2020_05

ЗЕМЛЯ №5 (335)
СЕНТЯБРЬ-ОКТЯБРЬ, 2020
И
ISSN 0044-3948

космонавтика
астрономия

ВСЕЛЕННАЯгеофизика

Научно-популярный журнал В НОМЕРЕ: 3
Российской академии наук 5
Издается под руководством Колонка главного редактора
Президиума РАН 15
Выходит с января 1965 года ГОРАДЖАНОВ В.С., ТОПТУН В.А., ЗОЛОТУХИН И.Ю., 29
6 раз в год КАТКОВ И.Ю., ЧИЛИНГАРЯН И.В. Поиск и открытие 43
«Наука» черных дыр промежуточных масс при помощи 47
Москва крупных наземных и космических обсерваторий
и данных Виртуальной Обсерватории 53
На стр. 1 обложки: 66
Киммерийская земля СТЕПАНОВ А.В. Терагерцевое солнце
(Terra Cimmeria) в южном 79
полушарии Марса. Изображение Космонавтика XXI века 95
было создано с помощью
данных стереокамеры высокого ЛИСОВ И.А. Великий марсианский десант 2020 года 106
пространственного разрешения
HRSC АМС «Марс-Экспресс» АНАНЬЕВА В.И. Скрытый океан Цереры
(Mars Express, ESA),
полученных 11 декабря 2018 г. Образование
Пространственное разрешение
около 13 м на пиксел, центр ГОЛОВАНОВА А.В., МАГАРЯН К.А., НАУМОВ А.В.
изображения находится примерно Викторина юных физиков Отделения физических
на 171° восточной долготы наук РАН. Задачи
и 40° южной широты.
Изображение ESA/DLR/FU Berlin, Люди науки
CC BY-SA 3.0 IGO
ЕРЕМЕЕВА А.И. Разрушивший «каналы» Марса…
К 150-летию со дня рождения Э.М. Антониади

ПАКШИН П.А., ПАКШИНА Н.А. Астроном-
наблюдатель Михаил Васильевич Ляпунов

История науки

ВЕДЕШИН Л.А., ГЕРАСЮТИН С.А. Первые советские
научные эксперименты на Луне. К 50-летию
посадки на Луну «Лунохода-1»

СУДАКОВ В.С. Российские двигатели на
американских ракетах

Образование

Викторина юных физиков Отделения физических
наук РАН. Решения

Table of Сontent and Selected Abstracts 110

© Российская академия наук, 2020
© Редколлегия журнала «Земля и Вселенная» (составитель), 2020
© ФГУП «Издательство «Наука», 2020

Earth&Universe: Astronomy, Geophysics, Cosmonautics
Bimonthly popular scientific magazine of the Russian Academy of Sciences & NAUKA Publishing.

Founded 1965.
Published by NAUKA Publishing, Profsoyuznaya Str., 90, 117997, Moscow, Russia.

Редакционная коллегия: Editorial Board:
Editor-in-chief
главный редактор Acad. Dr. Lev M. Z E L E N Y I
академик Л.М. ЗЕЛЁНЫЙ, Acad. Dr. Anatoly M. C H E R E PA S C H U K
Dr. Konstantin V. I VA N OV
летчик-космонавт Pilot-cosmonaut Alexander Yu.  K A L E R I
П.В. ВИ НОГ РА ДОВ, Deputy Editor-in-chief
Acad. Dr. Vladimir M. KO T LYA KOV
зам. главного редактора Dr. Olga Yu. L AV ROVA
кандидат филолог. наук Dr. Alexander A. L U T OV I N OV
О.В. ЗАКУТНЯЯ, Deputy Editor-in-chief
Dr. Oleg Yu. M A L KOV
доктор исторических наук Dr. Igor G. M I T RO FA N OV
К.В. ИВАНОВ, Acad. Dr. Igor I. M O K H OV
RAS Corr.Member Dr. Igor D. N OV I KOV
летчик-космонавт Dr. Stanislav P. PE ROV
А .Ю. К А Л ЕРИ, Dr. Konstantin A. P O S T N OV
Dr. Mikhail V.  RO D K I N
зам. главного редактора Faina B. RU B L E VA
академик В.М. КОТЛЯКОВ, Dr. Vladislav V. S H E VC H E N KO
RAS Corr. Member Dr. Boris M. S H U S T OV
кандидат физ.-мат. наук RAS Corr. Member Dr. Alexey L. S O BI S E V IC H
О.Ю. ЛАВРОВА, RAS Corr. Member Dr. Vladimir A. S O L OV Y E V
Pilot-cosmonaut Pavel V. V I N O G R A D OV
доктор физ.-мат. наук Deputy Editor-in-chief
А.А. ЛУТОВИНОВ, Dr. Olga V. Z A K U T N YAYA

зам. главного редактора
доктор физ.-мат. наук
О.Ю. М А Л КОВ,

доктор физ.-мат. наук
И.Г. МИТРОФАНОВ,

академик И.И. МОХОВ,

член-корр. РАН
И.Д. НОВИКОВ,

доктор физ.-мат. наук
С.П. ПЕРОВ,

доктор физ.-мат. наук
К.А. ПОСТНОВ,

доктор физ.-мат. наук
М.В. РОДКИН,

научный директор
Московского планетария
Ф.Б. РУБЛЁВА,

член-корр. РАН
А.Л. СОБИС Е ВИ Ч,

член-корр. РАН
В.А. СО ЛОВЬЁ В,

академик
А.М. ЧЕРЕПАЩУК,

доктор физ.-мат. наук
В.В. ШЕВЧЕНКО,

член-корр. РАН
Б.М . Ш УС ТОВ

Колонка главного редактора

Уважаемые читатели, коллеги, друзья! «Ф­обос-Грунт» оказался неудачным:
космический аппарат не смог даже
Осенью этого года, когда читате- покинуть околоземную орбиту. Пре-
ли получат пятый номер «ЗиВ», трои- дыдущая миссия «Марс‑96» закончи-
ца космических аппаратов, запущен- лась похожим образом, и  разочарова-
ных в  августе к  Марсу (о  них подроб- ние ученых и инженеров, которые поч-
но рассказывает в  своей статье Игорь ти 12 лет готовили новую экспедицию,
Лисов), будет еще на пути к  Красной передать трудно.
планете. Пожелаем им хорошей доро-
ги и  мягкой посадки, тем более, что С Байконура мы возвращались вмес­
для китайских коллег это будет первая те с  академиком М.Я. Маровым на
и, судя по составу научной аппаратуры, с­ амолете тогдашнего руководителя Фе-
очень серьезная попытка решить сразу дерального космического агентства
несколько важнейших задач марсиан- В.А. Поповкина. Владимир Александ­
ской науки. рович, видя уныние и  даже отчаяние
на наших лицах, заговорил об «Экзо-
А  пока давайте поговорим, поче- Марсе». Понятно, что подготовка новой
му в этой компании не оказалось рос- миссии к этой планете снова заняла бы
сийско-европейской миссии «Экзо- не менее восьми лет, а  участие в  про-
Марс‑2020» в составе российской поса- екте «ЭкзоМарс» давало российским
дочной платформы «Казачок» и  евро- ученым возможность скорее вернуться
пейского ровера «Розалинд Франклин». к изучению Марса.
Впрочем, разделение на европейскую
и  российскую части здесь достаточно Поначалу европейская сторона была
условно: уровень сотрудничества и взаи­ заинтересована только в  российских
мосвязанности партнеров в этом про- носителях для выведения европейских
екте исключительно высок. Это первый аппаратов, но межагентское соглаше-
подобный опыт для нашей промыш- ние, которое уже в  2013 г. подписали
ленности, и именно это, к сожалению, В.А. Поповкин и генеральный директор
сыграло решающую роль в  переносе ЕКА Ж.-Ж. Дорден, устанавливало абсо-
запуска. лютное равноправие сторон.

Так оказалось, что проект «Экзо- 3
Марс» стал для меня глубоко личной
темой. Переговоры об участии России
в проекте шли еще в конце нулевых го-
дов (достаточно долго и  сложно). На-
учное руководство Европейского кос-
мического агентства «металось» меж-
ду сотрудничеством с  Россией и  США.
Мы же были очень заняты подготов-
кой запуска нашей экспедиции к  Фо-
босу и  большого желания участвовать
в «­ЭкзоМарсе», особенно на тех ролях,
что предлагались нам европейской
стороной, не испытывали.

Ситуация изменилась в  ноябре
2011 г., после того как запуск автомати-
ческой межпланетной станции (АМС)

Земля и Вселенная, 5/2020

Думаю, без решительных действий в очередной раз «напасть» на «Роскос-
Владимира Александровича, без его мос», но всякий, кому не посчастливи-
уважения к науке, проект бы не состо- лось побывать в  Италии в  это время,
ялся. К  великому сожалению, в  2014 г. сразу поймет, что произошло. Март
В.А. Поповкин трагически ушел из жиз- 2020 г. ознаменовался резким вспле-
ни. Но проект набрал обороты, и в мар- ском заболеваемости коронавирусом.
те 2016 г. с Байконура стартовала пер- Италия – одна из наиболее пострадав-
вая экспедиция – орбитальный аппарат ших стран  – закрыла границы, рабо-
TGO (Trace Gas Orbiter) с двумя россий- ты в  цехах TAS практически прекра-
скими и двумя европейскими прибора- тились, в  том числе и  все процеду-
ми. За эти годы с помощью TGO были ры (в  них должны были участвовать
получены замечательные результаты, и  многие российские специалисты)
некоторые из которых уже опублико- с  аппаратом и  научными прибора-
ваны в журналах Nature и Science. ми, которые должны были проходить
в  последние – самые «горячие» – ме-
Для меня, правда, большим разоча- сяцы перед запуском.
рованием стало отсутствие в  данных
и  российского, и  бельгийского спек- Не хочется спекулировать на тему,
трометров следов метана, который мог что было бы, если… К сожалению, в ус-
бы свидетельствовать о  таинственной ловиях пандемии запуск международ-
биологической активности во влажных ной экспедиции «ЭкзоМарс‑2020» в за-
подповерхностных слоях. Впрочем, планированный срок стал невозможен.
«еще не вечер» – по моему мнению, ка-
кие-то мощные кратковременные выб­ Что же теперь? Запуск миссии
росы нам еще предстоит увидеть. «­ЭкзоМарс‑2022» планируется сей-
час на сентябрь 2022 г., а  посадка на
Параллельно с работой над TGO шла Марс – в июне 2023 г. Сегодня задача
подготовка второй экспедиции с  по- наших и европейских специалистов –
садкой и  доставкой ровера. Довольно поддерживать в  рабочем состоянии
скоро стало ясно, что первоначальные все системы аппарата, проводить ре-
планы запуска в  2018 г. нереалистич- гламентные работы со служебными
ны и запуск был запланирован на июль сис­темами и  приборами научного
2020 г. комплекса – проще говоря, сохранить
полную работоспособность аппарата
Работа над приборным комплек- и научного комплекса вплоть до запу-
сом для посадочной платформы велась ска в 2022 г.
в основном в ИКИ и шла очень напря-
женно. Тем не менее в  запланирован- Конечно, очень жаль, что во флоти-
ный срок в  январе 2020 г. все летные лии, мчащейся сейчас к Марсу, нет на-
научные приборы были установлены шего «корабля». Аппарат TGO, который
на космический аппарат. Сам аппа- должен будет передавать данные с по-
рат испытывался во Франции (Канны) садочной платформы на Землю, уже
и в Италии (Турин) в компании Thales пятый год ждет своего коллегу на ор-
Alenia Space. Несмотря на некоторые бите. Придется и  нам еще несколько
нерешенные вопросы, запуск в  запла- лет подождать новых российских ре-
нированные даты был несомненно зультатов о Красной планете и верить,
возможен, но 12 марта ГК «Роскосмос» что полоса марсианских неудач оста-
и ЕКА объявили о переносе миссии на лась позади.
2022 г.
Главный редактор журнала
Что же случилось? Часть россий- «Земля и Вселенная»
ской прессы не упустила возможности
академик Лев Матвеевич Зелёный
4
Земля и Вселенная, 5/2020

Астрофизика

ПОИСК И ОТКРЫТИЕ ЧЕРНЫХ ДЫР
ПРОМЕЖУТОЧНЫХ МАСС ПРИ
ПОМОЩИ КРУПНЫХ НАЗЕМНЫХ
И КОСМИЧЕСКИХ ОБСЕРВАТОРИЙ
И ДАННЫХ ВИРТУАЛЬНОЙ
ОБСЕРВАТОРИИ

ГОРАДЖАНОВ Владимир Сергеевич1,
ТОПТУН Виктория Алексеевна1,
ЗОЛОТУХИН Иван Юрьевич,

доктор физико‑математических наук

КАТКОВ Иван Юрьевич2,

кандидат физико‑математических наук

ЧИЛИНГАРЯН Игорь Владимирович3,

доктор физико‑математических наук
Государственный астрономический институт
им. П. К. Штернберга МГУ им. М.В. Ломоносова

DOI: 10.7868/S0044394820050011

Ч то такое черные дыры промежу- фицировать по их массе на три типа.
точных масс? Наблюдаемые се- Первый тип – это черные дыры звезд-
годня черные дыры принято класси- ных масс. Массы таких черных дыр ле-

1 Также физический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова.
2 Также Нью-Йоркский университет в Абу-Даби, ОАЭ.
3 Также Астрофизическая обсерватория Смитсоновского института, США.

Земля и Вселенная, 5/2020 5

Сверхмассивная черная дыра в центре ных газовых облаков на заре формиро-
молодой галактики в представлении вания Вселенной. Еще один вероятный
художника. Рисунок NASA сценарий  – формирование сверхмас-
сивных черных дыр непосредственно
жат в пределах около 3–100 солнечных в  результате слияния менее массив-
масс, и  сценарий их образования хо- ных черных дыр, которые тяжелее ти-
рошо изучен. Второй тип – сверхмас- пичных черных дыр звездных масс, но
сивные черные дыры, имеющие мас- существенно более легкие, чем сверх-
су, в миллионы и миллиарды раз пре- массивные черные дыры, вместе с  ак-
вышающую солнечную. Третьим типом крецией вещества на них. Иными сло-
являются черные дыры промежуточ- вами, одновременная аккреция мате-
ных масс. Именно они будут рассмат­ рии на черные дыры и их слияние так-
риваться в этой статье. же могли бы объяснить существование
сверхмассивных черных дыр на боль-
Вопрос о  том, как формируются ших красных смещениях. В результате
сверхмассивные черные дыры, наблю- этого выдвинуто предположение о  су-
дающиеся в центрах многих галактик, ществовании еще одного типа черных
в том числе и Млечного Пути, остается дыр – черных дыр промежуточных масс.
открытым до сих пор. Из моделирова- Эти черные дыры имеют массу порядка
ния: черной дыре с начальной массой 100–100 000 масс Солнца. Они слишком
в 50 масс Солнца не хватит и миллиар­ массивны, чтобы образоваться в резуль-
да лет, чтобы набрать массу вплоть до тате гравитационного коллапса одиноч-
миллиарда солнечных масс, т. к. суще- ной звезды, но при этом слишком лег-
ствует предельная скорость падения кие, чтобы считаться сверхмассивными.
массы на черную дыру, определяемая Раньше такие объекты считались гипо-
эддингтоновской светимостью аккре- тетическими, но сейчас открыты уже
ционного диска. Это говорит о том, что сотни кандидатов в черные дыры про-
существование черных дыр массой бо- межуточных масс, что подтверждает по-
лее миллиарда масс Солнца в  ранней добный сценарий формирования сверх-
Вселенной в случае их образования по- массивных черных дыр.
средством простой аккреции вещества
возможно только в случае очень боль- К  настоящему моменту существу-
шой, сверхэддингтоновской скорости ют три основных гипотезы формиро-
аккреции. Данную проблему могут ре- вания черных дыр промежуточных
шить другие гипотезы. Одна из гипо- масс. Первая предполагает образова-
тез гласит, что сверхмассивные черные ние черных дыр промежуточных масс
дыры могут образовываться из огром- в результате слияния нескольких чер-
ных дыр звездных масс. Важное сви-
6 детельство в пользу этой гипотезы по-
ступило от гравитационно-волновой
обсерватории LIGO. В  2016 г. эта об-
серватория объявила о первом обнару-
жении гравитационных волн4. Детек-
торы уловили сигнал от слияния двух

4 С м. ст. B.P. Abbott (LIGO Scientific Col-
laboration and Virgo Collaboration) et al.
Observation of Gravitational Waves from
a Binary Black Hole Merger // Physical Re-
view Letters: Journal. 2016. Vol. 116. No. 6.

Земля и Вселенная, 5/2020

черных дыр, массы кото- Один из детекторов LIGO. Фото LIGO
рых  – 29 и  36 солнечных
масс. Хотя масса возник- явление называется активностью ядра
шей черной дыры недо- галактики.
статочна, чтобы отнести
ее к  черной дыре проме- Первые свидетельства существова-
жуточных масс – всего 62 ния черных дыр промежуточных масс
массы Солнца, – это мно- были получены в  двух независимых
гообещающий результат. исследованиях Д. Кунта5 и  А. Филли-
Помимо этого, есть все ос- пенко в конце 1980-х гг6. В исследова-
нования полагать, что чер- нии были измерены звездные массы
ные дыры промежуточных двух карликовых галактик с активны-
масс формируются в плот- ми ядрами: Pox 52  – карликовой эл-
ных ядрах шаровых ско- липтической галактики и  NGC4395  –
плений посредством слия- спиральной галактики низкой свети-
ния звезд и последующего мости. Звездные массы этих галактик
коллапса. На основе этого предположе- приблизительно в  миллиард раз пре-
ния долгое время проводились наблю- вышают солнечную, а  значения масс
дательные кампании, нацеленные на ­центральных черных дыр в  них оце-
поиск признаков черных дыр в центрах ниваются в  300 000 масс Солнца. Од-
звездных скоплений, однако они не да- нако сейчас эти черные дыры класси-
вали положительных результатов. Тре- фицируются как сверхмассивные из-за
тья гипотеза гласит, что черные дыры слишком большой массы.
промежуточных масс могут являться
результатом слияний первичных чер- 5 K unth, D. et al. A spectroscopic survey of
ных дыр или непосредственно самими emission-line objects in two fields // As-
первичными черными дырами, образо- tronomy and Astrophysics Supplement
ванными в момент начала расширения Series. Vol. 44. May 1981. P. 229–239.
Вселенной.
6 F illipenko, Alexei V., Ho, Luis C. A Low-
НАБЛЮДАЕМЫЕ Mass Central Black Hole in the Bulge-
СВИДЕТЕЛЬСТВА less Seyfert 1 Galaxy NGC4395  // The
Astrophysical Journal. Vol. 588. Iss. 1.
Поиск кандидатов в черные дыры про- P. L13–L16.
межуточных масс  – непростая зада-
ча. Сверхмассивные черные дыры мо- 7
гут иметь вокруг себя аккреционные
диски – плотные газовые диски, кото-
рые в результате трения и непрерывно-
го падения на черную дыру выделяют
колоссальное количество энергии. Эта
энергия высвечивается в  виде тепло-
вого излучения крайне высокой темпе-
ратуры, поэтому регистрация рентге-
новского излучения является весомым
аргументом в  пользу наличия аккре-
цирующего диска черной дыры. Такое

Земля и Вселенная, 5/2020

Галактика ESO 243–49. Кругом отмечен Подобные вариации потока проще за-
объект HLX‑1 – первая подтвержденная регистрировать от черных дыр ма-
черная дыра промежуточных масс. лой массы. Переменность блеска свой-
Фото Hubble ственна самому яркому рентгеновско-
му источнику галактики M82 – M82 X‑1.
Один из первых кандидатов в  чер- Изменение яркости согласуется с пред-
ные дыры промежуточных масс  – сказанием модели переменности бле-
HLX‑1 (Hyper-Luminous X-ray source 1). ска черной дыры промежуточных масс.
Австралийский астроном Шон Фар- Эти изменения яркости зависят от мас-
релл в 2009 г. с помощью обсерватории сы черной дыры и вызваны движени-
XMM-Newton Европейского космиче- ем материи аккреционного диска. В ре-
ского агентства обнаружил этот объект зультате исследования, проведенного
на окраинах галактики ESO 243-497. в  2014 г. по архивным данным спут-
В результате проведенных исследова- ника НАСА Rossi X-Ray Timing Explorer
ний в 2012 г., использующих космиче- (RXTE), в  котором были рассмотрены
ский телескоп имени Хаббла и  обсер- конкретные вариации яркости рентге-
ваторию Swift, также было обнаружено новского излучения, было установле-
свидетельство наличия скопления мо- но, что масса M82 X‑1 составляет око-
лодых голубых звезд вокруг этого объ- ло 400 масс Солнца. Однако проведен-
екта. Это скопление напоминает око- ные в 2020 г. исследования с помощью
лоядерное скопление, которое обычно одновременных наблюдений на обсер-
существует вокруг центральных чер- ваториях Chandra и NuSTAR, описанные
ных дыр в ядрах галактик. Возможно, в работе Брайтмана и коллег8, показы-
когда-то HLX‑1 был центром галакти- вают, что M82 X‑1 не является черной
ки-карлика, которую поглотила боль- дырой промежуточных масс.
шая галактика ESO 243-49.
В 2018 г. в результате долгих иссле-
В связи с тем, что аккреционный по- дований нашей научной группой была
ток не является постоянным, парци- опубликована статья “A Population of
альность падающей на черную дыру Bona Fide Intermediate-mass Black Holes
материи вызывает некоторые вариа- Identified as Low-luminosity Active Galactic
ции в световом потоке от черной дыры. Nuclei”9, в которой представлена обра-
ботка данных обзора SDSS (Sloan Digital
7 F arrell, Sean A. et al. An intermediate- Sky Survey). Два наблюдаемых феноме-
mass black hole of over 500 solar mass- на позволяют находить центральные
es in the galaxy ESO243-49  // Nature. черные дыры в большом числе галак-
Vol. 460. Iss. 7251. Р. 73–75 (2009). тик и оценивать их массы: (1) высокие
скорости вращения или дисперсии ско-
8 ростей звезд и газа в околоядерных об-
ластях галактик; (2) активность ядер га-
лактик и явление квазаров, причиной
появления которых является падение
вещества из аккреционного диска на
черную дыру. В результате обработки,

8 B rightman, Murray et al. Spectral Evolu-
tion of the Ultraluminous X-Ray Sour­
ces M82 X‑1 and X‑2 // The Astrophysical
Journal. Vol. 889. Iss.1. Id. 71.

9 T he Astrophysical Journal. 863 (1): 799–808.

Земля и Вселенная, 5/2020

J1107 + 1347

20

10 Спектр SDSS
4000 Аппроксимация

4500 5000 5500 6000 ×10–3 6500
6560 [OIII]
Fλ, 10–17 эрг см–2 с–1 Å–1 Hα + [NII] 6580 30 Hβ 50 15 [SII] Нормированная
SDSS 40 χ2 = 3.2 (18.9) 20 10 4 LOSVDs
20 122 ± 18 kMʘ 10 0 5
0 0
0 –10 2

–20 6560 4860 5000 –5 6720 6740 0–500 0 500
6540 5020

0.6 ×10–2
0.4
2.0 χ2 = 1.4 (7.0) [SII] Нормированная
1.0 71 ± 10 kMʘ 1.0 LOSVDs
0.0
MagE–1.0 0.2
0.5

0.0

–0.2 6720 67400.0 –500

6540 6560 6600 6620 6640 6660 0 500

Длина волны, Å Скорость, км/с

Пример обработки методом NBursts спектра галактики J1107+1347 из каталога SDSS, а также
декомпозиции эмиссионных линий

принципиальные элементы которой пользуются. В связи с этим данные на-
будут изложены ниже, нами было вы- блюдений необходимо делать публич-
явлено 305 кандидатов в черные дыры но открытыми для ученых и организо-
промежуточных масс в ядрах галактик, вать удобную инфраструктуру доступа
что является на сегодняшний день са- к ним. Для хранения, систематизации
мой большой подобной выборкой. По и  последующей обработки наблюда-
новым данным обзора SDSS, вышед- тельных данных используются катало-
шим в конце 2018 г., нами были найде- ги и архивы. Потенциал существующих
ны еще несколько десятков кандидатов астрономических архивов и баз данных
в черные дыры промежуточных масс. для совершения открытий реализован
не полностью. В современной астроно-
АНАЛИЗ ДАННЫХ мии существует международная ини-
циатива Виртуальной Обсерватории,
В XXI веке технологическое и инстру- заключающаяся в  наиболее удобной
ментальное развитие приводит к  вы- систематизации уже имеющихся астро-
сокому росту объемов получаемых номических данных.
астрономических данных. В результа-
те лишь малая часть получаемой ин- Благодаря наблюдениям, получен-
формации детально анализируется ным из обзора SDSS, а  именно спек-
и в дальнейшем используется в иссле- трам галактик, и проводя ­последующую
дованиях. ­Например, при наблюдении обработку этих спектров, нашей на-
конкретного, интересующего объек- учной группой был создан спектро-
та, в поле зрения телескопа может по- фотометрический каталог галактик
пасть еще некоторое число объектов, RCSED (http://rcsed.sai.msu.ru/), вклю-
которые в данном исследовании не ис- чающий в  себя около 800 тысяч спек-
тров галактик. Первая версия ­каталога
Земля и Вселенная, 5/2020
9

SDSS J0914+11 в  эмиссионных линиях

Сигма Фотоны с–1 см–2 кэВ–1 в  оптическом диапазоне.

Таким образом, в  спектре

галактики появляются яр-

кие эмиссионные линии.

10–5 Близкие к  центру облака
вирилизованы и  облада-

ют большими скоростями:

χ2 : 0.7 сотни-тысячи км/с. Они
2.5 по эффекту Д­ оплера обра-

0.0 зуют в  оптических эмис-
сионных линиях водорода

0.5 1 2 5 широкие компоненты. По-
Энергия, кэВ этому эта область называ-
ется областью формирова-

Пример спектра рентгеновского излучения. ния широких линий. Характерный раз-
Красная линия – его аппроксимация мер этой облас­ти – 0.01 парсек, т. е. око-

ло 2000 а.е. По ширине и потоку таких

широких разрешенных рекомбинаци-

RCSED была опубликована в  2017 г. онных линий можно оценить вириаль-

и сейчас ведется активная разработка ную массу черной дыры. Более далекие

второй. Используя специальный раз- от источника ионизирующего излуче-

работанный нами метод NBursts для ния облака, вращающиеся с существен-

определения параметров галактик по но меньшими скоростями, образуют

их спектрам, у  сотен тысяч галактик эмиссионные линии, которые благода-

были определены такие параметры, ря эффекту Доплера уширены незначи-

как: красное смещение, дисперсия ско- тельно. Регионы, в которых находятся

ростей, средний возраст звезд, содер- такие облака, называются областями

жание тяжелых элементов, энергети- узких линий. Размеры этих областей –

ческие потоки в эмиссионных линиях порядка 100 парсек. Мы поставили

и многое другое. важную задачу – отделить узкий ком-

После определения параметров хо- понент эмиссионной линии от широко-

зяйской галактики косвенно измеря- го компонента.

ется масса центральной черной дыры. Помимо наблюдаемых рекомбина-

С помощью нашего метода анализа оп- ционных эмиссионных линий водорода

тических спектральных линий мы мо- обнаруживаются также и запрещенные

жем оценить массу черной дыры, ак- линии, такие как: дважды ионизован-

креция на которую и порождает фено- ного кислорода (яркий дуплет 495.9 нм

мен активности ядра. и  500.7 нм), единожды ионизирован-

Рентгеновское излучение, порожда- ного азота (дуплет 654.8 нм и 658.3 нм)

емое активным ядром галактики, ио- и единожды ионизированной серы (ду-

низирует газ в  радиусе нескольких плет 671.6 нм и 673.1 нм). Несмотря на

­килопарсеков от источника этого из- то что облака газа являются плотными,

лучения. Вокруг черной дыры с аккре- запрещенные линии в  них все равно

цирующим горячим диском, испуска- наблюдаются, так как плотности обла-

ющим рентгеновское излучение, об- ков недостаточно, для того чтобы про-

ращаются плотные облака газа, пере- исходило ударное снятие возбуждения

излучающие рентгеновское излучение ионов.

10 Земля и Вселенная, 5/2020

Предполагается, что аккреционный дообразование. Отобрав только галакти-
диск вокруг центральной черной дыры ки, у которых ионизация происходит от
окружен пылевым тором, из-за ори- активного ядра, мы оценили их массы.
ентации которого можно наблюдать После применения фильтра, отсеиваю-
либо только области узких линий, либо щего галактики с  центральными чер-
­одновременно области узких и широ- ными дырами, имеющими массу более
ких линий. Согласно исследованиям чем 200 тысяч масс Солнца, галактики,
Тристрама и Шартмана, этот тор име- имеющие спектры с  низким отноше-
ет радиус вплоть до 20 парсек10. В слу- нием сигнал/шум, и  галактики со ста-
чае одновременного наблюдения этих тистически незначимыми измерения-
областей активные ядра галактик при- ми в целом, а затем отфильтровав вы-
нято классифицировать как тип I. Если борку по относительной силе и ширине
же из-за ориентации пылевого тора узких и широких компонентных линий,
наблюдаются только области узкой ли- мы получили 305 кандидатов в черные
нии, такие активные ядра галактик дыры промежуточных масс. В отличие
классифицируют как тип II. Для опре- от других подобных работ по поиску
деления массы центральной дыры, как черных дыр промежуточных масс, мы
писалось выше, необходимым услови- искали кандидаты в черные дыры про-
ем является наличие в спектре широ- межуточных масс сразу в большом мас-
кой компоненты эмиссионной линии. сиве из 800 тысяч галактик, а затем вы-
Таким образом, интересующий нас тип деляли наиболее успешные кандидаты
активных ядер галактик – это тип I. согласно описанному выше фильтру.

Для разделения узкого и  широкого Используя спектральные данные, по-
компонента эмиссионных линий ис- лученные в 2018 г. из каталога SDSS про-
пользуется разработанный нами ме- екта eBOSS (Extended Baryon Oscillation
тод непараметрического анализа узко- Spectroscopic Survey), мы обработали
го компонента. В результате такого мо- выборку из 154 тысяч галактик и по из-
дельного описания узкой компоненты ложенному выше принципу нашли еще
эмиссионной линии разность между ре- 18 кандидатов в черные дыры промежу-
альным спектром и его аппроксимаци- точных масс.
ей оказывается минимальной в линиях
серии Бальмера. Также этот метод по- После того как кандидаты в черные
зволяет выделить более слабые широ- дыры промежуточных масс найдены,
кие компоненты эмиссионной линии. необходимо проверить, действительно
После выделения широкой и узкой ком- ли они являются черными дырами про-
понент мы вычисляем отношение по- межуточных масс. Подтверждение таких
токов узких компонент эмиссионных кандидатов – следующая важная задача
линий: [OIII]/Hβ и  [NII]/Hα. Используя в изучении этих крайне редких объек-
BPT-анализ (Baldwin-Phillips-Terlevich), тов. Так как черные дыры промежуточ-
мы определяем в  каких галактиках из ных масс являются активными ядрами
нашего набора причиной ионизации яв- галактик, испускающими мощное рент-
ляется активное ядро, а в каких – звез- геновское излучение, наличие этого из-
лучения является критерием достовер-
10 T ristram, K. R. W.; Schartmann, M. On ности кандидата. По­этому нам необхо-
the size-luminosity relation of AGN dust димо измерить рентгеновскую свети-
tori in the mid-infrare  // Astronomy & мость, регистрируемую рентгеновскими
Astrophysics. Vol. 531. Id. A99. P. 9. орбитальными обсерваториями. В  на-
чале проводится проверка на наличие
Земля и Вселенная, 5/2020
11

5 kpc

J0055 – 0020 J0319 + 4138 J0803 + 0958 J0901 + 5238 J0902 + 3116

J0914 + 1156 J1046 + 5751 J1048 + 5002 J1106 + 2003 J1159 – 0106

J1342 + 0503 J1448 + 1608 J1515 + 5529 J1558 + 2728 J1625 + 4048

Новые галактики, центральные черные дыры которых являются подтвержденными
кандидатами в черные дыры промежуточных масс

найденных кандидатов в  рентгенов- в  рентгене излучают маломассивные
ских обзорах неба. Основная проблема рентгеновские двойные. Время жизни
состоит в  том, что на данный момент этих объектов очень велико, поэ­ тому
рентгеновскими наблюдениями покры- их количество, а значит, и общий вклад
та малая часть неба  – всего несколь- в светимость галактики – пропорцио-
ко процентов, так как существующие нально количеству старых звезд. Дру-
рентгеновские обсерватории ориенти- гой источник рентгеновского излуче-
рованы на детальные наблюдения за ния в галактиках относится к молодо-
конкретными источниками, а не на ши- му звездному населению – это массив-
рокомасштабные обзоры. Для получе- ные рентгеновские двойные. Из-за их
ния данных мы использовали каталоги малого времени жизни количество та-
и архивные наблюдения обсерваторий ких двойных связано с  темпом звез-
XMM-Newton, Chandra, Swift и  ROSAT, дообразования. Таким образом, зная
а также наши собственные наблюдения суммарную массу звездного населения
на Chandra и XMM-Newton. и темп звездообразования из катало-
га GSWLC, можно рассчитать рентге-
Основной задачей является опре- новскую светимость звездного населе-
деление светимости интересующих ния галактики. Если полученная рент-
объектов. Однако стоит помнить, что геновская светимость из наблюдений
в  рентгеновском диапазоне свети- превышает рассчитанную светимость
мость галактики складывается не толь- от з­вездообразования, то еще одним
ко из излучения аккреционного дис- источником рентгеновского излуче-
ка центральной черной дыры, но и из ния является аккреционный диск цен-
излучения звездного населения галак- тральной черной дыры галактики.
тики. Из старого звездного населения
Земля и Вселенная, 5/2020
12

Как показал Питер Фри- 1011 New IMBH from XMM observations NGC4480B
ман11, помимо светимо- 1010 Proposed targets for XMM
сти, если источник до- MBH, Mʘ 109 IMBH (FourStar + HST)
статочно яркий в  рентге- 108 IMBH (literature)
новском диапазоне, мож- Graham et al. 2015
но также получить и  его Graham & Scott 2015
рентгеновский спектр. UCD (literature)
cE (literature)
Other galaxies (literature)

Форма спектра указыва- 107
ет на природу источника

и  подтверждает, что это 106 M32 NGC5102
ни что иное, как излуче- 105 NGC5206
ние аккреционного диска 104106 NGC4395
черной дыры. NGC404

В  результате описан- NGC205
ной выше работы в  ста-
тье 2018 г. наблюдениями 107 108 109 1010 1011 1012 1013
Mbulge, Mʘ

в  рентгеновском диапа-

зоне были подтверждены, как досто- График зависимости массы центральной

верные, 5 новых черных дыр промежу- черной дыры галактики от массы балджа
точных масс. Для них были выполне- галактики. Нанесены как сверхмассивные
ны наблюдения второй эпохи спектро- черные дыры, так и описанные в работе
скопических оптических наблюдений черные дыры промежуточных масс.
на 6.5-метровом телескопе «Магеллан» Синими звездами отмечены IMBH
в  Чили в  целях получения информа- (Intermediate Mass Black Hole) – черные
ции с  большим спектральным разре- дыры промежуточных масс из каталога
шением. После редукции данных, по- наблюдений XMM-Newton. Крупными
лученных на спектрографе телескопа зелеными звездами отмечены те черные
«Магеллан», мы извлекаем более под- дыры промежуточных масс, которые
наблюдались нами на обсерватории

робную информацию об эмиссионных XMM-Newton. Зелеными звездами меньше
линиях спектров галактик с централь- показаны кандидаты в черные дыры
ными черными дырами – кандидатами промежуточных масс, которые наблюдались
в  черные дыры промежуточных масс. нами на FourStar – одном из спектрографов
В связи с нашими новыми наблюдени- телескопа Магеллан и HST (Hubble Space
ями и публикацией новых рентгенов- Telescope) – космическом телескопе имени
ских каталогов, число подтвержденных Хаббла. Красными звездами отмечены уже
кандидатов увеличилось на 15 объек- известные черные дыры промежуточных
тов, что значительно увеличило вы- масс, полученные другими исследованиями.
борку известных на данный момент Кружками помечены другие галактики

достоверных черных дыр промежуточ-

ных масс. способах формирования сверхмассив-

На основе полученных результатов ных черных дыр. При помощи фото-

можно сделать выводы о  возможных метрического моделирования сним-

ков галактик и соотношения между их

11 F reeman, Peter et al. Sherpa: a mission- звездной массой и  светимостью были
independent data analysis application // получены массы балджей галактик. Это
Astronomical Data Analysis, Jean-Luc позволило построить зависимость мас-
Starck; Fionn D. Murtagh; Eds. Proc. SPIE. сы центральной черной дыры от мас-
Vol. 4477. P. 76–87. сы балджа галактики – и как видно на

Земля и Вселенная, 5/2020 13

графике, черные дыры промежуточных содержание альфа-элементов в галакти-
масс хорошо ложатся на зависимость, ках. В результате RCSED2 будет представ-
полученную для сверхмассивных чер- лять собой однородный каталог спек-
ных дыр. То, что вместе с ростом цен- тров галактик из множества каталогов,
тральных черных дыр наблюдается рост количество галактик увеличится в 6 раз
балджа, говорит о  том, что наиболее и будет найдено куда больше кандида-
вероятным механизмом образования тов в черные дыры промежуточных масс.
сверхмассивных черных дыр являются
слияния менее массивных черных дыр. В  целях получения информации
с большим спектральным разрешени-
Помимо этого, нами было обнару- ем для кандидатов в черные дыры про-
жено, что у некоторых объектов из вы- межуточных масс и проведения второй
борки черных дыр светимость в рент- эпохи спектроскопических оптических
геновском диапазоне очень велика – наблюдений также планируется ис-
7–10 % от предельной, эддингтоновской пользовать двухлучевой спектрограф
светимости. Если переводить это зна- TDS Кавказской горной обсерватории
чение в  болометрическую светимость, ГАИШ МГУ.
получится, что черная дыра излучает
с максимально возможной мощностью, Кроме того, большой проблемой
что говорит о невероятно сильном тем- для подтверждения кандидатов в  чер-
пе аккреции, а значит, и о высокой ско- ные дыры является недостаток данных
рости роста. Причины подобного эф- в рентгеновском диапазоне. Будет про-
фекта все еще требуют размышлений. должена наша наблюдательная про-
грамма на рентгеновских орбитальных
ПЕРСПЕКТИВЫ обсерваториях XMM-Newton и Chandra.
Мы рассчитываем на получение данных
Для того чтобы узнать больше о таких еще как минимум для десяти объектов
загадочных и при этом важных объек- при помощи XMM-Newton. Мы регуляр-
тах, как черные дыры промежуточной но подаем заявки на наблюдательное
массы, и их роли в формировании Все- время на обсерватории Chandra, а пол-
ленной (такой, какая она есть сейчас), ная выборка из 305 кандидатов в черные
необходимо расширять выборки кан- дыры промежуточных масс была приня-
дидатов в черные дыры и выборки под- та Chandra для наблюдения нескольких
твержденных объектов. объектов в  год. Помимо этого, с  недо-
статком данных в  рентгеновском диа-
В дальнейшем нами планируется гло- пазоне в  ближайшем будущем должна
бальное расширение каталога RCSED, справиться российская орбитальная об-
в  который будут включены после об- серватория «Спектр-РГ», запущенная ле-
работки все спектры из обзора SDSS, том 2019 г. и оснащенная двумя рентге-
а также спектры других массовых обзо- новскими телескопами: ART-XC (Россия)
ров, таких как 2dFGRS, 6dFGS, ZTF, CFA, и eROSITA (Германия). В планы миссии
HECTOSPEC, LAMOST, LEGA-C, DEEP2, входит обзор всей небесной сферы с вы-
DEEP3, WIGGLEZ, GAMA DR3. Новая вер- сокой точностью – в мае 2020 г. обсер-
сия RCSED будет использовать улучшен- ватория исследовала уже три четверти
ный метод обработки спектров галактик всего неба, захватив множество ранее
NBursts, параметры будут определять- неизученных областей. Благодаря дан-
ся с  большей точностью, а  количество ным, которые будут получены в резуль-
определяемых параметров возрастет: тате работы этого проекта, количество
например, в результате обработки спек- подтвержденных кандидатов в черные
тров будет определяться относительное дыры промежуточных масс увеличится
в разы и даже в десятки раз.
14
Земля и Вселенная, 5/2020

Гелиофизика

ТЕРАГЕРЦЕВОЕ СОЛНЦЕ

СТЕПАНОВ АЛЕКСАНДР ВЛАДИМИРОВИЧ,

член‑корреспондент РАН
Главная (Пулковская) астрономическая обсерватория РАН, Санкт‑Петербург

DOI: 10.7868/S0044394820050023

Столетие назад астрономия основывалась исключительно на оптических наблюдениях.
С развитием рентгеновских исследований, радиофизики и появлением обсерваторий в Кос-
мосе астрономия стала многоволновая. Сегодня для исследования Вселенной привле-
каются, наряду с наблюдениями в оптике, данные о рентгеновском и гамма-излучении,
развиваются наблюдения в ультрафиолетовом, инфракрасном и радиодиапазонах, совер-
шенствуются способы обнаружения нейтрино и гравитационных волн. Особое место
в исследовании Вселенной принадлежит субтерагерцевому и терагерцевому диапазонам.

В самом деле, последние достиже- ALMA расположен в пустыне Атакама
ния в  области астрономии в  зна- на высоте 5 км (Чили). Состоит из
чительной мере связаны с  наблюде- 66 антенн, из которых 54 диаметром 12 м
ниями в  диапазоне миллиметровых и 12 антенн диаметром 7 м. Работает
и субмиллиметровых длин волн (дли- в 14 частотных полосах в диапазоне
на волны λ = 1 мм соответствует час- от 0.084 до 1.6 ТГц
тоте ν = 0.3 ТГц, а  1 ТГц соответству-
ет λ = 0.3 мм). Наиболее яркое дости-
жение субтерагерцевой астрономии –
наблюдения сверхмассивной черной
дыры в Галактике М-87 на длине волны
1.3 мм (частота 0.23 ТГц)1. Актуальные

1 The Event Horizon Telescope Collabo-
ration, 2019 https://doi.org/10.3847/2041-
8213/ab0ec7

Иллюстрация на заставке: NASA/SDO

Земля и Вселенная, 5/2020 15

Слева: телескоп SST (212 и 405 ГГц) диаметром 1.5 м, расположенный в Аргентинских Андах
на высоте 2100 м. Справа: проф. Пьер Кауфман (1938–2017) – один из основателей терагерцевой
астрономии, создатель SST

астрофизические задачи решаются на от протозвезд, звездных скоплений до
радиоинтерферометре ALMA (Atacama черных дыр, джетов и галактик.
Large Millimeter/submillimeter Array).
ALMA предназначен в  основном для Пространственное разрешение на-
изучения процессов, происходивших блюдаемого объекта определяется от-
на протяжении первых сотен миллио- ношением длины волны к  аперту-
нов лет после Большого Взрыва. С по- ре телескопа. Поэтому субмиллиме-
мощью ALMA планируется получить тровый и  миллиметровый диапазо-
новые данные, объясняющие механиз- ны длин волн более перспективны для
мы эволюции Вселенной. Тем не менее детального исследования Вселенной
часть наблюдательного времени ALMA по сравнению с метровым и сантиме-
посвящается исследованиям актив­ тровым диапазонами. Например, это
ности Солнца. было успешно реализовано в  проек-
те межконтинентального интерферо-
Создаваемая в  России космическая метра Horizon Telescope Collaboration.
обсерватория «Миллиметрон», с которой Солнечные телескопы суб-ТГц и  ТГц
можно ознакомиться в работе Н.С. Кар- частот позволяют исследовать нижние
дашёва и его коллег2, направлена на ис- слои солнечной атмосферы  – хромо­
следования широкого класса объектов – сферу и фотосферу, в которых происхо-
дят наиболее мощные процессы энер-
2 К ардашёв Н.С., Новиков И.Д., Лукаш В.Н. говыделения, например, вспышки в бе-
и  др. Обзор научных задач для обсер- лом свете. В этих областях атмосферы
ватории «Миллиметрон»  // УФН. 2014. возбуждаются магнитогидродинамиче-
Т. 184, № 12. С. 1319–1352. ские волны, которые являются одним

16 Земля и Вселенная, 5/2020

Телескоп KOSMA (210 и 345 ГГц),
расположенный в Швейцарских Альпах на
высоте 3150 м

Flux, s.f.u. 50 Радиотелескоп МГТУ им. Н.Э. Баумана
45 диаметром 7.5 м, расположенный
40 в г. Дмитров (Московская обл.).
35 Слева: кривые блеска на 93 ГГц
30 (красная) и 140 ГГц (синяя) вспышки
25 4 июля 2012 г., полученные на РТ‑7.5,
20 свидетельствующие о росте потока
15 излучения с частотой. Поток
10 радиоизлучения Солнца измеряется
в солнечных единицах потока (sfu).
5 1 sfu = 10–22 Вт/м2 Гц = 104 Янский
09.9 9.91 9.92 9.93 9.94 9.95 9.96 9.97

Time (hours), M5.3, 04.07.2012 09:54:30–09:57:36 UT

из источников нагрева короны Солнца ние солнечного субтерагерцевого из-
до миллиона градусов Кельвина. лучения внесли бразильские радио-
астрономы благодаря наблюдениям на
Обнаружение в 80-х годах интенсив- солнечном субмиллиметровом телеско-
ного излучения солнечных вспышек пе SST (Solar Sub-mm Telescope) на ча-
в субтерагерцевом диапазоне (описан- стотах 212 и  405 ГГц, а  также герман-
ных в  работе Кауфмана в  1986 г.) яви- ские и швейцарские ученые с помощью
лось одним из вызовов в физике Солн- телескопа KOSMA (Köln Observatory for
ца. Вместо ожидаемого падения пото- Submillimeter and Millimeter Astronomy)
ка излучения с ростом частоты, наблю- на частотах 210 и 345 ГГц. В России на-
даемого обычно в диапазоне 5–30 ГГц, блюдения солнечных вспышек на час-
уровень излучения на частотах вбли- тотах 90 и  140 ГГц проводятся на пока
зи 100 ГГц был повышенным. Наибо- единственном в стране субмиллиметро-
лее существенный вклад в  исследова-
17
Земля и Вселенная, 5/2020

Peax f lux density (f lux units)1000 s(vmax) B Схематическое
100 vmax α H┴ изображение спектра
радиоизлучения
A U- shape BW C солнечных вспышек.
signature α~y В области А (0.02–1.0 ГГц)
преобладает плазменный
α–11 . BW механизм радиоизлучения,
vmax область В (1–30 ГГц)
соответствует
vp α N гиросинхротронному
механизму. В загадочной
1000 3000 10 000 30 000 100 000 области С (> 30 ГГц)
Frequency - MHz механизмы излучения
разрабатываются

вом радиотелескопе МГТУ им. Н.Э. Бау- Эксперимент Solar‑T в Антарктиде на базе
мана диаметром 7.5 м в сотрудничестве МакМёрдо
с учеными Крымской и Пулковской об-
серваторий и  Санкт-Петербургского
университета.

РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕРАГЕРЦЕВЫХ
НАБЛЮДЕНИЙ СОЛНЦА

До появления наблюдений в  суб-ТГц Подвесная платформа с научной аппаратурой,
и ТГц диапазонах радиоспектр солнеч- на которой был установлен Solar‑T
ной вспышки характеризовался S-об-
разной формой. Нисходящая часть Начало подъема научной аппаратуры
(20–1000 МГц) объяснялась на основе в стратосферу
плазменного механизма радиоизлуче-
ния, предполагающего генерацию плаз- Земля и Вселенная, 5/2020
менных (ленгмюровских) волн уско-
ренными электронами в короне Солнца
с последующей трансформацией плаз-
менных волн в электромагнитные. Ко-
локолообразная часть спектра (1–30 ГГц)
связывалась с  гиросинхротронным
излучением электронов с  энергией
50–300 кэВ. При этом поток радиоизлу-
чения Fν после 5–6 ГГц падает с часто-
той ν, что описывается соотношением
Fν ∝ να, α < 0. Наблюдения в  суб-ТГц
диапазоне выявили W-образный частот-
ный спектр излучения солнечных вспы-
шек: поток излучения увеличивается на

18

Rough surface
spherical concave mirror

Golay cell detector TPX windows Convex spherical
mirror

Tydex Black membrane Resonant fork
Metal mesh resonant chopper
band pass filter (3 or 7 THz)

Эксперимент Solar‑T в Антарктиде на базе
МакМёрдо.
Вверху: оптическая схема телескопа
(Кассегрен).
Справа: радиометры на 3 и 7 ТГц с апертурой
7.6 см

частотах > 50–100 ГГц и  простирается герцевая астрономия развивает наблю-
далее в терагерцевую область. Недавнее дения в Антарктиде, в пустыне Атака-
исследование 17 суб-ТГц вспышечных ма с чрезвычайно сухим климатом, где
событий группой британских и россий- расположен ALMA, проводит наблюде-
ских ученых (Kontar et al., 2018) показа- ния на баллонах. В 2016 году П. Кауф-
ло, что в 14 событиях показатель спек- ман с  коллегами на новом телескопе
тра α = (0.5 + 3.4), т. е. поток излучения Solar-T (3 и 7 ТГц) провел стратосфер-
в диапазоне 100–400 ГГц растет с  уве- ные баллонные наблюдения (высота
личением частоты, и лишь в трех собы- 30–40 км) солнечных вспышек на ан-
тиях характеризуется отрицательным тарктической базе США МакМёрдо.
показателем α = –(0.3 + 1.5). Причина
увеличения потока суб-ТГц излучения Антарктические наблюдения под-
с  частотой является одной из загадок твердили наличие растущего с частотой
солнечных вспышек. потока излучения, теперь уже в диапазо-
не 3–7 ТГц. Более того, тенденция роста
Развитие терагерцевой астрономии потока излучения сохраняется до 30 ТГц
ограничивается сильным поглощени- (10 µм), т. е. в  дальнем инфракрасном
ем миллиметрового и  субмиллимет-
рового излучения земной атмосфе- 19
рой, в  частности, молекулярным кис-
лородом и  парами воды. Поэтому на-
блюдения на телескопах SST и KOSMA
проводятся в горах. Современная тера-

Земля и Вселенная, 5/2020

100 000 October 27, 2014 14:22 UT 10 000 Burst spectral trend, 28 Jan 2016, 12:12:10 UT

10 000 30 THz α=2
1000 1000
RSTN
Flux, SFU
Flux, SFU
100 100 SST SOLAR-T
10 SST 10

10.1 1 10 100 1000 10 000 100 000
Frequency, GHz

Спектр излучения в максимуме солнечной 10.1 1.0 10.0 100.0
вспышки 27 октября 2014 г. с потоком Frequency, THz
излучения на 30 ТГц порядка 104 sfu.
Указаны также значения потоков на Спектр излучения солнечной вспышки
2–20 ГГц и на 212 и 405 ГГц (SST). 28 января 2016 г. с данными SST (0.2 и 0.4 ТГц)
Изображение из статьи Kaufmann et al. и Solar‑T (3 и 7 ТГц). Изображение из статьи
JGR. 2015, 120, 4155 Kaufmann et al. IEEE. 2016

диапазоне. Важно заметить, что источ- Еще одним загадочным явлением

ник излучения на частоте 30 ТГц совпа- суб-ТГц излучения Солнца является

дает с областью вспышки в белом свете. его тонкая структура в виде пульсаций

450 с характерным временным мас-
Hα WL 30 THz штабом секунды–доли секунды.
Весьма необычно выглядит по-

добие временных профилей по-

400 тока излучения и частоты пуль-

arcsec S4 саций.
Если на одиночных радио-
S1 WL2
350 S2 телескопах регистрируются, как
правило, кривые блеска вспы-
WL1 шек, то радиоинтерфероме-

тры позволяют построить изо-

300 бражение источников. Мощ-
ным инструментом для полу-

S3 чения детальных изображений
солнечного диска и  отдель-

250 750 800 850 900 ных активных областей явля-
700 arcsec ется ALMA. На рисунке пред-
ставлены карты солнечного
Изображение вспышки в белом свете 13 марта 2012 г. диска (угловой размер около
Красные линии уровня обозначают вспышку в Hα, 32′), полученные на частотах
желтые – источники вспышки в белом свете, зеленый 230 и  93 ГГц. Недавно из ана-
круг – источник 30 ТГц, совпадающий с источником лиза наблюдений Солнца на
«белой» вспышки. Изображение из статьи Trottet et al. ALMA (λ = 3 мм) в  хромосфе-
Solar Phys. 2015 ре обнаружены протяженные

20 Земля и Вселенная, 5/2020

Солнечная вспышка 4 ноября 50
2003 г. с пульсациями,
зарегистрированная SST. Flux Density, SFU × 1.000 40
Нижний график: кривые блеска
на частотах 15.6 ГГц 30 15.6 GHz
(радиометр), 212 и 405 ГГц
(SST). Средний график: 20 P1 405 GHz
10 с интервал кривых блеска P2 P3
с синхронными пульсациями
на двух частотах. 10 P0 212 GHz P4
Изображение из статьи 109:37
Kaufmann et al. ApJ. 2004, 19:40 19:43 19:46 19:49 19:52
603, L121. Вверху: необычное 2 UT
подобие временных профилей 1.5
всплесков на 212 и 405 ГГц 10 seconds
и временных профилей
частоты пульсаций. 405 GHz
Изображение из статьи
Kaufmann et al. ApJ. 2009, Flux Density, SFU × 1.000 1
697, 420
0.5
темные и холодные обла-
сти с  температурой, сос- 0
тавляющей 60% от темпе- 1.5 212 GHz
ратуры спокойного Солн-
ца. Эти области неразли- 1
чимы на изображениях,
полученных другими ин- 0.5
струментами, установ-
ленными, например, на 0
космической обсервато- 19:43:55 19:43:57 19:43:59 19:44:01 19:44:03 19:44:05
рии SDO (Solar Dynamic
Observatory). Такие тем- UT
ные области представля-
ют собой холодный хро- 20 000 212 GHz 405 GHz
мосферный газ.
Flux Density, s.f.u. 15 000
Возможности ALMA ил-
люстрирует также рису- 10 000
нок, на котором пред-
ставлено изображение 5000
солнечного пятна (длина
волны λ = 1.25 мм) и  вы- 0
брос плазмы c плотностью 8
3 ∙ 109 см–3 и  температу-
рой ~ 105 К из яркой рент- Repetition Rate, s–1 6
геновской точки на по-
верхности Солнца. 4

Земля и Вселенная, 5/2020 2

0 19:50 19:40 19:50
19:40 UT UT

21

–200 ALMA Band 3
–205
1000 230 GHz 93 GHz (a)

500

0

–500 Y, arcsecs

–1000 –210

1000 304 А HMI Blos

500 –215

0 –220 190
–200
–500 –205 195 200 205
AIA 1600A (c)
–1000

–500 0 500 1000 –500 0 500 1000
arcsec arcsec

Первые результаты наблюдений Солнца Y, arcsecs –210
на ALMA. Справа: карты солнечного диска
17 декабря 2015 г. на частотах 230 и 93 ГГц, –215
полученные на одиночной 12 м антенне
методом быстрого сканирования; –220 190 195 200 205
приведены также наблюдения SDO (Solar
Dynamic Observatory) в линии 304 Ȧ и карта пониженной температуры в хромосфере
магнитных полей (HMI/SDO). Изображение соответствуют яркостной температуре
из статьи White et al. Solar Phys. 2017, 292, 87. 5700, 5800, 6000 и 6500 K. Изображение
Справа вверху: изображение области из статьи Loukitcheva et al. ApJ. 2019, 877, L26
спокойного Солнца 17 апреля 2017 г. размером
20” × 20” на частоте 100 ГГц, полученное
в конфигурации, включающей 38 антенн
диаметром 12 м и 8 антенн диаметром 7 м.
Справа внизу: та же область, полученная
AIA/SDO в линии 1600Ȧ. Контуры области

Программы наблюдений Солнца на МЕХАНИЗМЫ ИЗЛУЧЕНИЯ
ALMA весьма разнообразны: от изуче-
ния спокойного Солнца, его хромосфе- Открытие субтерагерцевой компо-
ры и  переходной области, где преоб- ненты излучения солнечных вспышек
ладают тепловые механизмы излуче- стимулировало создание теоретиче-
ния, до изучения вспышек, в  которых ских моделей этого излучения. В  на-
реализуются нетепловые механизмы стоящее время обсуждаются около де-
излучения. Сформированы несколь- сяти м­ оделей миллиметрового и  суб-
ко международных исследовательских миллиметрового излучения Солнца,
групп для изучения с  помощью ALMA которые можно разделить на тепло-
структуры солнечной хромосферы, вые, когда источником излучения яв-
протуберанцев, временной и простран- ляется тепловая плазма, и  нетепло-
ственной эволюции вспышек и их пред- вые, когда за излучение ответственны
вестников.
Земля и Вселенная, 5/2020
22

Y, arcsecs ALMA 100GHz 19:44:13.15

Иллюстрация возможностей ALMA 230
в исследовании Солнца. Вверху: изображение 220
солнечного пятна. Справа: выброс плазмы 210
из яркой рентгеновской точки 17 декабря 200
2015 г. Внизу указана шкала температур.
Изображение из статьи Shimojo et al. –240 –230 –220 –210 –200
ApJ. 2017, 841, L5 X, arcsecs

7500 8023 8587 9131 9674 10 218

ускоренные заряженные частицы. Зна- хромосферные основания магнитных
чительное число наблюдавшихся суб- петель с температурой (2–4) ∙ 104 К. От-
терагерцевых вспышечных событий метим подобие временных профилей
объясняется на основе тепловой мо- мягкого рентгеновского и суб-ТГц из-
дели. В  этой связи отметим наблюде- лучения.
ния на SST (212 и 405 ГГц), KOSMA (230
и  345 ГГц) и  швейцарском радиотеле- Подобием кривых блеска мягкого
скопе BENRAC (210 ГГц) после импуль- рентгеновского излучения и излучения
сной фазы вспышки 27 октября 2003 г., с частотами 93 и 140 ГГц, наблюдавше-
сопровождавшиеся наблюдениями мяг- гося на РТ-7.5 м МГТУ, обосновывалась
кого рентгеновского излучения (GOES) также тепловая природа суб-ТГц излу-
и радиоизлучения в интервале частот чения вспышки 2 апреля 2017 г. Пулков-
1.4–19.6 ГГц (Trottet et al. 2011). Ос- скими и крымскими астрономами было
новной вывод наблюдений вспышки установлено, что источником излучения
27 октября 2003 г. следующий. За ис- вспышки 2 апреля 2017 г. является плаз-
ключением нетеплового импульсного ма переходной области с температурой
всплеска В2 на частоте 19.6 ГГц меха- 3 ∙ 105 K, заполнившая магнитные петли
низм радиоизлучения вспышки после вследствие испарения нагретой хромо-
импульсной фазы, т. е. после 12:32 UT, сферы (Morgachev et al., 2018). На основе
тепловой тормозной (free-free). При анализа 13 вспышечных событий груп-
этом излучение с  частотой ниже пой британских и  российских ученых
230 ГГц генерируют корональные маг- было показано, что источником тепло-
нитные петли, содержащие как «холод- вого тормозного излучения с  положи-
ную» (1–3 МК), так и горячую (7–16 МК) тельным наклоном спектра на частотах
плазму. В то же время источником из- от 93 до 405 ГГц являются хромосфер-
лучения с  частотой 345 ГГц являются ные вспышечные ленты с температурой
от 104 до 106 К (Kontar et al., 2018).
Земля и Вселенная, 5/2020
23

a б

[W m–2]10–4 12:35:30–12:36:30 UT (B1)

10–5 GOES 1–8 Å 100
10
10 1.415 GHz 1
5
0 100 12:42–12:43 UT (B2)
–5 10
–10 B2 1
1000 B1
800 100
600 50 sfu [sfu]
400 10
200 19.6 GHz 12:47–12:49 UT
0 1
[sfu] 50 100

30 210 GHz (red) 10 GOES 3T source
212 GHz (black) Radio source 3T model
10 230 GHz (blue) 11
345 GHz 12:49–12:52 UT
–10
100 GOES isothermal source 1000
80 Radio source model
60 12:40 12:50 13:00
40 10 100
20 Frequency, GHz

0 UT
12:30

Слева (a): кривые блеска мягкого рентгеновского и радиоизлучения на частотах
от 1.415 до 345 ГГц вспышки. Справа (б): радиоспектры вспышки 27 октября 2003 г. в различные
моменты времени; сверху вниз: спектры, соответствующие всплескам В1 и В2, на фазе плато
и фазе спада потока излучения. Штриховые линии означают расчетные спектры излучения
изотермической плазмы, сплошные линии – спектры, полученные из двухтемпературной
модели. Изображение из статьи Trottet et al. 2011

Важной характеристикой, опре- току необходимо знать площадь источ-
деляющей природу излучения, яв- ника излучения. На одиночных телеско-
ляется яркостная температура, свя- пах в  большинстве случаев не удается
занная с  потоком излучения соот- определить размеры и  конфигурацию
ношением Tb = Fν(c2d2 / 2ν2kA). Здесь источника излучения. Поэтому иногда
d  – расстояние от Солнца до Земли, используются изображения источника
т. е. одна астрономическая единица, в  ультрафиолетовом или в  рентгенов-
1 а.е. = 1,496 ∙ 1013 см, k  –постоянная ском излучении, что, вообще говоря, не-
Больцмана, A – площадь источника. Если корректно. Радиоинтерферометр ALMA
величина Tb > 109 К, то излучение нельзя позволит определять размеры источни-
считать тепловым. Для определения яр- ков мм и суб-мм вспышечного излуче-
костной температуры излучения по по- ния с достаточной точностью.

24 Земля и Вселенная, 5/2020

При объяснении излучения на им- Flute instability Chromosphere
пульсной фазе вспышек и в достаточ- Photosphere
но мощных событиях невозможно
ограничиться тепловыми моделями. Основание токонесущей магнитной
На примере вспышки 5 июля 2012 г. петли. Источник суб‑ТГц излучения
было показано, что положительный обозначен серым цветом. Расположенная
наклон спектра излучения в  диапа- выше источника область поглощения
зоне 93–140 ГГц не вызван излуче- заштрихована. Вторгающаяся в области
нием тепловой корональной плазмы. «плохой» кривизны внешняя плазма
Наблюдаемый вид спектра обязан ги- возмущает магнитное поле петли
росинхротронному излучению элект- и электрический ток, текущий в петле.
ронов с энергией > 300 кэВ (Tsap et al. Изображение из статьи Zaitsev et al. 2014
Solar Phys. 2018). При этом область ге-
нерации должна располагаться в хро- ность электронов в  источнике излуче-
мосфере или переходной области ния. Для частот 200 и 400 ГГц плотность
Солнца. электронов должна быть n = 5 ∙ 1014 см–3
и  2 ∙ 1015 см–3 соответственно. Такие
Возможность черенковского тера- значения трудно ожидать в  короне
герцевого излучения релятивистских Солнца. Им соответствуют более глубо-
электронов, ускоренных в хромосфере, кие слои солнечной атмосферы, а имен-
исследовалась Г. Флейшманом и Э. Кон- но, хромосфера, которую нужно нагреть
тарем (Fleishman & Kontar, 2010). В от- до температуры почти полной иони-
личие от полностью ионизованной зации плазмы (T ≥ 105 K), чтобы обе-
короны Солнца, в  частично ионизо- спечить «просветление» хромосферы
ванной хромосфере атомы и  молеку- и выход субтерагерцевого излучения из
лы дают положительный вклад в  ди- источника. Если за генерацию ленгмю-
электрическую проницаемость среды ровских волн ответственны пучки уско-
ε(ν) = 1 – νp2 / ν2 + δ εam , которая из-за ренных электронов с энергиями в сотни
добавки δεam может быть больше еди- кэВ, то порог неустойчивости по плот-
ницы. Здесь  νp2 = e2n / πme  – квадрат ности энергичных частиц, определяе-
плазменной частоты электронов. Тогда мый соударениями электронов с иона-
скорость высокоэнергичных электро- ми, довольно низкий n1/n > 10–5–10–6.
нов может превысить фазовую скорость При этом ускоритель электронов дол-
электромагнитных волн V > c / √ε(ν), жен располагаться в  хромосфере, где
и  черенковское излучение возможно. плотность плазмы достаточно высокая.
Заметим, что в  упомянутых нетепло-
вых моделях субтерагерцевого излуче- 25
ния наличие высокоэнергичных элек-
тронов в хромосфере постулировалось,
но механизмы их ускорения не иссле-
довались.

Возможность объяснения субтерагер-
цевого излучения на основе плазмен-
ного механизма обсуждалась японским
астрофизиком Дж. Сакаи с  коллега-
ми (Sakai et al., 2006). Из условия выхо-
да радиоизлучения из источника ν > νp
можно оценить необходимую плот-

Земля и Вселенная, 5/2020

В. Зайцев и  А. Степанов в  работе го рассеяния. В этом случае поток из-
2015 г. показали, что наиболее эффек- лучения с частотой 2νp преобладает по
тивное ускорение электронов проис- сравнению с потоком излучения с ча-
ходит в индукционных электрических стотой νp, т. е. плазменный механизм
полях, которые возникают при втор- объясняет положительный наклон
жении «желобка» частично ионизован- спектра суб-ТГц излучения солнечных
ной плазмы в основание токонесущей вспышек. «Просветление» вышеле-
вспышечной петли. Такое вторжение жащего над источником слоя хромо­
вызвано магнитной неустойчивостью сферы вызвано испарением прогре-
Рэлея–Тейлора. Неустойчивость дефор- той плазмы в  источнике излучения.
мирует магнитное поле в  основании В ней аккумулируется тепловая энер-
магнитной арки, в результате меняется гия, которая поддерживается в  тече-
текущий вдоль арки электрический ток ние времени развития неустойчивости
и  генерируется индукционное элек- Р­ элея–Тейлора (минуты). Нагретая
трическое поле, приводящее к ускоре- плазма из источника суб-ТГц излуче-
нию частиц. Ускоряющее электриче- ния испаряется в верхнюю хромосфе-
ское поле может достичь значения поля ру со скоростью звука cs ≈ 3 · 107 см/с
Драйсера, при котором все электроны и  нагревает ее за счет столкнове-
плазмы находятся в режиме убегания. ний за время ≤ 10 c, что значитель-
Поскольку плотность хромо­сферы до- но меньше длительности всплеска
статочно высока, ускоренные электро- суб-ТГц излучения, которое порядка
ны с  энергиями 200–500 кэВ тормо- 10 минут.
зятся из-за соударений на дистанции
~ 3 ∙ 107–108 см, обеспечивая нагрев ПУЛЬСАЦИИ
этой области хромосферы до темпера-
туры Т ≈ 106–107 K. Кривые блеска субтерагерцевого излу-
чения солнечных вспышек обнаружи-
Кроме нагрева плазмы хромосфе- вают пульсации с весьма интересными
ры, ускоренные электроны, как указы- свойствами (Kaufmann et al., 2009). Так,
валось ранее, возбуждают плазменные в событиях 2 и 4 ноября 2003 г. и 6 де-
волны. Рэлеевское и комбинационное кабря 2006 г. период пульсаций менял-
(рамановское) рассеяние плазменных ся от 0.2 до 3–4 с, причем изменение
волн проводит к  генерации электро- частоты пульсаций со временем по-
магнитного излучения с  частотами вторяло временной ход профиля по-
вблизи νp и 2νp. На пути излучения на- тока излучения. Типичная глубина мо-
ходится слой плазмы с  падающей на дуляции пульсаций суб-ТГц излучения
характерном масштабе 100–150 км 5–8%. Важной особенностью пульса-
плотностью, прогретый до температу- ций является их большая добротность
ры 106–107 K. Оценки показывают, что (Q > 103), а также синфазность на раз-
оптические толщины такого слоя от- ных частотах. Модель пульсаций, сле-
носительно free-free процесса погло- довательно, должна объяснять значе-
щения на частотах 200 и  400 ГГц не- ния периодов пульсаций, их доброт-
значительные. Это означает, что для ность и синфазность пульсаций на раз-
выхода суб-ТГц излучения из хромос- ных частотах.
феры достаточно, чтобы трансформа-
ция плазменных волн в  электромаг- Шведские астрофизики Альфвен
нитные происходила на спонтанном и Карлквист в 1967 г. предложили рас-
уровне, без эффектов индуцированно- сматривать вспышечную петлю в виде

26 Земля и Вселенная, 5/2020

эквивалентного электрического кон- б­ ольше величина тока. С  другой сто-
тура с индуктивностью L, емкостью С, роны, частота собственных колебаний
сопротивлением R. Основой для этой вспышечной петли  – эквивалентно-
модели явились наблюдения А.Б. Се- го электрического контура, пропорци-
верного в Крымской астрофизической ональна электрическому току νRLC ∝ I.
обсерватории, обнаружившего значи- Поэтому частота пульсаций возрас-
тельные электрические токи, ~ 1011A, тает с  ростом потока суб-ТГц излуче-
в  окрестности солнечных пятен. Мо- ния, а временной ход частоты пульса-
дель вспышки Альфвена–Карлквиста ций повторяет временной ход потока
впоследствии была развита в  работах излучения. Таким образом, на основа-
В.В. Зайцева и  А.В. Степанова. Элек- нии модели вспышечной петли – экви­
тродвижущая сила в  таком конту- валентного RLC-контура, можно по-
ре определяется параметрами фото­ нять и не­обычное подобие временных
сферной конвекции в  основании пет- профилей потоков суб-ТГц излучения
ли. В  модели магнитной вспышечной и част­ оты пульсаций.
петли как RLC-контура можно напи-
сать уравнение для отклонений вели- Синфазность пульсаций на различ-
чины тока |˜I| << I0, текущего в  петле, ных частотах предполагает синфаз-
от стационарного значения I0. ­Таким ность колебаний электрического тока
способом удалось объяснить малую во всех точках вспышечной петли как
амплитуду высокодобротных пуль- сосредоточенного RLC-контура. Вари-
саций субтерагерцевого излучения ации тока распространяются в  петле
вспышек и  их период, наблюдавший- с  альфвеновской скоростью. Поэтому
ся в  интервале от 0.2 до 8 с, который для синфазности пульсаций необхо-
определяется известной формулой димо, чтобы время распространения
νRLC = (2π)–1[LC(I)]–1/2 ∝ I. Здесь емкость возмущения вдоль петли со скоро-
C(I) = πc4ρS2 / lI2 обратно пропорцио­ стью Альфвена l/VA было меньше пе-
нальна квадрату тока и  зависит от риода колебаний ν–1RLC. Условие син-
плотности петли ρ, ее длины l и  пло- фазности выполняется для сравни-
щади поперечного сечения S. С помо- тельно компактных магнитных петель,
щью закона Био-Савара выражение для с l < 1010 см. Отсутствие заметно выра-
емкости преобразуется к привычному женной периодичности пульсаций свя-
виду: зано с тем, что источником суб-ТГц из-
лучения является, как правило, система
C = εS / l, ε = c2 / V2A, петель с различными L и С.

где VA – скорость Альфвена. Высокая ЗАКЛЮЧЕНИЕ
добротность пульсаций Q = R–1(LC)1/2 ≥ 
≥ 103 обусловлена малым сопротивле- Рассмотренные механизмы излуче-
нием и громадными размерами вспы- ния не объясняют всего многообра-
шечных петель, ~ 104–105 км. зия суб-ТГц и  ТГц излучение Солнца.
Тем не менее представленные модели
При развитии в основаниях магнит- источников суб-ТГц и терагерцевого
ной петли неустойчивости Рэлея–Тей- излучения на основе тепловых и нетеп­
лора индукционное электрическое ловых механизмов излучения в  зна-
поле, ускоряющее электроны, пропор- чительной мере соответствуют кон-
ционально величине электрического цепции хромосферной вспышки. Ее
тока (Zaitsev et al. Solar Phys. 2014). По- возрождению (déjà vu) способствуют
этому поток излучения тем выше, чем
27
Земля и Вселенная, 5/2020

не только наблюдения терагерцевого геновском диапазонах у  коричневых
излучения Солнца, но и  наблюдения карликов приблизительно на четыре
на современных оптических солнеч- порядка больше, чем у звезд спектраль-
ных телескопах (New Solar Telescope ных классов от F до M < 7. Например,
BBSO, DKIST с главным зеркалом диа- у  Солнца и  красных карликов в  сред-
метром 4.24 м). Наблюдения в оптике, нем Lx / LR ≈ 1015,5 Гц, а  у  коричневых
на космических обсерваториях и в но- карликов Lx / LR ≈ 1011 – 12 Гц. Исследо-
вом терагерцевом «окне» должны при- вание ТГц излучения ультрахолодных
близить нас к  разгадке активности звезд должно пролить свет на необыч-
Солнца. ную активность их магнитосфер.

Солнце – звезда класса G, является Сейчас астрофизики рассматрива-
одной из активных звезд на диаграм- ют радиозвезды как маяки для изуче-
ме Гершпрунга–Рассела. В  исследова- ния экзопланет. Наблюдения радио-
нии природы активности звезд раз- сигналов космических аппаратов по
личных спектральных классов широ- мере их прохождения вблизи тел сол-
ко привлекаются солнечно-звездные нечной системы используются для из-
аналогии, особенно в  случае солнце- учения атмосфер и  магнитосфер пла-
подобных звезд класса М < 7 (красных нет. Уизерс из Бостонского универси-
карликов), среди которых наиболее ак- тета (Withers & Vogt 2017, ApJ, 836, 114)
тивны вспыхивающие звезды AD Leo, предложил распространить эту т­ ехнику
UV Cet, YZ CMi, EV Lac. Поэтому изуче- на экзопланеты, т. е. радиоизлучение
ние ТГц-излучения вспышек на звез- звезды, проходящей через атмосферу
дах, энергия которых на 2–4 порядка экзопланеты, может быть использовано
(≥ 1034 эрг) превышает энергию солнеч- для диагностики параметров атмосфе-
ных вспышек, будет способствовать не ры экзопланеты – плотности плазмы,
только пониманию природы звездных магнитного поля. В этой связи наблю-
вспышек, но и оценке вероятности су- дения в терагерцевом диапазоне труд-
первспышек на Солнце. Интерес к су- но переоценить.
первспышкам на Солнце возрос в связи
с обнаружением космическим телеско- В заключение добавим, что терагер-
пом Kepler супервспышек на солнцепо- цевые наблюдения Солнца на страто­
добных звездах. Важно также выяснить сферных баллонах Пьер Кауфман ха-
спектр излучения в суб-ТГц и ТГц об- рактеризовал словом Space. Следующий
ластях при вспышках ультрахолодных шаг  – наблюдения Солнца в  диапазо-
звезд, радионаблюдения которых в на- не ТГц на космических аппаратах, ко-
стоящее время ограничены диапазо- торые открывают возможность полно-
ном 2–12 ГГц. Несмотря на малые раз- го избавления наблюдений от негатив-
меры ультрахолодных звезд (порядка ного влияния атмосферы Земли. В Фи-
Юпитера) и  холодные фотосферы, та- зическом институте им. П.Н. Лебедева
кие звезды генерируют неожиданно Российской академии наук разработан
интенсивное радиоизлучение, сравни- проект космического эксперимента
мое с  излучением активных красных на МКС «СОЛНЦЕ-ТЕРАГЕРЦ» для на-
карликов. Другим необычным свой- блюдений нашего светила в интервале
ством ультрахолодных звезд, среди ко- 0.4–10 ТГц, разделенном на восемь час­
торых наиболее активны коричневые тотных каналов. Это позволит получить
карлики, является их относительно детальные спектры излучения актив-
слабая рентгеновская светимость. От- ного Солнца в терагерцевом диапазоне.
ношение светимостей в радио- и рент- Эксперимент планируется реализовать
в ближайшие три года.
28
Земля и Вселенная, 5/2020

Космонавтика XXI века

ВЕЛИКИЙ МАРСИАНСКИЙ ДЕСАНТ
2020 ГОДА

ЛИСОВ Игорь Анатольевич

DOI: 10.7868/S0044394820050035
В июле 2020 года с Земли к Марсу стартовали сразу три экспедиции, две из которых
имеют целью доставку марсоходов на Красную планету. Участниками межпланетного
«забега» стали Объединенные Арабские Эмираты, Китай и США.

ОТСРОЧКА EXOMARS 2020 ход Rosalind Franklin был оснащен бу-
ровой установкой и  комплексом ана-
Первоначально на астрономическое литических инструментов, включая
окно 2020 года нацеливался и четвер- анализатор органических молекул
тый участник. С  Байконура на ­ракете Марса MOMA (Mars Organic Molecule
«Протон-М» с  разгонным блоком Analyzer), созданный в  Институте ис-
«Бриз-М» должен был стартовать по- следований Солнечной системы Обще-
садочный комплекс совместной разра- ства Макса Планка (ФРГ) при участии
ботки России и  Европейского косми- американских и французских научных
ческого агентства с европейским мар- учреждений.
соходом для поиска следов прошлой
жизни в  марсианском грунте. Марсо- Однако разработка посадочного ап-
парата столкнулась с проблемами, наи-
более серьезными из которых стали

Марсоход «Розалинд Франклин» российско-европейской миссии «ЭкзоМарс-2020» на испытаниях.
Фотография: Airbus

Земля и Вселенная, 5/2020 29

­отказы европейской парашютной си- дача его намного проще, чем у двух дру-
стемы при наземных испытаниях. Так, гих проектов – достичь Марса в феврале
при сбросе с аэростата 28 мая 2019 г. на 2021 г. и выйти на орбиту вокруг него.
полигоне Кируна в  Швеции были от- Научное предназначение аппарата – из-
мечены радиальные разрывы 35-ме- учение климата Марса, политическое –
трового основного купола, а во втором «демонстрация флага». «Аль-Амаль» яв-
тест­ е 5 августа 2019 г. из-за поврежде- ляется первым аппаратом стран араб-
ния основного купола макет спустился ского мира, отправленным в  межпла-
на одном вытяжном парашюте. На до- нетное путешествие, и,  если полет
работки и новые испытания оставалось пройдет успешно, ОАЭ наглядно про-
очень немного времени, а  в  условиях демонстрирует свое лидерство в «араб-
начинающейся пандемии коронави- ской космонавтике», а заодно и отметит
руса любые совместные работы могли 50-летие образования страны.
непредсказуемо затянуться. В  резуль-
тате 12 марта 2020 года ЕКА и ГК «Рос­ Проект «Аль-Амаль» объявил в июле
космос» объявили решение о  перено- 2014 г. эмир Абу-Даби и президент ОАЭ
се второго старта программы ExoMars шейх Халифа бин-Зайед аль-Нахьян.
на следующее астрономическое окно Разработку финансировало Космиче-
в августе–октябре 2022 г. ское агентство ОАЭ, а вел ее Космиче-
ский центр имени Мохаммеда бин-Ра-
Это вынужденное решение  – уже шида. До сих пор фактически там был
второе в истории европейско-россий- создан и  в  октябре 2018  г. запущен
ского проекта1: ранее второй старт всего один спутник для съемки Зем-
по программе ExoMars был перене- ли «Халифасат» массой 300  кг, и  то
сен с  2018 на 2020 год. Хочется наде- на базе южнокорейского проекта. На
яться, что космические агентства Рос- этом скромном фоне полуторатонный
сии и Европы найдут дополнительные «Аль-Амаль» выглядел поистине ги-
средства на реализацию проекта в те- гантским скачком вперед.
чение двух незапланированных лет,
а  спутник-ретранслятор TGO, отправ- Следует отметить, что вместе со
ленный к Марсу в первом пуске в мар- 150  инженерами и  учеными ОАЭ во
те 2016 года, дождется своего напарни- главе с руководителем проекта Омра-
ка и обеспечит его работу на поверхно- ном Шарафом над ним работали около
сти Красной планеты. 200 американских инженеров и ученых.
Более того, завершающий этап сборки
«АЛЬ-АМАЛЬ» – был выполнен в  Лаборатории атмос-
НОВАЯ «НАДЕЖДА» ферной и космической физики (LASP)
Университета Колорадо. Климатиче-
19 июля 2020 г. в  21:58 UTC со старто- ские испытания аппарата также прово-
вого комплекса Космического центра дились в США в период с июня по де-
Танэгасима стартовал японский носи- кабрь 2019 г. Завершающая серия кри-
тель H-IIA (202), несущий самый экзо- тически важных тестов прошла в Дубае,
тический среди марсианских зондов в Центре бин-Рашида.
2020 года – эмиратский аппарат «Аль-­
Амаль», что означает «Надежда». За­ 20  апреля 2020  г. зонд привезли
в  международный аэропорт Аль-Мак-
1  О  первой части проекта «ЭкзоМарс» тум, откуда начался долгий 83-часо-
см. ЗиВ. 2016. №3. вой перелет в Нагою на Ан-124 россий-
ской компании «Волга–Днепр». Оттуда
30 контейнер с  космическим аппаратом
(КА) доставили по морю в ­Танэгасиму,

Земля и Вселенная, 5/2020

Космический аппарат «Аль-Амаль» перед запуском. Фото Космического центра имени
Мохаммеда бин-Рашида, сайт https://www.emiratesmarsmission.ae

и  24  апреля аппарат был принят на с  Землей в  X-диапазоне со скор­ остью
предстартовую подготовку. Старт со- от 1600 до 250 кбит/с, в зависимости от
стоялся с  задержкой на пять суток по т­ екущего расстояния между двумя пла-
метеоусловиям. нетами.

Марсианский зонд выполнен в виде Научная аппаратура «Аль-Амаль»
шестиугольной призмы диаметром состоит из трех инструментов, создан-
2.37 м и  высотой 2.90  м. Три панели ных в университетах США при участии
солнечных батарей дают 600 Вт мощ- эмиратских специалистов из Центра
ности для системы электропитания. бин-Рашида:
Звездный датчик является основным
измерительным средством в  системе • Камера EXI (Emirates eXploration
ориентации, а  четыре маховика  – ее Imager)  – автономная двухканальная
исполнительными органами. Кроме цифровая камера для спектральной
того, аппарат имеет восемь ЖРД ори- съемки с пространственным разреше-
ентации тягой по 5 Н для разгрузки нием 5 км в кадре размером 4096 × 3072
маховиков и шесть двигателей направ- элемента и  с  12-битной оцифровкой.
ленного перемещения тягой по 120 Н. Инструмент имеет шесть узкополос-
Все они работают на однокомпонент- ных фильтров: три в видимом диапа-
ном топливе – гидразине, запас кото- зоне (405–469, 506–586 и 625–645 нм)
рого составляет 800 кг. Радиокомплекс и  три в  ультрафиолетовом (205–234,
Лаборатории прикладной физики Уни- 245–275 и 305–335 нм). Данные EXI по-
верситета Джонса Хопкинса (США) зволят измерить свойства льда, воды,
с  остронаправленной антенной диа- пыли и озона в атмосфере Марса. Ин-
метром 1.5 м обеспечивает «общение» струмент также будет использоваться
для цветной съемки планеты;
Земля и Вселенная, 5/2020
31

• Инфракрасный спектрометр EMIRS ется высотой 1000 × 49 380 км с 40-ча-

(Emirates Mars InfaRed Spectrometer) для совым периодом. Зонд должен прора-

теплового картирования Марса и поис- ботать два года с возможностью прод-

ка водных и ледяных облаков и  пыли ления еще на два.

в атмосфере планеты для изучения ее

теплового режима и круговорота воды «ТЯНЬВЭНЬ-1» – ИМПЕРИЯ
на Марсе. Прибор представляет со- ЗАДАЕТ ВОПРОСЫ
бой Фурье-спектрометр на диапазон

6–40 мкм при спектральном разреше-

нии 5 и  10 см–1 и  пространственном 23 июля 2020 г. в 04:41 UTC с космодро-

разрешении 300 км. Инструмент будет ма Вэньчан на острове Хайнань стар-

выполнять до 60 измерений в неделю; товала китайская ракета «Чанчжэн-5»

• Ультрафиолетовый спектрометр (CZ-5 №Y4) с первым китайским мар-

EMUS (Emirates Mars Ultraviolet Spect­ сианским комплексом «Тяньвэнь-1»

rometer) на диапазон 100–170  нм для (天问一号), который включает в  себя

регистрации уходящих от Марса ионов орбитальный аппарат и десантный мо-

кислорода и водорода. Пространствен- дуль с посадочным аппаратом и марсо-

ное разрешение инструмента состав- ходом. Этот пятитонный зонд – самый

ляет 300 км, спектральное в трех кана- сложный и тяжелый среди всех плани-

лах – 1.3, 1.8 и 5.0 нм. ровавшихся в  астрономическое окно

Камеру EXI разработали в LASP при 2020 года. И оставшийся пока на Зем-

участии Университета Калифорнии ле ExoMars 2020, и стартовавший тре-

в  Беркли, спектрометр тьим американский аппа-

EMUS – в  LASP, а  инстру- 23 июля 2020 г. в 04:41 рат проще и дешевле: в их
мент EMIRS – в Универси- UTC с космодрома составе нет орбитально-
тете штата Аризона. Для го аппарата, а лишь пере-
управления полетом при- Вэньчан на острове летный модуль для пря-
Хайнань стартовала

влекаются американские китайская ракета мой доставки десантного

командно-телеметриче- «Чанчжэн-5» (CZ-5 №Y4) модуля в атмосферу Мар-
ские средства. Центр на- с первым китайским са. Больше того: до сих пор
учных данных и основной марсианским никто в  мире не пытался
центр управления разме- отправить на Марс сразу
щен в  Центре бин-Раши- комплексом «Тяньвэнь-1» все три компонента: ор-
да, резервный – в Боулде- (天问一号), который битер, лэндер и ровер.
ре (США). В  общем, еще включает в себя
вопрос, следует ли считать орбитальный Первым китайским КА
«Аль-Амаль» эмиратским для исследования Огнен-
аппарат и десантный ной планеты (так букваль-
модуль с посадочным

аппаратом

проектом или американ- и марсоходом. Этот но переводится ее китай-

ским… пятитонный зонд – ское название «Хосин»)
После примерно 200 су- самый сложный должен был стать спутник
«Инхо-1» массой 110  кг,
ток полета КА сблизит- и тяжелый среди всех созданный специалиста-
ся с  Марсом и  выполнит планировавшихся ми Шанхайской исследо-
в  течение 30  минут тор- в астрономическое вательской академии кос-
можение с  целью выйти окно 2020 года

на орбиту наклонением мической техники SAST

25° и высотой 22 000 км в перицентре под руководством главного конструк-

и 44 000 км в апоцентре с периодом об- тора Хоу Цзяньвэня. 8  ноября 2011  г.

ращения 55 ч. Рабочая орбита планиру- он был запущен в составе российского

32 Земля и Вселенная, 5/2020

комплекса «Фобос-Грунт», однако по- комплекс в целом отвечала Пекинская

следний вышел из строя еще на около- исследовательская академия космиче-

земной орбите и не смог отправиться ской техники CAST. Общее руководство

к Марсу. проектом осуществляли главный кон-

До этой аварии китайская перспек- структор миссии Чжан Жунцяо, адми-

тивная программа изучения Марса нистративный руководитель Хэ Жунвэй

строилась по тем же «лека- и  главный конструктор

лам», что и лунная: сначала Марсианский комплекс Сунь Цзэчжоу.
большой орбитальный ап- был изготовлен в срок, Марсианский комплекс

парат (его планировалось невзирая на различные был изготовлен в срок, не-

запустить в  2016 г.), за- обстоятельства, в том взирая на различные об-
тем посадочный комплекс числе и отнюдь не стоятельства, в  том чис-
с  марсоходом и  в  третью ле и  отнюдь не техниче-
очередь  – доставка грун- технического свойства, ского свойства, и  прошел
та с планеты. После гибе- и прошел полный объем полный объем наземной

наземной отработки

ли «Инхо-1» она была пе- отработки. В  частности,

ресмотрена, и в июне 2014 г. академик состоялись всесторонние испытания

Оуян Цзыюань объявил, что уже в пер- парашютной системы в  серии высот-

вом полете будут решаться задачи двух ных пусков в 2016–2018 гг. и два сбро-

этапов – выход на орбиту вокруг Марса са посадочного аппарата на специ-

и доставка ровера на планету. альном стенде с имитацией марсиан-

Уже в ноябре 2014 г. на Авиакосми- ской гравитации, построенном всего за

ческом салоне в  Чжухае были проде- 15 месяцев в городе Чжанцзякоу уезда

монстрированы элементы перспектив- ­Хуайлай провинции Хэбэй, – зачетный

ного марсианского проекта – макеты 29 октября и демонстрационный 14 но-

ровера, посадочного устройства и  ор- ября 2019 г. В последнем тесте в при-

битального аппарата для старта «при- сутствии приглашенных членов дипло-

мерно в 2020 году». Тем не менее лишь матического корпуса и  журналистов

11 января 2016 г. Госсовет КНР утвердил макет посадочного аппарата был отде-

к реализации первый чисто китайский лен на высоте 70  м, завис на отметке

проект изучения Красной планеты. 67 м и выполнил в режиме уклонения

Об этом официально объявил дирек- от препятствий спуск на двигателе до

тор Китайской национальной косми- 20-метровой высоты.

ческой администрации Сюй Дачжэ на А вот старт в июле 2020 г. долгое вре-

пресс-конференции 22 апреля 2016 г., мя находился под вопросом из-за него-

в преддверии Дня космонавтики КНР – товности ракеты. Как известно, первый

годовщины запуска первого спутника пуск носителя CZ-5 в ноябре 2016 г. был

«Дунфанхун-1» в апреле 1970 г. успешным, а вот второй в июле 2017 г.

Проектная конфигурация марсиан- окончился аварией. Поиск и  устране-

ского зонда была впервые представле- ние ее причин заняли два с  полови-

на в августе 2016 г. Комплекс суммар- ной года, и третий пуск провели лишь

ной массой около 5000 кг включал ор- 27 декабря 2019  г. Успех этого старта,

битальный аппарат начальной массой а затем и штатный полет похожей ра-

3175 кг и десантный модуль. Работу над кеты CZ-5B в мае 2020 г. открыли путь

орбитальным аппаратом в SAST начи- к марсианской миссии.

нали под руководством Хоу Цзяньвэ- К  этому времени китайский марси-

ня, а довела ее до старта Чжан Юйхуа. анский аппарат обрел собственное имя

За десантный модуль и марсоход и за «Тяньвэнь-1» вместо прежнего услов­

Земля и Вселенная, 5/2020 33

ного обозначения «Хосин-1» («М­ арс-1»). Посадка планируется в мае 2021 г.

Оно было вторым по итогам всекитай- Весь комплекс выполнит торможение

ского конкурса названий, итоги кото- и перейдет на траекторию попадания

рого подвели еще в  январе 2017  г., но в «коридор входа» в атмосферу плане-

присвоение имени состоялось лишь ты. Спустя два часа отделится десант-

24  апреля 2020  г. Слово «Тяньвэнь» ный модуль массой 1745 кг, после чего

(буквально «Вопросы к  небу») являет- орбитальный модуль выполнит ма-

ся отсылкой к  одноимен- Посадка планируется невр для возвращения на
ной поэм­ е Цюй Юаня, на- в мае 2021 г. устойчивую орбиту. (Та-
писанной в III веке до н.э. Весь комплекс кая последовательность
Оно стало одновременно уже была отработана Ки-
и названием всей програм- выполнит торможение таем при десантировании
мы исследования планет и перейдет на на Землю возвращаемого
китайскими аппаратами, аппарата эксперименталь-
и  именем первого марси- траекторию попадания ной станции CE5-T1.)
анского комплекса. Занят- в «коридор входа»
Десантный модуль вой­
в атмосферу планеты

но, что теми же иероглифа- дет в  атмосферу Марса

ми, но в обратном порядке («Вэньтянь»), со скоростью 4800 м/с. Управляемый

назван один из исследовательских мо- спуск займет 290 секунд, в течение ко-

дулей будущей китайской пилотируе- торых модуль будет тормозиться лобо-

мой станции. вым экраном диаметром 3.4 м, а  для

Элементы комплекса доставили на управления будет использоваться не-

космодром 10 апреля 2020  г. Ступени большой аэродинамический щиток.

ракеты CZ-5 №Y4 были отправлены Когда движение замедлится до 460 м/с,

16 мая из порта Тяньцзинь на специа­ лобовой экран будет отстрелен и вве-

лизированных судах «Юаньван-21» дется парашют диаметром 16 м, кото-

и  «Юаньван-22». 21  мая они прибыли рый за 90 с снизит скорость до 95 м/с.

в  порт Вэньчан, где контейнеры вы- Третий этап спуска будет выполняться

грузили и 24 мая доставили в монтаж- с высоты около 2 км на регулируемой

но-испытательный корпус космодрома тяге посадочного двигателя YF-36 (от

Вэньчан. Полностью готовый носитель «Чанъэ-3», максимально 7500 Н) и  за-

вывезли на старт 17 июля. кончится через 80 секунд зависанием

Старт прошел штатно, и «Тяньвэнь-1» на высоте около 100 м над поверхно-

вышел на траекторию перелета к Марсу. стью Марса. Бортовая система оценки

В пути запланированы четыре коррек- рельефа и  уклонения от препятствий

ции траектории и один большой маневр выявит безопасное место, и посадочная

5 октября с использованием маршевого платформа, используя двигатели боко-

двигателя орбитального аппарата тя- вого смещения тягой 250 и 25 Н, завер-

гой 3000 Н, заимствованного со взлет- шит спуск и выполнит посадку на че-

ной ступени лунной станции «Чанъэ-5». тыре опоры с вертикальной скоростью

11  февраля китайский аппарат вновь не более 3.6 м/с.

включит его для торможения и выхода С  учетом сложности рельефа, осве-

на начальную орбиту спутника Марса щенности, температуры и ряда опера-

с перицентром на высоте 400 км и апо- тивных факторов Китай первоначаль-

центром 180 000 км, которая затем бу- но выбрал для посадки на Марс полосу

дет скорректирована до 265 × 57 800 км между 5° и  39° с.ш., а  в  ее пределах –

с  периодом обращения 49.3 ч  – двое две основные зоны: первую на рав-

марсианских суток. нине Хриса, в  относительной близо-

34 Земля и Вселенная, 5/2020

сти от мест посадки американских КА сой 240  кг и  габаритными размерами
Viking 1 и Mars Pathfinder, и вторую на 2.0 × 1.65 × 0.8 м. Он выполнен в  виде
равнине Утопия, от бассейна Изида до шестиугольной платформы на типо-
западных склонов горы Элизий, меж- вом шестиколесном шасси и запитыва-
ду районами работы ровера Curiosity ется от четырех солнечных батарей, две
и посадочного аппарата Viking 2. В сен- из которых неподвижны, а две ориен-
тябре 2019  г. китайские специалисты тируются на Солнце и могут за счет на-
сообщили о  предварительном выбо- клона сбрасывать накопившуюся пыль.
ре второй зоны и  в  ней двух точек Ровер способен проходить до 200 м/ч
с  посадочными эллипсами размером и преодолевать уклоны в  30°. Расчет-
40 × 100 км. Пока посадка планиру- ный срок его работы – три месяца, но,
ется в первую из них, в южной части разумеется, китайские специалисты
Утопии, на отложениях позднего гес- надеются на большее.
перийского периода, с координатами
110.318° в.д., 24.748° с.ш. Вторая нахо- Орбитальный аппарат, выполненный
дится в юго-восточной час­ти Утопии, в виде шестиугольной призмы с двумя
у выхода на равнину лавового потока «крыльями» солнечных батарей и мар-
с  горы Элизий. Окончательное реше- шевым двигателем по продольной оси,
ние, по-видимому, будет принято уже будет после сброса обращаться по по-
после прибытия к Марсу. лярной орбите высотой 265 × 12 000 км
с периодом обращения около 8 ч, осу-
Через восемь суток после посадки ществляя съемку и  зондирование по-
с  посадочного аппарата по двум на- верхности Марса, изучение околопла-
правляющим сойдет на грунт безымян- нетной среды и ретрансляцию данных
ный пока китайский марсоход мас- с марсохода.

Расположение научных приборов на орбитальном аппарате КА «Тяньвэнь-1». Изображение
@Memorian-QN and @haibaraemily via Twitter, сайт https://www.planetary.org/space-images/
tianwen-1-orbiter-instrument-locations

Земля и Вселенная, 5/2020 35

Расположение научных приборов на марсоходе КА «Тяньвэнь-1». Изображение @Memorian-QN and
@haibaraemily via Twitter, сайт https://www.planetary.org/space-images/tianwen-1-rover-instrument-
locations

Научная программа экспедиции «Тянь- формацию о климате Марса и о состо-
вэнь-1» была сформирована и подготов- янии среды на поверхности; получить
лена Китайской академией наук под ру- данные о физических полях (электро-
ководством академика Вань Вэйсина. магнитном, г­ равитационном) и о внут­
К  сожалению, научный руководитель ренней структуре Марса.
проекта не дожил до старта – он умер
20 мая 2020 г. после тяжелой болезни на Состав полезной нагрузки для про-
62-м году жизни. ведения этого комплекса исследований
был объявлен в сентябре 2017 г. и вклю-
Основные задачи проекта «Тянь- чает 13 инструментов: семь на орби-
вэнь-1» состоят в глобальном и подроб- тальном аппарате и  шесть на ­ровере.
ном обследовании всей планеты с орби- В  отличие от лунного проекта КНР,
тального аппарата и в детальном изу- посадочная ступень выполняет лишь
чении одной области научного интере- функцию доставки марсохода и не име-
са с высокой точностью и разрешением. ет научной аппаратуры.
Если говорить более конкретно, пред-
стоит картировать морфологию и гео­ На орбитальном аппарате размещены:
логическую структуру планеты; изу- • Мультиспектральная камера MRC
чить характеристики поверхностно- (Mars High-resolution Camera), разрабо-
го слоя и распределение водяного льда танная в Чанчуньском институте опти-
в нем; проанализировать состав мате- ки, точной механики и  физики. Имея
риала поверхности; измерить парамет­ пространственное разрешение до 0.5 м
ры ­ионосферы планеты и получить ин- в панхроматическом и до 2.0 м в муль-
тиспектральном диапазоне в ­полосе
36
Земля и Вселенная, 5/2020

шириной 9  км при съемке с  высоты и распределения различных материа-
260 км, она сопоставима по характери- лов;
стикам с американской HiRISE на спут-
нике MRO (NASA); • Подповерхностный радар MRSER
(Mars-Rover Subsurface Exploration
• Цветная камера умеренного разре- Radar) с  каналами 55  МГц и  1300 МГц
шения MRC (Medium Resolution Camera) и предельной рабочей глубиной 100 м
для обзорной съемки с пространствен- для льда и 10 м для грунта;
ным разрешением порядка 100 м в кад­
ре размером 4096 × 3072 элементов; • Лазерный спектрометр для дистан-
ционного определения элементного
• Радиолокатор для зондирования сост­ ава и идентификации поверхност-
подповерхностной структуры и поиска ных пород MSCD (Mars Surface Compo-
льда MOSER (Mars-Orbiting Subsurface sition Detector), аналогичный приборам
Exploration Radar) с  двумя рабочи- ChemCam на марсоходе Curiosity и Su-
ми диапазонами (10–20 и  30–50  МГц) perCam на Perseverance (NASA);
и двумя поляризациями, используемый
также как радиовысотомер; • Трехкомпонентный магнитометр
MMFD (Mars Magnetic Field Detector),
• Минералогический спектрометр аналогичный прибору на орбитальном
MMS (Mars Mineralogy Spectrometer) с ра- аппарате;
бочими диапазонами 0.45–1.05 и 1.00–
3.40 мкм для определения элементного • Метеокомплекс MMM (Mars Meteo­
состава поверхности и изучения ресур- rology Monitor) для измерения темпе-
сов Марса; ратуры, давления, скорости и направ-
ления ветра и записи звуков.
• Трехкомпонентный магнитометр
MM (Mars Magnetometer) с  диапазо- Для управления полетом будут ис-
ном ±2000 нТ и высоким разрешением пользованы китайские станции даль-
(0.01 нТ); ней космической связи, построен-
ные вблизи городов Цзямусы и  Каши
• Анализатор ионов и  нейтральной и  в  Аргентине, в  провинции Неукен.
плазмы MINPA (Mars Ion and Neutral Первая имеет антенну диаметром 66 м,
Particle Analyzer) для регистрации потока вторая и  третья изначально были ос-
ионов (состав, плотность, скорость, тем- нащены 35-метровыми антеннами, но
пература) и нейтральных частиц с выяв- сейчас в Каши имеются уже три такие
лением среди них атомов H, He и O; антенны с  объединенной апертурой.
Совсем скоро в систему должна войти
• Анализатор энергичных частиц новая, 70-метровая антенна, которая
MEPA (Mars Energetic Particle Analyzer) строится в  районе Уцин вблизи Тянь-
для регистрации потоков и  получе- цзиня по проекту GRAS-4 Националь-
ния энергетических спектров электро- ной астрономической обсерватории
нов, протонов, альфа-частиц и тяжелых Китая. Она позволит принимать сигна-
и­ онов до Fe включительно. лы с марсохода напрямую, без ретранс-
ляции через орбитальный аппарат.
Марсоход несет навигационную сте-
реокамеру и шесть приборов: Руководители китайского проек-
та не скрывают, что и  он приурочен
• Топографическая камера TC (Terrain к юбилею – 100-летию Коммунистиче-
Camera) для построения трехмерных ской партии Китая, которое будет отме-
м­ оделей поверхности; чаться 1 июля 2021 г. Безусловно, пер-
вая для Китая экспедиция к Марсу по
• Мультиспектральная камера MSC столь сложной схеме представляет не-
(Multispectral Camera) видимого и малый технический риск, особенно
ближнего ИК-диапазона с  кадром
2048 × 2048  элементов и  9  цветными 37
фильтрами для изучения морфологии

Земля и Вселенная, 5/2020

Фотография Земли и Луны, полученная 2011 года, в  рамках которого на Марс
КА «Тяньвэнь-1» с расстояния примерно был высажен тяжелый ровер Curiosity
1.2 млн км от Земли. Изображение http:// («Любопытство»)2, и ее можно считать
www.cnsa.gov.cn наименее рискованной из трех мис-
сий 2020 г., хотя и сложной в реализа-
если учесть короткий срок реализации. ции. Есть, правда, и «изюминка»: вме-
Однако Китай уже имеет собственные сте с ровером на Марс будет доставлен
средства и опыт управления аппарата- первый в его истории летательный ап-
ми «лунной» серии в дальнем космосе, парат – небольшой вертолет. Впрочем,
он дважды осуществил мягкую посад- он не нужен для решения задач миссии
ку на Луну, а луноход «Юйту-2» работа- и будет работать в чисто эксперимен-
ет на ее обратной стороне уже полто- тальном режиме.
ра года. Поэтому есть основания пола-
гать, что китайский десант на Марс бу- Комплекс Mars 2020 массой 4147  кг
дет успешным. включает перелетную ступень и  де-
сантный модуль большого диаметра
В случае успеха проекта «Тяньвэнь-1» (4.5 м) с марсоходом. Посадочного ап-
ожидается утверждение следующего парата как такового нет – после аэро-
этапа программы, предусматривающе- динамического торможения и  пара-
го доставку на Землю грунта с Марса со шютного этапа спуска ровер окажется
стартом в 2028 г. Таким образом, Китай подвешенным на тросах под своеобраз-
игнорирует все промежуточные и боко- ным «воздушным краном». Эта плат-
вые направления исследований Марса, форма обеспечит зависание на двига-
рассчитывая «разобраться» с этой пла- телях и мягкий спуск груза на поверх-
нетой всего за две экспедиции. ность, а затем будет уведена в сторону
и разобьется при падении. Все это уже
PERSEVERANCE – ВОЗВРАЩЕНИЕ проверено на практике при посадке
МАРСОХОДА Curiosity 6 августа 2012 г. По сравнению
с  первой попыткой введены средства
30 июля 2020 г. в 11:50 UTC с мыса Ка- относительной навигации на спуске
наверал на ракете Atlas V (541) отпра- и уклонения от препятствий, а у мар-
вился в  путь к  Марсу американский сохода доработаны колеса, ободы кото-
комплекс с  марсоходом Perseverance, рых слишком легко пробивали острые
что означает «Настойчивость». С техни- марсианские камни.
ческой точки зрения, экспедиция Mars
2020 является повторением проекта Основное различие состоит в целях
экспедиции. Если на Curiosity возло-
38 жили лишь изучение района посадки
на предмет существования в прошлом
благоприятных условий для биосферы,
то новый марсоход займется непосред-
ственным поиском признаков древней
жизни – так называемых биосигнатур.
Он оснащен буровым устройством для
забора образцов наиболее интересных
пород и грунта, которые будут упако-
вываться в небольшие капсулы и остав-

2  Подробнее о миссии Curiosity см. ЗиВ.
2012. № 3.

Земля и Вселенная, 5/2020

Марсоход Perseverance и вертолет Ingenuity на Марсе в представлении художника.
Изображение NASA/JPL-Caltech

ляться по пути следования для достав- Сценарий следующей миссии ясен
ки в будущем на Землю для детального уже из названий компонентов. В сере-
изучения. дине 2028 г. американский аппарат са-
дится на Марс в районе работы ровера
Американцы намерены решить эту Perseverance. Небольшой четырехколес-
задачу примерно в  те же сроки, что ный марсоход Sample Fetch Rover, пере-
и Китай. Соответствующий совместный двигаясь со скоростью в среднем 200 м
проект NASA и ЕКА был в принципе со- в сутки, идет по следу предшественни-
гласован в  апреле 2018  г. Экспедиция ка, подбирая оставленные им капсу-
за образцами должна начаться в 2026 г. лы. Пройдя до 15 км и собрав с помо-
двумя стартами на американском и ев- щью манипулятора 36 капсул с образ-
ропейском носителях. В состав первого цами, он возвращается к посадочному
марсианского комплекса войдут: аме- аппарату и перегружает образцы вме-
риканская перелетная ступень, амери- сте с пятью контрольными капсулами
канский посадочный аппарат Sample в контейнер взлетной ракеты. Амери-
Retrieval Lander, европейский марсо- канский марсоход тоже может участво-
ход Sample Fetch Rover и американская вать в  подвозе образцов, если потре­
взлетная ракета Mars Ascent Vehicle. Но- буется.
ситель для этого пуска пока не опре-
делен, но старт предварительно наме- Двухступенчатая твердотопливная
чен на июль 2026 г. Вторым пуском на ракета массой 400 кг стартует с Марса,
Ariane 64 через несколько месяцев пой- чтобы доставить контейнер диаметром
дет европейский Earth Return Orbiter около 40 см и массой 14–16 кг на орбиту
с американским возвращаемым аппа- вокруг планеты. Там его находит Earth
ратом. Он будет использовать электро- Return Orbiter, подбирает и  помещает
ракетные двигатели как для выхода на в  американскую систему биологиче-
орбиту вокруг Марса, так и для отлета ской изоляции на случай наличия в об-
к Земле. разцах живых микроорганизмов. Далее

Земля и Вселенная, 5/2020 39

­опасный груз закладывается в амери- Марсоход массой 1025 кг на шести-
канский возвращаемый аппарат, спо- колесном шасси с мотор-колесами диа­
собный пройти земную атмосферу метром 51 см запитывается от радиои-
и достичь ее поверхности, причем без зотопного генератора с 4.8 кг двуокиси
использования парашюта. Возвраще- плутония с энерговыделением 110 Вт,
ние на военный полигон в штате Юта что делает его независимым от времени
планируется на 2031 г. года и освещенности и не чувствитель-
ным к пылевым бурям. «Железо» и про-
17  июня 2020  г. компания Airbus граммное обеспечение бортового ком-
Defence and Space (подразделение в пьютера прошли всесторонние испыта-
г. Стивенидж) получила от ЕКА контракт ния на Curiosity.
на разработку марсохода Sample Fetch
Rover. В свою очередь, NASA сообщило Научная аппаратура Perseverance
в апреле о намерении заказать компа- включает следующие инструменты:
нии Northrop Grumman двигатели обеих
ступеней для взлетной ракеты. Полно- • Панорамная стереокамера с  оп-
масштабная разработка остальных ком- тическим увеличением Mastcam-Z,
понентов еще предстоит и потребует как предназначенная для фото- и видео­
минимум 2.5–3.0 млрд $ из средств аме- съемки поверхности и  атмосферы
риканского бюджета и  сопоставимой Марса, для навигации и  для опре-
суммы от ЕКА. деления минералогии марсианской
поверхности. Прибор Университета
Помимо забора и сохранения образ- штата Аризона состоит из двух ка-
цов грунта, на Perseverance планируется мер с  регулируемым фокусным рас-
поиск признаков прошлой жизни, изуче- стоянием 28–100 мм, разнесенных на
ние среды Марса на предмет ее опасно- 242 мм, с размером кадра 1600 × 1200
сти для астронавтов, поиск ценных ре- пикселей у каждой, и имеет предель-
сурсов в форме воды в грунте и тестиро- ное разрешение 0.15  мм на расстоя-
вание установки для добычи кислорода нии минимального зрения и  3–4 см
из атмосферы планеты. на дальности 100 м;

Расположение научных приборов на марсоходе Perseverance. Изображение NASA/JPL-Caltech

Mastcam-Z SuperCam SHERLOC

Zoomable Panoramic Cameras Laser Micro-Imager Ultraviolet Spectrometer
WATSON (Camera)
RIMFAX MEDA

Subsurface Radar Weather Station

MProOduXceIsEOxygen from Martian CO2 PIXL

40 X-ray Spectrometer

Земля и Вселенная, 5/2020

• Лазерная камера-спектрометр Super- скорости и направления ветра, относи-
Cam для определения химического и ми- тельной влажности, формы и размеров
нерального состава и поиска органиче- пыли, радиационной обстановки (Центр
ских компонентов с дистанции до 7 м астробиологии Национального институ-
(Лос-Аламосская национальная лабора- та аэрокосмической техники, Испания);
тория при участии Института астрофи-
зики и планетологии IRAP, Франция); • Экспериментальное устройство MOXIE
(Mars Oxygen In-Situ Resource Utiliz­ ation
• Рентгеновский флуоресцентный Experiment) для получения кислорода из
спектрометр PIXL (Planetary Instrument углекислого газа марсианской атмосфе-
for X-ray Lithochemistry) для определе- ры путем электролиза с производитель-
ния элементного состава материалов ностью до 10 г/ч. Разработчик – Массачу-
марсианской поверхности на малых сетский технологический институт.
пространственных масштабах (диаметр
луча – 0.12 мм). Прибор, оснащенный до- Приборы PIXL и SHERLOC размещены
полнительно камерой высокого разре- на манипуляторе для удобства изучения
шения, создан в Лаборатории реактив- конкретных камней и участков грунта.
ного движения (Jet Propulsion Laboratory, Камеры Mastcam-Z и SuperCam смонти-
JPL) и может использоваться для поиска рованы на ориентируемой мачте RSM,
следов жизни; а остальные инструменты – на корпусе
ровера или внутри него.
•  Ультрафиолетовый ­рамановский
спектрометр SHERLOC (Scanning Habi­ Посадка на Марс планируется на
table Environments with Raman & Lumi­ 18 февраля 2021 г. в точке 18.85° с.ш.,
nescence for Organics & Chemicals, также 77.52° в.д., на западной оконечности до-
JPL) для поиска минералов, взаимодей- лины Изиды, в кратере Езеро (Jezero)
ствовавших с водой, органических мо- с  мощными озерными отложениями
лекул и биосигнатур. Как и PIXL, предна- возрастом 3.5 млрд лет. Расчетный срок
значен для работы на малых масштабах функционирования ровера – по крайней
с пространственным разрешением 30– мере один марсианский год (687 земных
50 мкм и имеет в своем составе ультрафио­ суток), он может пройти от 5 до 20 км.
летовый лазер с длиной волны 248.6 нм.
Контекстная камера WATSON (Wide Angle В качестве попутного груза «под брю-
Topographic Sensor for Operations and хом» у ровера будет доставлен на Марс
Engineering) с кадром 23 × 15 мм являет- экспериментальный автономный верто-
ся копией инструмента MAHLI предыду- лет, созданный в JPL и получивший имя
щего ровера; Ingenuity («Изобретательность»). Изде-
лие массой 1.8 кг имеет корпус размером
• Подповерхностный радар RIMFAX 20 × 16 × 14 см и приводится в движение
(Radar Imager for Mars’ Subsurface Expe­ двумя соосными винтами диаметром
riment) для исследования структуры 1.2 м. Учитывая крайне разреженную ат-
марсианского грунта с сантиметровым мосферу планеты, винты будут вращать-
разрешением поставлен Исследова- ся со скоростью 3000 об/мин, вдесятеро
тельским институтом Вооруженных сил, большей, чем у его земных собратьев.
Норвегия. Рабочий диапазон – от 150 до Источником энергии изделия являются
1200 МГц, глубина зондирования – 10 м, солнечные батареи.
вертикальное разрешение – до 15 см.
Антенны прибора располагаются внизу Вертолет планируется отделить на
и сзади ровера; 66-й день работы Perseverance на Мар-
се. На протяжении следующих 30 суток
• Метеокомплекс MEDA (Mars Environ запланированы до пяти подъемов на
mental Dynamics Analyzer) с приборами все большие высоты, вплоть до 400 м,
для измерения температуры, давления, со съемкой в полете.

Земля и Вселенная, 5/2020 41

От редакции

Сегодня Марс исследуют роботы. Люди пока не могут полететь на Красную плане-
ту, но – при благоприятной погоде и в определенное время – все могут увидеть Марс
на небосклоне. Этой осенью нас ждет очередное противостояние Марса – момент,
когда Солнце, Земля и Марс выстраиваются в одну линию.

МАРС В 2020 ГОДУ

ВИДИМЫЙ РАЗМЕР В СРАВНЕНИИ С ЛУНОЙ

Янв. Февр. Март Апр. Май Июнь Июль Авг. Сент. 13 Нояб. Дек.
Окт.
+1.5m 4.5ʹ +1.3m 4.9ʹ +1.1m 5.6ʹ +0.7m 6.6ʹ +0.4m 7.8ʹ –0.1m 9.5ʹ –0.6m 11.8ʹ –1.2m 15.1ʹ –1.9m 19.5ʹ –2.0m 19.3ʹ –1.0m 13.9ʹ
–2.6m 22.6ʹ

Изменение угловых размеров (видимый диаметр диска планеты) Марса
в 2020 году в сравнении с диском Луны. Иллюстрация: NASA/SVS/AstroAlert

13 октября 2020 года Марс вступит в противостояние с Солнцем и окажется на
расстоянии 62.6 млн км от Земли при блеске – 2.7 зв. вел. (в три раза ярче Сириуса).
Видимый диаметр планеты составит 22.5 угловые секунды. При этом условия для на-
блюдателей из России будут лучше, чем даже во время Великого противостояния
2018 года, поскольку планета будет находиться высоко над горизонтом.

Видимость Марса на ночном небе 13 октября 2020 г. в 02:28:49 (широта Москвы).
Изображение сгенерировано программой Stellarium https://stellarium.org/

Выражаем благодарность за подготовку иллюстраций
паблику AstroAlert | Наблюдательная астрономия https://vk.com/astro.nomy

42 Земля и Вселенная, 5/2020

С новыми книгами
Издательства “Наука”
вы можете ознакомиться на сайте

naukabooks.ru

Капанадзе А.Л.

Опытным путем:
Эксперименты, изменившие мир.

М.: Наука, 2019. - 319 с.
В книге рассказывается об основных вехах в развитии экспе-
риментальных методов в самых разных областях наук о
природе, человеке и обществе – физике, химии, астрономии,
биологии, физиологии, медицине, археологии, социологии,
психологии, экономике. Охвачен период с античных времен до
наших дней. Читатель узнает о знаменитых и малоизвестных
опытах, оказавших огромное влияние на формирование наших
представлений о мире и о нас самих. Большое внимание автор
уделяет не только истории приборов и технологий, но и
истории идей. Затрагиваются проблемы отличия классическо-
го эксперимента от наблюдения (когда опыт «ставит» сама
природа), преемственности технических инноваций, влияния
общественного климата на работу экспериментатора, роли
случайности в этой работе.

Для широкого круга читателей.

Реклама

Образцов П.А.

Высокие широты.

М.: Наука, 2018. - 192 с. - (Научно-популярная литература)
Книга повествует об открытии и освоении Арктики и Антарктики,
этих двух полюсов холода и мужества, об отважных героях,
благодаря которым человечество узнало о природе, животном
мире самых северных и самых южных земель, а также о том, какая
непростая и вместе с тем увлекательная жизнь идет сегодня
в этих суровых, таинственных и манящих краях.

Для широкого круга читателей.

Верещагин Г.В., Аксенов А.Г.

Релятивистская кинетическая теория
с приложениями в астрофизике и космологии.

М.: Наука, 2018. — 471 с.
Релятивистская кинетика широко применяется в астрофизике
и космологии. В последние годы интерес к этой теории вырос,
поскольку появилась возможность ставить эксперименты
при таких условиях, где релятивистские эффекты становятся
существенными. Настоящая монография состоит из трех частей.
В первой части представлены основные идеи и концепции,
уравнения и методы теории, включая вывод кинетических
уравнений из релятивистской цепочки Боголюбова, а также
соотношение кинетического и гидродинамического описаний.
Вторая часть — это введение в вычислительную физику, причем
особое внимание уделяется численному интегрированию
уравнений Больцмана и смежным вопросам, а также
многокомпонентной гидродинамике. В третьей части дан обзор
приложений, который охватывает вопросы ковариантной теории
отклика, термализации плазмы, комптонизации в статических
и динамических средах, кинетики самогравитирующих систем,
образования структуры в космологии и излучения нейтрино
при гравитационном коллапсе.

Для студентов старших курсов университетов,
аспирантов и исследователей, специализирующихся
в области теоретической физики, астрофизики и космологии.

naukabooks.ru Реклама

Космонавтика XXI века

СКРЫТЫЙ ОКЕАН ЦЕРЕРЫ

АНАНЬЕВА Владислава Игоревна

Институт космических исследований РАН

DOI: 10.7868/S0044394820050047

Анализ данных, собранных автоматической межпланетной станцией Dawn (NASA) во
время расширенной миссии, показал, что в недрах Цереры скрыт соленый океан, который
и по сей день не замерз полностью.

Ц ерера – крупнейшее тело Главно- в  ­открытом доступе). Исследователи
го пояса астероидов, в  2006 г. по- объединили данные о гравитационном
лучившее статус карликовой планеты. поле карликовой планеты, о составе ее
Ее форма – сплюснутый эллипсоид раз-
мерами примерно 964 на 892 км, т. е. Церера. Снимок получен КА Dawn
в 3.7 раза меньше Луны. Церера враща- 4 мая 2015 г. с расстояния 13.6 тыс. км
ется вокруг Солнца по слабоэллипти-
ческой орбите с  большой полуо­сью
2.77 а.е. и  эксцентриситетом 0.076,
и делает один оборот за 4.61 года. Сред-
няя температура поверхности Цереры –
всего 155 К (–118° С).

Что можно ожидать от такого не-
большого тела, лишенного внутренних
источников тепла? Даже на Луне вулка-
ническая активность угасла миллиарды
лет назад. Долгое время ученые считали,
что Церера – инертный мир, покрытый
ударными кратерами и лишенный ка-
кой-либо внутренней активности. Одна-
ко данные, собранные КА Dawn (NASA,
запуск 2007 г., миссия официально за-
вершена в 2018 г.), показали, что это со-
всем не так. Церера оказалась планетой
с  богатой геологической историей, до
настоящего времени проявляющей гео-
термальную активность и скрывающей
в своих недрах жидкий соленый океан.

10 августа в  журналах Nature Astro­
nomy, Nature Geoscience и Nature Commu­
nications1 было опубликовано семь
статей, посвященных Церере (кро-
ме этого, последние статьи н­ аходятся

1  Nature Astronomy 4, 8, August 2020; Na- Модель внутреннего строения Цереры
ture Geoscience 13, 8; Nature Communi-
cations 11. https://www.nature.com 43

Земля и Вселенная, 5/2020

Кратер Оккатор, дно которого покрыто ­корой, в  верхней мантии, находится
яркими пятнами («факелами») – непрочный слой, насыщенный жид-
отложениями соды и других солей ким рассолом – остаток древнего океа-
на. Среди солей, растворенных в воде, –
п­ оверхности и о формах рельефа, что- хлорид натрия (поваренная соль), кар-
бы получить цельную картину этого не- бонат натрия (сода) и хлорид аммония.
обычного мира. Растворенные соли позволяют воде не
замерзать вплоть до 245 К (–28° С). Под
Как оказалось, Церера прошла час­ слоем рассола (глубже 100  км) лежит
тичную гравитационную дифферен- мантия из горных пород со средней
циацию (разделение на слои) и состо- плотн­ остью 2434 кг/м3.
ит из более плотной мантии и легкой
коры со средней толщиной 41 км. Ме- Одна из самых заметных деталей
ханически прочная кора представляет рельефа на поверхности Цереры – 92-ки-
собой замерзшую грязь – в ее составе лометровый ударный кратер Оккатор,
40% или несколько меньше в­ одяного чей возраст оценивается в 22 млн лет.
льда, каменные породы (преимуще- Дно этого кратера покрыто яркими
ственно филлосиликаты), соли и клат­ пятнами  – отложениями солей, пре­
раты метана. Непосредственно под имущественно соды, получившими на­
именования «факелов»: Cerealia Facula,
Центральная часть кратера Оккатор – Vinalia Faculae и др. В  центре кратера
факел Цереалий вместе с центральным расположен 600-метровый соляной ку-
соляным куполом Cerealia Tholus пол Цереалий (Cerealia Tholus).

44 В конце расширенной миссии КА
Dawn вышел на эллиптическую орбиту
с высотой перицентра в 35 км. Разре-
шение снимков, полученных в момен-
ты максимального сближения, достигло
3 метра на пиксель! Изображения, по-
лученные во время этих пролетов, по-
казали центральный факел Оккатора
Цереалий (Cerealia Facula) во всех под-
робностях.

Анализ снимков показал, что мно-
гочисленные эпизоды подъема грунто-
вых вод, сопровождающиеся испарени-
ем воды и отложением солей, продол-
жались на протяжении миллионов лет
и не завершились и по сей день. Спек-
трометры КА Dawn обнаружили в соста-
ве соляного купола минерал гидрога-
лит (гидратированный хлорид натрия
NaCl·2H2O), который на поверхности
Цереры неустойчив и теряет воду с об-
разованием галита (безводного хлори-
да натрия) с  характерным временем
в несколько десятков лет. Больше всего
гидрогалита было найдено на верши-
не купола вблизи рассекающих его ра-
диальных трещин. Толщина соле­вого
слоя меняется от 2–3 м в факеле Вина-
лий (Vinalia Faculae) до 50 м и выше на
куполе. Общий объем солей, вынесен-

Земля и Вселенная, 5/2020

Гора Ахуна

Вид сверху 3D view
Вид сверху

Карбонат натрия

низкая концентрация высокая концентрация

3D-модель горы Ахуна, построенная по топографическим данным (вверху).
Внизу – снимок Ахуны, полученный КА Dawn

ных на поверхность в центральной час­ Кора Цереры содержит филлосилика-
ти Оккатора, достигает 11 км3. ты, образующиеся в присутствии жид-
кой воды. Плотность коры нарастает
Льды, растопленные астероидным при увеличении глубины, что объясня-
ударом при образовании Оккатора, ется не только уменьшением пористос­
должны были замерзнуть максимум за ти из-за возрастающего давления, но
сотни тысяч лет. Длительное движение и ростом концентрации солей. По мере
грунтовых вод говорит в пользу гипо- того, как океан замерзал, а  толщина
тезы, что поднимающийся рассол со- коры росла, концентрация солей в рас-
стоит не только из воды, нагретой в мо- творе увеличивалась. Высокая концен-
мент удара, но и имеет постоянный ре- трация солей понижает температуру
зервуар на глубине свыше 35 км. замерзания и позволяет грунтовым во-
дам дольше оставаться жидкими.
Есть и  другие свидетельства того,
что в прошлом Цереру покрывал океан. 45

Земля и Вселенная, 5/2020

Кроме соляных отложений, дно кра- льда и камня будут постепенно оседать
тера Оккатор демонстрирует и  дру- и  расплываться. Так, при условии, что
гие формы гляциологического релье- в  состав криолавы входит 40% воды,
фа – например, многочисленные округ­ гора Ахуна должна оседать со ско­ростью
лые холмы и  курганы высотой менее ~10 метров в миллион лет. Скорее всего,
300 м, напоминающие бугры пучения, именно текучесть даже мерзлой крио­
которые по-английски называют «пин- лавы приводит к тому, что мы видим на
го» (pingo), а в странах СНГ – булгуння- поверхности Цереры только два самых
хами. Такие формы рельефа возникают молодых криовулкана. Заметим, что если
при замерзании поступающих под дав- диаметр основания горы Ахуна состав-
лением грунтовых вод в условиях веч- ляет 17 км, то диаметр основания купо-
ной мерзлоты. Возможно, крупнейшим ла Косеча близок к 50 км, т. е. последний
бугром пучения является и купол Цере- уже в значительной степени расплылся.
алий – во всяком случае, рассекающие
его трещины очень похожи на трещины Недавняя криовулканическая актив-
на вершинах канадских пинго. ность, движение ледников, просачи-
вание грунтовых вод, еще полностью
Кроме отложений солей и бугров пу- не замерзший подледный океан – все
чения на Церере нашли и  два насто- это делает Цереру интереснейшим ме-
ящих криовулкана  – 4-километровую стом для сравнительной планетологии
гору Ахуна (Ahuna Mons) и 3.8-километ­ и астробиологии. Ученые надеются, что
ровый купол Косеча (Cosecha Tholus). в будущем к Церере будет отправлена
Склоны Ахуны покрыты толстым слоем новая миссия, которая позволит отве-
карбоната натрия. По всей видимости, тить на множество вопросов – и, навер-
вместо лавы Ахуна и Косеча извергали но, породит новые.
холодную вязкую грязь, богатую солями.
По материалам Nature, NASA
Поскольку криолава богата водой, Иллюстрации: Фотожурнал NASA
а водяной лед под давлением медленно
течет, вулканические конусы из с­меси https://photojournal.jpl.nasa.gov

46 Земля и Вселенная, 5/2020