глубокий космос что это
Интересные факты об астрономии дальнего космоса
Для многих людей все, что связано с космосом, воспринимается, как нечто далекое и сложное. Если разобраться, то космос делится на ближний и дальний, особенно интересна астрономия дальнего космоса. Вселенная кажется бесконечной, но на самом деле это не так, у нее есть границы. То же самое касается земной атмосферы, на определенной высоте она начинает становиться менее плотной и заканчивается. После изучения этого материала ты узнаешь больше о ближнем и дальнем космосе, убедишься, что это вовсе не сложно для понимания обычного человека. Здесь приведены интересные факты, добытые при освоении космического пространства.
Начать стоит с того, что ближе. В каком месте заканчивается земная атмосфера и начинается космос.
С чего начинается космос?
Четких границ у космоса не существует, так как ученые не смогли договориться в вопросе, где они должны проходить. Однако, никто не оспаривает, что космос начинается в определенном месте. Споры длятся еще с тех времен, когда был запущен первый космический спутник. Большинство специалистов считают, что граница должна быть проведена по так называемой линии Кармана. Она проходит на высоте 80-100 км от поверхности планеты. Именно на такой высоте космические аппараты переключаются на первую космическую скорость, чтобы создать достаточную аэродинамическую силу.
Астрономы из Канады и Америки ведут другой отсчет, для них космос начинается строго с высоты в 118 километров. Они аргументируют свою точку зрения тем, что здесь становится ощутимым воздействием космических частиц, а ветра из земной атмосферы напротив становятся неощутимыми.
НАСА проводит границу на другом уровне, для них это отметка 122 километра. Объясняют решение тем, что на такой высоте корабли перестают маневрировать на ракетных двигателях, переключаясь на аэродинамику. Они будто бы опираются на атмосферу. Узнать о других мнениях ты можешь из статьи “Где начинается космос?”.
Ближний космос
Все, что мы называем космосом, делится на три зоны:
Газовое пространство вокруг нашей планеты — это атмосферный слой, он вращается вместе с ней вокруг ее оси. Это наиболее изученная зона, она используется для пассажирских и грузовых перевозок. Область над конкретным государством находится в ведении этого государства, в ней нельзя перемещаться без предварительного согласования.
Ближний космос находится выше. Согласно решению ООН, он начинается на высоте около 100 километров над уровнем моря, там заканчивается околоземное пространство. В нем практически отсутствует атмосфера, однако влияние Земли все-таки ощущается. В первую очередь это сила притяжения.
Ближний космос не имеет принадлежности к какому-либо государству, в нем могут перемещаться все космические аппараты. Если такой аппарат разгонится до скорости 7,9 км/с, он станет искусственным спутником нашей планеты. Если скорость станет ниже, он сойдет с орбиты. Выполнившие свою функцию космические аппараты обычно сгорают в атмосфере, те, которые не сгорели, падают на Землю, чаще всего в океан. Но некоторые элементы остаются на орбите, к примеру, отпавшие ступени ракет. Так человечество смогло засорить не только Землю, но и ближний космос.
Ракеты, которые отправляются с космонавтами или ценной аппаратурой для исследований, должны не только достигнуть цели, но и успешно вернуться обратно. Их оборудуют защитой от сгорания и специальными системами спасения. Благодаря этому космонавты могут возвращаться в целости и сохранности.
Ближний космос тоже достаточно хорошо изучен, намного лучше, чем дальний. Благодаря его активному исследованию мы узнали много нового о естественном спутнике Земли. Интересные факты о нем представлены в статье “Что такое темная сторона Луны?”.
Дальний космос
С ним связаны романтические представления, у людей возникают ассоциации с фантастическими фильмами и опасными исследованиями. Дальним космосом называют то, что находится за пределами Солнечной Системы. В некоторых интерпретациях его можно отнести к межзвездному пространству, окружающему звезду и ее планетную систему.
Межпланетное пространство продолжается до гелиопаузы, далее его сменяет межзвездное. Гелиопаузой называют важнейшую составляющую гелиосферы. Она защищает все планеты нашей системы от радиации. Таким образом, дальнее космическое пространство — это сочетание межзвездного и межпланетного пространства всех планет Солнечной системы кроме Земли.
Дальнее космическое пространство нельзя считать вакуумом, в котором ничего нет. Хотя именно так нам его показывают многие фильмы и картины. Его наполнением является межзвездная среда, она состоит из рассредоточенных газов и пыли. Также в ней присутствуют магнитные поля, некоторые излучения, пылинки и ионы, отдельные молекулы. Плотность данной материи может меняться в зависимости от зоны. Ближе к центру планетной системы плотность повышается, в среднем она составляет миллион частиц на метр кубический. Газовая составляющая состоит примерно из 89% водорода, 9% гелия и 2% смеси тяжелых соединений, в том числе и металлов.
На протяжении долгих веков астрономы стремились к точному определению природы межзвездного пространства, как минимум с 17 века. Однако, человечество и сейчас не располагает достаточно мощными инструментами и технологиями для его подробного изучения. Это важная область для астрофизики, без нее наука не смогла бы определить, как наша планетная система расходует газы. Данные знания необходимы, чтобы представить длительность образования новых звезд.
Помимо межзвездного пространства в зону дальнего космоса входит межгалактическое. Последнее относится к пространству между галактиками, оно практически пустое, но даже его нельзя считать абсолютной пустотой. Плотность тоже меняется в зависимости от локализации, чем ближе к звездной системе — тем плотнее, так как здесь проходят солнечные ветра и потоки космического мусора, поступающего из планетной системы. Астрофизики высказывают предположения о том, что газ в данной среде ионизирован, таким его делают высокие температуры.
Астрономия дальнего космоса плохо изучена и поэтому привлекает людей своей загадочностью. Если тебе интересны теории относительно него, то обрати внимание на статью “Могут ли инопланетяне поймать радиосигнал с Земли?”.
Что понимается под ближним и дальним космосом?
Говоря о Вселенной, нам сложно представить расстояния, ведь она бесконечна. Также сложно поделить её на участки – воздух разрежается постепенно по мере удаления от планеты Земля. Так как определяют границы Вселенной, и что понимается под ближним и дальним космосом? Рассказываем в этой статье.
В каком месте начинается космос?
До сих пор не существует единой границы начала космоса, с которой бы были согласны все. Спор о том, где кончается атмосфера и начинается космос, предшествует запуску первого спутника. Самая широко распространенная, но не общепринятая граница — это так называемая линия Кармана, которая в настоящее время устанавливается на высоте от 80 до 100 км. Это та высота, на которой космическому аппарату нужно создавать аэродинамическую силу и двигаться с 1-ой космической скоростью.
Американские и канадские астрономы начинают отсчет с отметки 118 километров. По их мнению, здесь перестают ощущаться атмосферные ветра и начинается влияние космических частиц. В NASA отсчёт немного другой: граница проходит на отметке 122 км – на такой высоте шаттлы переключались с обычного маневрирования на ракетных двигателях на аэродинамической, «опираясь» на атмосферу.
Ближний и дальний космос — что это?
Ближним космосом называют высоту от 20 до 80 км. Если посмотреть в иллюминатор, находясь на таком удалении от Земли, вы увидите тёмно-фиолетовое и чёрно-лиловое небо.
Дальним или глубоким космосом называют всё, что находится за пределами Солнечной системы – расстояние от сотен до миллиардов световых лет от Земли. Астрономия дальнего космоса выделяет там следующие небесные объекты: звездные скопления, туманности, другие галактики и квазар – ядро галактики.
Что находится за пределами Солнечной системы?
Космические зонды «Вояджер-1» и «Вояджер-2» позволили человечеству познакомиться с Солнечной системой. До запуска аппаратов в 1977 году мы практически ничего не знали о большинстве планет нашего галактического дома. Как пишет в своей книге «Голубая точка. Космическое будущее человечества» астроном и популяризатор науки Карл Саган, «эти аппараты поведали нам о чудесах других миров, об уникальности и хрупкости нашего, о рождениях и закатах. Они открыли нам отдаленные уголки Солнечной системы. Именно они исследовали тела, которые, возможно, станут родиной наших далеких потомков». Сегодня, 43 года спустя «Вояджеры» по-прежнему бороздят космические просторы и отправляют на Землю данные о том, что их окружает – таинственное, темное межзвездное пространство. Будучи первыми искусственными объектами, покинувшими нашу Солнечную систему, «Вояджеры» рискуют вторгнуться на неизведанную территорию, находящуюся в миллиардах километров от дома. Ни один другой космический корабль еще не заплывал так далеко в космический океан.
За пределами сферы влияния нашей звезды скрывается холодное, таинственное межзвездное пространство
Если считать пределом Солнечной системы расстояние, на котором наша звезда больше не может удерживать на орбитах какие-либо тела, то «Вояджеры» проведут в ней еще десятки тысяч лет.
Астроном, астрофизик, популяризатор науки Карл Саган («Голубая точка. Космическое будущее человечества»).
Что такое межзвездное пространство?
Вдали от защитных объятий Солнца край Солнечной системы кажется холодным, пустым и безжизненным местом. Неудивительно, что зияющее пространство между нами и ближайшими звездами долгое время казалось пугающе огромным пространством небытия. До недавнего времени это было место, куда человечество могло заглянуть лишь издалека.
Астрономы уделяли межзвездному пространству лишь мимолетное внимание, предпочитая вместо этого сконцентрировать внимание телескопов на светящихся массах соседних звезд, галактик и туманностей. Между тем оба «Вояджера» до сих пор отправляют на Землю данные из этой странной области, которую мы называем межзвездным пространством.
На протяжении последнего столетия ученые строили картину того, из чего состоит межзвездная среда, в основном благодаря наблюдениям с помощью радио и рентгеновских телескопов. Они обнаружили, что межзвездное пространство состоит из чрезвычайно диффузных ионизированных атомов водорода, пыли и космических лучей, перемежающихся плотными молекулярными облаками газа, которые считаются местом рождения новых звезд.
Но его точная природа непосредственно за пределами нашей Солнечной системы была в значительной степени загадкой, главным образом потому, что Солнце, все планеты и пояс Койпера содержатся в гигантском защитном пузыре, образованном солнечным ветром, известным как гелиосфера.
Когда Солнце и окружающие его планеты проносятся через галактику, этот пузырь ударяется о межзвездную среду, как невидимый щит, удерживая большинство вредных космических лучей и других материалов.
Размер и форма гелиосферного пузыря изменяются по мере прохождения через различные области межзвездной среды. На изображении показао местоположение космических аппаратов «Вояджер-1″и «Вояджер-2».
Но его спасательные свойства также затрудняют изучение того, что лежит за пределами гелиосферы. Вот почему по мнению некоторых ученых единственный способ получить представление о межзвездном пространстве – это улететь далеко от Солнца, оглянуться назад и получить изображение из-за пределов гелиосферы. Но это не простая задача – по сравнению со всей галактикой Млечный Путь наша Солнечная система выглядит меньше, чем рисовое зернышко, плавающее посреди Тихого океана. И все же, «Вояджеры» находятся далеко от внешнего края гелиосферы.
Еще больше интересных статей о том, какие тайны Солнечной системы открыли роботизированные зонды «Вояджер», читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте.
Гелиосфера и солнечный ветер
Гелиосфера, как выяснили ученые, неожиданно велика, что говорит о том, что межзвездная среда в этой части галактики менее плотна, чем считалось раньше. Солнце прорезает путь через межзвездное пространство, словно корабль, движущийся по воде, создавая «носовую волну» и протягивая за ней след, возможно, с хвостом (или хвостами) в форме, подобной форме комет. Оба Вояджера прошли через «нос» гелиосферы, и поэтому не предоставили никакой информации о хвосте.
«По оценкам «Вояджеров», гелиопауза имеет толщину около одной астрономической единицы (149 668 992 километров, что составляет среднее расстояние между Землей и Солнцем). На самом деле это не поверхность. Это регион со сложными процессами. И мы не знаем, что там происходит,» – рассказал BBC.com Джейми Рэнкин, исследователь из Принстонского университета.
Солнечным ветром исследователи называют поток ионизированных частиц, исходящих из солнечной коры (со скоростью 300—1200 км/с) в окружающее космическое пространство. Солнечный ветер – один из основных компонентов межпланетной среды.
Так, в представлении художника, выглядит солнечная буря, обрушившаяся на Марс.
И хотя всплески солнечного ветра могут предоставить ученым интересные данные о том, что происходит в межзвездном пространстве, они, по-видимому, оказывают удивительно небольшое влияние на общий размер и форму гелиосферы.
Оказывается, то, что происходит вне гелиосферы, имеет гораздо большее значение, чем то, что происходит внутри нее.
Солнечный ветер может нарастать или ослабевать с течением времени, не оказывая существенного влияния на пузырь. Но если этот пузырь переместится в область галактики с более плотным или менее плотным межзвездным ветром, то он начнет сжиматься или расти. Ну что же, надеемся, что «Вояджеры» еще долго будут отправлять на Землю данные о том, что их окружает, а мы с вами наконец подробнее узнаем о том, что именно происходит в этом таинственном межзвездном пространстве.
Объекты глубокого космоса
Вселенная > Объекты глубокого космоса
Исследуйте объекты Вселенной с фото: звезды, туманности, экзопланеты, звездные скопления, галактики, пульсары, квазары, черные дыры, темная материя и энергия.
Список объектов глубокого космоса
Экзопланеты – это планеты, расположенные за пределами Солнечной системы. Начиная с первого открытия экзопланеты в 1992 году, астрономы обнаружили уже более 1000 таких планет в планетных системах вокруг галактики Млечный Путь. Исследователи считают, что они найдут еще множество экзопланет.
Некоторые звезды входят в состав целой группы звезд. Большинство из них являются двойными системами, где две звезды вращаются вокруг их общего центра масс. Некоторые входят в состав тройной звездной системы. А часть звезд одновременно является частью более многочисленной группы звезд, которая носит название «звездное скопление».
Пульсары считаются одними из самых странных объектов во всей Вселенной. В 1967 году в Кембриджской обсерватории Джоселин Белл и Энтони Хьюиш изучали звезды и нашли нечто совершенно экстраординарное. Это был сильно похожий на звезду объект, который как бы излучал быстрые импульсы радиоволн. О существовании радио источников в космосе было известно в течении достаточно долгого времени.
Квазары являются самыми отдаленными и яркими объектами в известной нам Вселенной. В начале 60-х годов 20 века ученые определили квазары как радио-звезды, потому что их смогли обнаружить с помощью сильного источника радиоволн. На самом деле термин quasar произошел от слов «квазизвездный радиоисточник». Сегодня многие астрономы называют их QSOs в своих трудах
Черные дыры, несомненно, самые странные и загадочные объекты в космосе. Их причудливые свойства способны бросить вызов законам физики Вселенной и даже природе существующей действительности. Чтобы понять, что же такое черные дыры, мы должны научиться думать «вне коробки» и применить немного фантазии.
Темная материя и темная энергия — это то, что не видно глазу, однако их присутствие доказано в ходе наблюдений за Вселенной. Миллиарды лет назад наша Вселенная родилась после катастрофического Большого Взрыва. По мере того, как ранняя Вселенная медленно охлаждалась, в ней начала развиваться жизнь. В результате сформировались звезды, галактики и остальные видимые ее части.
Большинство из нас знакомы со звездами, планетами и спутниками. Но помимо этих общеизвестных небесных тел, существует множество других удивительных достопримечательностей. Есть красочные туманности, тонкие звездные скопления и массивные галактики. Добавьте к этому загадочные пульсары и квазары, черные дыры, поглощающие всю материю, которая проходит слишком близко. И теперь попытайтесь определить невидимую субстанцию, известную как темная материя. Нажмите на любое изображение выше, чтобы узнать о нем больше или используйте меню сверху, чтобы прокладывать свой путь через небесные объекты.
СОДЕРЖАНИЕ
Общая информация
| Сопоставьте координаты этого раздела, используя: OpenStreetMap |
| Скачать координаты как: KML |
В настоящее время DSN состоит из трех средств связи в дальнем космосе, расположенных на расстоянии примерно 120 градусов вокруг Земли. Они есть:
Каждый объект расположен в полугорной местности в форме чаши, что помогает защитить его от радиопомех. Стратегическое расположение с разделением почти на 120 градусов позволяет постоянно наблюдать за космическими кораблями во время вращения Земли, что помогает сделать DSN крупнейшей и наиболее чувствительной научной телекоммуникационной системой в мире.
Центр управления операциями
В настоящее время персонал центра управления SFOF контролирует и руководит операциями, а также контролирует качество телеметрических и навигационных данных космических аппаратов, доставляемых пользователям сети. В дополнение к комплексам DSN и операционному центру, наземное средство связи обеспечивает связь, которая связывает три комплекса с операционным центром в JPL, с центрами управления космическими полетами в Соединенных Штатах и за рубежом, а также с учеными по всему миру.
Глубокое пространство
Слежение за транспортными средствами в глубоком космосе сильно отличается от миссий слежения на низкой околоземной орбите (НОО). Полеты в дальний космос видны в течение длительных периодов времени с большой части поверхности Земли, поэтому для них требуется несколько станций (DSN имеет только три основных участка). Однако этим немногим станциям требуются огромные антенны, сверхчувствительные приемники и мощные передатчики для передачи и приема на огромных расстояниях.
Глубокий космос определяется по-разному. Согласно отчету НАСА 1975 года, DSN был разработан для связи с «космическими кораблями, путешествующими примерно на 16 000 км (10 000 миль) от Земли до самых далеких планет Солнечной системы». На диаграммах JPL указано, что на высоте 30 000 км (19 000 миль) космический корабль всегда находится в поле зрения одной из станций слежения.
История
DSN и программа Apollo
Выдержка из отчета НАСА, описывающего, как DSN и MSFN сотрудничали для Apollo:
Еще один важный шаг в развитии сети Apollo произошел в 1965 году с появлением концепции DSN Wing. Первоначально участие 26-метровых антенн DSN во время миссии Apollo должно было быть ограничено резервной ролью. Это была одна из причин, почему 26-метровые сайты MSFN были совмещены с сайтами DSN в Голдстоуне, Мадриде и Канберре. Однако присутствие двух хорошо разделенных космических кораблей во время лунных операций стимулировало переосмысление проблемы слежения и связи. Одна из идей заключалась в том, чтобы добавить двойную радиочастотную систему S-диапазона к каждой из трех 26-метровых антенн MSFN, оставив близлежащие 26-метровые антенны DSN по-прежнему в резервной роли. Однако расчеты показали, что 26-метровая диаграмма направленности антенны с центром на приземляющемся лунном модуле будет иметь потери от 9 до 12 дБ на лунном горизонте, что затрудняет отслеживание и сбор данных орбитального модуля командного обслуживания. Было разумно использовать обе антенны MSFN и DSN одновременно во время важнейших лунных операций. JPL, естественно, не желала ставить под угрозу цели своих многочисленных беспилотных космических кораблей, передавая три свои станции DSN на длительные периоды MSFN. Как могли быть достигнуты цели как Аполлона, так и исследования дальнего космоса без строительства третьей 26-метровой антенны на каждом из трех участков и без ущерба для миссий по исследованию планет?
Решение было принято в начале 1965 года на встрече в штаб-квартире НАСА, когда Эберхард Рехтин предложил то, что сейчас известно как «концепция крыла». Подход крыла включает строительство новой секции или «крыла» к главному зданию на каждом из трех задействованных участков DSN. Крыло будет включать диспетчерскую MSFN и необходимое интерфейсное оборудование для выполнения следующих задач:
С такой компоновкой станцию DSN можно было быстро переключить с миссии в дальний космос на Аполлон и обратно. Персонал GSFC будет управлять оборудованием MSFN полностью независимо от персонала DSN. Полеты в дальний космос не пострадали бы так сильно, как если бы все оборудование и персонал станции были переданы Аполлону на несколько недель.
Подробности этого сотрудничества и операции доступны в двухтомном техническом отчете JPL.
Управление
Сеть является объектом НАСА и управляется и эксплуатируется для НАСА Лабораторией реактивного движения, которая является частью Калифорнийского технологического института (Калифорнийский технологический институт). Директорат межпланетной сети (IND) управляет программой в JPL и отвечает за ее разработку и эксплуатацию. IND считается координационным центром JPL по всем вопросам, связанным с телекоммуникациями, межпланетной навигацией, информационными системами, информационными технологиями, вычислениями, разработкой программного обеспечения и другими соответствующими технологиями. В то время как IND наиболее известен своими обязанностями, связанными с сетью Deep Space, организация также поддерживает усовершенствованную многоцелевую операционную систему JPL (AMMOS) и институциональные вычислительные и информационные службы JPL (ICIS).
Корпорация Harris заключила 5-летний контракт с JPL на эксплуатацию и техническое обслуживание DSN. Харрис отвечает за управление комплексом Голдстоуна, управление DSOC, а также за операции DSN, планирование миссий, разработку операций и логистику.
Антенны
Каждый комплекс состоит как минимум из четырех терминалов дальнего космоса, оснащенных сверхчувствительными приемными системами и большими параболическими антеннами. Есть:
Пять из 34-метровых (112 футов) лучевых волноводных антенн были добавлены к системе в конце 1990-х годов. Три из них были расположены в Голдстоуне, и по одному в Канберре и Мадриде. Вторая 34-метровая (112 футов) лучевая волноводная антенна (шестая в сети) была завершена в мадридском комплексе в 2004 году.
Чтобы удовлетворить текущие и будущие потребности в услугах связи в дальнем космосе, необходимо было построить ряд новых антенн станции дальнего космоса на существующих площадках сети дальнего космоса. В комплексе связи в дальнем космосе Канберры первый из них был завершен в октябре 2014 года (DSS35), а второй был введен в эксплуатацию в октябре 2016 года (DSS36). Также началось строительство дополнительной антенны в мадридском комплексе связи Deep Space. К 2025 году 70-метровые антенны во всех трех точках будут выведены из эксплуатации и заменены 34-метровыми антеннами BWG, которые будут размещены в виде массивов. Все системы будут модернизированы, чтобы иметь возможности восходящего канала X-диапазона и возможности нисходящего канала как X-диапазона, так и Ka-диапазона.
Текущие возможности обработки сигналов
Общие возможности DSN существенно не изменились с начала межзвездной миссии » Вояджер» в начале 1990-х годов. Тем не менее, DSN внедрила множество усовершенствований в области обработки цифровых сигналов, построения массивов и исправления ошибок.
Все станции управляются дистанционно из централизованного центра обработки сигналов в каждом комплексе. Эти центры содержат электронные подсистемы, которые указывают антенны и управляют ими, принимают и обрабатывают данные телеметрии, передают команды и генерируют данные навигации космического корабля. После обработки данных в комплексах они передаются в Лабораторию реактивного движения для дальнейшей обработки и распространения среди научных групп по современной сети связи.
Сетевые ограничения и проблемы
Существует ряд ограничений для текущего DSN и ряд проблем в будущем.
DSN и радионаука
DSN составляет часть радионаучного эксперимента, включенного в большинство миссий в дальний космос, где радиосвязь между космическим кораблем и Землей используется для исследования планетологии, космической физики и фундаментальной физики. Эксперименты включают радиозатмения, определение гравитационного поля и небесную механику, бистатическое рассеяние, эксперименты с доплеровским ветром, определение характеристик солнечной короны и проверки фундаментальной физики.