THE SPACEWAY

Наша галактика Млечный Путь содержит более 400 миллиардов звезд, вращающихся вокруг общего центра со скоростью около 828 000 километров в час. Возраст этого космического гиганта долгое время оставался загадкой для ученых.

Лишь недавно, благодаря новейшим методам астрономических исследований, удалось пролить свет на древнюю историю нашего общего галактического дома.

Звездные часы

Определение возраста Млечного Пути - задача не из легких. В отличие от деревьев, у галактик нет годовых колец. Однако у астрономов есть свои методы "космической археологии".

Один из ключевых подходов — изучение старейших звезд Галактики. Звезды — это своего рода машины времени. Анализируя их химический состав и движение, мы можем заглянуть в далекое прошлое Млечного Пути.

Космический детектив

В 2019 году международная команда ученых совершила прорыв в определении возраста нашей Галактики. Ключом к разгадке стало изучение звезд в галактическом гало — сферической области, окружающей спиральный диск Млечного Пути.

Исследователи использовали данные космического телескопа Европейского космического агентства (ESA) Gaia, который с беспрецедентной точностью измеряет положения, расстояния и движения миллиардов звезд.

"[Космический телескоп] Gaia позволил нам создать трехмерную карту движения звезд в нашей Галактике", — объясняет Ханс-Вальтер Рикс из Института астрономии Макса Планка.

Особое внимание ученые уделили звездам, насыщенным тяжелыми элементами, такими как барий.

"Наличие этих элементов указывает на то, что звезды сформировались из материала, обогащенного в результате слияния нейтронных звезд, — говорит Рикс. — Такие слияния происходят редко и требуют значительного времени, поэтому эти звезды служат своеобразными "маркерами времени" в истории Галактики".

Древнее столкновение

Анализ данных привел ученых к удивительному открытию. Около десяти миллиардов лет назад Млечный Путь пережил масштабное столкновение с другой галактикой, получившей название Гайя-Энцелад. Это событие стало ключевым в формировании современной структуры нашей галактики.

"Это столкновение было последним крупным событием слияния в истории Млечного Пути, — отмечает Амина Хельми, ведущий автор исследования из Университета Гронингена. — Оно определило основную структуру галактического гало и дало нам точку отсчета для определения возраста Галактики".

Вердикт космоса

Определение точного возраста Млечного Пути потребовало комбинации нескольких методов и данных. Ученые использовали не только информацию о движении, распределении и поведении звезд, полученную телескопом Gaia, но и данные спектроскопии, позволяющие определить химический состав звезд (а значит и их возраст).

"Мы анализировали содержание различных элементов в старейших звездах Галактики, — объясняет Маартен Брукс, астрофизик из Свободного университета Амстердама. — Чем меньше в звезде тяжелых элементов, тем она старше. Это позволило нам определить возраст самых древних звездных популяций".

Кроме того, исследователи изучали шаровые звездные скопления - плотные группы старых звезд, которые считаются одними из древнейших структур в Галактике. Возраст этих скоплений можно определить по характеристикам входящих в них звезд.

Объединив все эти данные и методы, ученые пришли к выводу, что возраст Млечного Пути составляет примерно 13,6 миллиарда лет. Это делает нашу Галактику почти ровесницей Вселенной, возраст которой оценивается в 13,8 миллиарда лет.

"Млечный Путь — одна из первых галактик, сформировавшихся во Вселенной, — подчеркивает Ханс-Вальтер Рикс. — Это дает нам уникальную возможность изучать раннюю историю космоса".

Уточнение возраста Млечного Пути продолжается. Новые телескопы, такие как космический телескоп NASA "Джеймс Уэбб", и усовершенствованные методы анализа данных обещают еще более точные оценки в будущем. Но уже сейчас ясно одно: каждый раз, глядя на ночное небо, вы видите результат космической истории, длиной в миллиарды лет.

Читайте также:

• «Джеймс Уэбб» обнаружил зрелую спиральную галактику в ранней Вселенной.

• Обнаружена самая далекая и аномально массивная сверхмассивная черная дыра.

• Загадочный гамма-сигнал указывает на неизвестный объект за пределами Млечного Пути.

Гипотеза о том, что на Уране и Нептуне могут идти дожди из алмазов, всерьез рассматривается научным сообществом. Это не фантазия, а обоснованное предположение, опирающееся на наши знания о химическом составе и физических условиях, что царят на этих планетах.

Несмотря на кажущуюся невероятность, идея имеет под собой твердую научную почву. Рассмотрим подробнее, на чем она основана и насколько может соответствовать действительности.

Научная основа

Гипотеза алмазных дождей на Уране и Нептуне базируется на трех ключевых факторах:

• Состав атмосферы: Уран и Нептун, в отличие от газовых гигантов Юпитера и Сатурна, классифицируются как ледяные гиганты. Их атмосферы содержат значительное количество метана, простого соединения, состоящего из одного атома углерода и четырех атомов водорода (CH4).

• Экстремальные условия: по мере погружения в глубины этих планет, условия становятся все более экстремальными. На определенных глубинах температура может достигать нескольких тысяч градусов Цельсия, а давление — миллионов атмосфер.

• Превращение углерода: при таких экстремальных условиях происходят удивительные трансформации. Молекулы метана разрушаются, высвобождая атомы углерода. Под воздействием колоссального давления атомы углерода сжимаются настолько сильно, что перестраиваются, образуя кристаллическую решетку — структуру, характерную для алмаза.

Этот процесс напоминает ускоренную космическую версию земных "алмазных фабрик", где природа трудится миллионы лет под толщей горных пород. Однако на Уране и Нептуне этот процесс может происходить гораздо быстрее благодаря экстремальным условиям.

Экспериментальные данные

В 2017 году команда ученых из Стэнфордского университета провела эксперимент, имитирующий условия внутри Урана и Нептуна. Они использовали мощные лазеры для создания ударных волн в полистироле — полимере, состоящем из углерода и водорода.

Выбор полистирола был неслучайным: этот материал содержит те же элементы, что и метан (углерод и водород), но в твердой форме, что делает его удобным для лабораторных экспериментов. Хотя полистирол и метан имеют разную молекулярную структуру, они оба могут служить источником атомов углерода в условиях высокого давления и температуры.

Результаты эксперимента показали, что при высоких давлениях и температурах, сопоставимых с условиями в недрах Урана и Нептуна, действительно образовывались наноалмазы. Этот эксперимент стал важным подтверждением теоретических предсказаний о возможности формирования алмазов в атмосферах ледяных гигантов.

Как это может выглядеть

Если эта гипотеза верна, процесс может выглядеть так:

• Высоко в атмосфере метан подвергается воздействию молний и превращается в сажу.

• Сажа падает глубже в атмосферу, где давление и температура растут.

• При определенных условиях сажа сжимается в кристаллы алмаза.

• Алмазы продолжают падать, пока не достигнут таких глубин, где температура настолько высока, что они могут "испариться" или превратиться в жидкость.

Важно отметить, что мы пока не можем непосредственно наблюдать этот процесс. Наши знания о внутреннем строении Урана и Нептуна ограничены, и эта гипотеза основана на компьютерных моделях и лабораторных экспериментах.

Читайте также:

«Джеймс Уэбб» обнаружил зрелую спиральную галактику в ранней Вселенной.

Зонд NASA Parker Solar Probe установил рекорд, приблизившись к Солнцу на минимальное расстояние.

Ганимед: ледяной гигант с водяным сердцем.

Иногда научные открытия полностью противоречат тому, что мы называем "логикой". Еще не так давно, если бы кто-то заявил, что на раскаленном Меркурии, ближайшей к Солнцу планете, находятся гигантские залежи водяного льда, то этого человека в лучшем случае восприняли бы как... фантазера. Но природа, как показывает практика, способна удивлять нас снова и снова.

Перед вами 60-километровый кратер Кандинский, расположенный около северного полюса Меркурия. Это необычное геологическое образование хранит одну из самых интригующих тайн Солнечной системы — обильные запасы водяного льда на планете, где дневная температура может достигать 430 градусов Цельсия.

Как такое возможно? Все дело в уникальной геометрии кратера. Его основание находится в постоянной тени, надежно изолированное от испепеляющих солнечных лучей крутыми стенками. В этих вечно затененных областях температура может опускаться до -180 градусов, создавая идеальные условия для сохранения водяного льда.

Кратер получил свое имя в честь Василия Васильевича Кандинского — русского художника, одного из основоположников абстракционизма. Это не случайно: практически все кратеры на Меркурии носят имена выдающихся деятелей искусства, что превращает карту планеты в своеобразную галерею славы человеческой культуры.

Уникальные снимки кратера были получены 13 августа 2013 года космическим аппаратом NASA MESSENGER. Чтобы заглянуть в вечную тьму, инженерам пришлось проявить недюжинную изобретательность: камеры аппарата использовали солнечный свет, отраженный от стенок кратера, чтобы различить детали в его темных глубинах.

Но Меркурий — не единственное место, где лед прячется в неожиданных местах. На Луне также обнаружены затененные кратеры, хранящие водяной лед. А под ледяными панцирями спутников Юпитера — Ганимеда, Европы и Каллисто — предположительно скрываются целые океаны жидкой воды. Кроме того, подповерхностными океанами могут обладать Диона, Мимас, Титан и Энцелад — спутники Сатурна. И, согласно новым исследованиям, обладателем подповерхностного океана может быть даже Плутон.

Читайте также:

• В сравнении с экзопланетой 61 Девы b Меркурий покажется ледышкой.

• Может ли между Солнцем и Меркурием быть еще одна планета?

• Равнина Жары — крупнейшая ударная структура на Меркурии.

Казалось бы, человечество достигло впечатляющих высот в науке: мы редактируем геномы, создаем искусственные органы, программируем сложные нейросети. Но до сих пор не можем создать самую простую живую клетку "с нуля". В чем же проблема?

На самом деле, ученые достигли впечатляющих результатов в этом направлении. Но чтобы понять, насколько мы близки к созданию искусственной жизни, нужно разобраться в том, что уже удалось сделать и с какими фундаментальными сложностями мы столкнулись.

Что мы уже умеем?

Синтетическая биология

В 2010 году команда генетиков, возглавляемая Крейгом Вентером, создала первую бактерию с полностью синтетическим геномом*, которой было дано имя Синтия (англ. Cynthia). Ученые собрали ДНК по заданной последовательности и вставили ее в живую клетку, из которой удалили родную ДНК. Бактерия ожила и начала размножаться. Но важно понимать - это не создание жизни "с нуля", а скорее "пересадка мозга" в уже существующую клетку.

*Геном — совокупность наследственного материала, заключенного в клетке организма.

Протоклетки

Ученые научились получать простейшие "клеточноподобные" структуры, названные протоклетками. По сути, это микроскопические пузырьки из липидов (группа биологических соединений, растворимых в органических растворителях и нерастворимых в воде), имитирующие оболочку живой клетки. Внутрь протоклеток исследователи встраивают искусственные органеллы и различные биологические молекулы, чтобы наделить их свойствами, присущими настоящим клеткам.

Так, мембрану протоклеток ученые снабжают белками-переносчиками, способными прокачивать вещества внутрь и наружу, как это происходит в живых клетках. А в 2024 году исследователям из Университета Базеля и Университета Гронингена удалось создать систему протоклеток, способных к примитивной межклеточной коммуникации, имитирующей работу фоторецепторов глаза. Синтетические протоклетки могли обмениваться "сигнальными" молекулами и реагировать на свет.

Но до создания полноценной синтетической клетки еще далеко. Пока протоклеткам не хватает самого главного — собственного генома из ДНК или РНК, который позволил бы им расти, делиться и производить себе подобных.

В чем главная сложность создания искусственной жизни?

Самовоспроизведение

Одно из главных свойств живого - способность к самовоспроизведению. Даже простейшая бактерия - это невероятно сложный механизм, где тысячи молекул работают совместно, создавая копии самих себя. Воссоздать эту систему "с нуля" пока что выше наших возможностей.

Энергетический обмен

Живые клетки получают и используют энергию через сложнейшую и идеально настроенную систему биохимических реакций. Создать работающую энергетическую систему клетки - отдельная грандиозная задача для современной науки.

Информационная система

ДНК хранит генетическую информацию, РНК считывает ее и служит матрицей для синтеза белков, которые выполняют большинство функций в клетке, и вся эта система настолько взаимосвязана, что невозможно создать одну ее часть без других — нужно сразу создавать всю систему целиком. Это, как вы могли догадаться, пока что точно за пределами наших возможностей.

Подводя итоги

Итак, мы все еще очень далеки от создания живой клетки "с нуля". Но человечество научилось:

• Создавать синтетические геномы;

• Модифицировать существующие организмы;

• Собирать простейшие протоклетки;

• Объединять протоклетки в системы, способные к примитивной коммуникации друг с другом.

Сегодня мы находимся на пороге новых открытий в области создания искусственной жизни. Возможно, решение придет с неожиданной стороны - не через копирование существующих форм жизни, а через принципиально новые подходы. И первая истинно искусственная форма жизни может оказаться чем-то совершенно иным, выходящим за рамки наших текущих представлений о живом.

Читайте также:

• Под соляными ледниками Меркурия может скрываться жизнь.

• Если существуют параллельные миры, то может ли там быть жизнь?

• Ученые заявили об открытии «секретного ингредиента для построения жизни».

Марсианский кратер Виктория — настоящая космическая достопримечательность. Этот ударный гигант впечатляет своими размерами: около 750 метров в диаметре и глубиной примерно 70 метров.

Снимок, сделанный орбитальным аппаратом NASA Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), раскрывает удивительные детали. По краям кратера видны слоистые породы — как годовые кольца на спиле дерева, они рассказывают историю геологического прошлого Красной планеты.

Интересно, что именно этот кратер исследовал ровер NASA Opportunity, проведя здесь почти год своей миссии. Виктория — не просто огромная яма, сформировавшаяся в результате падения космического камня, а настоящая машина времени, позволяющая заглянуть в далекое прошлое Марса.

Читайте также: Скорость звука на Марсе такая же, как на Земле?

Команда планетологов из Массачусетского технологического института, которую возглавил доктор Сигэру Вакита, моделируя сценарии формирования многокольцевых ударных кратеров Тайр и Калланиш на ледяной поверхности Европы, спутника Юпитера, пришла к выводу: толщина ледяной коры Европы, отделяющей подповерхностный океан от космической среды, составляет не менее 20 километров.

Из этого следует, что для получения ответа на вопрос, есть ли в океане Европы жизнь, нам придется очень много и долго бурить. Технологий для этого у человечества нет, как и нет соответствующего опыта и щедрого финансирования науки, так что ни сегодня, ни через двадцать лет, мы не сможем реализовать проект такого масштаба.

Пока же команда Вакиты предлагает осуществить не менее интересный проект по "проникновению в подповерхностный океан Энцелада", небольшого ледяного спутника Сатурна. Стоит отметить, что в отличие от океана Европы с океаном Энцелада у нас уже был прямой — хотя и незначительный — контакт за счет гейзерной активности. Это событие, произошедшее в рамках миссии NASA "Кассини", показало, что по составу подповерхностный океан Энцедала очень похож на Земной; он содержит все химические ингредиенты, необходимые для зарождения жизни.

Гейзерная активность Энцелада связана с разломами на южном полюсе спутника, и команда Вакиты предлагает отправить к краю одного из них посадочный модуль с гибкими (мягкими) роботами на борту, которые просто... упадут внутрь. Разломы имеют доступ к подповерхностному океану, а значит рано или поздно роботы окажутся в нем. Для организации такой миссии нужно решить как минимум две глобальные проблемы:

• Найти способ качественно передавать данные из океана, находящегося под ледяной корой толщиной не менее километра (вероятно, посадочный модуль + спутник-ретранслятор решат вопрос);

• Найти около миллиарда долларов для организации миссии.

Читайте также:

Зонд NASA Parker Solar Probe установил рекорд, приблизившись к Солнцу на минимальное расстояние.

Европа, ледяной спутник Юпитера, может быть более пригодным для жизни, чем мы думали.

В океане Энцелада найден крайне необходимый для зарождения жизни элемент.

Человечество всегда стремилось заглянуть за завесу времени, узнать, что ждет нас впереди. Но возможно ли это с научной точки зрения? Давайте разберемся.

Современные методы прогнозирования

Современная наука располагает множеством инструментов для прогнозирования будущего, но все они имеют свои ограничения. Статистические модели, компьютерные симуляции, анализ гигантских объемов данных – все эти методы позволяют делать обоснованные предположения о том, что может произойти — или не произойти — с высокой долей вероятности.

Примеры научных предсказаний

Метеорология и климатология

Метеорологи могут с высокой точностью предсказывать погоду на ближайшие дни, а климатологи работают над долгосрочными прогнозами изменения климата.

Экономика и финансы

Экономисты прогнозируют тренды на финансовых рынках и развитие экономических ситуаций.

Демография

Демографы оценивают изменения в структуре населения, что помогает планировать социальную политику.

Астрономия: предсказание небесных явлений

Одной из самых точных областей научного прогнозирования является астрономия. Ученые могут с невероятной точностью предсказывать движение небесных тел и связанные с ними явления:

• Солнечные и лунные затмения: астрономы способны рассчитать время и место наблюдения затмений на тысячи лет вперед. Например, полное солнечное затмение, которое произойдет 12 августа 2045 года, уже сейчас можно предсказать с точностью до секунды.

• Орбиты планет и астероидов: зная законы небесной механики, ученые без проблем прогнозируют положение планет и других объектов Солнечной системы. Это позволяет, например, планировать космические миссии за десятилетия до их реализации.

• Появление комет: периодические кометы, такие как комета Галлея, имеют предсказуемые орбиты, позволяющие рассчитать их следующее появление. Например, своей следующей ближайшей точки к Солнцу комета Галлея достигнет 28 июля 2061 года.

• Прохождение планет по диску Солнца: такие редкие явления, как прохождение Венеры по диску Солнца, могут быть предсказаны с точностью до минуты. Следующее такое прохождение состоится 12 декабря 2117 года.

• Метеорные потоки: астрономы могут предсказать время и интенсивность ежегодных метеорных потоков, таких как Персеиды или Леониды.

• Сближение астероидов с Землей: ученые способны рассчитать траектории потенциально опасных астероидов и предсказать их приближение к нашей планете за годы и десятилетия. Это достигается благодаря постоянному мониторингу неба с помощью мощных телескопов и применению сложных математических моделей. Астрономы учитывают не только гравитационное влияние Солнца и планет, но и такие факторы, как солнечное давление и эффект Ярковского (неравномерное тепловое излучение астероида). Такие расчеты позволяют предсказывать сближения с точностью до нескольких тысяч километров даже когда астероид пролетит на расстоянии в десятки миллионов километров от нашей планеты. Эта способность прогнозирования критически важна для оценки потенциальных рисков и, в случае необходимости, разработки стратегий по предотвращению столкновений (или минимизации последствий).

• Вспышки пульсаров: некоторые нейтронные звезды излучают регулярные радиоимпульсы с точностью, сравнимой с атомными часами, что позволяет предсказывать их поведение на длительные периоды. Пульсары вращаются с невероятной скоростью и стабильностью, совершая до нескольких сотен оборотов в секунду. Эта стабильность позволяет астрономам использовать их как космические маяки, точно прогнозируя время прихода каждого импульса. Наблюдения за пульсарами помогают не только в изучении экстремальных состояний материи, но и в проверке общей теории относительности, а также в создании сверхточных систем космической навигации. Некоторые пульсары настолько стабильны, что их вспышки можно предсказать с точностью до микросекунд на 10-20 лет вперед, а в некоторых случаях и дольше.

Ограничения в предсказании будущего

Однако абсолютно точное предсказание будущего остается невозможным во многих областях. Почему?

• Эффект бабочки: в сложных системах даже небольшое изменение может привести к значительным последствиям. Этот эффект, впервые описанный метеорологом Эдвардом Лоренцом, демонстрирует, как минимальные изменения начальных условий могут кардинально изменить результат в долгосрочной перспективе. Например, незначительное изменение температуры в одной точке планеты может через цепочку событий привести к формированию урагана в другой части Земли.

• Случайность и непредсказуемость: особенно когда речь идет о человеческом поведении или сложных природных явлениях вроде землетрясения или наводнения. Человеческие решения часто иррациональны и подвержены влиянию множества факторов, что делает их трудно прогнозируемыми. Природные катастрофы, хотя и подчиняются физическим законам, зависят от такого количества переменных, что их точное предсказание остается крайне сложной задачей. Однако наука постоянно совершенствует методы прогнозирования, и то, что сегодня кажется непредсказуемым, завтра может стать прогнозируемым.

• Неполнота данных: мы не всегда располагаем всей необходимой информацией для точного прогноза. Это особенно актуально в сложных системах, где невозможно учесть все факторы. Например, при прогнозировании климатических изменений ученые сталкиваются с огромным количеством переменных, многие из которых трудно измерить или предсказать, такие как будущие выбросы парниковых газов или изменения в океанических течениях.

• Ограничения вычислительных мощностей: несмотря на постоянное увеличение компьютерной мощности, некоторые системы настолько сложны, что их полное моделирование выходит за пределы наших текущих возможностей. Это особенно заметно в таких областях, как прогнозирование погоды на длительные периоды или моделирование сложных биологических систем.

Перспективы развития

Несмотря на ограничения, наука продолжает совершенствовать методы прогнозирования. Развитие искусственного интеллекта и квантовых вычислений может открыть новые возможности в этой области, позволяя анализировать беспрецедентные объемы информации и учитывать множество взаимосвязанных факторов при создании прогнозов.

Заключение

Хотя мы и не можем с абсолютной уверенностью сказать, что произойдет завтра во всех аспектах нашей жизни, наука дает нам мощные инструменты для понимания возможных сценариев будущего. От предсказания движения небесных тел до прогнозирования климатических изменений – научные методы помогают нам заглянуть за горизонт настоящего и принимать более обоснованные решения. Эти прогнозы, даже если они не абсолютно точны, позволяют нам лучше планировать, разрабатывать стратегии и адаптироваться к меняющимся условиям, что критически важно для прогресса человечества и решения глобальных проблем.

Читайте также:

• Ученые предлагают новый способ обнаружения темной материи.

• Астрономы нашли первую экзолуну? Это может быть вулканический мир, выбрасывающий натрий.

• Тайна аудиозаписи с поверхности Венеры, полученной советским аппаратом «Венера-13».