Исследования космоса: открытия и миссии, меняющие представление о Вселенной
2025 год стал важным для космических исследований, подарив научному миру множество ярких открытий. Они не только объясняют тайны Вселенной, но и дают возможности для будущих технологий и исследований, которые могут изменить нашу жизнь на Земле.
Два достижения, полученных с помощью орбитального телескопа «Джеймс Уэбб», которые следует отметить.
Первое, это непосредственно то, что близко к моим научным интересам — открытие углекислого газа в атмосферах внесолнечных планет. Это, на мой взгляд, одно из первых серьезных исследований по химическому составу экзопланетных атмосфер. Мы видим, как и в нашей Солнечной системе, довольно значимое количество планет с атмосферами, в которых доминирует углекислый газ. Это значит, что мы можем нашу Солнечную систему принимать как эталон, который можно масштабировать и на другие планетные системы.
Второе, с точки зрения фундаментальной науки гораздо более значимое открытие, это галактика с предельно высоким красным смещением — компактная галактика, которая возникла за предельно короткий срок после Большого взрыва. Это наблюдение неожиданное, потому что то, что происходило в ранней Вселенной, пока что мы знаем практически только из теоретических моделей и это одно из первых наблюдений объекта, возникшего в эту эпоху. Такие фундаментальные научные открытия в наше время делаются на приборах нового поколения, и будет ли Россия иметь к ним отношение, зависит в первую очередь от нашей технической вооруженности.
Для меня самым важным и интересным было обнаружение в холодном межзвездном веществе двух ароматических молекул (циклические органические соединения, обладающие повышенной устойчивостью — ароматичностью): цианопирена и цианокоронена.
О том, что в межзвездной среде имеются молекулы полициклических ароматических углеводородов, известно уже не одно десятилетие, но возможность идентифицировать хотя бы некоторые из них появилась только в последние годы.
Открытие важно тем, что это уже вполне крупные органические молекулы. Они обнаружены в рамках проекта GOTHAM на 100-м радиотелескопе обсерватории Грин-Бэнк в США. Это проект посвящен поиску ароматических соединений в молекулярном облаке TMC-1 в созвездии Тельца. Наличие там таких крупных молекул означает, что сложная органика может эффективно синтезироваться в условиях крайне низких температур и давлений. К сожалению, конкретные процессы синтеза остаются загадкой.
В астрономии в целом самым значимым событием, на мой взгляд, является обнаружение третьего межзвездного тела — кометы 3I/ATLAS. Здесь интересна не только научная составляющая. С этот составляющей все понятно — новый вестник из другой планетной системы привлек к себе внимание наблюдателей со всего мира; в наблюдениях участвуют и российские обсерватории. Но не менее занятным, хотя и несколько обескураживающим оказался грандиозный шум, поднявшийся из-за этой кометы в медийном пространстве. Он показал, что можно совершенно любое тело объявить инопланетным космическим кораблем, и это идея будет широчайшим образом подхвачена и распространена.
В 2026 году будет как минимум два важных астрономических события. Во-первых, начнется плановая работа обзорного телескопа обсерватории им. Веры Рубин. Во-вторых, в ноябре на орбиту у Меркурия должен выйти зонд BepiColombo, на борту которого установлено и российское оборудование.
Извлекаемая из анализа пространственного распределения галактик информация позволила DESI определить закон расширения Вселенной. Он показывает, что доминирующая в современной Вселенной компонента — темная энергия — не является постоянной величиной, а слабо изменяется во времени.
Найденный закон изменения темной материи таков: «сегодня» плотность энергии этой компоненты несколько уменьшается при расширении Вселенной. Однако некоторое время назад, «вчера», плотность энергии росла (!) при расширении Вселенной.
Вероятная интерпретация этого в том, что за явлением темной энергии стоит не одна, а несколько субстанций, коллективный эффект которых представляется нам столь странным. Мы стоим на пороге открытия динамики, обеспечивающей современное расширение Вселенной. И по-видимому она куда сложнее, чем мы ожидали: если взглянуть на историю открытий в физике, как правило какое-либо из минималистичных объяснений оказывалось верным.
Осенью этого года ожидается публикация первых космологических результатов проекта «Евклид» — грубо говоря трехмерная картина расположения галактик во Вселенной. Далеко — а значит давно — и мы узнаем по ней детальную историю развития поздней Вселенной, с перспективой понимания сути темной энергии, определения масштаба масс нейтрино, разрешения «хаббловского напряжения» и много другого.
Открытия-2025 — проверка закона площадей Хокинга и керровской природы черных дыр (PRL, v.135, 111403, 2025). Гравитационно-волновой сигнал GW250114 был зарегистрирован двумя детекторами LIGO. Сигнал был получен в результате слияния двух черных дыр с почти равными массами. Данные, полученные после слияния согласуются с доминирующей квадрупольной модой (ℓ = |m| = 2) керровской черной дыры и ее первым обертоном. Экспериментально доказан закон площади Хокинга, который гласит, что общая площадь горизонтов событий черных дыр (грубо говоря, площадь поверхности черных дыр) не может уменьшаться со временем. Детальный анализ, учитывающий пять наиболее сильных циклов слияния, подтверждает, что остаточная площадь больше, чем сумма начальных площадей до слияния. Впервые получено подтверждение закона площадей Хокинга при слиянии черных дыр.
В последние годы происходит бурный прогресс в изучении ранней эволюции галактик. Это связано и с теоретическими исследованиями, и с суперкомпьютерным моделированием, и с наблюдениями. Для проверки теорий и моделей необходимы новые наблюдательные данные о свойствах галактик в первый миллиард лет жизни вселенной. Данные с телескопа «Джеймс Уэбб» позволяют это делать.
В астрономии важнейшим событием 2026 год должен стать четвертый релиз данных спутника Gaia (Европейское космическое агентство). Также можно ожидать, что телескоп LSST (США) уже в первый год своей полноценной научной работы даст важные результаты, поскольку это абсолютно уникальный эксперимент.
В 2025 году вышел ряд работ нескольких исследовательских групп, посвященных изучению вековых вариаций магнитного поля Земли, в частности, т.н. всплесков векового ускорения. Это изменения геомагнитного поля на относительно коротких интервалах времени (годы и десятилетия), которые определяются с использованием спутниковых измерений и данных магнитных обсерваторий. Такие исследования важны для понимания сложных динамических процессов, протекающих в недрах Земли, включая волновые процессы, тепломассоперенос и конвекцию в жидком ядре. Они взаимосвязаны с вращением планеты, влияют на теплофизику мантии и тектонику плит в долгосрочной перспективе.
Данные об изменениях внутреннего магнитного поля Земли важны и при решении прикладных задач, например, для навигации по естественным физическим полям. Они широко используются для создания адекватных моделей геомагнитного поля, необходимых, в частности, для задач эффективной добычи углеводородов.
В 2025 году были получены значительные результаты в области исследовательской космонавтики. Автоматические станции по исследованию Солнца Parker Solar Probe (НАСА) и Solar Orbiter (ЕКА) получили новые данные о солнечной короне и впервые детально исследовали полярные области Солнца. В 2025 году в точку Лагранжа L1 была запущена автоматическая станция Interstellar Mapping and Acceleration Probe, предназначенная для изучения космической погоды. В России были выведены на орбиту Земли два спутника «Ионосфера-М» из группировки «Ионозонд», тем самым увеличив группировку до четырех аппаратов. В их задачи входит изучение магнитосферно-ионосферных связей в околоземном космическом пространстве и мониторинг эффектов солнечно-земного взаимодействия.
2025 год также запомнился вниманием к третьей открытой межзвездной комете 3I/ATLAS. Комета была открыта 1 июля 2025 года. Из-за особенностей ее движения наблюдения с Земли было проводить проблематично. Поэтому многие данные о комете были получены автоматическими межпланетными станциями.
В 2025 году ракетой-носителем New Glenn частной компании Blue Origin была запущена межпланетная миссия Escape and Plasma Acceleration and Dynamics Explorers (ESCAPADE), состоящая из двух аппаратов и предназначенная для исследования магнитосферы Марса. Таким образом, Blue Origin стала второй частной компанией после Space X, способной осуществлять запуски ракет тяжелого класса.
