NASA на Сатурне. Часть восьмая1: луч Миры высветил следы

NASA на Сатурне. Часть восьмая1: луч Миры высветил следы спирали (www.membrana.ru)
gazeta59@bk.ru
Выпуск № 71
Даже зоркие приборы космического аппарата, летящего вокруг Сатурна, не могут уловить всех тонкостей в филигранно выверенной структуре его колец. Однако при удачном стечении обстоятельств, оказывается, можно поймать
в потоке данных "следы следов" - почти неуловимых деталей ледяных полей.
Астроном Фил Николсон (Phil Nicholson) из университета Корнелла (Cornell University) и его коллега Мэтт
Хедман (Matt Hedman) опубликовали новое исследование колец Сатурна, основанное на недавнем наблюдении космическим кораблём Cassini серии затмений кольцами звезды по имени Мира (Омикрон Кита).
Визуальный и инфракрасный спектрометр космического аппарата был нацелен на звезду, чтобы измерять ослабление света материалом колец. Звезда пересекала их по хорде. Было это 24 мая, 11 июня, 29 июня
и 5 августа 2005 года.
Естественно, на разном удалении от планеты кольца имеют несколько различный состав и плотность. Но
если вы представите себе пересечение, скажем, грампластинки по хорде – вы поймёте, что кривая колебаний
блеска звезды должна быть симметрична относительно середины затмения.
Фил Николсон (слева) и Мэтт ХедИ тут-то учёных ждал большой сюрман выносят Сатурн на улицу, приз – симметрии не было даже близко.
чтобы лучше "осветить" планету
Спектры (всего более 400 тысяч отперед коллегами (фото Jason
дельных замеров – один раз в 0,08 секунKoski/Cornell University).
ды) брались спектрометром в течение четырёх 3-часовых интервалов затенений звезды, случившихся по мере обращения космического зонда вокруг газового гиганта.
После того, как их соотнесли с взаимным положением звезды, колец и
аппарата Cassini – открылась странная картина: больше света проникало
через кольца в точках на пути звезды из затенения, чем в равноудалённых
местах колец на пути к середине затмения.
Сначала Николсон и Хедман подумали: а нельзя ли эту асимметрию
объяснить небольшим изменением положения космического корабля относительно колец и звезды? Но Николсон справедливо заметил, что расстояние между кораблём и звездой — фактически бесконечно. И линии, протянутые между ним и Мирой в двух противоположных краях затмения – почти параллельны.
Более вероятно, что тут открыто другое явление – так называемые гра1
Начало этой серии статей см. в Выпусках 29, 30, 49 и 65 (phys.unn.ru/gazeta).
Один из самых свежих кадров Cassini: Диона, Тетис и Пандора (фото с
сайта saturn.jpl.nasa.gov).
Четыре прохождения звезды через кольца. Жёлтые полоски отражают
колебания яркости. Серые врезки показывают вычисленную ориентацию
так называемых гравитационных следов (иллюстрация Heikki Salo).
витационные следы – очень тонкая структура в кольцах, образованная в результате взаимодействия ледяных валунов между собой и с гравитационным полем планеты.
Эти следы, по сути — небольшие волны плотности. Но, во-первых, куда более тонкие (шириной не более 100 метров), чем волны и спицы, непосредственно сфотографированные кораблём ранее и вызванные "работой"
спутников Сатурна. А во-вторых – не радиальные, а лежащие под неким углом к радиусу колец, образующие спираль.
Вот при таком наклоне вполне можно наблюдать асимметрию светопропускания. Поскольку справа и слева от центральной точки затмения
звезды свет проходил бы под совсем другим углом к этим "спицам".
Непосредственно увидеть их с такого расстояния было нельзя. Во
время этой съёмки Cassini находился приблизительно на расстоянии в 1,6
миллиона километров от Сатурна.
Интересно, что такие спиральные и очень слабые колебания плотности материала колец – гравитационные следы — теоретики предсказывали
ещё в 1970-х, но "след от следа" – аномальные различия в спектрах Миры — удалось поймать только теперь.
В ходе дальнейшей миссии Cassini будет выполнено ещё много аналогичных измерений. Особенно учёных интересует зависимость видимости
этого эффекта следов от угла между лучом зрения и плоскостью колец (в
данном опыте он составлял 3,5 градуса).
Дело в том, что, анализируя такую зависимость, можно хорошо оценить толщину колец. Ведь если они очень тонки (текущая оценка – 10
метров) – эти эфемерные спиральные спицы уже не будут фиксироваться при росте этого угла. Так вы можете оценить ширину планок жалюзи,
пишут авторы работы, наблюдая на просвет степень затемнения солнца при различных углах между светилом, самими жалюзи и вашим глазом.
Слабые волны плотности в потоке из триллионов камней и выступили в роли таких жалюзи, позволив Николсону провести своё сенсационное исследование. Посмотрим, что дальше?
Труба из провинции готовится к охоте на чёрные дыры и ядра звёзд (www.membrana.ru)
Невзрачная "водосточная труба", наполовину зарытая в землю. Рядом – поле со свёклой и брюссельской капустой, пыльная загородная
дорога. Не впечатляет. Между тем с помощью этой "трубы" учёные намерены заглянуть в такие глубины Вселенной, куда обычные телескопы не доберутся никогда.
Одна из ферм в Нижней Саксонии (Германия) даёт приют одному из самых необычных инструментов науки — GEO 600. Это, возможно, лучший приёмник гравитационных волн, с каким когда-либо экспериментировали учёные.
"Многие ожидают, что экспериментальное обнаружение гравитационных волн станет одним из самых
больших научных достижений нашей эры. И, конечно, Нобелевской премией для кого-то", — говорит профессор Джим Хок (Jim Hough) из британского института гравитационных исследований (Glasgow University/Institute
for Gravitational Research), посвятивший 30 лет своей жизни поиску гравитационных волн.
Поставив ногу на шершавую трубу, профессор уверяет, что теперь победа близка как никогда – на расстоянии считанных месяцев. Хок – один из лидеров амбициозного проекта, который осуществляют ряд британМоделирование гравитационных ских и германских университетов и научных организаций.
волн. Новые лазерные интерфеГравитационные волны, в принципе, испускаются любыми подвижными телами, но только самые массиврометры, по идее, должны обнаные из них – чёрные дыры, нейтронные звёзды (в определённых процессах) – способны порождать гравитациружить гравитационные волны,
произведённые самыми сильны- онные волны такой силы, что появляется надежда на их обнаружение.
Гравитационные волны, проходя через любое тело, последовательно растягивают и сжимают его в двух
ми астрофизическими событиями,
типа слияния двух чёрных дыр взаимно перпендикулярных направлениях. Но взаимодействие это так мало, что для обнаружения эффекта
(иллюстрация MPI for Gravitational нужно достичь невиданной ранее точности: ошибка в определении расстояния в 150 миллионов километров не
Physics/W.Benger-ZIB).
должна превышать, скажем, один диаметр атома водорода.
Британо-германский альянс физиков ничуть не смущён такими цифрами и утверждает, что недавно построенный (но пока не запущенный) GEO 600, хоть и обладает базой для измерения слабых искажений пространства-времени всего-то в 600
метров, но зато точность, с которой будет измеряться это расстояние — одна трёхтысячная диаметра протона! Трудно это представить, учитывая, что
части установки состоят из сонма атомов, подверженных, к тому же, тепловому движению.
Сверхгладкие зеркала, подвешенные на стеклянных нитях, закреплённых на демпфированных рамах; лучи лазера, бегающие внутри вакуумированных труб, тонкая настройка всех элементов, потребовавшая месяцев
упорного труда – учёным пришлось основательно повозиться с прибором,
который вскоре должен начать 18-месячную охоту за гравитационными
волнами.
Устроен GEO 600 так. Мощный лазер нацелен на "делитель луча" —
полупрозрачное зеркало, которое делит луч и направляет их в два длинных Гравитационные волны, испускаемые двумя нейтронными звёздами, бытуннеля, лежащих перпендикулярно друг другу. Оптика (e, f – смотри рису- стро вращающимися вокруг общего центра тяжести (1) и схема GEO 600
нок) используются, чтобы увеличить слабый сигнал. Зеркала a, b, c и d уд- (2) (иллюстрация с сайта news.bbc.co.uk).
линяют путь лучей, которые, в конце концов, возвращаются к началу туннелей, объединяются и попадают в фотоприёмник, связанный с компьютером. Прохождение гравитационной волны меняет длину одного из туннелей, что обнаруживается по интерференции сведённых вместе лучей, один из которых будет в таком случае чуточку запаздывать.
Если расчёты авторов установки оправдаются, то у человечества появится ещё один вид астрономии – гравитационная. Это возможность
заглянуть в небывалые дали или, например, в ядра взрывающихся звёзд. Также можно будет "увидеть" слияние чёрных дыр и нейтронных
звёзд. Ещё одно подтверждение Общей теории относительности – это дополнительный бонус, в случае успеха миссии GEO 600.
Кстати, проект GEO 600 — не единственный в этой области. Можно вспомнить, к примеру, американо-европейский космический эксперимент LISA. Есть сходные установки и на Земле (кроме Европы – в Америке, Австралии и Азии). Одновременное обнаружение сигнала (от прокатившейся со скоростью света через земной шар гравитационной волны), доказало бы, что приборы уловили именно её.
Это было бы сенсацией. Ведь тогда впервые в изучении далёких миров мы перестанем полагаться лишь на электромагнитное излучение.
Возможно также, что подобные установки смогут непосредственно уловить и гравитационное эхо от Большого Взрыва, позволив науке исследовать первые моменты создания Вселенной и, быть может, сплотить некоторые из противоречащих теорий, описывающих это событие.
Получить совсем иной взгляд на мир. Может быть, именно этого не хватало науке, чтобы понять что-то важное? Хок полагает, что чувствительность "трубы на ферме" уже находится на уровне, достаточном, чтобы однажды выбежать из лаборатории на улицу с криком "Эврика!".
Создан фотоаппарат, которым просто невозможно сделать плохой снимок (Известия науки)
Эра нечетких фотоизображений близится к концу. Ученые создали камеру, которая сначала снимает изображение, а только потом фокусирует его. Такая разработка ученых Стэнфордского университета в Калифорнии несомненно поможет улучшить качество "динамичных" фотографий, например, во время съемок спортивных соревнований или танцевальных конкурсов. Чаще всего именно снимки быстро движущихся
объектов получаются нечеткими. Кроме того, благодаря новой разработке можно будет делать качественные снимки и при плохом освещении.
А еще разработчики предусмотрели специальный "стабилизатор изображения", который не реагирует на дрожание руки в момент съемки.
С такой проблемой чаще всего сталкиваются пользователи обычных "мыльниц". Впрочем, на экране цифровых фотоаппаратов тоже нельзя в
полной мере разглядеть, насколько снимок четкий.
В обычных цифровых камерах свет через объектив попадает на матрицу, где формируется картинка, которая затем записывается в память. Чем интенсивнее световой поток, попадающий на светочувствительные ячейки матрицы, тем более расплывчатым получается изображение. Пат Ханрахан, профессор Лаборатории компьютерной графики Стэнфордского университета, и группа исследователей смогли разработать
схему регулирования светового потока при попадании его в объектив камеры.
Иными словами, созданная программа будет просто-напросто управлять изображением. В результате качество картинки не будет зависеть
от способностей фотографа и внешних факторов. Технология также сможет фокусировать не только главный предмет, но любую часть изображения.
Эксперты полагают, что разработка профессора окажется полезной для камер наблюдения и камер ночного слежения, которые используются для безопасности граждан. Так, просмотреть съемку можно с точностью до миллисекунд. Новые технологии также помогут в улучшении
качества кабельного и спутникового телевидения. Об этом сообщает YTPO.Ru.