http://93.174.130.82/digest/showdnews.aspx?id=99139f4e-c5d4-4c7b-98f0-1edcace2cc69&print=1© 2024 Российская академия наук
Загадочное свечение диска Галактики в рентгеновских лучах, открытое более 25 лет назад, наконец-то нашло своё объяснение. Группа астрофизиков из Института космических исследований РАН (ИКИ РАН) под руководством Михаила Ревнивцева экспериментально показали, что рентгеновское излучение диска нашей Галактики складывается из излучений миллионов слабых источников — в основном так называемых белых карликов и звёзд с активными коронами.
Рентгеновское излучение, распределённое вдоль галактической плоскости, называют хребтом Галактики. Его природа долгое время оставалась загадкой для астрономов всего мира. Проблема заключалась в том, что оно имеет все признаки излучения очень горячего газа температурой 10—100 млн градусов. Столь горячий газ часто находят в гигантских скоплениях галактик, чья масса в сотни и тысячи раз больше массы нашей Галактики (например, 1014—1015 масс Солнца). Это позволяет удерживать его от «разбегания». Но сохранить такой газ в диске нашей Галактики не представляется физически возможным. Если же предположить, что газ улетает из Галактики, то энергия, необходимая, чтобы восполнить постоянные потери, превышает все известные нам резервуары энергии в Галактике.
Таким образом, обнаруженное 25 лет назад галактическое рентгеновское «свечение» требовало либо пересмотра нашего понимания энергетики Галактики, либо альтернативного объяснения его возникновения.
Одна из возможных гипотез формирования рентгеновского хребта Галактики — сложение большого количества слабых, неразличимых для предыдущих орбитальных обсерваторий источников, подобно тому, как видимое глазу излучение Млечного Пути складывается из света многих далёких звёзд. Однако такая гипотеза, впервые высказанная более 20 лет назад, долгое время считалась нереальной.
Крутой поворот произошёл благодаря циклу работ Михаила Ревнивцева и его коллег. Гипотеза впервые была косвенно подтверждена благодаря комплексным исследованиям, проведённым на орбитальной обсерватории RXTE (NASA), в ходе которых получена высококачественная карта хребта Галактики и показано, что распределение излучения хребта Галактики на небе очень близко повторяет распределение обычных звёзд.
Кроме того, «перепись» слабо излучающего рентгеновского населения нашей Галактики, проведённая Сергеем Сазоновым и его коллегами из ИКИ РАН, прямо указала на возможные классы источников, которые дают вклад в протяжённое свечение хребта. Ими оказались аккрецирующие белые карлики, чьё вещество практически полностью выгорело. Размеры их очень малы, а масса и плотность необычайно велики, поэтому они обладают сильным гравитационным полем. Из-за этого белый карлик, входящий в двойную звёздную систему, мало-помалу «стягивает» вещество со второй звезды (процесс падения вещества и называется аккрецией), которое разогревается до высоких температур и рождает рентгеновское излучение. Второй класс источников — звёзды с активными коронами, в тысячи раз активнее нашего Солнца.
Следующей ступенью в разрешении загадки формирования галактического хребта должно было стать прямое разделение рентгеновского излучения на отдельные источники. С этой целью в 2008 году проведено сверхглубокое наблюдение области галактической плоскости с помощью орбитальной обсерватории «Chandra» (NASA), имеющей лучшее в мире угловое разрешение в рентгеновских лучах. Для наблюдений специально выбрали область галактической плоскости как можно более близкую к центру Галактики, чтобы сигнал от загадочного галактического «свечения» был максимален, а межзвёздное поглощение — минимально (иными словами, из этой области рентгеновские лучи идут к наблюдателю практически беспрепятственно). Общая продолжительность наблюдения составила около миллиона секунд, то есть более 11 дней непрерывных наблюдений определённой точки на небе.
Наблюдения дали уникальные по богатству данные. В кружке радиусом всего 2,5 угловой минуты (то есть приблизительно в 10 раз меньше размера полной Луны на небе) было обнаружено 473 (!) отдельных источника рентгеновского излучения. Большинство из них, по всей видимости, являются аккрецирующими белыми карликами и звёздами с активными коронами. Достаточно сказать, что самые слабые из обнаруженных источников рентгеновского излучения дали за всё время наблюдений всего по несколько фотонов. То есть фактически обнаружены объекты, от которых на Землю за несколько дней приходит всего один фотон на телескоп с диаметром более метра!
Результаты наблюдений показали, что рентгеновское излучение действительно имеет составную природу. В частности, на энергиях более 5—7 кэВ обнаруженные точечные источники позволяют объяснить 88±12% всего галактического свечения в исследованном направлении. Из оставшейся неразрешённой доли свечения значительный вклад в него могут вносить источники ещё более слабые, чем те, которые были обнаружены в проведённых наблюдениях. Кроме того, малая часть может принадлежать горячей разреженной межзвёздной среде, разогретой взрывами сверхновых.
Теперь астрофизики тщательно изучают данные по галактическим источникам рентгеновского излучения. Для этого требуется значительно углубить наши знания звёздного населения в выбранной области, то есть получить максимально возможную информацию о нём во всех спектральных диапазонах, включая инфракрасный и оптический.
Выбранная область хорошо рассмотрена в инфракрасном диапазоне (орбитальная обсерватория «Spitzer», NASA). Но в оптическом диапазоне, к сожалению, до недавнего времени такой картины не было, только малую часть области наблюдал космический телескоп «Хаббл». Чтобы исправить это положение, группа астрофизиков из ИКИ РАН под руководством Родиона Буренина провела обширные наблюдения с помощью российско-турецкого телескопа РТТ-150. Данные позволили получить основные характеристики звёздного населения в этой области: возраст, типичное расстояние от Солнца и т.д. Кроме того, на их основе можно измерить межзвёздное поглощение на луче зрения в исследуемой области, то есть фактически понять, насколько сигнал от далёких объектов ослабляется на пути к наблюдателю. Планируется также получить изображения этой области на шестиметровом телескопе «Magellan» (Чили). Огромным шагом вперёд должен стать рентгеновский обзор всего неба астрофизической орбитальной обсерваторией «Спектр-РГ», которая в настоящее время разрабатывается Россией совместно с Германией и планируется к запуску в 2012 году.
От засух к наводнениям и обратно
Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) опубликовала доклад о влиянии климатических изменений на водные ресурсы планеты.
Документ МГЭИК посвящен пресной воде – важнейшему источнику жизни на Земле, и включает в себя анализ последствий (как нынешних, так и прогнозируемых) изменения климата для водных ресурсов. Эксперты МГЭИК под руководством председателя этой международной организации доктора Р. Пачаури оценили, как будут меняться осадки, снежные и ледовые покровы (на материке), уровень моря, почвенная влага, сток и расход воды в реках, и какое влияние эти изменения окажут на здоровье человека, его хозяйственную деятельность и биоразнообразие Земли.
В частности, согласно этим прогнозам в Европе к 2020 годам ожидается увеличение риска бурных паводков, причем, скорее всего, паводки, вызванные таянием снега, будут сдвинуты с весны на зиму. Отметим, что такой риск увеличится и для Северной Европы. Одновременно предполагается уменьшение годового стока на Юге Европы на 23%, и его увеличение на 15% в Северной Европе. К 2070-м годам повысится риск засух в Западной и Южной Европе и увеличение количества больших паводков в Северной Европе. Прогнозируется, что те засухи, которые сегодня возможны раз в 100 лет, будут повторяться в среднем каждые 10 лет и даже чаще в некоторых частях Испании и Португалии, западной Франции, в бассейне Вислы в Польше и западной Турции. То же и с паводками: сегодняшние паводки, возможные раз в 100 лет, станут частыми в Северной и Северо-Восточной Европе (Швеция, Финляндия, север России), в Ирландии, Центральной и Восточной Европе (Польша, Альпийские реки), в некоторых странах Атлантического побережья Южной Европы (Испания, Португалия).Чем это всё грозит? Эксперты МГЭИК считают, что изменение климата, вероятно, скажется не только на количестве, но и на качестве воды в Европе. Это значит, что возникает риск загрязнения систем водоснабжения. Как экстремальное количество осадков, так и засухи могут увеличить общее количество бактерий в пресной воде, что приведет к вспышкам болезней.
Изменение состояния водных ресурсов скажется и на биоразнообразии. Многие системы, такие, как районы вечной мерзлоты в Арктике, и недолговечные водные экосистемы в Средиземноморье, исчезнут. Исчезновение вечной мерзлоты в Арктике, вероятно, вызовет сокращение некоторых типов водно-болотных угодий. Повысится риск цветения воды в озерах вследствие размножения водорослей и усиленного роста токсичных цианобактерий. Более высокие температуры, вероятно, приведут к увеличению видового разнообразия в пресноводных экосистемах в Северной Европе и его уменьшению в некоторых частях Юго-Западной Европы.
Пострадает и сельское хозяйство. Увеличение экстремальных явлений погоды (например, продолжительность высокой температуры и засух) приведет к тому, что урожайность будет неустойчивой и плохо прогнозируемой. В частности в Европейско-Средиземноморском регионе увеличение частоты экстремальных климатических явлений во время определенных стадий развития культуры, такие как экстремально высокие температуры в период цветения, дождливые дни на даты сева вместе с более высокой интенсивностью дождей и более продолжительными сухими периодами, сократит урожайность летних культур.
Документ МГЭИК включает в себя обзор возможных мер по снижению антропогенного влияния на климат Земли, среди которых – улавливание и захоронение двуокиси углерода, развитие гидроэнергетики, выработка электроэнергии из биомассы, использование энергии Солнца, управление землепользованием, предотвращение вырубки лесов, утилизация твердых отходов и очистка сточных вод.
По мнению директора Государственного гидрологического института Росгидромета профессора И. Шикломанова, в документе МГЭИК некоторые общие оценки не соответствуют тому, что происходит в России. Например, практически не отмечены особенности происшедших и ожидаемых изменений речного стока и водообеспечения для территории нашей страны. Между тем, Росгидромет в 2009 году опубликовал «Оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации». В части, касающейся водных ресурсов, там указывается, что ожидается повсеместное увеличение стока зимой и смещение пика половодья с мая на апрель. В целом для территории России ожидается увеличение возобновляемых водных ресурсов на 8–10%. При этом водообеспеченность на одного жителя увеличится на 12–14%. В тоже время, если говорить об отдельных регионах, то на самых густонаселенных территориях – в Центральном и Южном федеральных округах, а также на юго-западной части Сибирского федерального округа, которые и в современных условиях имеют довольно ограниченные водные ресурсы, следует ожидать их уменьшения на 5 – 15%. Увеличение возобновляемых водных ресурсов ожидается, прежде всего на севере и северо-западе Европейской территории России, в Поволжье, в Нечерноземном центре, на Урале, на большей части Сибири и Дальнего Востока, т. е. в регионах, где формируется более 95% водных ресурсов страны. Таким образом, главная негативная особенность российских водных ресурсов — их крайне неравномерное распределение по территории, в перспективе станет еще более выраженной.