Протон — одна из самых стабильных частиц во Вселенной. Эти фундаментальные кирпичики мироздания настолько долговечны, что их теоретическое время жизни превышает возраст самой Вселенной.
Все видимое вещество, от кончика вашего носа до самых далеких галактик, построено из протонов, которые вместе с нейтронами образуют ядра атомов, окруженные электронами. За всю историю наблюдений ученые ни разу не зафиксировали самопроизвольный распад протона — настолько он стабилен.
Но действительно ли он вечен?
Сомнения в абсолютной стабильности протона породили одну из самых интригующих гипотез современной физики — идею о его возможном самопроизвольном распаде. Если этот краеугольный камень мироздания способен спонтанно распадаться, пусть даже через умопомрачительные 10^35 лет (единица и 35 нулей!), то это перевернет наши представления о фундаментальных законах природы. Ведь согласно Стандартной модели физики элементарных частиц — нашей лучшей на сегодня теории устройства микромира — протон считается абсолютно стабильной частицей, поскольку в этой теории строго выполняется закон сохранения барионного числа. Самопроизвольный распад* отдельного протона как раз и означал бы нарушение барионного числа.
*Распады протона во взаимодействиях, где рождаются другие барионы (семейство элементарных частиц), не нарушают этот закон сохранения.
Но как зафиксировать столь редкое событие?
Ученые строят гигантские подземные детекторы, заполненные тысячами тонн сверхчистой воды. В этих резервуарах триллионы триллионов протонов терпеливо ждут своего звездного часа. Сверхчувствительные датчики непрерывно следят за водой в надежде заметить вспышку света — потенциальные следы распада протона. Пока безуспешно, но поиски продолжаются с неослабевающим упорством.
Теории Великого объединения, стремящиеся объединить все фундаментальные взаимодействия в единую силу, предсказывают неизбежность распада протона. Более того, обнаружение распада протона могло бы пролить свет на одну из главных загадок космологии — почему во Вселенной так много вещества и так мало антивещества (барионная асимметрия Вселенной). Возможно, эта асимметрия возникла на заре существования космоса именно из-за разницы в распадах протонов и антипротонов.
Поэтому физики с таким упорством продолжают искать следы распада протона, несмотря на исчезающе малую вероятность этого события. Цена такого открытия неизмерима — оно откроет новую главу в понимании фундаментальных законов природы и прольет свет на тайны происхождения самой Вселенной.
Протон может оказаться не таким вечным, как мы думали, но разгадка его секретов сулит бессмертие для человеческого знания о Вселенной.
В 1963 году, когда черные дыры считались лишь математической абстракцией, 29-летний математик из Новой Зеландии Рой Патрик Керр совершил прорыв, который поразил научное сообщество. Он нашел точное решение уравнений Эйнштейна для вращающейся черной дыры, решив задачу, над которой безуспешно бились лучшие умы физики почти полвека.
Седовласые ученые были ошеломлены элегантностью его решения. Они проверяли и перепроверяли расчеты молодого математика, но не могли найти в них ошибки.
Выводы, следующие из этих расчетов, казались фантастикой.
Вихрь пространства-времени
Керр доказал математически, что при коллапсе массивной вращающейся звезды возникает структура, принципиально отличная от статической черной дыры. Вместо точечной сингулярности в центре образуется сингулярность в форме кольца.
Вращение черной дыры закручивает само пространство-время вокруг себя, как гигантский космический водоворот. Вблизи такого объекта ничто не может оставаться неподвижным – сама ткань реальности увлекается в это вращение.
Но самым удивительным оказалось то, что кольцеобразная сингулярность теоретически может быть... тоннелем в другую вселенную.
Портал между мирами?
По расчетам Керра, если гипотетический космический путешественник сумеет пролететь через центр этого кольца на достаточно высокой скорости, то он сможет избежать разрушительного воздействия чудовищных приливных сил.
И вместо неминуемой гибели, ожидающей в центре обычной черной дыры, смельчак мог бы вынырнуть где-то в совершенно другой области космоса – или даже в другой вселенной.
Как к таким выводам отнеслись коллеги Керра? Они были, мягко говоря, раздражены. Ученые годами "потрошили" решения новозеландского гения, надеясь найти ошибки и избавиться от того, что не укладывалось в их головах. Однако последующие проверки лишь подтверждали математическую безупречность модели.
От теории к реальности
Сегодня мы знаем, что черные дыры действительно существуют. Астрономы изучают их по косвенным признакам: аккреционные диски (те самые "кольца", которые описывал Керр), интенсивное излучение от падающей материи, гравитационные волны от их слияний и влияние на орбитальное поведение и даже форму близлежащих звезд.
В 2019 году проект Event Horizon Telescope получил первое в истории изображение тени сверхмассивной черной дыры в центре галактики M 87, а годом позже ученые получили Нобелевскую премию за исследования этих загадочных объектов.
Но вопрос "работают" ли черные дыры как порталы в другие вселенные, остается открытым. Математика допускает такую возможность, но проверить теорию экспериментально пока невозможно.
Космический тоннель, ведущий в один конец
Даже если Керр был прав, путешествие через черную дыру было бы предприятием с крайне низкими шансами на успех. Представьте: вы разгоняетесь почти до скорости света, пересекаете горизонт событий, где пространство и время искажаются до неузнаваемости, выдерживаете колоссальные приливные силы, способные растянуть ваше тело в атомную нить и... если вам каким-то чудом удастся пролететь через кольцеобразную сингулярность, то где вы окажетесь? В другой части нашей Вселенной? В параллельном мире с иными физическими законами? Куда бы вы ни попали, это будет путешествие в один конец.
Современная квантовая механика предполагает, что реальные черные дыры могут быть даже сложнее, чем предсказывает модель Керра. Квантовые эффекты, вероятно, трансформируют сингулярность во что-то еще более экзотическое.
Так что пока путешествия через черные дыры остаются уделом научной фантастики, но эта идея является научно обоснованной! Так что, возможно, через миллионы лет наши очень далекие потомки не только смогут "обуздать" черные дыры, но и составят целую карту мироздания, зная, куда какой "тоннель Керра" ведет.
В самом сердце нашей галактики Млечный Путь, на расстоянии около 25 000 световых лет от Земли, скрывается один из самых впечатляющих объектов — звезда Пистолет (официальное название V4647 Стрельца). Этот космический гигант, окруженный собственной туманностью, по своим характеристикам бросает вызов человеческому воображению.
Звезда Пистолет — очень молодое по космическим меркам светило, чей возраст составляет около четырех миллионов лет. Этот голубой гипергигант в 420 раз больше, в 125 раз массивнее и в 3,3 миллиона раз ярче нашего Солнца! Это делает Пистолет одной из самых ярких и массивных известных звезд во Вселенной. Однако увидеть ее в оптический телескоп невозможно: плотные облака межзвездной пыли, словно космический занавес, скрывают этого звездного гиганта от любознательных астрономов.
Только 10% излучения звезды Пистолет достигает Земли — и то в инфракрасном диапазоне. Именно благодаря инфракрасным телескопам ученые смогли изучить этот удивительный объект и раскрыть его тайны.
Звезда Пистолет и окружающая ее туманность, запечатленные космическим телескопом "Хаббл" / NASA/ESA
Около 6 000 лет назад звезда Пистолет породила грандиозную вспышку, в результате которой она "похудела" примерно на 10 солнечных масс. Из выброшенных газа и пыли в итоге сформировалась окружающая звезду туманность.
Будущее этого космического титана предрешено: по расчетам астрономов, не позднее чем через три миллиона лет звезда Пистолет завершит свой жизненный путь грандиозным финалом. Считается, что это будет либо вспышка сверхновой, либо еще более мощное событие — гиперновая (взрыв сверхмассивной звезды), характерная для звезд, чья масса превышает солнечную более чем в 20 раз.
Такой взрыв станет одним из самых высокоэнергетических событий во Вселенной, на короткое время затмив своим блеском миллиарды обычных звезд.
Перед вами спиральная галактика M 77 в созвездии Кита. Это один из ярчайших представителей галактик Сейферта — особого класса галактик с необычайно активными ядрами.
В "сердце" M 77 находится сверхмассивная черная дыра массой около 15 миллионов солнечных масс. Окружающий ее газопылевой аккреционный диск, разогретый до миллионов градусов и вращающийся на околосветовых скоростях, создает мощное излучение, делая ядро галактики исключительно ярким.
Диаметр этого космического гиганта составляет около 100 000 световых лет, что сопоставимо с размерами нашего Млечного Пути. Находясь на расстоянии около 47 миллионов световых лет от Земли, M 77 является одной из самых хорошо изученных активных галактик благодаря своей относительной близости и яркости.
На этом снимке от космического телескопа NASA/ESA "Хаббл" прекрасно видна спиральная структура галактики с характерным золотистым ядром и синими областями активного звездообразования в спиральных рукавах.
Сегодня сутки на Земле, смена которых обеспечивается оборотом планеты вокруг своей оси, длятся 24 часа (23 часа 56 минут и 4 секунды, если быть точнее). Но так было не всегда. В ходе уникальных исследований ученые выяснили: в далеком прошлом продолжительность суток на нашей планете была короче современных почти на четверть.
Роль удивительных хранителей времени досталась... кораллам. При росте эти морские животные формируют известковый скелет, в котором образуются тончайшие годовые кольца, похожие на кольца деревьев. Но самое интересное, что в скелете кораллов образуются не только годовые, но и суточные кольца роста. В современных кораллах за год образуется 365 суточных колец, но когда ученые исследовали ископаемые кораллы возрастом около 400 миллионов лет, они обнаружили нечто поразительное — за один годовой цикл формировалось в среднем 390 суточных колец! Это открытие стало первым прямым доказательством того, что в древности сутки на Земле были короче. Но кораллы оказались не единственными свидетелями изменения скорости вращения нашей планеты.
Лунный дирижер времени
Ключевую роль в истории земных суток сыграла Луна. Гравитационное притяжение нашего спутника вызывает приливы и отливы на Земле. Это постоянное движение водных масс создает приливное трение, которое постепенно замедляет вращение планеты. В результате такого взаимодействия Луна получает дополнительный импульс и медленно удаляется от Земли примерно на 3,8 сантиметра в год.
И именно благодаря этому древнему танцу Земли и Луны ученые получили еще одно удивительное свидетельство изменения продолжительности земных суток. На дне древних морей* сохранились уникальные слоистые отложения. Ритмичное чередование приливов и отливов создавало в осадочных породах последовательные слои — своеобразные отметки времени в каменной летописи Земли. Изучая количество приливных слоев в годовых отложениях и зная законы небесной механики, ученые смогли определить, как менялась продолжительность суток на разных этапах истории нашей планеты.
*Речь идет о морях, существовавших на Земле сотни миллионов лет назад, когда материки имели совсем другие очертания, а в водах только начинала зарождаться сложная жизнь.
Молекулярные часы в горных породах
В 2019 году ученые обнаружили, что приливные силы вызывают тончайшие изменения в структуре некоторых минералов. Эти едва уловимые перестройки на молекулярном уровне сохраняются в кристаллах как своеобразные "отпечатки времени", которые можно расшифровать с помощью современных технологий. Такой метод не только подтвердил результаты предыдущих исследований, но и позволил получить более точные данные о продолжительности суток в различные геологические эпохи.
Благодаря этим разнообразным методам исследований ученые установили, что:
1,4 миллиарда лет назад земные сутки длились всего около 18 часов;
620 миллионов лет назад сутки длились примерно 21,9 часа;
400 миллионов лет назад сутки длились около 22,7 часа;
70 миллионов лет назад, во времена динозавров, продолжительность суток составляла уже примерно 23,5 часа.
Взгляд в прошлое и будущее
Анализ изменений продолжительности суток позволил ученым не только реконструировать историю Земли, но и лучше понять множество важных процессов: от эволюции климата до формирования магнитного поля. Эти исследования показывают, насколько тесно связаны все компоненты нашей планеты — от движения небесных тел до микроскопических изменений в кристаллах минералов.
Более того, даже сейчас, в наши дни, процесс замедления вращения Земли продолжается. Каждое столетие продолжительность суток увеличивается примерно на 1,8 миллисекунды. И хотя это изменение настолько мало, что мы его не замечаем в повседневной жизни, сверхточные атомные часы способны уловить этот неумолимый ритм трансформации нашей планеты.
Земля — это динамическая система, находящаяся в постоянном развитии. Каждое мгновение в недрах планеты, в океанах и атмосфере происходят сложнейшие процессы, меняющие облик нашего мира. И чем глубже мы погружаемся в изучение прошлого Земли, тем яснее осознаем, насколько удивителен и хрупок этот голубой шар, который мы называем своим домом.
Перед вами цветное изображение Венеры, полученное 5 июля 2007 года космическим аппаратом NASA MESSENGER, который был запущен 3 августа 2004 года для изучения Меркурия.
Поскольку Венера находится между орбитами Земли и Солнца, мы всегда видим ее на небе на относительно небольшом расстоянии от светила. Когда Венера находится по одну сторону от Солнца, то планета как бы следует за ним и становится более заметной во время заката на Земле. Однако каждые 584 дня Венера появляется по другую сторону от Солнца, и когда это происходит, то планета восходит утром до рассвета.
Древние греки и египтяне не знали этих астрономических деталей, поэтому они рассматривали Венеру как два разных небесных тела — утреннее и вечернее. Венеру, появляющуюся до восхода Солнца, греки называли Фосфором (др.-греч. Φωσφόρος — "несущий свет"), а Венеру, красующуюся на небосводе после захода Солнца, они называли Геспером (др.-греч. Ἕσπερος — "вечерний, западный").
Примечательно, что древние римляне знали, что перед ними один объект, но, переняв многое из греческой культуры, они не упустили возможность позаимствовать и отдельные определения для утренней и вечерней Венеры: Люцифер (лат. Lucifer — "светоносный") и Веспер (лат. Vesper — "вечерний") соответственно.
В 1645 году голландский астроном и картограф Михаэль Флоран ван Лангрен ввел обычай давать лунным кратерам названия в честь королей и других выдающихся людей. Естественно, составляя карту земного спутника, астроном уделил пристальное внимание первым, чтобы как следует выслужиться.
Шесть лет спустя итальянский астроном и теолог Джованни Баттиста Риччоли решил отказаться от обычая Флорана ван Лангрена и составил свою лунную карту, в которой использовал исключительно имена великих астрономов. Этот подход дошел до наших дней, был дополнен и в итоге превратился в руководство для Международного астрономического союза (МАС).
Сегодня МАС дает названия лунным кратерам в честь ушедших из мира живых ученых, исследователей, художников, американских астронавтов и советских космонавтов.
2 февраля 2005 года орбитальный аппарат ESA "Марс-экспресс" запечатлел кратер Лаут вблизи северной полярной шапки Марса. Средний диаметр этого ударного образования составляет 39 километров, а глубина достигает 1,5 километра. На его дне отчетливо видно белоснежное отложение водяного льда.
Кратер Лаут — редкий пример постоянного присутствия льда вне полярных шапок Красной планеты. Вопреки распространенному мнению, лед на Марсе не ограничивается полюсами — он встречается и в тенистых кратерах, где температура достаточно низкая на протяжении всего года, что необходимо для его сохранения.
Исследования показывают, что лед в кратере Лаут относительно чистый, так что он, определенно, представляет интерес как потенциальный ресурс для будущих марсианских миссий с участием людей.
Перед вами остаток сверхновой E0102-72.3, представляющий собой продукт взрыва массивной звезды. Событие катастрофического масштаба развернулось в карликовой галактике Малое Магелланово Облако, на расстоянии около 200 000 световых лет от Земли.
Наблюдения, проводимые в декабре 2018 года, помогли астрономам подтвердить, что большая часть кислорода во Вселенной синтезируется в массивных звездах. Достигнув конца эволюционного пути, эти светила взрываются и "расшвыривают" кислород — и другие элементы тяжелее водорода и гелия — по космическим просторам.
В кольце, что вы видите на изображении, сосредоточено как минимум в тысячу раз больше кислорода, чем в Солнечной системе.
Для создания изображения использовались:
▪ Рентгеновские данные от космической обсерватории NASA "Чандра" (синий и фиолетовый цвета);
▪ Оптические данные от космического телескопа NASA/ESA "Хаббл" и чилийского Очень Большого Телескопа (красный и зеленый цвета), находящегося под управлением Европейской Южной Обсерватории.
Это не просто облако космического газа — перед нами настоящий звездный инкубатор! NGC 6357 представляет собой гигантскую область, где рождаются массивные звезды, до 100 раз тяжелее нашего Солнца.
Их мощное излучение заставляет окружающий газ интенсивно светиться. В сердце туманности прячется молодое звездное скопление Pismis 24, чьи светила так горячи, что буквально "выдувают" пузыри в космическом газе.
Расстояние до этого космического чуда — примерно 8 000 световых лет.
Представьте себе астероид диаметром 10 километров, несущийся к Земле со скоростью 30 километров в секунду. Если этот гигант столкнется с нашей планетой, то место его падения не будет иметь особого значения — будь то океан или суша, последствия будут одинаково катастрофическими.
Даже Марианская впадина — самая глубокая точка Мирового океана с глубиной 11 034 метра — не сможет стать препятствием. В отличие от небольших астероидов, этот космический снаряд практически не замедлится при прохождении через атмосферу — она будет пробита, словно тонкая бумага.
Момент катастрофы
При столкновении с земной корой высвободится колоссальная энергия. Температура в точке удара достигнет таких значений, что большая часть астероида и земной породы просто испарится. Образуется гигантский кратер диаметром более 100 километров. Ударная волна многократно обогнет планету, вызывая разрушительные землетрясения, гигантские цунами и пробуждая спящие вулканы повсюду.
Часть обломков, образовавшихся при ударе, улетит в космос и сформирует вокруг Земли кольцо. Массивные раскаленные фрагменты, падающие обратно на поверхность планеты, вызовут множественные пожары по всему миру. Мощное тепловое излучение от места удара и выброшенного материала усугубит ситуацию, превращая континенты в "огненный ад".
Через несколько недель или месяцев атмосфера остынет, но в ней останется столько пыли и сажи от удара и пожаров, что солнечный свет практически перестанет достигать поверхности Земли. Наступит период глобального похолодания. Впрочем, до этого момента доживут немногие.
История может повториться
Подобный сценарий уже разворачивался на Земле около 66,5 миллиона лет назад, когда астероид (или комета) такого же размера создал кратер Чикшулуб на территории современной Мексики. Результатом стало исчезновение динозавров и примерно 75% всех видов живых существ на планете.
Согласно научным данным, астероиды подобного масштаба сталкиваются с Землей каждые 50-100 миллионов лет. Это означает, что мы живем в эпоху, когда такая угроза вполне реальна. Именно поэтому критически важно развивать технологии обнаружения и предотвращения столкновений с опасными космическими объектами. Человечество должно быть готово защитить свой единственный космический дом.
Взгляните на ночное небо. То, что мы видим невооруженным глазом – лишь крохотная часть величественной картины космоса. Но благодаря современным телескопам у нас есть возможность заглянуть гораздо дальше, в самое сердце нашей Галактики – область столь удивительную, что она способна посоперничать с человеческим воображением.
Перед вами уникальное составное изображение центра Млечного Пути. Оно напоминает картину импрессиониста, где красные, фиолетовые и золотистые краски сливаются в космическую симфонию цвета. Но это не художественный вымысел – это реальное изображение, полученное путем объединения данных с нескольких самых мощных телескопов современности:
Космический телескоп "Хаббл" (NASA/ESA);
Рентгеновская обсерватория "Чандра" (NASA);
Инфракрасный телескоп "Спитцер" (NASA);
Very Large Telescope (ESO) в чилийской пустыне Атакама.
Что мы видим?
На расстоянии около 27 000 световых лет от Земли скрывается один из самых загадочных регионов известной нам Вселенной. Здесь, в центре Млечного Пути, космос демонстрирует свою завораживающую мощь:
В самом центре притаилась сверхмассивная черная дыра Стрелец A* – космический колосс, масса которого в 4,3 миллиона раз превышает массу Солнца.
Раскаленные газовые облака, температура которых достигает миллионов градусов.
Древние звездные скопления, где звезды расположены так тесно, что расстояние между некоторыми из них составляет всего несколько световых дней.
Нейтронные звезды — космические маяки, которые при среднем диаметре в 30 километров имеют массу, сопоставимую с массой Солнца, а порой и больше.
Молодые и чрезвычайно горячие сверхмассивные звезды, чье излучение разогревает окружающее пространство.
Изучение галактического центра — это ключ к пониманию эволюции галактик, природы черных дыр и фундаментальных законов Вселенной. Каждый сеанс наблюдения за этим регионом нашего галактического дома позволяет ученым делать открытия, но и обеспечивает их новыми загадками на десятилетия вперед.
Изображение, которое вы видите, – это результат десятилетий развития науки и технологий, труда множества ученых и инженеров. Оно напоминает нам, что космос был, есть и всегда будет источником удивления и вдохновения для всего человечества.
Свет, который мы видим на этом изображении, начал свое путешествие к Земле во времена последнего ледникового периода. За эти тысячелетия исчезли древние цивилизации, были построены и разрушены империи, а он все летел сквозь космическую тьму к нашим глазам. И прямо сейчас, в бескрайних глубинах Млечного Пути, может зарождаться новая звезда – ее первый свет достигнет Земли лишь тогда, когда наша нынешняя история станет такой же далекой, как для нас сегодня – эпоха мамонтов.
Солнце - наш космический маяк, источник жизни и центр Солнечной системы. Каждый день мы видим его на небе, но часто ли мы задумываемся о том, что ждет нашу звезду в далеком будущем? Как ученые могут предсказать судьбу светила, которое будет сиять еще миллиарды лет? Давайте отправимся в увлекательное путешествие по времени и узнаем, какое будущее уготовано нашему Солнцу.
Астрономы изучают жизненные циклы звезд уже много десятилетий. Наблюдая за звездами разных возрастов и масс, ученые составили детальную картину звездной эволюции.
Большинство звезд, включая наше Солнце, проводят большую часть своей жизни на так называемой "главной последовательности". Это стабильный период в жизни звезды, когда она сжигает водород в своем ядре, превращая его в гелий. На диаграмме Герцшпрунга — Рассела, которая показывает соотношение между яркостью и температурой звезд, главная последовательность выглядит как диагональная полоса.
Солнце - типичный представитель звезд главной последовательности средней массы. Изучая звезды, похожие на Солнце, но находящиеся на разных этапах эволюции, астрономы могут предсказать, что произойдет с нашим светилом в будущем. Это похоже на то, как мы можем предсказать будущее развитие ребенка, наблюдая за людьми разного возраста.
Возраст и состав Солнца: космические часы
Определение и уточнение возраста Солнца — одна из важнейших задач астрофизики. Ученые используют несколько методов, чтобы точно установить, сколько лет нашему светилу:
Анализ химического состава
Исследуя спектр солнечного света, астрофизики могут определить, какие элементы присутствуют в Солнце и в каких пропорциях. С течением времени состав звезды меняется, поэтому это дает ключ к определению ее возраста.
Гелиосейсмология
Изучение колебаний поверхности Солнца позволяет заглянуть в его недра и получить информацию о внутренней структуре, которая меняется с возрастом.
Большинство астероидов сформировалось одновременно с Солнечной системой. Измеряя соотношение различных изотопов в образцах астероидного вещества (включая метеориты, которые являются фрагментами астероидов, достигшими Земли), ученые могут определить возраст Солнечной системы и, следовательно, Солнца.
Сравнение с другими звездами
Наблюдая за звездами, похожими на Солнце, но находящимися на разных этапах эволюции, астрономы могут уточнить оценку возраста нашего светила.
Комбинируя эти методы, ученые пришли к выводу, что Солнцу около 4,6 миллиарда лет. Это действительно середина жизненного пути для звезды такой массы, как наше Солнце.
Солнцеподобные звезды обычно проводят на главной последовательности около десяти миллиардов лет. Это означает, что у нашего светила в запасе примерно пять миллиардов лет стабильной жизни, прежде чем начнутся драматические изменения.
Интересно отметить, что состав Солнца также дает нам информацию о формировании всей Солнечной системы. Например, наличие определенных тяжелых элементов указывает на то, что наше Солнце является звездой второго поколения, или звездой населения I, сформировавшейся из остатков предыдущих звезд. Следовательно, вся Солнечная система — продукт "переработки" древних звезд.
Компьютерное моделирование: виртуальное путешествие в будущее
Современные суперкомпьютеры позволяют создавать сложные модели звездной эволюции. Ученые "запускают" виртуальное Солнце и наблюдают за его изменениями на протяжении миллиардов лет, учитывая все известные физические процессы.
Эти модели учитывают множество факторов:
Ядерные реакции в центре Солнца;
Перенос энергии от ядра к поверхности;
Изменения в химическом составе;
Гравитационное сжатие и расширение;
Потеря массы через солнечный ветер.
Компьютерные симуляции позволяют ученым "увидеть" будущее Солнца во всех деталях, от постепенного увеличения яркости до драматических изменений в конце жизни звезды.
Ближайшие пять миллиардов лет: медленное нагревание
Солнце будет постепенно становиться ярче и горячее. Его светимость будет увеличиваться примерно на 10% каждый миллиард лет. Это приведет к серьезным изменениям на Земле задолго до финальных стадий эволюции звезды. Уже через миллиард лет океаны могут начать испаряться, а атмосфера - улетучиваться в космос.
Красный гигант: грандиозное расширение
Примерно через 5-7 миллиардов лет Солнце исчерпает запасы водорода в ядре и начнет расширяться, превращаясь в красный гигант. Его размер увеличится в сотни раз, а внешние слои охладятся и покраснеют. На этой стадии Солнце может поглотить ближайшие планеты, включая Меркурий, Венеру и, возможно, Землю.
Планетарная туманность: космический фейерверк
В конце жизни Солнце сбросит внешние слои, образуя красивую планетарную туманность. Это будет похоже на гигантский космический фейерверк, видимый на огромных расстояниях. Сброшенное вещество обогатит межзвездную среду элементами, которые могут стать строительным материалом для новых звезд и планет.
Финальная стадия - Солнце станет плотным белым карликом размером примерно с Землю. Этот небольшой, но очень горячий объект будет медленно остывать в течение триллионов лет, постепенно угасая и превращаясь в черный карлик - холодный, темный остаток некогда яркой звезды.
Заключение: наше место во Вселенной
Хотя будущее Солнца может казаться далеким, понимание его эволюции критически важно для науки. Это знание помогает нам лучше понять нашу планету, Солнечную систему и место человечества во Вселенной.
Изучение судьбы Солнца - яркий пример того, как наблюдения, теоретическая физика и компьютерное моделирование объединяются, чтобы заглянуть в будущее, отстоящее от нас на миллиарды лет. Оно напоминает нам о грандиозных масштабах космоса и времени, в которых существует наша цивилизация.
Пока Солнце продолжает свой неспешный танец в космосе, мы, его дети, продолжаем исследовать и восхищаться чудесами Вселенной, частью которой являемся.
Гравитационное поле Земли - невидимая, но фундаментальная сила, формирующая облик нашей планеты. Обычно это поле равномерно распределено по земной поверхности, незримо воздействуя на все объекты. Но, анализируя данные, полученные в ходе миссии NASA GRACE, ученые обнаружили нечто поистине удивительное - огромную аномалию в гравитационном поле Земли, своеобразную "вмятину" планетарного масштаба. Эта загадочная область бросает вызов нашему пониманию геофизики и привлекает внимание исследователей со всего мира.
Эта аномалия находится в самом сердце Индийского океана. На карте гравитационного поля она выглядит как темно-синее пятно, указывающее на значительно меньшую концентрацию земной массы в этой области по сравнению с окружающими регионами.
В поисках ответов
В 2018 году Национальный центр полярных и океанических исследований Индии (NCPOR) приступил к исследованию аномалии, развернув вокруг нее сеть донных сейсмометров — высокочувствительных приборов, способных уловить малейшие колебания земной коры.
Однако, несмотря на годы исследований, окончательного ответа у ученых пока нет. Но есть несколько интригующих гипотез:
Взаимодействие ядра и мантии
Некоторые ученые полагают, что аномалия может быть вызвана динамическими процессами на границе ядра и мантии Земли. Там происходят сложные взаимодействия между жидким внешним ядром и твердой нижней мантией, которые могут создавать структурные неоднородности. Эти неоднородности в распределении массы и плотности на глубине могут проявляться как гравитационные аномалии на поверхности Земли.
Мантийные течения
Другая гипотеза связывает "вмятину" с сейсмическими низкоскоростными аномалиями в верхней мантии. Эти аномалии представляют собой области, где сейсмические волны движутся медленнее, чем в окружающих породах. Такие зоны часто интерпретируются как участки с повышенной температурой или частичным плавлением пород. Эти особенности могут влиять на распределение массы в мантии, что, в свою очередь, может создавать наблюдаемые аномалии в гравитационном поле Земли.
Пожалуй, самая захватывающая гипотеза предполагает, что аномалия связана с океаном Тетис, существовавшим в эпоху мезозоя. Согласно этой идее, океанические литосферные плиты, формировавшие дно Тетиса, активно погружались под материковые плиты, создавая глубокие впадины. Впоследствии эти впадины были покрыты новыми литосферными плитами, образовавшими дно современного Индийского океана. Однако древние структуры частично сохранились, создавая наблюдаемую сегодня гравитационную аномалию. По сути, эта гипотеза предполагает, что под дном Индийского океана скрывается дно исчезнувшего океана Тетис.
Гравитационная аномалия в Индийском океане - это не просто научная загадка. Она символизирует огромный потенциал для открытий, который таят в себе наши океаны. Эта "вмятина" в гравитационном поле Земли напоминает нам, как мало мы знаем о мире под водой, покрывающей более 70% поверхности нашей планеты.
Изучение подобных феноменов требует не только передовых технологий, но и постоянного присутствия человека в океанских глубинах. Это подводит нас к мысли о необходимости более активного освоения океана, включая возможность создания постоянных подводных поселений. Такой шаг не только расширил бы наши научные горизонты, но и открыл бы новые возможности для человечества в целом.
Гамма-всплески (далее ГВ) — масштабные и наиболее яркие события во Вселенной, представляющие собой выброс колоссального количества энергии в виде гамма-излучения.
ГВ могут различаться в зависимости от продолжительности и количества высвобождаемой энергии, поэтому их делят на два вида: короткие ГВ и длинные ГВ.
Короткие ГВ
События такого рода наиболее высокоэнергетические. Они продолжаются от нескольких миллисекунд до двух секунд. К появлению коротких ГВ приводит слияние компактных, но при этом чрезвычайно массивных объектов, таких как пара нейтронных звезд, нейтронная звезда и черная дыра и, возможно (пока лишь теоретически), пара черных дыр. Несмотря на непродолжительность короткого ГВ, за этот промежуток времени высвобождается больше энергии, чем наше Солнце сгенерирует за всю свою жизнь.
Длинные ГВ
Продолжительность событий такого формата составляет от двух секунд до нескольких часов. Длинные ГВ связаны с такими катастрофическими событиями, как вспышки сверхновых (взрывы массивных звезд). Вспышка сверхновой приводит к появлению нейтронной звезды, но если исходная звезда была достаточно массивной, то сжатие не останавливается и зарождается черная дыра.
Оба типа ГВ имеют крайне высокую энергию и сопровождаются яркими послесвечениями в других диапазонах электромагнитного излучения, таких как рентгеновское, видимое и радиоизлучение. Исследование ГВ помогает ученым лучше понять устройство и эволюционный механизм Вселенной.
Перед вами пейзаж Венеры, снятый советским спускаемым аппаратом "Венера-14", который совершил мягкую посадку на поверхность "адской" планеты 5 марта 1982 года. Температура на месте составляла 465 градусов Цельсия — достаточно для плавления олова, свинца и цинка.
Как видно, небо имеет характерный желто-коричневый оттенок, и это связано с тем, что Венера наделена густой токсичной атмосферой, наполненной углекислым газом, и также она постоянно окутана густыми желтоватыми облаками серной кислоты.
Для раскрашивания снимка использовались данные "Венеры-14" о цвете венерианского неба на разных высотах и об общей окраске поверхности.
Улучшили и раскрасили изображение: Дональд Митчелл и Джейсон Мейджор.
Вокруг могучего Юпитера кружит спутник Каллисто (средний диаметр 4 820 километров) — космический летописец, хранящий память о древнейших временах Солнечной системы. Этот загадочный мир обладает уникальной особенностью — самой старой поверхностью среди всех известных небесных тел нашей системы.
Представьте себе — последние значительные изменения здесь происходили более 3,5 миллиарда лет назад, когда на Земле только зарождалась первая жизнь.
Ледяные шпили - стражи времени
Поверхность Каллисто украшают величественные ледяные шпили высотой от 80 до 100 метров. Эти гигантские структуры, покрытые тонким слоем темной пыли, появились на заре формирования Солнечной системы в результате столкновений с другими космическими телами.
Удары были настолько мощными, что извлекли лед из глубин спутника и расшвыряли его по окрестностям, создав эти уникальные формации. Однако шпили медленно разрушаются, что приводит к скатыванию пыли и ее накоплению в низинах. Через несколько миллиардов лет эти величественные структуры превратятся в пологие пылевые холмы, но пока они стоят как безмолвные свидетели истории эволюции нашей планетной системы.
Застывшая история
В отличие от своего буйного соседа Ио, где запредельная вулканическая активность (более 400 действующих вулканов!) обновляет поверхность со скоростью около сантиметра в год, Каллисто сохраняет практически первозданный вид.
Поверхность спутника испещрена множеством ударных кратеров, некоторым из которых более четырех миллиардов лет! Эти древние шрамы хранят информацию о ранних этапах формирования нашей космической окрестности, включая историю появления самого Юпитера и других планет.
Тайны подповерхностного океана
Под застывшей маской древней коры Каллисто скрывается грандиозная тайна — целый океан жидкой воды, раскинувшийся в недрах ледяного спутника.
Он залегает настолько глубоко, что достичь его современными технологиями невозможно. Однако само существование этого океана делает Каллисто еще более интригующим объектом для исследований.
Значение для науки
Если человечество когда-нибудь отправит на Каллисто исследовательский аппарат, способный собрать и доставить на Землю образцы реголита (особенно те, что были бы получены под слоем пыли одного из шпилей), мы получим бесценные данные о ранней истории Солнечной системы.
Это будет подобно чтению древней летописи, в деталях повествующей о событиях, происходивших миллиарды лет назад. Каждая частица грунта может рассказать историю о космических катаклизмах, формировании планет и процессах, определивших современный облик нашей планетной системы. Возможно, именно в древних породах Каллисто хранится ключ к разгадке тайны зарождения жизни на Земле.
Эта туманность, находящаяся в созвездии Змееносца, представляет собой гигантское облако межзвездного газа и пыли, которое поглощает свет от звезд, расположенных за ним. Именно это делает ее такой темной и загадочной.
Туманности — это не просто пустые места в космосе, это настоящие "звездные ясли", где рождаются новые звезды.
Размер IC 4678 около 25 световых лет, а расстояние до нее оценивается в 5 000 световых лет.
14 июля 2015 года мимо системыПлутонапронесся космический аппарат NASA "Новые горизонты", передав на Землю первые в истории детализированные изображения далекой карликовой планеты и некоторых ее спутников. Плутон преподнес ученым сюрприз — его поверхность оказалась не однородной и застывшей во времени, как предполагалось ранее, а удивительно разнообразной и геологически активной.
Особое внимание привлекли ледяные горы. В отличие от земных, состоящих преимущественно из твердых каменных пород, основу гор Плутона составляет водяной лед. Однако не спешите представлять их хрупкими и прозрачными!
При экстремально низких температурах, царящих на поверхности Плутона (в среднем около -233 градусов Цельсия), свойства льда настолько меняются, что он становится плотным, твердым и прочным, как гранит на Земле.
Интересный факт: если бы земной гранит оказался на Плутоне, то он бы стал хрупким и ломким из-за экстремального холода, в то время как водяной лед приобретает кристаллическую структуру, делающую его исключительно прочным материалом.
Величественные горы Тенцинга* возвышаются в среднем на 3,4 километра от основания, что сопоставимо с высотой Доломитовых Альп в Европе! Кроме того, средний уклон их склонов составляет 19,2 градуса, что делает горы Тенцинга не только высокими, но и одними из самых крутых горных систем в Солнечной системе.
*Эта плутонианская горная гряда названа в честь шерпа Тенцинга Норгея, одного из двух людей, которые первыми покорили высочайшую вершину мира — Эверест.
Примечательно, что благодаря малой гравитации Плутона (примерно 6% от земной) и отсутствию активной эрозии, эти массивные ледяные структуры сохраняют стабильность и существуют уже более 100 миллионов лет.
Многочисленные горные вершины далекого Плутона прекрасно просматриваются сквозь тонкую голубоватую атмосферу, состоящую из азота с примесями метана и угарного газа.
Когда солнечный свет проходит через эту разреженную оболочку, создается холодное и загадочное голубое свечение, напоминающее марсианские закаты.
Планетологи считают, что горы Плутона могут быть продуктомкриовулканизма— извержений не раскаленной магмы, а смеси воды, аммиака и метана. Ничего подобного на Земле нет, но в Солнечной системе криовулканизм — достаточно распространенное явление, которое можно наблюдать, например, на некоторых спутниках газовых гигантов.
Миссия "Новые горизонты" показала, что даже самые дальние уголки Солнечной системы способны удивлять нас своей красотой, разнообразием и изменчивостью.
