Вроде невозможность достижения скорости света в вакууме для объектов, обладающих массой покоя никого уже не удивляет. Я тут решил поинтересоваться, а до каких скоростей человечеству уже удалось достичь? Именно в вакууме т.к. в среде неинтересно - про свечение Вавилова-Черенкова и почему это имеет место быть мне ещё в школе рассказали.
То самое от Вавилова-Черенкова. Спёрто с википедии.
Естественно взор падает на элементарные частицы. В первую очередь начал смотреть на электроны (чем легче частица - тем легче её разогнать) и... обломался. Электрончики в ускорителях разгоняют слабо, всего до 91% от скорости света.
Ладно, глянем на самый-самый БАК:
Именно в этой трубе с бешенной скоростью летят протоны
Фишкой БАКа является то, что он заточен на ускорении протонов. Протоны разгоняются в двух встречных пучках и сталкиваются в области детекторов частиц:
Детектор CMS в ЦЕРН – один из двух наиболее мощных детекторов из когда-либо созданных. В среднем каждые 25 наносекунд в его центре сталкиваются новые группы частиц.
БАК способен разогнать протоны до энергии в 7 ТэВ (при этом масса протона увеличивается почти в 7000 раз) и скорости 299 792 455 м/с, всего 3 м/с не дотягивая до скорости света. А это 99,9999991% от скорости света. Впечатляет. И это у каждого пучка.
Ладно, а на что способна природа? Есть детектор “Fly’s Eye” который смотрит в небо и фиксирует взаимодействие космических частиц с атмосферой Земли. 15 октября 1991 года американские ученые зафиксировали очень быстрые протоны. Даже назвали их OMG-particles ("О Боже Мой" - частицы). Скорость этих частиц 99,99999999999999999999951% от световой с энергией порядка (3.2±0.9)×10^20 Эв (320 ЭэВ (экза-электронвольт))
.
Да... Нам до таких энергий и скоростей ещё расти и расти.
Именно эта высота официально признана международным сообществом как граница между атмосферой Земли и космическим пространством. Но почему именно 100 километров? Давайте вместе с вами разбираться в этой увлекательной истории.
История появления границы
Все началось в 1940-х годах, когда венгерско-американский инженер и ученый-механик Теодор фон Ка́рман (11 мая 1881 года — 6 мая 1963 года) проводил расчеты поведения летательных аппаратов на больших высотах. Именно его математические выкладки легли в основу определения границы космоса, которая теперь носит его имя — линия Ка́рмана.
Суть расчетов Кармана заключалась в следующем: с увеличением высоты воздух становится все более разреженным. На определенной высоте атмосфера становится настолько тонкой, что крылья самолета уже не могут создавать достаточную подъемную силу. Чтобы не упасть, летательному аппарату необходимо двигаться с первой космической скоростью — 7,91 километра в секунду. На такой скорости он уже не летит как самолет, а движется вокруг Земли как спутник.
Математическое обоснование
Карман рассчитал, что эта критическая точка находится на высоте около 100 километров. Именно здесь плотность атмосферы падает настолько, что для создания достаточной подъемной силы требуется скорость, равная первой космической. Это делает классический аэродинамический полет в общем-то невозможным.
В 1957 году Международная авиационная федерация (FAI) официально приняла высоту 100 километров над уровнем моря как рабочую границу между земной атмосферой и космосом. Это решение стало фундаментальным для международного космического права и определило принципы регулирования космической деятельности.
Разные подходы к определению границы
При общем признании стандарта в 100 километров существуют и другие подходы к определению границы космоса. Например:
NASA и Военно-воздушные силы США исторически считают границей космоса высоту 80 километров, хотя официально США, как и большинство стран, признают международный стандарт в 100 километров. Такое расхождение связано с тем, что на высоте 80 километров уже появляются первые признаки космического пространства, и американские пилоты, поднявшиеся на эту высоту, становятся кандидатами в астронавты.
Некоторые ученые предлагают установить границу на высоте 150 километров, где плотность атмосферы становится практически неощутимой.
Важно понимать, что линия Кармана — это условная граница. В реальности четкой физической границы между атмосферой и космосом не существует. Атмосфера постепенно становится все более разреженной с увеличением высоты, и этот процесс происходит плавно, без резких переходов.
Более того, высота, на которой атмосфера становится слишком разреженной для аэродинамического полета, может варьироваться в зависимости от:
Солнечной активности;
Времени года;
Географического положения;
Геомагнитных условий.
Практическое значение
Определение границы космоса имеет важное практическое значение для:
Граница в 100 километров является условной, но она служит важным ориентиром в космической деятельности человечества. Линия Кармана — это не произвольно выбранная высота, а результат серьезных научных расчетов, учитывающих физические особенности полета на больших высотах.
В будущем, с развитием технологий и углублением нашего понимания верхних слоев атмосферы, определение границы космоса может измениться. Но пока линия Кармана остается общепринятым стандартом, символической дверью в бескрайние просторы космоса.
Представьте: вы наблюдаете за чем-то необычным в небе, что никогда раньше не видели. Этот объект движется не так, как все известные небесные тела, имеет странную форму и явно пришел к нам из глубин космоса. А теперь представьте, что у вас есть всего один шанс узнать, что это такое. И этот шанс — догнать его.
Именно такую невероятную задачу поставили перед собой авторы Проекта Лира (англ. Project Lyra). Их цель кажется фантастической — отправить космический аппарат вдогонку за Оумуамуа, первым известным межзвездным объектом, посетившим нашу Солнечную систему.
Космическая игра в догонялки
Объект Оумуамуа (что в переводе с гавайского означает "посланник, прибывший первым издалека") был обнаружен в 2017 году. Сначала, основываясь на изменениях яркости объекта, астрономы решили, что этот межзвездный гость имеет форму сигары. Однако более поздние исследования показали, что Оумуамуа скорее похож на блин или диск. Это уточнение лучше объясняет загадочное поведение объекта: его колебания яркости, необычное ускорение при удалении от Солнца и отсутствие газового хвоста, характерного для комет. Блиноподобная форма может работать как естественный солнечный парус, позволяя объекту "ловить" давление солнечного света.
Оумуамуа мчится сквозь космос со скоростью 26 километров в секунду. Хотя это медленнее рекордных 95 километров в секунду, которые развивает зонд NASA Parker Solar Probe возле Солнца, догнать межзвездный объект все равно невероятно сложно — ведь он постоянно удаляется от нас. Но ученые не намерены упускать уникальный шанс изучить первого известного путешественника, который сформировался в другой звездной системе.
Как догнать неуловимое?
Представьте, что вы пытаетесь догнать пулю, выпущенную несколько лет назад. Именно такой вызов стоит перед инженерами, которые, несмотря на всю сложность задачи, предлагают несколько смелых решений:
Использование гравитационного ускорения: космический аппарат будет набирать скорость, пролетая рядом с массивными небесными телами. Особая роль отводится Солнцу и Юпитеру — их мощные гравитационные поля помогут придать зонду необходимое ускорение.
Применение солнечного паруса, превращающего свет нашей звезды в движущую силу.
Разработка ядерных двигателей — эта технология пока существует только в теории, но может стать ключом не только к встрече с Оумуамуа, но и к межзвездным путешествиям.
Даже если все получится, миссия займет не просто долгое, а очень долгое время. По расчетам ученых, даже при использовании самых передовых технологий зонду потребуется от 26 до 28 лет, чтобы достичь Оумуамуа. Но награда стоит ожидания — впервые в истории человечество сможет изучить объект из другой звездной системы.
Это будет не просто научное достижение. Разработанные для Проекта Лира технологии могут открыть новую главу в освоении космоса, позволив человечеству всерьез задуматься о полетах за пределы Солнечной системы.
Больше чем наука
Проект Лира — это вызов человеческой изобретательности, демонстрация нашей готовности сделать первый шаг к межзвездным путешествиям. Это история о том, как загадочный космический объект заставил нас задуматься о новых технологиях и подтолкнул к следующему большому шагу в космической эре.
И кто знает — может быть, когда-нибудь мы не только догоним Оумуамуа, но и отправимся к его родной системе.
Гипотеза о том, что на Уране и Нептуне могут идти дожди из алмазов, всерьез рассматривается научным сообществом. Это не фантазия, а обоснованное предположение, опирающееся на наши знания о химическом составе и физических условиях, что царят на этих планетах.
Несмотря на кажущуюся невероятность, идея имеет под собой твердую научную почву. Рассмотрим подробнее, на чем она основана и насколько может соответствовать действительности.
Научная основа
Гипотеза алмазных дождей на Уране и Нептуне базируется на трех ключевых факторах:
Состав атмосферы: Уран и Нептун, в отличие от газовых гигантов Юпитера и Сатурна, классифицируются как ледяные гиганты. Их атмосферы содержат значительное количество метана, простого соединения, состоящего из одного атома углерода и четырех атомов водорода (CH4).
Экстремальные условия: по мере погружения в глубины этих планет, условия становятся все более экстремальными. На определенных глубинах температура может достигать нескольких тысяч градусов Цельсия, а давление — миллионов атмосфер.
Превращение углерода: при таких экстремальных условиях происходят удивительные трансформации. Молекулы метана разрушаются, высвобождая атомы углерода. Под воздействием колоссального давления атомы углерода сжимаются настолько сильно, что перестраиваются, образуя кристаллическую решетку — структуру, характерную для алмаза.
Этот процесс напоминает ускоренную космическую версию земных "алмазных фабрик", где природа трудится миллионы лет под толщей горных пород. Однако на Уране и Нептуне этот процесс может происходить гораздо быстрее благодаря экстремальным условиям.
Экспериментальные данные
В 2017 году команда ученых из Стэнфордского университета провела эксперимент, имитирующий условия внутри Урана и Нептуна. Они использовали мощные лазеры для создания ударных волн в полистироле — полимере, состоящем из углерода и водорода.
Выбор полистирола был неслучайным: этот материал содержит те же элементы, что и метан (углерод и водород), но в твердой форме, что делает его удобным для лабораторных экспериментов. Хотя полистирол и метан имеют разную молекулярную структуру, они оба могут служить источником атомов углерода в условиях высокого давления и температуры.
Результаты эксперимента показали, что при высоких давлениях и температурах, сопоставимых с условиями в недрах Урана и Нептуна, действительно образовывались наноалмазы. Этот эксперимент стал важным подтверждением теоретических предсказаний о возможности формирования алмазов в атмосферах ледяных гигантов.
Как это может выглядеть
Если эта гипотеза верна, процесс может выглядеть так:
Высоко в атмосфере метан подвергается воздействию молний и превращается в сажу.
Сажа падает глубже в атмосферу, где давление и температура растут.
При определенных условиях сажа сжимается в кристаллы алмаза.
Алмазы продолжают падать, пока не достигнут таких глубин, где температура настолько высока, что они могут "испариться" или превратиться в жидкость.
Важно отметить, что мы пока не можем непосредственно наблюдать этот процесс. Наши знания о внутреннем строении Урана и Нептуна ограничены, и эта гипотеза основана на компьютерных моделях и лабораторных экспериментах.
Перед вами один из самых удивительных снимков космического аппарата NASA "Кассини" — галактика Сомбреро, расположенная в 28 миллионах световых лет от нас.
Ее необычная форма, напоминающая мексиканскую шляпу, создается благодаря двум компонентам — яркому центральному балджу (выпуклости в центре галактики) и темной полосе космической пыли, опоясывающей галактику по экватору.
Интересно, что масса этой галактики примерно в 800 миллиардов раз больше массы нашего Солнца, а в ее центре находится сверхмассивная черная дыра, масса которой равна миллиарду солнечных масс! Именно из-за этого центр галактики светится так ярко — это свечение создается раскаленным газом, падающим в черную дыру.
Удивительно, но этот снимок "Кассини" сделал, находясь у Сатурна — на расстоянии около 1,4 миллиарда километров от Земли.
Это грандиозная область звездообразования, где из газово-пылевых облаков рождаются новые звезды. Свое название она получила из-за трех отчетливых областей разного цвета, каждая из которых рассказывает свою космическую историю.
Красное свечение туманности создается ионизированным водородом, нагретым до температуры около 10 000°C молодыми звездами. Синий оттенок появляется из-за отражения света этих звезд космической пылью — точно так же, как земная атмосфера окрашивает наше небо в голубой цвет. А темные прожилки между цветными областями — это плотные облака космической пыли, поглощающие свет.
Человечество всегда стремилось заглянуть за завесу времени, узнать, что ждет нас впереди. Но возможно ли это с научной точки зрения? Давайте разберемся.
Современная наука располагает множеством инструментов для прогнозирования будущего, но все они имеют свои ограничения. Статистические модели, компьютерные симуляции, анализ гигантских объемов данных – все эти методы позволяют делать обоснованные предположения о том, что может произойти — или не произойти — с высокой долей вероятности.
Примеры научных предсказаний
Метеорология и климатология
Метеорологи могут с высокой точностью предсказывать погоду на ближайшие дни, а климатологи работают над долгосрочными прогнозами изменения климата.
Экономика и финансы
Экономисты прогнозируют тренды на финансовых рынках и развитие экономических ситуаций.
Демография
Демографы оценивают изменения в структуре населения, что помогает планировать социальную политику.
Одной из самых точных областей научного прогнозирования является астрономия. Ученые могут с невероятной точностью предсказывать движение небесных тел и связанные с ними явления:
Солнечные и лунные затмения: астрономы способны рассчитать время и место наблюдения затмений на тысячи лет вперед. Например, полное солнечное затмение, которое произойдет 12 августа 2045 года, уже сейчас можно предсказать с точностью до секунды.
Орбиты планет и астероидов: зная законы небесной механики, ученые без проблем прогнозируют положение планет и других объектов Солнечной системы. Это позволяет, например, планировать космические миссии за десятилетия до их реализации.
Появление комет: периодические кометы, такие как комета Галлея, имеют предсказуемые орбиты, позволяющие рассчитать их следующее появление. Например, своей следующей ближайшей точки к Солнцу комета Галлея достигнет 28 июля 2061 года.
Прохождение планет по диску Солнца: такие редкие явления, как прохождение Венеры по диску Солнца, могут быть предсказаны с точностью до минуты. Следующее такое прохождение состоится 12 декабря 2117 года.
Метеорные потоки: астрономы могут предсказать время и интенсивность ежегодных метеорных потоков, таких как Персеиды или Леониды.
Сближение астероидов с Землей: ученые способны рассчитать траектории потенциально опасных астероидов и предсказать их приближение к нашей планете за годы и десятилетия. Это достигается благодаря постоянному мониторингу неба с помощью мощных телескопов и применению сложных математических моделей. Астрономы учитывают не только гравитационное влияние Солнца и планет, но и такие факторы, как солнечное давление и эффект Ярковского (неравномерное тепловое излучение астероида). Такие расчеты позволяют предсказывать сближения с точностью до нескольких тысяч километров даже когда астероид пролетит на расстоянии в десятки миллионов километров от нашей планеты. Эта способность прогнозирования критически важна для оценки потенциальных рисков и, в случае необходимости, разработки стратегий по предотвращению столкновений (или минимизации последствий).
Вспышки пульсаров: некоторые нейтронные звезды излучают регулярные радиоимпульсы с точностью, сравнимой с атомными часами, что позволяет предсказывать их поведение на длительные периоды. Пульсары вращаются с невероятной скоростью и стабильностью, совершая до нескольких сотен оборотов в секунду. Эта стабильность позволяет астрономам использовать их как космические маяки, точно прогнозируя время прихода каждого импульса. Наблюдения за пульсарами помогают не только в изучении экстремальных состояний материи, но и в проверке общей теории относительности, а также в создании сверхточных систем космической навигации. Некоторые пульсары настолько стабильны, что их вспышки можно предсказать с точностью до микросекунд на 10-20 лет вперед, а в некоторых случаях и дольше.
Однако абсолютно точное предсказание будущего остается невозможным во многих областях. Почему?
Эффект бабочки: в сложных системах даже небольшое изменение может привести к значительным последствиям. Этот эффект, впервые описанный метеорологом Эдвардом Лоренцом, демонстрирует, как минимальные изменения начальных условий могут кардинально изменить результат в долгосрочной перспективе. Например, незначительное изменение температуры в одной точке планеты может через цепочку событий привести к формированию урагана в другой части Земли.
Случайность и непредсказуемость: особенно когда речь идет о человеческом поведении или сложных природных явлениях вроде землетрясения или наводнения. Человеческие решения часто иррациональны и подвержены влиянию множества факторов, что делает их трудно прогнозируемыми. Природные катастрофы, хотя и подчиняются физическим законам, зависят от такого количества переменных, что их точное предсказание остается крайне сложной задачей. Однако наука постоянно совершенствует методы прогнозирования, и то, что сегодня кажется непредсказуемым, завтра может стать прогнозируемым.
Неполнота данных: мы не всегда располагаем всей необходимой информацией для точного прогноза. Это особенно актуально в сложных системах, где невозможно учесть все факторы. Например, при прогнозировании климатических изменений ученые сталкиваются с огромным количеством переменных, многие из которых трудно измерить или предсказать, такие как будущие выбросы парниковых газов или изменения в океанических течениях.
Ограничения вычислительных мощностей: несмотря на постоянное увеличение компьютерной мощности, некоторые системы настолько сложны, что их полное моделирование выходит за пределы наших текущих возможностей. Это особенно заметно в таких областях, как прогнозирование погоды на длительные периоды или моделирование сложных биологических систем.
Несмотря на ограничения, наука продолжает совершенствовать методы прогнозирования. Развитие искусственного интеллекта и квантовых вычислений может открыть новые возможности в этой области, позволяя анализировать беспрецедентные объемы информации и учитывать множество взаимосвязанных факторов при создании прогнозов.
Заключение
Хотя мы и не можем с абсолютной уверенностью сказать, что произойдет завтра во всех аспектах нашей жизни, наука дает нам мощные инструменты для понимания возможных сценариев будущего. От предсказания движения небесных тел до прогнозирования климатических изменений – научные методы помогают нам заглянуть за горизонт настоящего и принимать более обоснованные решения. Эти прогнозы, даже если они не абсолютно точны, позволяют нам лучше планировать, разрабатывать стратегии и адаптироваться к меняющимся условиям, что критически важно для прогресса человечества и решения глобальных проблем.
Туманность Призрак (IC 63) в созвездии Цефей — загадочное космическое облако, парящее в 550 световых годах от Земли. В его очертаниях легко угадывается силуэт гигантской птицы с расправленными крыльями, словно феникс из древних легенд, застывший в звездном океане.
Свое призрачное свечение туманность получает от ближайшей яркой звезды Гаммы Кассиопеи, чье мощное излучение окрашивает космические газы в золотистые и темно-синие тона. Размеры этого небесного феномена впечатляют — около семи световых лет в поперечнике.
Интересно, что туманность постепенно испаряется под воздействием звездной радиации, словно тающий в лучах Солнца утренний туман, и через несколько десятков тысяч лет может полностью исчезнуть.
Астрономы запечатлели потрясающее разнообразие форм, которые принимают звездные ветры вокруг стареющих звезд. Эти космические структуры, напоминающие произведения абстрактного искусства, включают в себя элегантные спирали, массивные диски и конические потоки материи.
Интересно: для визуализации движения этих космических потоков ученые используют эффект Доплера, окрашивая приближающийся к Земле материал в синий цвет, а удаляющийся - в красный.
Феномен: по мере старения звезды сбрасывают свои внешние слои, создавая эти причудливые структуры. Каждая форма уникальна и зависит от множества факторов: массы звезды, наличия звезды-компаньона, силы магнитного поля. По сути, мы наблюдаем последний вальс умирающих светил.
Туманность Лагуна (NGC 6523) — завораживающее космическое образование в созвездии Стрельца, раскинувшееся на 50 световых лет и находящееся на расстоянии около 5 000 световых лет от Земли.
Эта эмиссионная туманность, состоящая из ионизированного газа или плазмы, представляет собой удивительное зрелище даже при наблюдении через простой бинокль.
В окуляр наблюдателя Лагуна предстает как четко очерченное овальное облакоподобное пятно с ярко выраженным ядром. Его неземная красота часто сравнивается с бледным звездным цветком, распустившимся в глубинах космоса.
Свое поэтичное название "Лагуна" туманность получила благодаря характерной форме, напоминающей лагуну или залив. Яркое свечение этого небесного объекта обусловлено процессами ионизации газа под воздействием излучения молодых, горячих звезд, находящихся внутри туманности.
Туманность Лагуна не только восхищает своей красотой, но и представляет огромный интерес для астрономов, изучающих процессы звездообразования и эволюции газопылевых облаков в нашей Галактике.
Все известные галактики, от карликовых до гигантских, демонстрируют признаки наличия сверхмассивной черной дыры (СЧД) в центре. Хотя прямые доказательства* есть лишь для 10% каталогизированных галактик, астрономы уверены: наличие центральной СЧД — это правило, а не исключение.
*Обнаружить "спящие" и менее массивные объекты такой природыкрайне трудноиз-за отсутствия активности, которая могла бы компенсировать огромные расстояния.
Эта космическая закономерность указывает на глубокую, фундаментальную связь между галактиками и их центральными "гравитационными монстрами". Но кто же является лидером в этом космическом тандеме? Отвечает ли галактика за формирование СЧД, или черная дыра вершит судьбу всей галактики?
Властелины галактической эволюции
В июне 2021 года астрономы наблюдали за галактикой со сложным названием HSC J124353.93+010038.5 (сокращенно HSC J124353), расположенной на расстоянии около 13,1 миллиарда световых лет от Земли. Ученые зафиксировали мощнейшие порывы "галактического ветра" — раскаленного газа и заряженных частиц, стремительно вырывающихся из центра галактики.
Источником этого космического урагана оказалась центральная СЧД. Механизм здесь следующий: материя, падая на черную дыру, формирует раскаленный аккреционный диск, который начинает вращаться с околосветовой скоростью. Из-за колоссального гравитационного и магнитного взаимодействия часть этой материи не поглощается черной дырой, а выбрасывается перпендикулярно диску в виде мощных струй плазмы — так называемых джетов. Эти джеты, разогретые до миллионов градусов, взаимодействуют с окружающим газом, создавая тот самый "галактический ветер", скорость которого в случае с HSC J124353 составляет более 1,8 миллиона километров в час. Этот галактический ветер приводит к разогреву окружающего газа, что фактически останавливает процесс звездообразования.
Важно отметить, что для зарождения новых звезд горячий газ необходим, но его непрерывный нагрев галактическим ветром делает сжатие газовых облаков невозможным. А без этого новые звезды не формируются или формируются запредельно медленно.
Созидательное разрушение
Однако не все черные дыры препятствуют зарождению звезд. Например, в карликовой галактике Henize 2-10, находящейся "всего" в 34 миллионах световых лет от нас, черная дыра играет прямо противоположную роль.
Механизм этого процесса элегантен: поглощая материю, СЧД позволяет части нагретого газа "сбежать" к периферии галактики. Там этот газ сталкивается с холодными газовыми облаками, передает им энергию, остывает и запускает процесс формирования новых звезд.
Возникает закономерный вопрос: почему в крупной галактике HSC J124353 галактический ветер препятствует звездообразованию, а в карликовой Henize 2-10 — наоборот, способствует ему? Все дело в масштабах и энергии. В крупных галактиках сверхмассивные черные дыры обычно имеют массу в миллиарды солнечных масс и, следовательно, генерируют более мощные выбросы. Эти мощные потоки разогревают газ по всему объему галактики, не давая ему остыть. В карликовых же галактиках черные дыры заметно меньше (в Henize 2-10 масса центральной черной дыры оценивается примерно в миллион солнечных масс). Вырывающиеся джеты имеют меньшую энергию и успевают ощутимо рассеяться еще до достижения периферии. Там разогретый, но уже не такой горячий газ, столкнувшись с холодными облаками, создает идеальные условия для запуска звездообразования.
Двойственная природа космических властителей
Эти особенности, наблюдаемые и в других галактиках разных форм и размеров, позволяют сделать вывод, что СЧД выполняют роль "вселенских регуляторов", которые:
Ограничивают рост крупных галактик, предотвращая их неконтролируемое расширение;
Помогают расти карликовым галактикам, запуская процессы звездообразования.
Такое избирательное поведение указывает на то, что именно СЧД, а не галактики, играют ведущую роль в этом космическом тандеме. Логично предположить, что сверхмассивные черные дыры появились раньше галактик, поскольку именно они контролируют звездообразование — ключевой процесс в эволюции любой галактической структуры.
В созвездии Тельца находится загадочная туманность IRAS 05437+2502, которая привлекает внимание астрономов своей необычной структурой. Главной особенностью этого космического объекта является яркая дуга в форме бумеранга, расположенная в ее верхней части.
Происхождение этой уникальной структуры до сих пор вызывает дискуссии в научном сообществе. Наиболее вероятное объяснение связано с воздействием звезды, покидающей туманность на колоссальной скорости — более 200 000 километров в час. Такая "звезда-беглец" могла возмутить окружающий газ и пыль, создав наблюдаемую бумерангоподобную форму.
"Астрономы обнаружили "алмазную планету", которая в пять раз больше Земли", "В космосе обнаружен алмаз размером с Землю", "Планета-алмаз — одно из чудес космоса" — такие заголовки все еще появляются в СМИ, рисуя в воображении читателей фантастические миры с сияющими алмазными горами и кристальными морями.
Особенно часто в контексте этих публикаций фигурирует экзопланета 55 Cancri e (55 Рака e), которую окрестили "алмазной планетой". Но давайте разберемся, почему существование таких планет с точки зрения науки невозможно.
Фантазии об алмазных мирах
Итак, чтобы понять, почему концепция "алмазной планеты" — это красивый миф, нужно вспомнить базовые принципы образования алмазов.
Алмаз — это кристаллическая модификация углерода, возникающая при специфических условиях. Для превращения углерода в алмаз необходимо сочетание экстремального давления (более 50 000 атмосфер) и высокой температуры (свыше 1 000 градусов Цельсия). На Земле природные алмазы формируются на глубине более 150 километров.
Теперь представим гипотетическую планету с высоким содержанием углерода. В ее недрах, где давление достигает колоссальных значений, действительно могут формироваться алмазные структуры. Однако по мере приближения к поверхности давление неизбежно падает. А без необходимого давления углерод существует в различных формах — графит, фуллерены, карбин, графен, аморфный углерод — но не в форме алмаза.
Именно поэтому полностью "алмазная планета" физически невозможна. Даже если в ядре такой планеты образуются алмазы, то на ее поверхности углерод будет существовать в иных формах, преимущественно в виде графита.
Откуда же взялся миф о том, что 55 Рака e — алмазная планета? В 2012 году астрономы установили, что эта экзопланета может быть богата углеродом. Масс-медиа подхватили эту новость, превратив "планету с высоким содержанием углерода" в "алмазную планету". Однако дальнейшие исследования показали, что даже исходное предположение о высоком содержании углерода может быть ошибочным.
Это не значит, что углеродные планеты неинтересны науке. Напротив! Планеты с высоким содержанием углерода могут существовать, и их изучение крайне важно для понимания разнообразия планетных систем во Вселенной. Просто реальность, как всегда, оказывается сложнее и интереснее простой "алмазной" фантазии.
Бывают моменты, когда Вселенная словно специально устраивает для ученых уникальные представления, позволяющие заглянуть за кулисы мироздания. Именно такой случай произошел в 1761 году, когда наблюдение за прохождением Венеры по диску Солнца помогло Михаилу Васильевичу Ломоносову сделать революционное открытие.
Прохождение Венеры по диску Солнца — одно из самых редких небесных явлений. На фоне ослепительно яркого солнечного диска появляется маленькая черная точка — планета Венера — и медленно движется по нему. Это событие повторяется дважды с интервалом в восемь лет, после чего следует перерыв более чем на столетие.
Наблюдения Ломоносова
26 мая 1761 года Ломоносов, как и многие астрономы по всему миру, готовился лицезреть это редкое явление. В то время как его коллеги в разных странах планировали использовать синхронные наблюдения для уточнения расстояния между Землей и Солнцем, русский ученый обратил внимание на необычное световое явление.
Наблюдая за тем, как Венера приближалась к краю солнечного диска, Ломоносов заметил удивительную деталь: вокруг темного силуэта планеты появилось светящееся кольцо. А когда Венера начала сходить с солнечного диска, ее край окаймлял тонкий светлый ободок.
Ломоносов понял: это свечение могло появиться только в одном случае — если у Венеры есть атмосфера. Солнечный свет, проходя через газовую оболочку планеты, преломлялся и создавал этот удивительный оптический эффект.
Значение открытия
Это открытие стало революционным для своего времени:
Впервые была обнаружена атмосфера на другой планете.
Появилось понимание, что другие планеты могут быть похожи на Землю.
Открылись новые перспективы в изучении планет Солнечной системы.
Наследие и будущие наблюдения
Сегодня мы знаем, что Ломоносов был абсолютно прав. Атмосфера Венеры не просто существует — она оказалась одной из самых плотных в Солнечной системе. Венерианская атмосфера состоит преимущественно из углекислого газа и создает на поверхности планеты чудовищное давление, в 92 раза превышающее земное.
История открытия атмосферы Венеры показывает, как внимательное наблюдение и научная интуиция могут привести к революционным открытиям. Методы, использованные Ломоносовым, легли в основу современных способов изучения экзопланет — мы до сих пор исследуем атмосферы далеких миров, наблюдая, как они влияют на проходящий через них свет.
Следующая пара прохождений Венеры по диску Солнца состоится только в 2117 и 2125 годах. Ученые уже планируют, как использовать эти события для новых исследований, продолжая традицию научных наблюдений, заложенную Ломоносовым более 250 лет назад.
Спиральная галактика с перемычкой NGC 1512, раскинувшаяся на 70 000 световых лет, находится на расстоянии около 30 миллионов световых лет от Земли в созвездии Часов.
Туманность Sh 2-308 в созвездии Большого Пса расположена на расстоянии около 4 530 световых лет от Земли. Ее форма удивительно напоминает голову дельфина благодаря характерному изгибу газовой оболочки.
В центре туманности находится звезда HD 50896 (также известная как WR 6) — горячий и массивный объект типа Вольфа-Райе. Именно ее мощный звездный ветер сформировал этот впечатляющий пузырь, выдувая окружающий газ и создавая наблюдаемую структуру.
Перед вами снимок ядра кометы Галлея (1P/Halley), размеры которого составляют примерно 8 на 15 километров. Фотография была получена 14 марта 1986 года аппаратом Европейского космического агентства "Джотто", когда он находился на расстоянии около 2 000 километров от кометного ядра.
Яркие столбы света являются результатом сублимации: солнечное тепло разогревает комету, частично превращая в газ отложения водяного льда, скрывающиеся под ее тонкой корой. Газ, вырываясь наружу, придает комете дополнительную скорость, что позволяет ей постепенно отдалиться от Солнца и вернуться в Облако Оорта.
В следующий раз комета Галлея посетит внутреннюю Солнечную систему только в 2061 году.
В 1964 году советский астрофизик Николай Семенович Кардашёв (25 апреля 1932 года — 3 августа 2019 года) предложил революционный способ классификации цивилизаций, основанный на их энергопотреблении. Эта идея оказалась настолько влиятельной, что до сих пор используется учеными при обсуждении будущего человечества и поиске внеземных цивилизаций, достигших более высокого уровня развития.
По мнению Кардашева, именно количество энергии, которую цивилизация способна контролировать и использовать, определяет уровень ее технологического развития. Это логично: чем больше население и выше уровень развития технологий, тем больше требуется энергии. В своей классификации ученый выделил три типа цивилизаций, между которыми существуют колоссальные технологические различия.
Цивилизация первого типа
Такая цивилизация способна использовать все энергетические ресурсы своей планеты и получать дополнительную энергию от родительской звезды. Человечество пока не достигло даже этого уровня, хотя постепенно к нему приближается.
Мы уже научились использовать атомную энергию, развиваем технологии получения энергии от Солнца и стремимся к управляемому термоядерному синтезу, но все еще сильно зависим от ископаемого топлива.
Цивилизация второго типа
Это уже космическая сверхдержава, способная использовать всю энергию своего светила. Такая цивилизация могла бы построить гигантскую сферу Дайсона вокруг звезды, чтобы собирать почти всю ее энергию.
Такая цивилизация могла бы управлять энергией миллиардов звезд, черных дыр (создавая для этого сингулярные реакторы) и, возможно, даже манипулировать пространством и временем.
В 2015 году астрономы обнаружили необычную звезду KIC 8462852, известную как "звезда Табби", расположенную в 1 470 световых годах от Земли. Ее яркость периодически падает на целых 25% — явление, которому ученые до сих пор не могут найти однозначного объяснения. Одна из гипотез предполагает, что вокруг звезды может существовать инопланетная мегаструктура, созданная цивилизацией второго типа.
Этот крупнейший спутник Нептуна хранит множество тайн, и его изучение не только приоткрывает завесу над ранней историей Солнечной системы, но и рассказывает удивительную сагу о небесном теле, прошедшем путь от независимого объекта до спутника.
Знакомство с гигантом
Тритон, открытый английским астрономом Уильямом Ласселом 10 октября 1846 года (всего через 17 дней после обнаружения самого Нептуна), является седьмым по размеру спутником в Солнечной системе.
Его средний диаметр составляет около 2 707 километров, что делает его крупнее карликовой планеты Плутон (средний диаметр около 2 377 километров).
Карликовая планета в плену
Одна из самых интригующих особенностей Тритона — его ретроградная орбита. В отличие от большинства крупных спутников, он вращается вокруг Нептуна в направлении, противоположном вращению планеты. Это необычное поведение, вместе с химическим составом поверхности, очень похожим на состав Плутона, привело ученых к выводу, что Тритон не сформировался вместе с Нептуном, а был "похищен" ледяным гигантом в процессе эволюции Солнечной системы.
Изначально Тритон, вероятно, был одной из крупнейших карликовых планет пояса Койпера — области за орбитой Нептуна, где находятся многочисленные ледяные тела, включая Плутон. Однако какое-то событие вкупе с гравитационным взаимодействием с Нептуном изменило его судьбу, превратив некогда независимое небесное тело в спутник.
Уникальная поверхность
Поверхность Тритона представляет собой удивительный ледяной мир со средней температурой -235 градусов Цельсия. Она состоит преимущественно из азотного льда с вкраплениями водяного и сухого (углекислого) льда. Наиболее загадочной особенностью является так называемый "ландшафт канталупы" или "земля дыни" — область, покрытая множеством тесно расположенных впадин, которая напоминает кожуру дыни.
Несмотря на экстремально низкие температуры, Тритон удивительно динамичный объект. На его поверхности обнаружены следы криовулканической активности — извержений жидкого азота и водно-аммиачной смеси. Космический аппарат NASA "Вояджер-2", максимально сблизившийся с Тритоном 25 августа 1989 года, зафиксировал гейзеры, выбрасывающие смесь из азота и темных частиц на высоту до восьми километров. Эти извержения постоянно обновляют поверхность спутника, делая его одним из самых геологически активных тел во внешней Солнечной системе.
Атмосфера в глубоком холоде
Удивительно, но даже при таких низких температурах Тритон обладает атмосферой (хотя и чрезвычайно разреженной), состоящей на 99,9% из азота с примесями метана и угарного газа.
На высоте от одного до трех километров над поверхностью формируются азотные облака, протяженность которых может достигать 100 километров. Атмосферное давление на поверхности составляет всего около 14 микробар — в 70 000 раз меньше земного.
Будущие исследования
После пролета "Вояджера-2" новых космических миссий к Тритону не было. Однако ученые разрабатывают планы будущих исследований этого манящего мира. Особый интерес представляет возможность существования подповерхностного океана, который, благодаря приливному нагреву* со стороны Нептуна, может оставаться жидким несмотря на запредельно низкую температуру поверхности.
*Тритон, вращаясь вокруг Нептуна, постоянно сжимается и растягивается, что делает его ядро достаточно горячими.
