Эпиметей и Янус меняются орбитами (Известия науки)

Эпиметей и Янус меняются орбитами (Известия науки)
[email protected]
Выпуск № 72
Две луны Сатурна – Эпиметей и Янус - регулярно совершают танцевальный маневр
Радиусы орбит этих двух спутников отличаются всего-навсего на пятьдесят километров, и эта дистанция меньше радиусов самих лун. На фотографии, сделанной исследовательским аппаратом "Кассини" 8 сентября 2005 года, оба спутника позируют на своих
орбитах в компании с фрагментом сатурнианского кольца F. Эпиметей и Янус были открыты в 1966 г. Уокером и Дольфусом, при чем в 1978 году Ларсон и Фаунтен предположили, что это не одно тело, а две луны на одной орбите. Однако только в 1980 г. аппаратом "Вояджер" окончательно было подтверждено, что это два спутника, составляющих уникальную интерактивную пару.
Эпиметей - пятая луна Сатурна. В греческой мифологии титан Эпиметей сын Япета и брат Прометея и Атланта. В переводе с греческого его имя означает
пресловутый "задний ум" из известной поговорки о непредусмотрительности.
Эпиметей - неправильный сфероид с габаритами 144 x 108 x 98 километров в
диаметре. На его поверхности отмечены крупные и небольшие ложбины, впадины и хребты, а также несколько крупных кратеров, насчитывающих свыше 30 километров в поперечнике.
Янус (назван в честь двуликого римского бога врат и дверей, с месяца его
имени люди теперь отсчитывают начало каждого года) - шестая луна Сатурна.
Слева направо: кольцо F, Эпиметей, Янус (фото: NASA)
Он также представляет собой тело неправильной формы с размерами 196 x 192
x 150 км. По обилию кратеров на поверхности возраст спутников оценивается в
несколько миллиардов лет. На снимке вверху видна тень от сатурнианского кольца F на поверхности Эпиметея.
Эпиметей и Янус занимают практически одну и ту же орбиту в 151472 километрах от центра Сатурна и в 91000 км от облачного покрова газового гиганта. Две луны друг от друга отделяет ничтожное расстояние всего в 50 километров.
В 1997 году астрофизики Лора Бэтт и Пол Девриз из Университета Майами рассчитали симуляцию движения уникальной пары спутников
Сатурна. При средней разнице орбит пятой и шестой лун меньше диаметра любого из спутников и приблизительно равных орбитальных скоростях Эпиметей и Янус движутся по своим орбитам независимо
друг от друга до тех пор, пока внутренний спутник не начинает нагонять внешний. При этом Эпиметей выталкивается на более высокую орбиту, а Янус переходит на более близкую к Сатурну. Этот маневр осуществляется примерно раз в четыре года. По всей видимости, обе луны составляли в прошлом единое
целое и на раннем этапе формирования системы Сатурна разделились на два спутника.
Для простоты решения сложнейшей задачи движения многих тел американские ученые вели расчет
для двухмерной закрытой системы с учетом взаимодействий Сатурна с каждой из лун и обоих спутников
между собой. Составленная на языке FORTRAN программа графически подтвердила интерактивное поведение Эпиметея и Януса на орбите. Математически рассчитанное время маневра спутников было впоследствии подтверждено визуальными наблюдениями.
Gravity Probe B завершил практическую проверку теории Эйнштейна (www.membrana.ru)
Американский спутник Gravity Probe B завершил свою работу на орбите. Теперь всего год расчётов и мы узнаем — прав ли был Эйнштейн.
Как мы ранее рассказывали (тут и вот тут), этот аппарат должен был экспериментально проверить представление об искривлении пространства-времени массивным вращающимся телом, в данном случае — Землёй. Увлекает ли она за собой пространство, создавая своего рода вихрь?
Идея эксперимента проста: поместите вращающийся гироскоп на околоземную орбиту, с осью вращения, смотрящей на некую отдалённую
звезду как на неподвижную контрольную точку. Свободная от внешних сил, ось гироскопа должна навсегда остаться смотрящей на звезду. Но
если пространство "увлечено" Землёй — направление оси гироскопа должно медленно дрейфовать.
Правда, для того, чтобы этот эффект измерить, нужно было создать гладкий снаружи спутник с минимальным влиянием на его ориентацию
верхних слоёв атмосферы (хотя высота полёта и так — более 600 километров), с несколькими гироскопами-шариками, отклонение формы которых от идеальной сферы в любой точке — не больше чем 40 атомов, подвешенными в магнитном поле, в камере, изолированной от магнитных
полей внешних. Наконец, следует снабдить этот спутник устройствами, способными измерять его ориентацию по отношению к далёким звёздам
и ориентацию осей гироскопов (притом — не касаясь их) — с точностью 0,0005 арксекунды. Это словно измерить толщину листа бумаги с расстояния 160 километров. Всё это и было проделано.
Согласно вычислениям, искривлённое пространство-время вокруг Земли должно заставить гироскопы дрейфовать на угол 0,041 арксекунды более чем за один год. Миссия спутника завершена, но анализ данных займёт ещё год.
Учёные намерены исключить любые ошибки и погрешности, которые могли быть внесены неисправностями или погрешностями в работе оборудования Gravity Probe B. Данные будут анализироваться за каждый день миссии, за каждый час, и даже тонкие отклонения в показаниях приборов, поминутно соотнесённые с положением спутника в той
или иной точке каждой орбиты (сколько их было за год с лишним) — будут проанализированы.
Между тем, несколько ранее другая научная группа уже объявляла о практическом доказательстве существования пространственного "вихря", правда, она использовала анализ смещения орбит старых спутников, но зато — за
целых 11 лет.
Но Gravity Probe B был создан специально для такого опыта и с ним, вероятно, физики получат не только на- Схема эксперимента (илс
сайта
дёжный ответ на вопрос "да" или "нет", но измерят величину эффекта и получат более "тонкие" данные об этом явле- люстрация
einstein.stanford.edu).
нии.
Портрет атомов заставил физиков пойти на всё (www.membrana.ru)
0,6 ангстрема. Таков текущий рекорд разрешения в электронной микроскопии. Группа американских учёных получила прекрасные изображения отдельных атомов лантана, присоединённых к слоям нитрида кремния. За кадром остались титанические усилия, которые потребовались
для сотворения этого чуда.
В 1959 году Ричард Фейнман, всемирно известный американский физик, первым предсказал появление нанотехнологий и, так сказать, нанонауки. Тогда он заявил, что эта науку ждёт взлёт, когда разрешение электронных микроскопов вырастет в сто раз. Этот взлёт потребовал 45 лет.
Рекорд поставила научная группа электронной микроскопии (Electron Microscopy Group Condensed Matter
Sciences Division) американской национальной лаборатории в Окридже (Oak Ridge National Laboratory — ORNL).
Собственно, планка была взята в прошлом году, и коротко мы об этом говорили. Правда, тогда учёные разглядывали другие элементы. И с тех пор провели много новых опытов. Неважно. Интересно другое: мы раскопали подробности "закулисья" рекордного достижения. Хотите узнать чего стоят эти 0,6 ангстрема?
В общем-то, рекорд не был самоцелью. Лидер группы — Стив Пенникук (Steve Pennycook) — и его коллеги
помогают учёным изучать материалы на атомном уровне, их поведение в разных условиях и особенно – взаимодействие разных веществ.
Слева – практически исходное
Но то, что они сделали – удивительно. Они взяли микроскопический кусочек нитрида кремния, покрыли его
изображение. Жёлтые пятнышки атомарным слоем лантана, ухитрились сделать разрез этого "пирога" и отсняли его с помощью своего зоркого ин– атомы. Справа – пояснение струмента. Разрешение этого изображения достигло 0,6 ангстрема. 1 ангстрем равен 1 десятимиллионной доле
(иллюстрация ORNL).
миллиметра.
Инструмент – это так называемый Z-контрастный сканирующий трансмиссионный электронный микроскоп с
коррекцией аберрации (уф, больше выговаривать это не будем), установленный с полной развязкой от вибраций,
акустических и магнитных полей в сравнительно недавно возведённом здании лаборатории передовой микроскопии ORNL (Advanced Microscopy Laboratory).
Надеемся, вы знаете, что такое – электронный микроскоп. В нём вместо лучей света информацию о предмете
получает поток электронов, ускоренных высоким напряжением, а вместо линз, фокусирующей оптики и прочего –
прецизионные электромагнитные системы. "Z-контрастный" означает, что данный аппарат реагирует на атомное
число элемента, ярко выделяя тяжёлые атомы на фоне лёгких.
Первый Z-контрастный электронный микроскоп учёные, инженеры и проКомпьютер повернул "в перспек- мышленники разрабатывали ещё в 1988 году, при непосредственном участии Пентиву", полученное изображение никука, кстати. В 2001 году электронная микроскопия взяла рубеж разрешения в
атомов, и добавил сверху рекон- 0,8 ангстрема. Для шага к 0,6 ангстрема физикам пришлось прыгнуть выше голострукцию их взаимного положения вы.
(иллюстрация ORNL).
Например: построить необычное здание, в котором комната с микроскопом
висит на специальной подвеске внутри другой комнаты. Там приняты все меры,
чтобы свести проникновение внешних магнитных полей до уровня ниже 0,3 миллигаусса, то есть — до уровня в тысячи раз меньшего, чем сила магнитного поля Земли, способного разве что только отклонить стрелку компаса, висящую на игле. Даже воздухообмен в этой комнате выполнен особым образом — чтобы исключить малейшие сквознячки, способные пошевелить пылинку или температурные колебания, которые человек бы и не почувствовал.
Да что там пылинка. Можно представить, что форточка, открытая где-нибудь неподалёку от прибора или чихнувший сотрудник способны увести настройки прочь – целимся-то мы в отдельные атомы! Потому микроскоп управ- Безсквозняковая вентиляция (иллюстрация ORNL).
ляется дистанционно из диспетчерской.
Все эти ухищрения позволили группе Пенникука за последнее время сделать массу открытий в поведении сверхпроводников и конструкционных
материалов. Только один пример: разглядывая буквально атом за атомом, как разные элементы выстраиваются друг рядом с другом, учёные раскрыли секрет ломкости лопаток турбины авиадвигателей, покрытых каким-то хитрым стойким составом.
После этого кажутся вполне обоснованными затраты на такие работы. Так, рекордный микроскоп обошёлся ORNL в
$3 миллиона, а суперизолированное от внешнего мира здание – в $4,8 миллиона. Сколько стране могут дать новые материалы и вообще – понимание взаимодействия веществ – оценивайте сами.
Аппарат Hayabusa споткнулся в 17 метрах от цели (www.membrana.ru)
Японский космический аппарат Hayabusa не смог приземлиться на астероиде. Но менеджеры миссии не теряют надежды выполнить главную задачу полёта.
Рано утром в воскресенье аппарат получил команду на сближение и подошёл к астероиду на расстояние всего 17
метров. Однако спуск не был продолжен — связь с Hayabusa временно прервалась, а сам зонд — завис на пути к цели.
Инженеры пока не могут сказать, почему машина прекратила сближение с поверхностью космической скалы. Это
могли быть самые различные технические проблемы, в том числе — срабатывание некоего предохранительного устройства, прерывающего выполнение команды в ряде ситуаций. Так или иначе, но японцы намерены предпринять новую попытку посадки. Напомним, Hayabusa впервые в истории должен собрать образцы материла с астероида, и доставить их
на Землю.
Зонд должен дотронуться
до астероида и выстрелить в него, чтобы забрать
выброшенный при ударе
"пули" материал (иллюстрация ISAS/JAXA).
Через 10 лет зоркость астрономии вырастет в десятки раз (www.membrana.ru)
Транснациональная компания AMEC построит для сообщества американских и канадских университетов самый
большой в мире астрономический инструмент с простым названием "Тридцатиметровый телескоп" (Thirty-Meter
Telescope — TMT).
Место строительства ещё не определено, но известно, что это будут горные вершины Гавайев или Чили. TMT должны закончить за 10 лет. Его "зоркость" многократно превзойдёт параметры нынешних телескопов-рекордсменов.
Главное зеркало этого монстра, диаметром 30 метров, будет состоять из 780 шестиугольных сегментов. Каждый —
достаточно тонкий, чтобы можно было чуть-чуть изгибать его поверхность, добиваясь идеальной её формы. А кроме того,
1,7 тысячи серверов будут автоматически высчитывать и подстраивать положение всех этих зеркал: 750 раз в секунду и с
точностью позиционирования в 0,002 миллиметра.
Ранее сообщалось, что в мире существует два проекта телескопов с ещё большими главными зеркалами: в 50 метров и даже в 100 метров диаметром. Но, в отличие от телескопа TMT, пока неизвестно — будут ли эти проекты реализованы.
Человек на площадке сзади даёт представление о
размерах зеркала TMT
(иллюстрация AMEC).