ПопулярнеРедакціяСвіже
КращеОбговорюване

Оумуамуа – НЕ айсберг

Две статьи Ави Лёба по поводу очередного «объяснения» естественного происхождения Оумуамуа.

Является ли Оумуамуа водородно-водным айсбергом?

Ави Лёб, Medium, 22.03.2023

image
Возможные интерпретации Оумуамуа. Credit: Mark Garlick

В новой статье, опубликованной сегодня в журнале Nature, Дженнифер Бергнер и Дэррил Селигман предполагают, что специфическое ускорение, наблюдаемое для первого известного межзвездного объекта Оумуамуа, можно объяснить тем, что Оумуамуа состоит из водяного льда, частично разложенного космическими лучами на водород [и кислород] во время своего межзвездного путешествия. В аннотации к статье авторы признают, что прошлые модели, включающие айсберг из чистого водорода или айсберг из чистого азота, не работают из-за теоретических или наблюдательных несоответствий. Фактически, модель водородного айсберга была предложена в предыдущей статье 2020 года самим Дэррилом Селигманом. Через несколько месяцев я написал статью с Тимом Хоангом, показывая, что нагрев светом звезд в межзвездном пространстве слишком быстро разрушит водородные айсберги и не позволит им достичь Солнечной системы из вероятных мест образования в гигантских молекулярных облаках.

В новой статье Бергнер и Селигман также отмечают, что сублимация айсберга из чистой воды не может обеспечить полное ускорение Оумуамуа, как сообщает Марко Микели и его сотрудники в статье Nature 2018 года. Поскольку наблюдаемое ускорение плавно уменьшалось обратно пропорционально квадрату расстояния от Солнца, несколько месяцев спустя я в статье с моим бывшим постдоком Шмуэлем Биали предположили, что Оумуамуа представляет собой тонкую мембрану, толкаемую солнечным светом. Поскольку природа не создает легких парусов, в последующих статьях и в моей книге «Внеземной» я предположил, что Оумуамуа, возможно, был создан внеземной технологической цивилизацией. Совсем недавно я предложил в недавно опубликованной статье что эта форма тонкого космического мусора может представлять собой часть сломанной сферы Дайсона, которая была повреждена ударами астероида.

Поскольку Бергнер и Селигман признают, что айсберг из чистой воды или айсберг из чистого водорода не являются жизнеспособными моделями для Оумуамуа, неясно, как сочетание двух неудачных моделей может привести к успешному решению. В частности, когда водород испаряется из водяного айсберга, он оказывает меньшее воздействие на воду (лед), чем на чистый водородный айсберг, из-за более высокой молекулярной массы воды. Более того, если водород легко испаряется из водяного льда, то он [айсберг] не выдержит путешествия, как и в случае с чисто водородным айсбергом. Эти вопросы не рассматриваются в новом документе.

Другая проблема заключается в том, что кометы часто проявляют дрожание от струй в результате неравномерной сублимации льда на их поверхности, а также существенной эволюции их периода вращения по мере их испарения, тогда как ничего из этого не было очевидно в случае Оумуамуа. Этот момент был подчеркнут в статье Романа Рафикова 2018 года, что развеяло сомнения в кометном происхождении избыточного ускорения Оумуамуа при удалении от Солнца.

Бергнер и Селигман предполагают, что предложенная ими модель является общей и что все ледяные тела, подвергшиеся воздействию межзвездных космических лучей, должны демонстрировать превращение воды в водород. Однако нам уже известен ледяной объект из межзвездного пространства: это первая межзвездная комета 2I/Borisov, открытая в 2019 году астрономом-любителем Геннадием Борисовым. Этот объект выглядел как знакомая нам комета из Солнечной системы с гигантским кометным хвостом. Оумуамуа не может быть типичной кометой, такой как 2I/Борисов, поскольку не было никаких свидетельств наличия каких-либо углеродных молекул или пыли вокруг Оумуамуа основанных на наблюдениях космического телескопа Спитцер. Если бы авторы были правы и 1I/Оумуамуа была типичной кометой из водяного льда, подвергшейся воздействию космических лучей, то межзвездный объект 2I/Borisov не мог бы обладать явным кометным хвостом.

На самом деле долгопериодические кометы из облака Оорта Солнечной системы подвержены воздействию той же среды космических лучей, что и межзвездные объекты, такие как Оумуамуа, потому что они находятся за пределами гелиосферы, где солнечный ветер не может их защитить. Тем не менее, кометы облака Оорта показывают знакомые кометные хвосты. Утверждать, что обычная ледяная комета не имеет хвоста, все равно что говорить, что слон — это обыкновенная зебра, только не показывающая полос. Конечно, могут быть исключения, когда скорость испарения низкая, но они не объясняют избыточное ускорение Оумуамуа, которое требует, чтобы, по крайней мере, десятая часть массы объекта терялась в хвосте, когда наблюдалось ускорение.

Интересно, что в сентябре 2020 года тот же телескоп, который обнаружил Оумуамуа, Pan-STARRS на Гавайях, наблюдал еще один объект, демонстрирующий отталкивание от Солнца в результате отражения солнечного света без кометного хвоста. Этот объект, названный 2020 SO, оказался ракетным ускорителем из тонких стенок из нержавеющей стали, запущенным NASA в 1966 году.

Чтобы понять, сколько массы нужно, чтобы испариться из Оумуамуа, давайте пройдемся по некоторым числам. Кометное испарение приводит к ракетному эффекту, благодаря которому импульс испаряемого газа к Солнцу отталкивает объект от Солнца. Это тот же механизм, который толкает ракеты или реактивные самолеты.

Новая модель требует, чтобы молекулярный водород составлял значительную часть общей массы и большая его часть испарялась. Когда наблюдали Оумуамуа, температура испаряемого водорода была порядка ста градусов по Кельвину выше абсолютного нуля. Скорость испаряющегося водорода не может быть больше, чем тепловая скорость молекулы водорода при этой температуре, около километра в секунду, что составляет несколько процентов скорости Оумуамуа вблизи Земли.

Атомная масса кислорода в 16 раз больше массы водорода, а это означает, что вода (два атома водорода на один атом кислорода) несет в 8 раз больше массы, чем масса водорода в ней. Следовательно если мы предположим в наиболее благоприятном случае, что весь водород испарился из Оумуамуа, скачок скорости остаточного объекта составит несколько процентов, деленных на 8, что составляет 0,3% от скорости Оумуамуа вблизи Земли.

Наблюдаемый толчок Оумуамуа составлял около 0,1 % скорости Оумуамуа. Это означает, что треть всего доступного водорода в водяном айсберге должна испариться, чтобы придать Оумуамуа наблюдаемый толчок в 0,1% его скорости.

Учитывая, что Оумуамуа был размером с футбольное поле, неясно, как треть его общей водородной массы может вырваться с глубины в десятки метров на его поверхность, не выталкивая по пути молекулы воды. Действительно, знакомые нам кометы показывают водяной пар с пылью. Оумуамуа не может быть типичной кометой, потому что она не похожа на типичную комету. Как я резюмировал в статье, опубликованной в 2021 году, Оумуамуа показал другие аномалии помимо своего ускорения. Десятикратное изменение яркости отраженного солнечного света, когда он кувыркался каждые 8 ​​часов, означало, что он имел экстремальную форму, скорее всего дискообразную, а не сигарообразную, согласно подробному анализу кривой блеска Оумуамуа в статье Сергея Мащенко 2019 года. Эта дискообразная форма, одобренная анализом Мащенко с доверительной вероятностью 91%, согласуется с интерпретацией плоской мембраны.

image
Изменение яркости Оумуамуа, наблюдаемое различными телескопами в течение трех дней в октябре 2017 г. Credit: ESO/K. Meech et al.

Более того, Оумуамуа возник вблизи Локального стандарта покоя (Local Standard of Rest), системы отсчета, усредняющей случайные движения всех звезд в окрестностях Солнца. Согласно статье Эрика Мамаека 2017 года, «менее 1 из 500 звезд поля в окрестностях Солнца будут иметь скорость, столь близкую к средней скорости» этой системы отсчета относительно Солнца, что делает Оумуамуа чрезвычайно редким объектом по своей начальной скорости до столкновения с гравитационным полем Солнца.

image
Гиперболическая траектория Оумуамуа через Солнечную систему. Credit: ESO/K. Meech et al.

В целом, фантастично видеть сохраняющийся интерес в рамках основного направления астрономии к объяснению аномального ускорения Оумуамуа более чем через 5 лет после его открытия. Хорошо иметь под рукой альтернативные модели, поскольку мы ищем следующий Оумуамуа с предстоящим Legacy Survey of Space and Time (LSST) в Обсерватории Веры К. Рубин.

Фундаментальный вопрос, который меня интересует, заключается в том, было ли Оумуамуа естественным или искусственным по происхождению. Если следующий Оумуамуа окажется искусственным, то мы можем почувствовать себя хозяевами дома, которые идентифицировали все предметы на своем заднем дворе как камни, включая те теннисные мячи, которые появились с космической улицы и были брошены нашими соседями.

Иногда я чувствую себя ребенком из сказки Ганса-Христиана Андерсена, который предположил, что «у императора нет одежды», в то время как «взрослые», наблюдавшие за процессией, настаивали на том, что император одет в модную одежду. В моем случае император – это Оумуамуа, а одежда – его невидимый кометный хвост.

Оригинал: Is `Oumuamua a Hydrogen-Water Iceberg?

Оумуамуа не был айсбергом, состоящим из воды и водорода

Ави Лёб, Medium, 24.03.2023

image
Рисунок из Hoang & Loeb (2023). Левая панель: сравнение скоростей нагрева и охлаждения, когда объект находится на расстоянии в 1,4 раза превышающем расстояние от Земли до Солнца. Испарительное охлаждение с помощью H2 преобладает над радиационным охлаждением. Правая панель: температура поверхности на разных расстояниях, рассчитанная для случая с испарительным охлаждением и без него. Показаны различные соотношения молекулярного водорода и воды. Суть в том, что испарительное охлаждение молекулярным водородом снижает температуру поверхности на порядок.

В новой статье, которую я представил сегодня утром для публикации в сотрудничестве с Тимом Хоангом, мы показываем, что в статье, опубликованной в журнале Nature Дженнифером Бергнером и Дэррилом Селигманом, неверно рассчитана температура поверхности Оумуамуа. Бергнер и Селигман предположили, что необычное ускорение Оумуамуа можно объяснить тем, что он был сделан из водяного льда, частично диссоциированного на водород космическими лучами в межзвездном пространстве.

Однако при расчете температуры их поверхности вблизи Солнца не учитывался решающий охлаждающий эффект испарения водорода. Добавив охлаждение за счет испарения водорода, наша новая статья показывает, что температура поверхности айсберга снижается на порядок.

Правильный расчет температуры поверхности прост. Он уравновешивает нагрев солнечным светом с радиационным охлаждением с поверхности и дополнительными потерями энергии, затраченной на вытеснение атомов водорода из решетки. Последний компонент был опущен в тепловой модели, представленной Бергнером и Селигманом в их разделе «Методы», что привело к завышению оценки температуры поверхности в 9 раз.

В результате снижения температуры поверхности тепловая скорость выделения водорода уменьшается в 3 раза. Первоначальная модель требовала, чтобы около трети атомов водорода выделялись из воды космическими лучами, и, следовательно, новый результат требует, чтобы весь водород был отделен от воды. Это делает модель несостоятельной, потому что полностью водородная поверхность напоминает модель водородного айсберга, предложенную в предыдущей статье 2020 года Дэррилом Селигманом. Следуя этому первоначальному предложению, я вместе с Тимом Хоангом написал статью , показывающую, что нагрев светом звезд в межзвездном пространстве быстро разрушает слои чистого водорода, не позволяя объекту достичь Солнечной системы, как это сделал Оумуамуа.

Более того, более низкая температура поверхности еще больше ограничивает термический отжиг водяного льда – ключевой процесс, к которому Бергнер и Селигман обращаются как к механизму высвобождения молекулярного водорода.

К настоящему времени публикация в Nature была отмечена научными журналистами во всем мире. Когда сегодня утром я сообщил одному из них о просчете температуры, он сказал мне, что его журнал не будет публиковать исправление к исходному отчету, чтобы «не смущать читателей». Этот ответ подходит для политических вопросов, когда истину нелегко различить, а несколько мнений одинаково верны. Однако польза от науки заключается в том, что можно показать правильность или ошибочность расчетов, и клятва научных репортеров должна состоять в том, чтобы придерживаться полного раскрытия научной истины. Вот чистая правда, по определению из Британской энциклопедии: «комета — это небольшое тело, вращающееся вокруг Солнца, значительная часть его состава состоит из летучих льдов. Когда комета приближается к Солнцу, льды сублимируются (переходят непосредственно из твердой фазы в газовую) и образуют вместе с увлекаемыми частицами пыли яркую вытекающую атмосферу вокруг ядра кометы, известную как кома. Поскольку пыль и газ в коме свободно текут в космос, комета образует два хвоста, один из которых состоит из ионизированных молекул и радикалов, а другой — из пыли. Слово комета происходит от греческого κομητης (kometes), что означает «длинноволосый». Действительно, именно появление яркой комы является стандартным наблюдательным тестом на то, является ли вновь открытый объект кометой или астероидом.

image
Комета C/1995 O1 (Хейла — Боппа), любительское фото. Credit: Philipp Salzgeber

Всегда была видна кома тысяч комет Солнечной системы. Тем не менее, у первого межзвездного объекта, о котором сообщалось, не было комы. Это не позволяет Оумуамуа быть обычным водным айсбергом, потому что долгопериодические кометы из облака Оорта Солнечной системы также подвергаются воздействию той же межзвездной среды космических лучей.

В первый год после открытия Оумуамуа в большинстве научных статей, написанных о нем, утверждалось, что этот объект является странным, в отличие от астероидов или комет, замеченных ранее в Солнечной системе. Однако после того, как я предположил, что Оумуамуа может иметь искусственное происхождение, появилась серия экспертных статей, настаивающих на том, что Оумуамуа является обычным объектом естественного происхождения. Эксперты разошлись во мнениях относительно того, каким может быть этот обычный объект: водородным айсбергом  азотным айсбергомпыльным кроликом или водородно-водным айсбергом как в статье, которая только что появилась в Nature.

Соавтор подробного обзора об Оумуамуа сказал мне в прошлом году, что, по его мнению, Оумуамуа действительно имел кометный хвост, когда мы не смотрели на него, но не показывал хвост, когда мы смотрели на него. Это все равно, что сказать, что слон – это обычная зебра, которая показывает свои полосы только тогда, когда мы не смотрим на нее.

«Темная комета» — это противоречие терминов, поскольку все известные кометы имели видимый кометный хвост из газа и пыли. На Оумуамуа не было обнаружено никаких следов углеродных молекул или пыли, что подтверждается наблюдениями космического телескопа Спитцер. Объект также не показал дрожания от струй в результате неравномерной сублимации льда на его поверхности или существенной эволюции периода вращения, как это часто наблюдается для испаряющихся комет.

Объяснение других аномалий Оумуамуа, таких как его чрезвычайно вытянутая, но плоская форма, требует сложной сюжетной линии, если бы он был обычной кометой. Это особенно верно, учитывая, что межзвездная комета 2I/Борисов, обнаруженная двумя годами позже, выглядела как знакомые нам кометы Солнечной системы. Когда «император голый», нам лучше это признать. В противном случае мы бы объявили всему миру, что утратили свое детское любопытство.

Научная статья: Implications of evaporative cooling by H2 for 1I/‘Oumuamua
Оригинал: `Oumuamua Was Not a Hydrogen-Water Iceberg 
Перевод: Александр Тарлаковский (блог tay-ceti.space)

image

Ави Лёб — руководитель проекта «Галилео», директор-основатель инициативы Гарвардского университета «Черная дыра», директор Института теории и вычислений Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики и бывший заведующий кафедрой астрономии Гарвардского университета (2011 – 2020). Он возглавляет консультативный совет проекта Breakthrough Starshot, а также является бывшим членом Совета советников президента по науке и технологиям и бывшим председателем Совета по физике и астрономии национальных академий. Он является автором бестселлера «Внеземной мир: первый признак разумной жизни за пределами Земли» и соавтором учебника «Жизнь в космосе», опубликованного в 2021 году. Его новая книга под названием «Interstellar», планируется к публикации в августе 2023 года.

Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.

12

Це користувацький матеріал, який було написано учасником спільноти, що не входить до складу редакції чи адміністрації. Підтримуючи авторів оцінками, ви допомагаєте нашій спільноті розвиватися.

Увійдіть, щоб читати ще 14 коментарів, брати участь в обговореннях та не бачити рекламу.
Злий Пол Атрейдес
Вечность назад

Я десь читав, що у людства є ще десяток-два років, щоб спробувати наздогнати Оумуамуа й побачити, що це за звір. Визначення природи об'єкта є досить дорогим проектом і має суто академічний інтерес: природне це тіло або штучне. На мій погляд, в космічних агентствах є досить широке коло зацікавлених сторін, які не бажають витрачати на це ресурси за рахунок інших дослідницьких програм. Тому й клепають наукові спростування штучної природи міжзоряного прибульця, які не витримують навіть поверхневої критики. Але цей шанс у людства може більше ніколи не виникнути... Дякую за переклад. Було дуже цікаво.

Показать скрытые комментарии

Загружаем комментарии...

Повідомити про помилку

Текст, який буде надіслано нашим редакторам:

Отправить Отмена
[X]
Зареєструйтесь на сайті щоб не бачити рекламу, створювати та відслідковувати теми, зберігати статті в особисті закладки і брати участь в обговореннях
Якщо не виходить увійти тут, спробуйте за посиланням.