликованных источников, (...) мы находим, например, что суперкомпьютерная система Summit на базе графического процессора (GPU) составляет 5,7 и 7,2 в разы более энергоэффективный на HPCG и HPL [названия тестов], соответственно, чем примерно современная система Cheyenne на базе центрального процессора (ЦП) NCAR в NWSC. Графические процессоры выглядят как энергоэффективная альтернатива процессорам для снижения энергопотребления. [Программное обеспечение] Опыт работы с атмосферными моделями, которые были адаптированы или перенесены для работы на графических процессорах (...), показал, что можно достичь значительной экономии энергии. Однако рефакторинг устаревших [старых] моделей для графических процессоров трудоемок, что создает препятствие для потенциальной экономии энергии. (...) [Движение данных] Перемещение петабайта данных по центру обработки данных требует примерно того количества энергии, которое содержится в половине барреля нефти; сжигание такого количества нефти производит около 215 кг выбросов углекислого газа. (...) на самом деле более эффективно и быстрее загружать данные в грузовик и перевозить их по стране, чем передавать их через Интернет. (...) Я предлагаю пять шагов, которые следует предпринять сообществу разработчиков ESS, чтобы перейти к более энергоэффективному и низкому уровню выбросов в будущем. [1] все еще могут быть способы улучшить PUE старых объектов, которые следует изучить. Также по возможности используйте возобновляемые источники энергии для энергообъектов. [2] вы не можете улучшить то, что не измеряете. Публикация энергии, потребляемой за смоделированный день, при представлении результатов сравнительного анализа, особенно для моделей с высоким разрешением, требующих крупномасштабных вычислительных ресурсов, поможет повысить осведомленность об энергоэффективности при моделировании ESS (...) [3] перенос существующих моделей на и разработка модели для новых вычислительных архитектур должны быть упрощены. (...) [4] производители микросхем и суперкомпьютеров должны упростить пользователям измерение фактического количества энергии, потребляемой во время выполнения операций. (...) [5] сообществу ESS следует расширить исследования методов, которые могут привести к экономии энергии, включая уменьшение точности вычислений с плавающей запятой; разработка алгоритмов машинного обучения, позволяющих избежать ненужных вычислений; и создание нового поколения масштабируемых числовых алгоритмов, которые обеспечат более высокую пропускную способность с точки зрения моделирования способности своевременно проводить исследования (в зависимости от времени суток)"
  9. Михаил Бехар. Спутниковая служба спасения (Michael Behar, Satellite Rescue) (на англ.) «Air & Space», том 35, №3 (август), 2020 г., стр. 48-55 в pdf - 2,68 Мб
    «В понедельник, 24 февраля 2020 года, примерно в 9 часов вечера по восточному времени США, роботизированный космический аппарат под названием MEV-1 летит на высоте 22 000 миль (35 400 км) над Тихим океаном по геосинхронной орбите. (...) В настоящий момент MEV-1, что означает Mission Extension Vehicle-1, преследует своего клиента, спутник стоимостью 200 миллионов долларов США под названием IS-901. Intelsat владеет и управляет спутником, который был запущен 19 лет назад. В декабре [2019] IS-901 достиг конца ожидаемого срока службы, и, поскольку топлива было мало, и он не мог оставаться неподвижным над экватором, Intelsat приказал бортовым движителям толкнуть спутник на 185 миль [300 км] дальше от Земли в направлении называемой «кладбищенская орбита», на которой гибнут космические аппараты. (...) MEV-1 Northrop Grumman был отправлен для продления жизни. Первый роботизированный космический аппарат, предназначенный для спасения больных спутников, был назначен для стыковки с IS-901 - подвиг, никогда ранее не совершавшийся между двумя неуправляемыми коммерческими космическими аппаратами (...), работающими на ксеноновом газе, «MEV-1» будет использовать свои силовые двигатели для буксировки IS-901 обратно на геосинхронную орбиту, а затем перевезет его на полвитка к новой позиции над Атлантическим океаном, где он заменит еще один стареющий космический аппарат Intelsat. По прогнозам отраслевых аналитиков Northern Sky Research в Кембридже, штат Массачусетс, в прошлом году выручка для рынка обслуживания спутников на орбите достигнет 4,5 миллиарда долларов США к 2028 году. Они прогнозируют рост операций по спасению, прекращение утилизации спутников, роботизированный ремонт и инспекции, перемещение на орбиту и заправку. (...) Northrop Grumman решил заставить MEV действовать больше как эвакуатор, чем как механик (...) MEV-1 будет оставаться подключенным к IS-901 в течение пяти лет, после чего спутник вернется на кладбищенскую орбиту, где он будет выведен из эксплуатации. Затем MEV-1 полетит к следующему клиенту и повторит процедуру стыковки и обновления. (...) Каждый MEV может обслуживать до 10 спутников или оставаться с тем же самым в течение всего 15-летнего срока службы. (...) Наступил момент истины: контроллеры Northrop Grumman посылают MEV-1 команду начать автономную процедуру стыковки. (...) наземные диспетчеры заявляют, что IS-901 был захвачен ровно в 2:15 по восточному поясному времени во вторник, 25 февраля 2020 года. IS-901 вернулся на службу на своей новой орбите 2 апреля. Успех Northrop Grumman дает спутниковым операторам, таким как Intelsat первое доказательство того, что обслуживание на орбите возможно. Это также очень воодушевляет инженеров из DARPA [Агентство перспективных исследовательских проектов в области обороны] и НАСА, которые выполняют значительно более амбициозные и сложные миссии по обслуживанию спутников. В Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Мэриленде планируется миссия OSAM-1. Ранее известный как Restore-L, где буква «L» обозначает низкую околоземную орбиту, OSAM-1 (сокращение от «Обслуживание, сборка и обслуживание на орбите») ориентирована не на геостационар, как MEV, а на низкую геоорбиту, где находится около 2200 активных спутников. Запуск космического аппарата OSAM-1 запланирован на 2023 год. На орбите - на высоте около 435 миль [700 км] - он попытается заправить Landsat 7 стоимостью 500 миллионов долларов США, спутник для получения изображений Земли, запущенный в 1999 году и работавший на Геологическую службу США и НАСА. (...) ОСАМ-1 добавит 254 фунтов [115 кг] топлива. Это позволит Landsat 7 сохранять свою орбиту в течение многих лет (...) OSAM-1 будет нести более 6000 фунтов [2700 кг] биотоплива, чтобы позволить ему перехватывать и стыковаться с другими «клиентами» в случае продления его годичной миссии. Помимо дозаправки космический аппарат ОСАМ-1 продемонстрирует сборку и изготовление. (...) Трудная часть миссии OSAM - дозаправка - не входит в список задач программы DARPA по роботизированному обслуживанию геосинхронных спутников (RSGS). (...) После запуска в конце 2022 года геоорбитальный космический аппарат RSGS будет использовать мощный радар и датчики для проверки спутников. (...) Если он обнаружит какое-либо повреждение, RSGS применит зажим Мармана [тип сверхпрочного ленточного зажима; это позволяет двум цилиндрическим объектам просто скрепляться друг с другом сквозным кольцевым зажимом] на спутнике клиента одной рукой, оставляя другую свободную для ремонта. Аппарат RSGS также может переместить своего клиента на новую позицию в гео-космосе или переместить мертвый спутник на кладбищенскую орбиту (...) Я спрашиваю [Джо] Андерсона [вице-президент SpaceLogistics, LLC, дочерней компании Northrop Grumman], могут ли наши военные превратить обслуживающий спутник в оружие, возможно, используя его для демонтажа вражеского космического аппарата. (...) Он быстро рассеивает моё предложение. (...) «Делать это без сотрудничества с клиентом, по сути, означало бы прекращение работы моего аппарата для обслуживания». Невозможно обеспечить безопасное разделение между обоими космическими аппаратами, поскольку для обеспечения стыковки вражеский спутник должен быть в разомкнутом контуре. (...) Заправка и ремонт спутников могут продлить их жизнь, избавляя операторов от непомерных расходов на их замену. Задача была бы легче, если бы спутниковые строители приняли технические стандарты. DARPA профинансировала отраслевую организацию под названием CONFERS (Консорциум по выполнению операций рандеву и обслуживание) для разработки таких стандартов. (...) Поскольку OSAM-1 ориентирована на заправку, инженеры из Центра Годдарда разработали дружественную к роботу крышку топливного бака. (...) НАСА предоставило лицензию на его разработку производителям спутников, которые планируют интегрировать их в будущие космические аппараты. (...) Однако то, что особенно радует руководителей программ, - это обещание сборки на орбите - и не только для спутников. (...) Космический корабль, собранный на орбите, может быть не только легче, но и намного больше. Мы лишь в столетии от огромных океанских лайнеров до космических лайнеров научно-фантастических саг. Тем не менее, рассвет спутникового обслуживания и сборки на орбите ставит нас прямо на эту траекторию».
  10. Колин Стюарт. «Может ли жизнь существовать вокруг черной дыры?» (Colin Stuart, Can Life Exist around a Black Hole?) (на англ.) «BBC Focus Science», №353 (август), 2020 г., стр. 56-63 в pdf - 9,68 Мб
    «Теперь мы знаем о более чем 4000 экзопланет - миров за пределами нашей Солнечной системы, вращающихся вокруг далеких звезд. Для тех, кто ищет там жизнь, общепринятая мудрость гласит, что мы должны искать Землю 2.0; планету, такую же, как наша, вращающуюся вокруг безопасной, теплой звезды, подобной Солнцу. Только там мы найдем то, что нужно жизни: воду. В отличие от звезд, дающих жизнь, черные дыры рассматриваются как предвестники смерти и разрушения. (...) быть разорванным на части без шанса спастись. Это вряд ли кажется идеальным местом для развития жизни, но не упускаем ли мы какой-то трюк? Так считает Кейчи Вада из Национальной астрономической обсерватории Японии. Он работает над физикой черных дыр , но объединился с коллегами, изучающими формирование планет (...) Они объединяют свои знания, чтобы моделировать формирование планет вокруг сверхмассивных черных дыр (...) Их модель, опубликованная в ноябре прошлого года [2019], показывает, что на достаточно большом расстоянии от черной дыры - по крайней мере на расстоянии 10 световых лет от нас - гравитационная среда достаточно стабильна, чтобы планеты могли формироваться точно так же, как они формируются вокруг таких звезд, как наше Солнце. (...) Таким образом, планеты могут потенциально образовываться вокруг черных дыр, но это не гарантия того, что они предлагают благоприятную для жизни среду. (...) Без свечения звезды жизни вокруг черной дыры, вероятно, потребовался бы альтернативный источник энергии. К счастью, это не так уж сложно. Согласно статье, опубликованной доктором Джереми Шниттманом из НАСА прошлой осенью [2019], особенность многих черных дыр - аккреционный диск - может заменять Солнце. (...) «Все известные нам черные дыры имеют аккреционные диски, и они невероятно яркие», - говорит Шниттман. Согласно его расчетам, поместите планету на правильном расстоянии от черной дыры, и аккреционный диск окажется того же размера и яркости, что и Солнце на нашем небе. (...) Дневное небо на такой планете может быть знакомым, но ночное небо совсем не так. Центры галактик, где обычно находятся сверхмассивные черные дыры, настолько забиты звездами, что, согласно Шнитману, ночное небо было бы в 100000 раз ярче, чем наше. (...) Гравитация черной дыры разгоняет планету до таких высоких скоростей, что кажется, что весь звездный свет исходит из одной точки перед вами, которая меньше Солнца. (...) Однако существует проблема, когда планета нагревается аккреционным диском. «Они излучают намного больше ультрафиолетового и рентгеновского излучения, чем Солнце», - говорит Шнитман. Подобное излучение потенциально может стерилизовать планету, пригодную для жизни в противном случае. «Чтобы его заблокировать, нужна облачная атмосфера», - добавляет он. (...) Учитывая эти опасности и ограничения, может быть более безопасный способ согреть миры вокруг черных дыр: энергия, оставшаяся от Большого взрыва. (...) По словам доктора Павла Бакала из Силезского университета в Чешской Республике, она может занять место звезды благодаря эффекту, называемому гравитационным линзированием. (...) Подобно тому, как увеличительное стекло может поджечь палку, фокусируя свет Солнца, экстремальная гравитация черной дыры может сфокусировать энергию реликтового излучения [космического микроволнового фона] на вращающейся вокруг планеты планете. (...) По словам доктора Лоренцо Иорио из Министерства образования, университетов и исследований Италии, этой жизни придется столкнуться с еще одним суровым следствием общей теории относительности, так близко к гравитационному монстру. Черная дыра может нанести ущерб наклону планеты - насколько ее ось вращения отклонена от вертикали. (...) наклон планеты черной дыры гораздо менее устойчив, поскольку она движется через искривленное пространство вокруг своего хозяина. «Она может варьироваться на несколько десятков градусов всего за 400 лет», - говорит Иорио. (...) «Это вредно для возможности того, что стабильные формы жизни и цивилизации могут формироваться и расти», - говорит он. Все это бессмысленно, если мы действительно не сможем найти планеты, вращающиеся вокруг черных дыр. (...) В 2034 году Европейское космическое агентство (ЕКА) планирует запустить миссию космической антенны с лазерным интерферометром (LISA). Это невероятно чувствительный детектор для улавливания гравитационных волн - ряби, возникающей при перемещении объектов и искажающих пространство-время. «LISA будет достаточно чувствительным, чтобы увидеть в Млечном Пути планету с черной дырой размером с Землю, - говорит Шниттман. (...) Может быть, тогда мы наконец узнаем, действительно ли существуют эти безсолнечные и беззвездные миры научной фантастики».
Статьи в иностраных журналах, газетах 2020 года (сентябрь)

Статьи в иностраных журналах, газетах 2020 года (июль)