Содержание
Южный федеральный университет | Пресс-центр: Учёные ЮФУ объяснили формирование суперземель
Южный федеральный университет | Пресс-центр: Учёные ЮФУ объяснили формирование суперземель
Размер шрифта
A
A
Межстрочный интервал
A
A
Цвет
A
A
Сведения об образовательной организации
RU
- RU
- EN
03.07.2018
Учёные ЮФУ объяснили формирование суперземель
03.07.2018
Российские ученые проанализировали эволюцию молодых звезд и выяснили, как формируются планеты на ранних стадиях. Это поможет изучать процессы, происходящие при образовании экзопланет, что позволит лучше понять структуру и строение космических тел, находящихся в том числе и в Солнечной системе.
Исследования ученых из Южного федерального университета (ЮФУ), Института астрономии РАН (ИНАСАН) и Новосибирского государственного университета (НГУ) поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ). Препринт статьи опубликован на портале ArXiv.org.
«Результаты нашего исследования позволят пересмотреть сложившийся взгляд на временную шкалу формирования планет у многочисленных звезд, подобных Солнцу», – говорит автор исследования, ведущий научный сотрудник НИИ физики ЮФУ Эдуард Воробьев.
Вопрос формирования планет волнует ученых очень давно. Достоверно известно, что на начальном этапе вокруг молодой звезды образуется протопланетный диск – скопление космической пыли и газа. Дальнейшие процессы, предшествующие формированию небесного тела, до сих пор вызывают споры. Одни считают, что крошечные частицы пыли соединяются в крупные объекты. Если такой объект притянет к себе много газа, он превращается в газовый гигант, как Юпитер, а если нет – в каменистую планету, как Земля. Однако это медленный процесс и есть вероятность, что газ рассеется еще до формирования газового гиганта. Другие утверждают, что газовые гиганты формируют внезапные коллапсы в наиболее плотных и холодных областях протопланетного диска. Этот процесс в миниатюре копирует процесс формирования звезд. Сегодня наиболее привлекательной считается первая теория, которая, тем не менее, не способна объяснить все разнообразие наблюдаемых экзопланет – планет вне Солнечной системы. Поэтому перспективным становится поиск новых сценариев, включающих в себя элементы обеих теорий.
Научные сотрудники ЮФУ, ИНАСАН и НГУ проанализировали эволюцию молодых звезд. Ранее считалось, что рост пыли идет медленно и формирование планет начинается в дисках возрастом около миллиона лет. Ученые показали, что эти процессы начинаются намного раньше, почти одновременно с образованием диска и самой звезды.
Чтобы проследить процесс роста пыли и формирования планеты на ранних стадиях развития, ученые использовали метод гидродинамического моделирования. Он предполагает, что околозвездные газ и пыль можно рассматривать как сжимаемую жидкость и применить к ее описанию стандартные уравнения гидродинамики. Моделирование позволило ученым выяснить, что пыль, сравнимая по размеру с бактериями, может в результате слипания превратиться в метровый валун на самых ранних стадиях эволюции диска, уже по прошествии ста тысяч лет после образования звезды. Валуны, общая масса которых превышает земную в несколько сотен раз, дрейфуют по направлению к звезде, что облегчает процесс образования небесных тел на небольшом расстоянии от звезды. Именно в этих областях космический телескоп Kepler обнаружил многочисленные планеты, получившие название «суперземель» из-за их массы, превышающей массу Земли в несколько раз.
Пространственные распределения газа (левая верхняя панель), выросшей пыли или валунов (левая нижняя панель) и максимального размера валунов (правая нижняя панель) в протозвездном диске возрастом сто пятьдесят тысяч лет.
К 1 июня 2018 года достоверно подтверждено существование 3786 экзопланет. Изучение этих объектов — одна из самых перспективных задач современной астрономии и астрофизики. И это связано не только с поиском планет, находящихся в зоне обитаемости (пространстве вокруг звезды, внутри которого возможно существование жидкой воды на поверхности небесных тел). Изучение процессов, происходящих при формировании экзопланет, также помогает ученым лучше понять структуру и строение космических тел, находящихся в том числе и в Солнечной системе.
Источник
Краткая ссылка на новость sfedu.ru/news/56437
Дополнительные материалы по теме
03 декабря
Учёные ЮФУ исследуют состояние микробных сообществ почв в рамках проекта РНФ
28 ноября
В ЮФУ представили новый комплекс быстрой диагностики рака
09 ноября
Учёные ЮФУ исследуют состояние почв промышленных территорий
30 октября
Перспективы высокотехнологичного производства обсудили в ЮФУ
31 мая
Прямо сейчас в свободном пространстве “Циферблат»проходит открытая лекция-презентация магистерской программы «Материаловедени…
21 апреля
Учёные ЮФУ обнаружили новый материал
Прикладная космология: от макета к компьютерной модели Солнечной системы
Библиографическое описание:
Козырева, К. В. Прикладная космология: от макета к компьютерной модели Солнечной системы / К. В. Козырева, Н. А. Колыганова, О. Ю. Семенов. — Текст : непосредственный // Юный ученый. — 2018. — № 1 (15). — С. 48-50. — URL: https://moluch.ru/young/archive/15/1112/ (дата обращения: 08.11.2022).
Статья посвящена вопросам происхождения Солнечной системы. Рассмотрены гипотезы возникновения планетарных систем около звёзд в галактиках. Предложены модели визуализации Солнечной системы с помощью макетов и компьютерных программ.
Ключевые слова: космология, звезда, планета, Солнечная система, моделирование, макет, аккреция, чёрная дыра, галактика, туманность, Вселенная.
Объяснение возникновения Галактики и Солнечной системы — одна из трудных задач космогонии, раздела астрономии, посвященного изучению происхождения и развития небесных тел. Гипотезы возникновения Солнечной системы существовали определённое время, и если они не объясняли многочисленные процессы Солнечной системы, то возникали новые гипотезы, которые развивались и дополнялись учеными.
По одной гипотезе возникли идеи одновременного образования Солнца и планет Солнечной системы из облака диффузной космической материи — гипотеза И. Канта — «холодная гипотеза» (1755 г.), и гипотеза П. Лапласа — «горячая гипотеза» (1796 г). В пользу общности гипотез говорит родство тел Солнечной системы: сходство их химического и изотопного состава, возраст, особенности движения и строения [1–2].
В гипотезах другого направления формирование Солнца рассматривается отдельно от процесса образования планет системы и спутников (гипотезы учёных начала XX в. Ф. Мультона, Т. Чемберлена и Д. Джинса). К ним также относится гипотеза академика О. Ю. Шмидта: захват Солнцем холодного газопылево-метеоритного облака и дальнейшая конденсация его в планеты и спутники планет. Внутренние планеты в процессе эволюционных образований утратили летучие вещества из-за близости к Солнцу и состоят из железосиликатного каменного материала. Атмосфера внутренних планет связана с процессом дегазации недр в результате вулканических процессов. Внешние планеты и их спутники состоят замерзших лёгких газов — водорода, аммиака и метана. Рис. 1.
Актуальной является гипотеза образования нашей системы из газопылевого холодного облака в результате его уплотнения. Планеты не были раскалёнными телами, и Земля разогрелась на последнем этапе формирования. Причину разогрева планет объясняют в выделении энергии в результате разделения магматического расплава под действием гравитации Земли по плотности и радиоактивного распада. [1–2].
Рис. 1. Расположение внешних и внутренних планет Солнечной системы
Более 4,7 млрд. лет появились — газопылевая первичная туманность и звезда, превратившаяся в «сверхновую» — это был первый этап формирования системы. На втором этапе туманность попала в область влияния «сверхновой» звезды и в туманности стали происходить процессы аккреции «реликтового» вещества, а затем — конденсации вещества «сверхновой» звезды и «вторичного» вещества туманности около 4,7 млрд. лет назад — третий этап. На четвёртом этапе произошло центральное сгущение вещества, которое превратилось в Солнце и началось формирование Солнечной системы и планеты Земля, завершившееся примерно 4,6 млрд. лет назад. [1–3].
Для полноценного изучения Солнечной системы необходимо использовать метод моделирования, т. к. представить себе небесные тела солнечной системы довольно затруднительно из-за их размеров и расстояний между ними. И поэтому для визуализации солнечной системы используются компьютерные или натурные модели с учетом пропорций и траекторий планет. Модель — материальный мысленный или условный объект: гипотеза, абстракция, формула, рисунок, план, карта, чертёж, программа, схема, и т. п., которые определяют существенные свойства объекта исследования в упрощённой форме. В нашем случае к модели Солнечной системы приходится прибегать из-за того, что наш объект очень велик и обладает другими трудно реализуемыми физическими параметрами.
С помощью небольшого набора инструментов и материалов студентами был изготовлен макет Солнечной системы, который получился ярким и наглядным. Для этого использовали фигуры из папье-маше в форме полусфер разного размера. Рисунок на поверхности моделей планет и спутников наносили с помощью красок в соответствии с цветом настоящих планет. Рис. 2.
Рис. 2. Макет солнечной системы
Для математических расчётов движения планет вокруг Солнца использовалась свободно распространяемая компьютерная программа Solsys (3.0) 7. Интересной функциональной особенностью этой программы по моделированию движения объектов в Солнечной системе, является наличие возможности экспериментально определить период обращения планет и параметры полученных орбит, эксцентриситет, расстояния до Солнца в афелии и перигелии, а также скорости в этих точках. Рис.3.
Рис. 3. Расчёт движения планет в программе Solsys3.0
Наша Солнечная система проходит сквозь галактику Млечный Путь по круговой орбите на расстоянии около 30 000 световых лет от галактического центра со скоростью более 220 км/с. Период обращения вокруг центра галактики — так называемый галактический год — составляет для Солнечной Системы примерно 220–250 миллионов лет [4]. Наша Галактика — Млечный путь представляет собой гигантский диск из звезд разного типа, звёздных скоплений, межзвёздного вещества, состоящего из различного типа излучений, элементарных частиц, атомов, тёмной материи; в центре нашей Галактики находится чёрная дыра [3-4]. Создание макета галактики будет следующим этапом моделирования (рис. 4).
Рис. 4. Схема расположения Солнечной системы в нашей Галактике — Млечный путь
В работе представлено исследование объекта — Солнечная система с помощью натурных и компьютерных моделей. В настоящее время развитие космологии зависит от развития космических технологий, которые достаточно сложны для использования в учебном процессе, но модели позволяют представить объекты и процессы Солнечной системы в наглядной форме [5].
Литература:
-
Schmidt O.Ju. A Theory of Earth’s Origin. Moscow. 1958. -
Hawking S. The Universe in a Nutshell, Published by Bantam Dell Publ. Group. — 2007. — P. 464. -
Семенов О. Ю. Астрофизические тайны чёрных и белых дыр / Вучкович В. В., Ионов А. Э., Шааб М. Н., Чеботников А. А., Семенов О. Ю. // Юный учёный. — 2016. — № 2 (5). — С. 87–93. -
Семенов О. Ю. Успехи небесной механики / Тесситоре А. Ф., Семенов О. Ю. // Юный учёный. — 2016. — № 1. — С. 28–32. -
Семенов О. Ю. Дидактика астрономии в общеобразовательных учебных заведениях / Гуманитарные науки в XXI веке 2014. — № XXIII. — С. 81–84.
Основные термины (генерируются автоматически): Солнечная система, Млечный путь, планет, черная дыра, гипотеза возникновения, Галактика, гипотеза, модель, процесс.
Ключевые слова
моделирование,
макет,
звезда,
Вселенная,
черная дыра,
галактика,
космология,
планета,
Солнечная система,
аккреция,
туманность
космология, звезда, планета, Солнечная система, моделирование, макет, аккреция, чёрная дыра, галактика, туманность, Вселенная
Похожие статьи
Астрофизические тайны
чёрных и белых дыр | Статья в журнале. ..
Статья посвящена открытию чёрных дыр. Рассмотрены научные исследования в области
Чёрная дыра — это объект, искривляющий пространство-время в своей окрестности
Гипотеза возможности поддержания жизни на планетах за счет разницы температур холодного светила…
Секреты звездной
Галактики | Статья в журнале «Юный ученый»
Звёзды образуют гигантские системы — Галактики. Галактика имеет центр (ядро), плоские спиральные рукава, в которых сосредоточено большинство звёзд, и периферию
Плоскость Галактики, где максимальное число звёзд, газа и пыли, видна на небе как Млечный Путь.
Моделирование движения космических тел для исследования…
Для сравнения, самая дальняя планета Солнечной системы находится на расстоянии около 30 а. е. от Солнца.
Разработанная программа с небольшими доработками позволяет провести много интересных экспериментов, в частности для Солнечной системы.
Работа с большими расстояниями при создании космического…
Также стоит отметить визуализацию других звездных систем и галактик, для них используется тот же тип переменных
Что очень мало не только в масштабах солнечной системы, но даже в масштабах планеты.
При этом, когда наблюдатель выходит за пределы солнечной системы.
От кинематических законов Галилея и Кеплера к динамическим…
Кинематика планет Солнечной системы не зависит от массы планет. В более общем виде этот закон имеет следующую формулировку.
В свою очередь, полоса Млечного Пути также представляет собой близкую к плоской
Гипотеза механизма закономерности Тициуса-Боде.
Гипотеза механизма закономерности Тициуса-Боде
Гипотеза механизма закономерности Тициуса-Боде. Автор: Бортникова Галина Ивановна.
Массы планет не имеют отношения к возникновению этого каскада последовательных
Модель демонстрирует нам, что орбиты обращения планет вокруг светил имеют форму…
Курс по выбору «Основы геологии» 10–11 класс (34 часа)
— Углубить знания о строении Солнечной системы и планеты Земля, слагающих ее горных пород, процессах, происходящих на ее поверхности, геологической истории, эволюции жизни, полезных ископаемых, воздействии человека на природные геологические процессы.
Расчет биэллиптических траекторий космических аппаратов…
Модель гравитационного поля планеты в системе гравитирующих стержней.
Гипотеза механизма закономерности Тициуса-Боде. Интервалы расстояний орбит планет выделяются
По одной гипотезе возникли идеи одновременного образования Солнца и планет Солнечной…
Планета 9, Нептун и Плутон | Статья в журнале «Юный ученый»
Нептун. Нептун — восьмая и самая дальняя планета Солнечной системы. Впервые был замечен Галилео Галилеем 28 декабря 1612 года, а затем 29 января 1613 года. Но Галилей не считается первооткрывателем планеты…
Астрономы нашли первое свидетельство возможного существования Луны за пределами нашей Солнечной системы
Используя космические телескопы НАСА «Хаббл» и «Кеплер», астрономы обнаружили дразнящие доказательства того, что может быть первым открытием луны, вращающейся вокруг планеты за пределами нашей Солнечной системы.
Этот кандидат в спутники, который находится на расстоянии 8000 световых лет от Земли в созвездии Лебедя, вращается вокруг планеты-гиганта, которая, в свою очередь, вращается вокруг звезды под названием Кеплер-1625. Исследователи предупреждают, что гипотеза о Луне является предварительной и должна быть подтверждена последующими наблюдениями Хаббла.
«Это интригующее открытие показывает, как миссии НАСА работают вместе, чтобы раскрыть невероятные тайны нашего космоса», — сказал Томас Зурбухен, заместитель администратора Управления научных миссий НАСА в штаб-квартире НАСА в Вашингтоне, округ Колумбия. понимание того, как формируются луны и из чего они могут быть сделаны».
Поскольку спутники за пределами нашей Солнечной системы, известные как экзолуны, не могут быть отображены напрямую, их присутствие предполагается, когда они проходят перед звездой, на мгновение приглушая ее свет. Такое событие называется транзитом и использовалось для обнаружения многих экзопланет, каталогизированных на сегодняшний день.
Однако экзолуны труднее обнаружить, чем экзопланеты, потому что они меньше своей планеты-компаньона, и поэтому их транзитный сигнал слабее, если нанести его на кривую блеска, которая измеряет продолжительность жизни планеты и величину мгновенного затемнения. Экземулы также меняют положение с каждым транзитом, потому что луна вращается вокруг планеты.
В поисках экзолуны Алекс Тичи и Дэвид Киппинг, астрономы Колумбийского университета в Нью-Йорке, проанализировали данные с 284 открытых Кеплером планет, которые находились на сравнительно широких орбитах, более 30 дней, вокруг своей родительской звезды. Исследователи обнаружили в Kepler-1625b один экземпляр транзитной подписи с интригующими аномалиями, предполагающими присутствие луны.
«Мы заметили небольшие отклонения и колебания на кривой блеска, которые привлекли наше внимание», — сказал Киппинг.
Основываясь на своих выводах, команда потратила 40 часов на наблюдения с помощью Хаббла для интенсивного изучения планеты — также с использованием метода транзита — для получения более точных данных о провалах света. Ученые наблюдали за планетой до и во время ее 19-часового прохождения по лику звезды. После того, как транзит закончился, Хаббл обнаружил второе и гораздо меньшее уменьшение яркости звезды примерно через 3,5 часа. Это небольшое уменьшение согласуется с тем, что луна, связанная гравитацией, следует за планетой, как собака, следующая за своим хозяином. К сожалению, запланированные наблюдения Хаббла закончились до того, как удалось измерить полное прохождение спутника-кандидата и подтвердить его существование.
В дополнение к этому падению света Хаббл представил подтверждающие доказательства лунной гипотезы, обнаружив, что прохождение планеты произошло более чем на час раньше, чем предполагалось. Это согласуется с тем, что планета и Луна вращаются вокруг общего центра тяжести, из-за чего планета будет колебаться от своего предсказанного положения, подобно тому, как Земля колеблется, когда наша Луна вращается вокруг нее.
Исследователи отмечают, что планетарное колебание может быть вызвано гравитационным притяжением гипотетической второй планеты в системе, а не луны. Хотя Кеплер не обнаружил вторую планету в системе, возможно, планета там есть, но не может быть обнаружена с помощью методов Кеплера.
«Луна-компаньон — самое простое и естественное объяснение второго провала на кривой блеска и отклонения орбитального времени», — объяснил Киппинг. «Это был определенно шокирующий момент, когда я увидел эту кривую блеска Хаббла, мое сердце начало биться немного быстрее, и я просто продолжал смотреть на эту сигнатуру. мыслимый способ, которым данные могут нас обмануть».
В статье, опубликованной в журнале Science Advances, ученые сообщают, что спутник-кандидат необычно велик — потенциально сравним с Нептуном. Таких больших спутников в нашей Солнечной системе не существует. Исследователи говорят, что это может дать новое понимание развития планетных систем и может заставить экспертов пересмотреть теории о том, как луны формируются вокруг планет.
Масса кандидата в спутники оценивается всего в 1,5% от массы планеты-компаньона, а масса планеты оценивается в несколько раз больше массы Юпитера. Это соотношение масс похоже на соотношение между Землей и Луной. В случае системы Земля-Луна и системы Плутон-Харон считается, что спутники созданы из пыли, оставшейся после столкновений скалистых планет. Однако Kepler-1625b и его возможный спутник являются газообразными, а не каменистыми, поэтому Луна могла образоваться в результате другого процесса.
Исследователи отмечают, что если эта планета действительно является луной, то и она, и ее планета-хозяин находятся в обитаемой зоне своей звезды, где умеренные температуры позволяют существование жидкой воды на любой твердой поверхности планеты. Однако оба тела считаются газообразными и поэтому непригодными для жизни в том виде, в каком мы ее знаем.
Будущие поиски экзолуны в целом будут нацелены на планеты размером с Юпитер, которые находятся дальше от своей звезды, чем Земля от Солнца. Идеальные планеты-кандидаты для спутников находятся на широких орбитах с длительным и редким транзитом. В этом поиске луну было бы легче всего обнаружить из-за ее большого размера. В настоящее время в базе данных Кеплера всего несколько таких планет. Независимо от того, подтвердят ли будущие наблюдения существование спутника Kepler-1625b, будущий космический телескоп НАСА имени Джеймса Уэбба будет использоваться для поиска спутников-кандидатов вокруг других планет с гораздо большей детализацией, чем у Кеплера.
«С Уэббом мы можем увидеть действительно крошечные луны, — сказал Тичи.
Исследовательский центр Эймса НАСА управляет миссиями Кеплер и К2 для Управления научных миссий НАСА. Лаборатория реактивного движения НАСА в Пасадене, Калифорния, руководила разработкой миссии Кеплер. Корпорация Ball Aerospace and Technologies управляет полетной системой при поддержке Лаборатории атмосферной и космической физики Университета Колорадо в Боулдере, штат Колорадо.
Космический телескоп Хаббл — проект международного сотрудничества НАСА и ЕКА (Европейское космическое агентство). Центр космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, управляет телескопом. Научный институт космического телескопа (STScI) в Балтиморе, штат Мэриленд, проводит научные операции Хаббла. STScI управляется для НАСА Ассоциацией университетов для исследований в области астрономии в Вашингтоне, округ Колумбия.
Крупнейшие космические открытия 2018 года
Новые космические открытия 2018 года помогли ученым понять некоторые тайны нашей постоянно расширяющейся Вселенной. Астрономы стали свидетелями гибели звезды, обнаружили скопления черных дыр и отсутствие темной материи, а роботы исследовали Марс. Запущено несколько интересных новых миссий, которые продолжатся в 2019 году, и продолжается работа над будущими миссиями, такими как космический телескоп Джеймса Уэбба. Пять открытий выделяются тем, что способствуют более глубокому пониманию космоса.
Доказательства существования тысяч черных дыр в центре Млечного Пути
Исследователи Колумбийского университета обнаружили дюжину черных дыр, окружающих сверхмассивную черную дыру в центре Млечного Пути. Это новое свидетельство подтверждает теорию о том, что сверхмассивная черная дыра, называемая Стрельцом A*, на самом деле окружена примерно 10 000 других изолированных черных дыр, а также 500 черными дырами, соединенными со звездами, согласно Science Daily. Исследователи изучили архивные данные телескопа НАСА, известного как рентгеновская обсерватория Чандра, и искали слабые, но устойчивые рентгеновские сигнатуры, которые могут указывать на черные дыры. Это новое исследование подтверждает теорию о гравитационных волнах, помогает ученым понять, как большие черные дыры взаимодействуют с меньшими, и предполагает, что подобные скопления черных дыр существуют в центрах большинства галактик. НАСА объявило: «Этот недавний анализ с использованием данных Чандры является первым наблюдательным свидетельством такой щедрости черных дыр».
Смерть звезды зомби
У ученых уже есть четкое представление о том, что происходит, когда умирает звезда, и как работают сверхновые звезды, но в 2018 году астрономы обнаружили, что iPTF14hls, по-видимому, несколько раз умирал и возвращался к жизни. Что происходит с этой так называемой зомби-звездой? Обычно, когда звезда умирает, она излучает яркий свет в течение короткого периода времени, взрываясь во время вспышки сверхновой. Но, по данным Space.com, несмотря на то, что iPTF14hls, казалось, умер около 60 лет назад, теперь он пульсирует, и его сверхновая ярче, чем обычно.
Новая галактика без видимой темной материи
Большая часть материала во Вселенной представляет собой темную материю, но в галактике размером с Млечный Путь под названием NGC 1052-DF2, похоже, отсутствует этот важный для галактики компонент. Астрофизик Альберто Конти из Northrop Grumman объяснил: «В астрономии, если мы не знаем, что такое что-то, мы называем это «темным». количество темной материи, которое остается загадкой для ученых.
Обнаружение древнейших звезд во Вселенной
Еще одно открытие, сделанное в 2018 году, дает нам новые сведения о темной материи. По данным Sky & Telescope, группа американских астрономов обнаружила сигналы от самых старых звезд во Вселенной, которые образовались всего через 180 миллионов лет после Большого взрыва. Поглощение оказалось сильнее, чем предполагалось, что позволяет предположить, что газ, через который прошел звездный свет, был холоднее, чем ожидалось. Так что же украло энергию? Sky & Telescope объяснили, что вором, вероятно, была темная материя, которая предположительно взаимодействовала с обычной материей в первые дни существования Вселенной.
Исследование Марса
В июне 2018 года НАСА объявило, что марсоход Curiosity обнаружил органический материал, сохранившийся в горных породах на Марсе, и метан в атмосфере планеты. По данным НАСА, хотя это и не обязательно свидетельствует о самой жизни, находки предполагают, что планета могла поддерживать древнюю жизнь. Затем, в конце ноября, прибыл посадочный модуль InSight Mars, чтобы углубиться в Красную планету и собрать больше данных.
Что дальше: новые миссии
Insight был одним из нескольких успешных запусков для сбора данных, которые могут привести к новым захватывающим открытиям в 2019 году.