Годишните пръстени на дърветата крият интересни факти за миналото. Фосили от стволове на дървета, открити във Френските Алпи, съдържа доказателства за най-голямата позната ни слънчева буря, случила се преди 14 300 години.

Слънчева буря с подобни характеристики днес не би представлявала опасност за живота на Земята, но би била катастрофална за съвременните технологии. Генерираната топлина би унищожила телекомуникационните и сателитните системи, би причинила глобални прекъсвания на електрозахранването и, като цяло, би нанесла щети за милиарди долари в световен мащаб..

Това е така, защото загрявайки се, термосферата се разширява, нарушавайки аеродинамичната ефективност на сателитите, в резултат на което те могат да се сблъскат или да напуснат орбитите си.

Безпрецедентен радиовъглероден пик
Субфосилите (незавършено вкаменяване) на дърветата са открити на брега на река Друзе, близо до Гап (Франция). При анализа учените регистрират безпрецедентен радиовъглероден пик в миналото (преди 14 300 г.), причинен от най-голямата слънчева буря, идентифицирана досега. Резултатите от проучването на екипа от френски и британски учени са публикувани в списанието Philosophical Transactions на Кралското общество.

Сравнявайки дървесните пръстени, учените създават модел с информация за темпоралните промените на радиовъглерода и влиянието му за околната среда в миналото.

„Радиовъглеродът се генерира в горните слоеве на атмосферата чрез верига от реакции, провокирани от космическите лъчения“, казва един от авторите на изследването, Едуард Бард.

Девет бури за 15 000 години
Екстремните слънчеви активности създадат временни вихри от енергийни частици, които обаче, трансформирайки се във радиовъглеродна константа, могат да съществуват до една година.

Към днешна дата са регистрирани девет екстремни слънчеви бури, известни като Събития на Мияке, случили се през последните 15 000 години, като последните са от 993 г. и 774 г. Събитията на Мияке са слабо проучени, защото никога не са били наблюдавани пряко.

Моделът от пръстените на субфосилите идентифицира мощна слънчева буря, случила се преди 14 300 г., която е най-силната, позната ни досега и поне два пъти по-силна от последните две.

Полярни сияния, които карат птиците да пеят
Най-голямата, пряко наблюдавана слънчева буря, е Карингтън от 1859 г., която, без да е с мащабите на Мияке, прекъсва телеграфните комуникации и генерира ярко нощно сияние, при което птиците започват да пеят, обърквайки го с изгрева на слънцето.

Бурите Мияке могат да повредят електрическите трансформатори на Земята, прекъсвайки тока в продължение на месеци. Много от сателитите за комуникационни услуги ще бъдат повредени завинаги. За учените все още е загадка защо се случват подобни мощни слънчеви изригвания и как могат да бъдат предвидени. Ето защо е от първостепенно значение да опознаем и разберем процесите в недрата на нашето Слънце.

Автор: Раджендра Гупта

Наблюденията на ранната Вселена от космическия телескоп Джеймс Уеб (JWST) не могат да бъдат обяснени с настоящите космологични модели. Тези модели предполагат, че Вселената е възникнала преди около 13,8 милиарда години от Големия взрив, след което неизменно се разширява.

Моето изследване предлага модел, който определя възрастта на Вселената на 26,7 милиарда години, а това вече обяснява наблюденията на JWST за „невъзможни ранни галактики“.

Терминът „невъзможни“ се обуславя от факта, че някои галактики, формирани в ранния стадий на Вселената – между 500 и 800 милиона години след Големия взрив – имат формата на дискове и протуберанси, които са характерни за галактики с по-дълъг живот и еволюция. А по-малките галактики са по-масивни от големите, което противоречи на очакванията.

Честота и разстояние
Оценката за възрастта на Вселената се получава от скоростта на разширяване на Вселената, измервайки червеното отместване* на спектралните линии на светлината, излъчвана от далечни галактики. По-ранна интерпретация на червеното отместване се основаваше на хипотезата, че светлината губи енергия, изминавайки големи космически разстояния. Това „обяснение за уморената светлина“ е вече несъстоятелно, защото противоречи на много наблюдения.

Червеното изместване на светлината е подобно на Доплеровия ефект при звука: звуците имат по-висока честота (тонове), когато се приближават, и по-ниска честота (тонове), когато се отдалечават. Респективно, червеното отместване има по-ниска честота на светлината, когато даден обект се отдалечава. Следователно, колкото по-голямо е разстоянието до галактиката, толкова по-голяма е скоростта на редукцията и на червеното отместване.

Алтернативно обяснение за червеното отместване е, че галактиките се отдалечават от нас със скорост, пропорционална на тяхното разстояние, което доказва, че Вселената се разширява. Моделът за разширяващата се Вселена е приет от повечето учени, след като астрономите Арно Пензиас и Робърт Уилсън откриха космическото свръхвисокочестотно фоново лъчение (CMB)** през 1964 г., което моделът за стационарно състояние не обясняваше задоволително.

Скоростта на разширяване определя и възрастта на Вселената. До изстрелването на космическия телескоп Хъбъл през 90-те години на миналия век догадките за скоростта на разширяване определяха възрастта на Вселената между 7 милиарда и 20 милиарда години. Допълнителни наблюдения фиксираха сега приетата стойност от 13,8 милиарда години, определяйки Големия взрив за начало.

Ограничения на предишни модели
Изследване, публикувано миналата година, предложи решаването на проблема с първите „невъзможни галактики“, прилагайки модела за „уморената светлина“. Но „уморената светлина“ не може да обясни задоволително други космологични наблюдения, като червеното отместване на свръхновите и еднородността на космическия свръхвисокочестотен фон.

Опитах се да комбинирам Стандартния модел за Големия взрив с модела за „уморената светлина“, за да видя дали заедно ще обяснят данните от JWST, но не получих задоволителни резултати. Това проучване обаче увеличи възрастта на Вселената до 19,3 милиарда години.

След това се опитах да създам хибриден модел, включващ „уморена светлина“ и космологичен модел, разработен от мен на основата на еволюционните константи на свързване, предложени от британския физик Пол Дирак през 1937 г. Този модел пасна добре на данните, но удвоява възрастта на Вселената.

Новият модел удължава времето за формиране на галактиките между 10 и 20 пъти по отношение на Стандартния модел, което е достатъчно за формирането на добре еволюирали „невъзможни ранни галактики“.

За да бъде прецизен, моделът обаче трябва да предложи задоволителни обяснения на всички наблюдения, които предполагат Стандартния космологичен модел.

Микс от модели
Подходът за смесване на два модела за обяснение на нови наблюдения не е нов. В теорията си за светлината Исак Нютон смята, че светлината съществува под формата на малки частици. И е била общоприета, докато не е изместена от вълновата теория, която е в състояние да обясни дифракционните модели, наблюдавани при монохроматичната светлина.

Алберт Айнщайн възкреси частиците на светлината, за да обясни фотоелектричния ефект, тоест, че светлината има двойни характеристики: частици и вълни.

Друг начин за измерване на възрастта на Вселената е чрез оценка на възрастта на звездите в кълбовидните купове на нашата галактика, Млечният път. Кълбовидните купове включват до един милион звезди и всички те са се образували по едно и също време в ранната Вселена.

Ако приемем, че всички галактики и клъстери са започнали да се формират едновременно, възрастта на най-старата звезда в клъстера трябва да покаже възрастта на Вселената (добавяйки времето, преди началото на формиране на галактиката). За някои звезди като Матусал, смятана за най-старата в галактиката, астрофизичното моделиране определя възраст, надвишаваща възрастта на самата Вселена (според Стандартния модел), което е невъзможно.

Айнщайн смяташе, че Вселената е една и съща, такава, каквато се наблюдава от всяка точка по всяко време: хомогенна, изотропна и вечна. Швейцарският астроном Фриц Цвики, през 1929 г., предложи теорията за „уморената светлина“,  за да обясни червеното отместване на далечни галактики в стационарна вселена, което нараства пропорционално на разстоянието до тях (закон на Хъбъл).

Информацията от JWST ще промени всичко
Въпреки че някои наблюдения от космическия телескоп Хъбъл предполагаха „невъзможни ранни галактики“, беше недостатъчно за прецизно обяснение. Изстрелването на JWST през декември 2021 г. и данните, които получихме в средата на 2022 г., недвусмислено показват, че „невъзможни ранни галактики“ са абсолютно възможни.

За да се оправдае Стандартния модел за Големия взрив, конвенционалната астрономия компресира времевата рамка за образуване на масивни звезди и първични черни дупки, натрупващи маса със скорост, непозната за физиката.

Но вече виждаме зараждането на нова физика, която притежава капацитета и релативността за обяснение на новите наблюдения от JWST.

Настоящите ми научни интереси са свързани с астрофизиката, космологията и обща теория на относителността. И най-вече – динамика на Вселената при еволюционни физически константи извън стандартния модел. Според мен вариациите на константите са корелантни и следователно не е възможно да бъдат наблюдавани. Моята хипотеза е, че наблюдаваните премествания на далечни галактики се дължат не само на разширяването на Вселената, но са следствие и от загуба на енергия на фотоните, дължащо се на космическото съпротивление.

* Червено отместване е отместването на спектралните линии на химичните елементи към червения край на спектъра на светлината, т.е. в посока на увеличаване на дължината на вълната.
** Космическото свръхвисокочестотно фоново излъчване (наричано още Реликтовото излъчване) е електромагнитно лъчение, идващо от всички посоки на небесната сфера, със спектър на абсолютно черно тяло с температура ~2,725 К

Тази статия е публикувана в The Conversation и е възпроизведена тук под лиценз Creative Commons. Щракнете тук, за да прочетете оригиналната версия (на английски език).

MOXIE, инструментът на борда на марсохода Perseverance, приключи работата си, след три години работа. MOXIE проведе 16 експеримента и успя да извлече годен за дишане кислород на Червената планета. Това постижение прави възможно по-добра и сигурна подготовката за първите пилотирани експедиции до Марс.

Нови инструменти за колонизиране на Марс
MOXIE е революционен, широкомащабен реактор за производство на кислород, разработен от Масачузетския технологичен институт, който ще бъде част и от бъдещи технически разработки, които да осигуряват на екипажите, посещаващи други планети, не само кислород, но и редица ключови за организма елементи.

Тези иновативни инструменти са известни като Инструменти за използваеми ресурси (In situ Resource Utilization – ISRU ). Развитието на ISRU, с оглед предстоящата мисия до Марс, ще бъде от още по-голямо значение през следващите десетилетия.

За какво ще ни послужат ISRU?
На различните космически обекти, които възнамеряваме да посетим, като Луната и Марс, има минерали, от които можем да извлечем необходимите за изследванията ни ресурси, без да се налага да се връщаме на Земята. Някои от най-важните елементи, задължителни за провеждане на експерименти, са кислород, вода и метан.

Извличането на определени химични елементи от минерали не винаги е лесно. Процесите изискват контрол на променливите в отделните фази и провокиране на химични реакции, които в много случаи отделят вредни елементи.

Когато става дума за жизненоважни ресурси, като въздуха за дишане, възможността да ги генерираме на Марс от самата атмосфера намалява рисковете за учените, които ще ги провеждат, като едновременно с това ще бъдат независими от Земята, отдалечена на милиони километри.

Предизвикателството кислород
Едно от основните предизвикателства пред бъдещите космически изследвания е ефективното производство на кислород и рециклирането на въглероден диоксид. Това е ключова и сложна тема. Кислородът е необходим както за дишането на астронавтите, така и за горенето на ракетното гориво. Освен това кислородът е нужен и за киселинните процеси, задължителни за поддържане на екосистеми в бъдещите марсиански бази.

Генерирането на кислород на Марс е сравнително по-лесна задача, отколкото на други планети, защото 96% от атмосферата му е въглероден диоксид.

Извличане на кислород от марсианската атмосфера
Наличието на кислород в атмосферата е предимство, дори само като съставка на въглеродния диоксид. На Луната, например, която няма атмосфера, за извличане на кислород е нужно загряване, дори топене на твърди минерали.

Инструментите за генериране на кислород трябва да бъдат ефективни, за да извличат достатъчно количество кислород. Защото, за да закараме, например, четирима астронавти на Марс, за всеки 7 тона ракетно гориво ще са ни нужни 25 тона кислород.

А за едногодишен престой на Марс на един астронавт са нужни около един метричен тон кислород. Добрата новина е, че MOXIE може да използва повторно въглеродния диоксид от човешкото дишане, да го рециклира и да го трансформира обратно в идеално годен за дишане кислород.

Как работи MOXIE
MOXIE е миниатюрен инструмент в малка, златиста кутия с размери 24 x 24 x 31 cm³, която е инсталирана на борда на марсохода Perseverance. През тези три години работа MOXIЕ демонстрира ефективността на технологията си. Чрез електролиза инструментът превръща въглеродния диоксид от марсианската атмосфера в идеално годен за дишане молекулярен кислород.

MOXIE събира въглероден диоксид, компресира го и го филтрира, за да елиминира всякакви замърсители. След това го загрява, отделяйки кислорода от въглеродния окис (CO). В последната фаза отделеният кислород допълнително се загрява в керамичен депозит, което слива кислородните атоми, създавайки молекулярен кислород, годен за дишане. А произведеният въглероден окис се изхвърля в атмосферата на Марс.

С MOXIE на борда си, марсоходът Perseverance изследва повърхността на Червената планета в продължение на три години. Много от експериментите, които проведе са от ключово значение за бъдещата пилотирана мисия до Марс, но без съмнение, най-вълнуващото му постижение е производството, за първи път в историята, на годен за дишане кислород в свят, отдалечен на 54,6 милиона километра от Земята.