Kitobni o'qish: «Космос. Для тех, кто хочет все успеть»

«Астрономия заставляет душу смотреть вверх и ведет нас из этого мира в другой»

(Платон)

Космос, или космическое пространство, – это относительно пустые участки Вселенной, которые лежат вне границ атмосфер небесных тел

В оформлении использованы фотографии и иллюстрации:

NASA images, muratart, tutsi, Vita Fortuna, Denis Belitsky, leeborn, vchal, Nicholas Grey, Photo Spirit, Vera Larina, Andrey Armyagov, 3Dsculptor, ymcgraphic, diceareawesome1, ehrlif, adike, Fotokon / Shutterstock.com

Используется по лицензии от Shutterstock.com

© ИП Сирота Э. Л. Текст и оформление, 2019

© Оформление. ООО «Издательство «Эксмо», 2020

На какие вопросы отвечает эта книга

СВЕТОВОЙ ГОД – ЭТО СКОЛЬКО?

9 461 000 000 000 (9,461 триллиона) километров. См. главу I

ЧТО ТАКОЕ ЭКЗОПЛАНЕТЫ?

Все планеты за пределами Солнечной системы. См. главу II

СКОЛЬКО ЛЕТ НАЗАД НАЧАЛА ЗАРОЖДАТЬСЯ НАША СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА?

Около 4,6 миллиарда лет назад. См. главу III

КАКОВА РОЛЬ АТМОСФЕРЫ В ЖИЗНИ ЗЕМЛИ?

Мы ею дышим, атмосфера обеспечивает озоновый «щит» и барьер от метеоритов, регулирует перепады температур и погоду, обеспечивает круговорот воды в природе. См. главу IV

ЧТО ТАКОЕ ЧЕРНАЯ ДЫРА?

Область во Вселенной, в которой настолько сильное притяжение, что ее не могут покинуть даже объекты, движущиеся со скоростью света. См. главу V

КОГДА БЫЛ ПОСТРОЕН СТОУНХЕНДЖ?

На рубеже каменного и бронзового веков, за несколько столетий до падения Трои. См. главу VI

ЧЕМ КОСМИЧЕСКИЕ РОБОТЫ ОТЛИЧАЮТСЯ ОТ ЗЕМНЫХ?

В отличие от обычного косморобот должен уметь переносить запуск, работать в неблагоприятных условиях, весить как можно меньше, использовать энергосбережение, быть износостойким, работать в автоматическом режиме. См. главу VII

ЧТО ТАКОЕ ГРАВИТАЦИЯ?

Притяжение между двумя любыми объектами во Вселенной. См. главу VIII

НА КАКОМ РАССТОЯНИИ ОТ ЗЕМЛИ НАХОДИТСЯ БЛИЖНИЙ КОСМОС?

От 150 до 2000 километров от поверхности нашей планеты. См. главу IX

КАКИЕ СТРАНЫ УЧАСТВУЮТ В ПРОЕКТЕ МЕЖДУНАРОДНОЙ КОСМИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ?

14 стран: Россия, США, Канада, Япония, Бельгия, Германия, Дания, Испания, Италия, Нидерланды, Норвегия, Франция, Швейцария, Швеция. См. главу X

КОГДА СЛУЧИЛСЯ БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ, ПОРОДИВШИЙ НАШУ ВСЕЛЕННУЮ?

15 миллиардов лет назад. См. главу XI

СКОЛЬКО В КОСМОСЕ ПЛАНЕТ ЗЕМНОГО ТИПА, НА КОТОРЫХ МОГЛА БЫ СУЩЕСТВОВАТЬ ЖИЗНЬ?

Около 11 миллиардов. См. главу XII

ЧТО ТАКОЕ МЕТАГАЛАКТИКА?

Все космическое пространство, куда удалось проникнуть взгляду человека при помощи телескопов. См. главу XIII

Предисловие

Любопытство движет нами испокон веков. С древнейших времен человек познает мир: наблюдает, изучает, ставит эксперименты, а то, что невозможно доказать опытным путем, подтверждает математическими расчетами. Но в вопросе познания тайн Вселенной мы – несмышленые младенцы. Сколько бы сложных формул и гениальных космических теорий ни было выведено, постичь все вопросы Вселенной нереально. По крайней мере, на данном этапе нашего с вами существования.

На самом же деле мы не только не ведаем ответ, мы все еще не знаем вопроса. Представьте любопытное дитя. Оно может задавать своему родителю сколько угодно вопросов, но все они будут касаться только тех вещей, которые ребенок видел, о которых слышал, – того, о чем он имеет представление. Например, малыш может спросить о том, что такое Луна (ведь он видел ее в окно), как далеко расположены звезды (их он тоже наблюдал на ночном небосводе). Он может даже спросить об НЛО: летающую тарелку ребенок мог и не видеть, зато слышал о пришельцах в научно-популярной передаче. А вот о сингулярности и теории струн малыш вряд ли спросит, если ни разу не сталкивался с этими терминами. Так и мы. Возможно, там, во Вселенной, есть вещи, неподвластные нашим представлениям о мире. И, узнав о них, мы либо не поверим, что такое вообще возможно, либо сойдем с ума от того, что узнаем.

Однако это не повод прекращать попытки познать непознанное. И человек не прекращает. Никогда не прекращал. Древние жители планеты изучали космос по звездам и созвездиям, наблюдая их из своих обсерваторий. Тогда загадки мироздания точно так же захватывали людские умы, как и сейчас. С тех пор прошли тысячи лет, и лишь во времена СССР человеку удалось оторваться от Земли – совершить первый «прыжок» в космос.

Первый человек, которому удалось полюбоваться нашей планетой с орбиты, Юрий Алексеевич Гагарин, сказал: «Облетев Землю в корабле-спутнике, я увидел, как прекрасна наша планета. Люди, будем хранить и приумножать эту красоту, а не разрушать ее».

Только вдумайтесь: за все время своего существования человеку удалось побывать только на орбите Земли и на нашем спутнике – Луне. Дальше будет Марс, а потом?

В этой книге мы постараемся ответить на часть вопросов, которые касаются космоса и Вселенной. А еще попробуем заглянуть туда, куда пока еще не удалось добраться ни космическим кораблям, ни космическим роботам. Ну что ж, процитируем великого Гагарина: «Поехали!»

Глава I
Космос вокруг нас. От большего – к меньшему

Есть только две бесконечные вещи:

Вселенная и человеческая глупость.

Хотя насчет Вселенной я не уверен.

Альберт Эйнштейн

Космос – поистине бескрайнее пространство. Вселенная и космические тела настолько огромны, что это может не укладываться в голове. Только представьте, в глубинах космического вакуума кружат планеты и звезды, по сравнению с которыми Земля – крошечная песчинка. Давайте вместе совершим космическое путешествие сквозь Вселенную к нашей планете. Вперед!

Световой год – это сколько? О космических расстояниях

Насколько именно велика Вселенная и измерима ли она, мы не знаем. В космологии есть понятие Метагалактики, или наблюдаемой Вселенной. Это та доля космического пространства с планетами и звездами, свет от которых «добрался» до нашей планеты с момента Большого взрыва. Ученые вычислили размер наблюдаемой Вселенной:

• Радиус (от центра Земли до наиболее удаленного объекта) – 46,5 миллиарда световых лет.

• Диаметр (от одной крайней точки Метагалактики до противоположной) – 93 миллиарда световых лет.

Галактика М82, в ней идет активное образование «новорожденных» звезд

Пожалуй, нам, чья жизнь длится до 100 земных лет, трудно даже вообразить столь гигантские масштабы. Если измерять космические дистанции в привычных километрах, ничего не стоит потеряться в многочисленных нулях. Для того чтобы сократить их, ученым пришлось трансформировать километры в новые единицы измерения.

Так появились понятия «световой год» и «парсек». Световой год – это расстояние, которое луч света преодолевает за 1 земной год. Он составляет 9 461 000 000 000 (9,461 триллиона) километров. Другой астрономический показатель – парсек, название которого образовано от двух понятий – «параллакс» и «секунда». Парсек (пк) равен 3,26 светового года.

Для удобства расчетов внутри нашей Солнечной системы ввели так называемую астрономическую единицу (АЕ). Это примерное расстояние от Земли до Солнца, составляющее 150 миллионов километров.

Пульсары – это нейтронные звезды, испускающие из полюсов пучки радиоизлучения с бешеной скоростью и вращающиеся вокруг собственной оси со скоростью до 700 оборотов в секунду

Звезды нашей галактики Млечный Путь вращаются вокруг галактического центра. Те звезды, что расположены ближе к нему, совершают оборот быстрее, примерно за 10 миллионов лет. Дальние, например наше Солнце, облетают центр галактики за 180 миллионов лет.

«А как насчет космических путешествий, которые пророчили писатели-фантасты всех времен?» – спросите вы. Дело в том, что самый скоростной объект, созданный современной наукой, – Parker Solar Probe (солнечный зонд им. Паркера). Если бы звук существовал в вакууме, мы с вами услышали бы, как он свистит, пролетая на скорости свыше 252 000 км/ч. Это в целых 100 раз быстрее пули! Но даже на такой скорости дорога до ближайшей к Земле звезды после Солнца – Проксима Центавра – заняла бы 19 000 лет. Пока никто не спешит отправляться так далеко, ведь единственное, что ждет экипаж в пути, – это смерть от старости.

Галактики: виды, формы, состав

Звезды и планеты не летают в космосе сами по себе. Они вместе с космической пылью и газами образуют скопления, а те, в свою очередь, – галактики. Американский астрофизик Эдвин Хаббл (1889–1953) предложил разделить все галактики на группы.

Эллиптические (E 0—E 7). Они имеют шарообразную или приплюснутую форму. В эллиптических галактиках нет явного ядра, а звезды распределены равномерно. Цифра показывает степень уплощения: E 0 практически шарообразны, E 7 напоминают «блинчики».

Спиральная галактика, расположенная на расстоянии множества световых лет от Земли

В одну эллиптическую галактику входит более триллиона звезд. Чтобы вы оценили размеры, вспомните: Млечный Путь вмещает всего около 100 миллиардов звезд!

Галактика IC 1101 – лидер среди галактических гигантов. В ней скопилось 100 триллионов звезд! Если наложить IC 1101 на Млечный Путь, она покроет и его, и три соседние галактики вместе с пространством между ними.

Линзообразные (S 0). Эти галактики имеют форму диска с выпуклостью в центре.

Спиральные галактики «закручены» в спираль и по форме напоминают водяную воронку в сливе раковины.

• Sa, Sb, Sc, Sd – спиральные галактики, состоящие из выпуклости в центре и внешнего диска, содержащего рукава – «щупальца» спиральных галактик. Буква показывает, насколько плотно расположены рукава: у Sa рукава частые, у Sd – редкие.

• SBa, SBb, SBc, SBd – спиральные галактики с перемычкой, в которых центральная выпуклость пересекает яркий бар, от которого отходят рукава.

Наиболее именитые представители спиральных галактик – Млечный Путь и Туманность Андромеды. В рукавах спиральных галактик зарождаются новые, молодые звезды.

Неправильные, или иррегулярные галактики (Irr) не могут отнести ни к одной из групп. Например, структура галактик Irr I содержит остатки спирали, а Irr II имеют совершенно неправильную форму.

Самая тяжелая

Звезда R136a1 в туманности Тарантула является самой массивной и яркой в истории астрономии – ее масса составляет 256 масс Солнца, а светимость превышает солнечную почти в 10 миллионов раз

Сам Хаббл считал эту последовательность эволюционной, т. е. развитие шло от эллиптических к спиральным галактикам. Современные ученые утверждают обратное: в ранней Вселенной преобладали спиральные и неправильные галактики, а позднее в результате их слияния зародились эллиптические.

Имя нашей галактики – Млечный Путь. Это спиральная галактика диаметром 100 000–120 000 световых лет. Вдумайтесь: луч света, движущийся со скоростью 300 тысяч км/с, пересечет ее лишь спустя 100 тысяч лет. Трудно представить? Тогда возьмите за ориентир знакомый объект – Солнце. Так вот, Млечный Путь больше Солнца в 3 триллиона раз!

Жизнь звезды

Чем больше и массивнее звезда, тем короче ее жизнь. Ведь ей приходится расходовать больше энергии, чем звездам-малышкам, а из-за этого топливо расходуется быстрее. Например, η Киля выделяет в несколько миллионов раз больше энергии, чем Солнце. Ей потребуется всего пара миллионов лет, чтобы «прожить» свой век и взорваться. Солнце же спокойно просуществует еще несколько миллиардов лет

В центре нашего «звездного острова» расположено ядро, а вокруг него витают в вакууме звезды и раскаленные газы. Вокруг ядра есть как минимум пять спиральных рукавов: рукав Лебедя, рукав Персея, рукав Стрельца, рукав Центавра и рукав Ориона, в котором и расположена Солнечная система.

Дотянуться до звезды: мерцающие гиганты и карлики

А вы хоть раз замирали от восторга под необъятным звездным небом? Давайте разберемся, что же такое звезда и почему одни звезды кажутся крупными, а другие едва различимы.

Звезда по сути – громадный газовый шар. Именно звезды источают свет в космическом пространстве. Но не все они одинаковы. Давайте «пробежимся» по звездному пути от самых крупных его представителей к звездам-крошкам. Размеры некоторых огромны даже по космическим меркам, поэтому для удобства будем рассматривать параметры звезд в сравнении с нашим родным Солнцем.

Из чего состоит звезда

Звезда состоит из водорода и гелия (примерно 3/4 водорода и 1/4 гелия), а также незначительной примеси других элементов

Гипергиганты. Здесь название говорит само за себя. К числу самых массивных и ярких звезд относится звезда VY Большого Пса. Это крупнейшая звезда из созвездия Большой Пёс. Радиус звезды равен 1800–2100 радиусов Солнца, а светимость превышает солнечную в 270 000 раз. Однако, несмотря на внушительные размеры и ослепляющую яркость, увидеть VY Большого Пса без телескопа нельзя.

Красные сверхгиганты. Самый крупный представитель этой группы – UY Щита. Радиус светила превышает солнечный в 1700 раз, а масса – в 40. Для пущей наглядности представьте, что центр звезды совмещен с центром Солнца. В этом случае габариты UY Щита вышли бы за пределы Солнечной системы. Антарес – второй по величине красный сверхгигант. Его радиус больше радиуса Солнца в 800 раз, а масса – в 17. Антарес можно увидеть невооруженным глазом в момент его противостояния с Солнцем. Кроме огромного размера звезда отличается яркостью, которая в 65000 раз превосходит солнечный свет.

Гиганты. На расстоянии 800 световых лет от нашей планеты расположен голубой гигант Альтинак из созвездия Орион. По космическим меркам это молодая звезда, но Альтинак – «малыш» по возрасту, а отнюдь не по размерам. Он превосходит габариты Солнца в 18 раз, а светимость – в 35000 раз. Еще одно «детище» Ориона – умирающая звезда, красный гигант Бетельгейзе. Он практически не уступает по яркости и массивности своему собрату. А его объем и того больше: радиус космического тела варьируется от 950 до 1200 радиусов Солнца.

Субгиганты. Звезды, обладающие меньшим радиусом и светимостью, чем обычный гигант того же спектрального типа.

Карлики. Эта группа светил наиболее доступна нашему разуму, ведь один из карликов освещает Землю с небосвода. Звезда по имени Солнце – желтый карлик, его диаметр – 1 392 000 метров (109 диаметров Земли), а масса – 1,9855×10³⁰ кг (332 940 масс Земли). Самая близкая звезда к Солнечной системе – Проксима Центавра, красный карлик со слабым свечением. Ее размер и масса достигают не более трети солнечных.

Звезды и планеты – не одно и то же?

Планеты Солнечной системы знакомы каждому со школьной скамьи. О других планетах мы знаем не так много. Дело в том, что, в отличие от ярких звезд, их не так-то просто обнаружить даже через мощный телескоп. Но с развитием технологий ученым все же удалось найти планеты вне Солнечной системы. Их стали называть экзопланетами.

Сколько лет, сколько зим

Из-за огромного расстояния между звездами и Землей мы видим их такими, какими они были когда-то раньше. К примеру, Солнце находится от нас в 8,5 световой минуты, а значит, когда мы смотрим на него, то видим его таким, каким оно было 8,5 минуты назад. Если взять звезду Проксиму Центавра, то ее мы видим такой, какой она была 4,24 года назад

В настоящее время открыто более 2000 экзопланет. Некоторые из них состоят из газа, как Юпитер, иные напоминают Землю, а на некоторых, возможно, существует жизнь. Например, на экзопланете Кеплер 186-F допускается наличие жизни. Эта планета по размерам лишь чуть-чуть превосходит Землю. Расстояние до нее – 558 световых лет. Экзопланета Глизе 832-С, расположенная в 15 световых годах, также потенциально пригодна для жизни, но она больше Земли в пять раз. Размер экзопланеты Кеплер 78-B почти аналогичен размеру Земли, но планета вращается в 90 раз ближе к своей звезде. Из-за этого температура на ее поверхности составляет от 1,5 до 3000 °C.

Самая древняя из известных экзопланет – Каптейн-B из системы красного карлика в 13 световых годах от нас. Ее возраст составляет (только задумайтесь!) 11,5 миллиарда лет. Самая горячая из известных экзопланет – WASP‑33B, температура ее поверхности составляет около 3200 °C. В 2013 году ученые заявили об открытии самой крохотной планеты, Кеплер‑37b, которая по своим габаритам близка к размеру Луны.

Космическая пыль – это частицы, которые «парят» в космическом пространстве. Эти частицы могут состоять всего из нескольких молекул, а могут достигать размера 0,2 мкм. Около 60 тонн космической пыли ежедневно оседает на поверхности Земли

Так в чем же разница между звездами и планетами? Первоочередное и самое главное отличие звезд от планет – в способности самостоятельно излучать свет и тепло: звезды могут, планеты – нет. Планеты лишь отражают свет от других светил.

Кроме того, температура звезд намного выше температуры любой из известных планет. Поверхность звезды способна нагреваться от 2 до 40 тысяч градусов, а центр может быть раскален до миллионов градусов.

Разница еще и в том, что планеты движутся по орбитам вокруг своих светил, которые, в свою очередь, движутся относительно центра галактики. Планеты зачастую обладают одним или несколькими спутниками, а вот звезды таковых «соседей» не имеют. И, наконец, на поверхности звезд обязательно происходят ядерные или термоядерные реакции со взрывами. На планетах же таких реакций не наблюдается, исключение – ядерные планеты, на них изредка случаются слабые ядерные реакции.

Наш космический дом: Солнечная система и Земля

Солнечная система включает в себя 8 планет, вращающихся вокруг Солнца, их спутники, карликовые планеты и астероиды. Самые крупные из планет – Юпитер (R = 69 912 км), Сатурн (диаметр в 10 раз больше диаметра Земли) и Уран. Наша водная планета занимает золотую середину. Наименьшей площадью обладает Меркурий, замыкая размерный ряд планет Солнечной системы.

Кошачий Глаз – планетарная туманность, сформировавшаяся после гибели звезды, масса которой была примерно равна солнечной

Как нам уже известно, Земля входит в Солнечную систему. Она самая плотная и самая крупная в группе земных планет Солнечной системы. По размерам превосходит Венеру, Марс и Меркурий, а площадь равна 510 100 000 км².

Ближайшее космическое тело, вращающееся вокруг планеты, – это ее единственный естественный спутник – Луна.

Привет из прошлого

Многие звезды, которые мы видим, могут уже не существовать, так как мы видим их в том состоянии, в котором они были 1000, 2000 или 5000 лет назад

Кроме Луны у Земли есть квазиспутники – объекты, находящиеся с ней в орбитальном резонансе, что позволяет им оставаться вблизи на протяжении многих орбитальных периодов. Они расположены близко к ней лишь в определенные моменты времени своего движения по намеченной траектории. Наиболее крупный из них – астероид Круитни, диаметр которого равен 5 км.

Глава II
Космические тела

 
Где-то в космосе летит
Голубой метеорит.
Ты идешь,
А он летит.
Ты лежишь,
А он летит.
Ты заснул,
Но все летит
В космосе метеорит…
 

Роман Семенович Сеф

Представьте ночное небо. Что вы в нем видите? Миллионы светящихся точек! Это звезды, их видно с Земли даже невооруженным глазом. Но в недрах Вселенной скрываются и другие интересные тела, увидеть которые можно только в мощный телескоп. А некоторые объекты существуют только в теории, никто и никогда не наблюдал их. Давайте заглянем в бесконечность космоса и узнаем, что же он таит в себе.

Звезды – от рождения до смерти

Знаете, как рождается звезда? Сначала облако из газа и пыли, витающее в вакууме, сжимается и уплотняется. Вокруг него образуются плотные, темные газопылевые облака массой в 200 раз больше, чем у Солнца. Их называют глобулами Бока. По мере того как глобула сгущается, ее масса увеличивается, притягивая к себе материю из соседних областей. Внутренняя часть глобулы сгущается быстрее, чем внешняя, поэтому она начинает нагреваться и вращаться. Постепенно частицы формируют плазменный шар, и только через несколько сотен тысяч лет образуется «новорожденная» протозвезда.

N 11B – регион образования новых звезд, снятый телескопом «Хаббл»

Протозвезда постепенно наращивает массу. Ее давление, плотность и температура увеличиваются. Прогреваясь, звезда начинает светиться темно-красным светом. Все это длится миллионы лет. Увидеть молодую звезду очень трудно, ведь она еще окружена плотным пылевым облаком, из-за которого почти не виден ее блеск.

Дальнейший путь развития протозвезды зависит от ее габаритов. Если ее масса составляет менее 10 % от массы Солнца, то внутри протозвезды не будут происходить ядерные реакции, и она никогда не сможет стать настоящей звездой. Протозвезда постепенно остынет и превратится в переходный объект, так называемый коричневый карлик – нечто среднее между звездой и планетой.

Протозвезда – это новая звезда на завершающем этапе своего формирования. Сформировавшись полностью, она превращается в звезду главной последовательности. Протозвезды окутаны пылевыми оболочками, благодаря которым они испускают мощное инфракрасное излучение

Если же протозвезде удастся вырасти, она сможет преобразоваться в полноценную звезду – гигант, карлик – и даже в черную дыру. Давайте рассмотрим несколько наиболее интересных видов.

Компактные звезды

Мы привыкли к тому, что звезда – это раскаленный светящийся шар. Да, большинство звезд так и выглядят, однако некоторые из них не похожи на своих мерцающих собратьев. Их плотность превышает обычную во много раз. Такие звезды называют компактными. Внутри компактных звезд прекратилась ядерная реакция, поэтому они медленно, но верно схлопываются внутрь под действием гравитации.

Барт Ян Бок (1906–1983) – американский астроном голландского происхождения. Он впервые описал глобулы

К компактным звездам относятся:

• Белые карлики

Внутри белых карликов нет источников термоядерной энергии, поэтому они очень тусклые. Белые карлики медленно остывают и краснеют. Из-за этого их не видно невооруженным глазом, а ученые наблюдают их только через мощные телескопы. Ближайший к нам белый карлик – Сириус B, находящийся на расстоянии 8,6 светового года от Земли.

Черный карлик – остывший и не излучающий свет белый карлик. Это конечная стадия эволюции белых карликов. Один из «остывших» карликов – белый карлик WD 0346+246

• Нейтронные звезды

Нейтронная звезда состоит из нейтронов и небольшого количества других частиц. Большинство нейтронных звезд вращаются с дикой скоростью – до нескольких сотен оборотов в секунду. Удивительно, что при массе, равной солнечной, нейтронная звезда имеет радиус всего в 10–20 километров. Представьте, насколько она плотная!

Советский ученый Лев Ландау (1908–1968) в статье «О теории звезд», опубликованной 29 февраля 1932 года, писал: «Мы ожидаем, что все это должно проявляться, когда плотность материи станет столь большой, что атомные ядра придут в тесный контакт, образовав одно гигантское ядро»

Интересно, что нейтронные звезды были предсказаны еще до их официального открытия. В декабре 1933 года астрономы Вальтер Бааде и Фриц Цвикки выдвинули обоснованную гипотезу о том, что нейтронная звезда может образоваться в результате взрыва сверхновой. А в 1967 году Джоселин Белл открыла первую нейтронную звезду – пульсар PSR B 1919+21.

• Черные дыры

Черные дыры – пожалуй, самые загадочные космические объекты. Черная дыра образуется из звезды. Термоядерные реакции в ее недрах поддерживают высокую температуру и давление, не давая звезде сжиматься под действием собственной гравитации. Со временем ядерное топливо истощается, а звезда начинает схлопываться. Если масса звезды меньше трех масс Солнца, то гравитационного коллапса не произойдет: такая звезда навсегда превратится в белого карлика или нейтронную звезду. Но если масса звезды больше трех солнечных, то она станет черной дырой.

Гравитация черных дыр настолько велика, что может сжимать любое вещество до бесконечности. Покинуть черную дыру не в состоянии даже объекты, движущиеся со скоростью света, в том числе и частички самого света.

• Экзотические звезды

Экзотическая звезда – гипотетический космический объект. Она состоит не только из электронов, протонов, нейтронов и мюонов, как обычные и нейтронные звезды, а также из других видов материи. К ним относятся звезды из «кварковой материи», а также звезды, состоящие из частиц, существование которых еще не доказано.

• Темные звезды

Существование темных звезд (или темной материи) не доказано. Ученые лишь предполагают, что темные звезды могли существовать миллиарды лет назад, когда наша Вселенная только начала формироваться. Если верить этой теории, темная звезда – это огромное холодное облако, состоящее из водорода и гелия. Ее температура настолько низкая, что излучение невозможно увидеть невооруженным глазом. Возможно, темные звезды все еще существуют где-то в глубинах Вселенной.

• Белые дыры

Еще одна космическая загадка – белая дыра. Она, как и темная материя, существует только гипотетически. Это полная противоположность черной дыры. По догадкам ученых, в область белой дыры ничто не может войти. Однако большинство физиков уверены: существование белых дыр невозможно. И действительно, на сегодняшний день наука не знает ни одного объекта, который можно было бы считать белой дырой. Но есть и сторонники этой теории. Они считают, что черные дыры со временем превращаются в белые.

Прожив долгую, но не всегда счастливую жизнь, звезда умирает. Когда термоядерное топливо на исходе, недра звезды остывают и уже не могут противостоять гравитационному сжатию. Звезда коллапсирует – ее вещество всасывается внутрь. Есть несколько возможных сценариев звездного коллапса:

• тихое угасание;

• образование белого карлика;

• взрыв сверхновой I типа;

• коллапс с образованием нейтронной звезды;

• коллапс с образованием черной дыры.

Планеты

Планеты, как и звезды, бывают разными. Интересный факт: планеты Солнечной системы так и называются – «планеты», а все планеты за ее пределами зовутся экзопланетами (с древнегреческого «экзо» – вне, снаружи).

Двойники Земли

Астрономы подтвердили, что за пределами Солнечной системы есть двойник нашей Земли. Эта планета называется Кеплер‑22b, и она (как и Земля) вращается вокруг своей звезды. Планета-двойник больше Земли почти в 2,5 раза и находится на расстоянии 600 световых лет от нее. Несмотря на то что Кеплер‑22b называется двойником, у него с Землей есть и сходства, и различия:

• мягкий климат: средняя температура на этой планете равна 22 °C;

• Кеплер‑22b находится ближе к своей звезде, чем Земля, примерно на 15 %;

• год на Кеплере‑22b длится 290 дней;

• Кеплер‑22b получает от своей звезды на 25 % меньше света, чем Земля.

Из истории открытия белых карликов

В 1785 году английский астроном Уильям Гершель наблюдал звезду 40 Эридана, после чего занес ее в свой каталог двойных звезд. Позднее выяснилось, что второй компонент этой системы – не что иное, как белый карлик. Но тогда о существовании белых карликов и не подозревали

Ученые уверены, что во Вселенной существует множество других двойников Земли, о которых нам еще не известно. Наука заинтересована в поиске планет-двойников, ведь они – наш альтернативный дом в случае глобальной катастрофы.

Мегаземли, суперземли и мини-земли

Экзопланеты, похожие на Землю, могут иметь такую же массу и габариты, а могут быть намного больше или, наоборот, меньше нашей планеты. Таким образом, «двойников» Земли делят на мегаземли, суперземли и мини-земли.

Открытие Фридриха Бесселя

Фридрих Бессель изучал архивные данные о восхождении звезд в Кёнигсбергской обсерватории. Бессель обнаружил удивительную вещь: за последние 100 лет две звезды, Сириус и Процион, отклоняются от прямолинейной траектории движения по небесной сфере, иными словами, находятся в небе то правее, то левее обычного. Бессель пришел к выводу, что у каждой из них должен быть близкий спутник. Его заявление встретили скептически, ведь слабый спутник оставался ненаблюдаемым, а его масса должна была быть достаточно велика – как у Сириуса и Проциона соответственно.

Мегаземля в десять и более раз массивнее Земли. Суперземля (или сверхземля) превосходит ее по массе, но не так сильно, как мегаземля. Суперземли могут быть размером с Землю или до 10 раз массивнее. А мини-земля – это планета земного типа с массой меньшей, чем у нашей планеты. В Солнечной системе к ним относятся Марс и Меркурий.

20 декабря 2011 года ученые объявили об обнаружении первых мини-земель – планет Kepler‑20e и Kepler‑20f. В январе 2012-го сообщили об открытии еще трех небольших экзопланет, на этот раз вокруг звезды Kepler‑42. Это три мини-земли с диаметром 0,78, 0,73 и 0,57 земных. Они облетают вокруг своей звезды за 0,5–2 земных дня.

Планеты-океаны, планеты-пустыни и планеты-ледники

В космосе есть планеты, которые захватывают воображение одним лишь фактом своего существования. Только представьте, что бывают планеты, полностью покрытые водой или засыпанные пустынным грунтом. На них нет ни привычных нам гор, ни каньонов, ни рек, ни лесов… Ну что, представили? А теперь давайте познакомимся с ними поближе.

Планета-океан – это не название произведения писателя-фантаста. В мире действительно существуют планеты, полностью покрытые льдом и/или водой. В зависимости от расстояния до своей звезды (и, собственно, степени прогрева) они могут быть целиком покрыты океаном глубиной до 100 км. Ученым удалось открыть лишь одну такую планету – GJ 1214 b. Может ли на ней существовать жизнь, которая, как мы помним, зародилась в океане? Возможно. Дело в том, что на таких планетах вода и кора разделены толстым слоем льда, который закрывает доступ к минералам. Однако минералы могут и прилететь из космоса вместе с метеоритом или кометой.

Тот самый Сириус?

В январе 1862 года американский астроном Элвин Кларк, глядя в самый большой на то время телескоп, обнаружил рядом с Сириусом тусклую звездочку. Это и был его спутник, Сириус B, предсказанный Бесселем. А в 1896 году американский астроном Джон Мартин Шеберле открыл Процион B, подтвердив тем самым и второе предсказание Бесселя. В 1917 году голландец Адриан ван Маанен открыл еще один белый карлик – звезду ван Маанена в созвездии Рыб. А в 1922 году было решено называть такие звезды белыми карликами

Пустынная планета – это одна сплошная пустыня. Здесь могут изредка выпадать осадки, или их может не быть совсем. Типичная пустынная планета – Марс. Такие планеты часто встречаются в научной фантастике, например, Татуин из вселенной Звездных войн или Плюк из фильма «Кин-Дза-Дза!»

Океаны, пустыни… А существуют планеты, полностью покрытые ледяной коркой, как если бы наша Арктика «разрослась» от полюса до полюса! Маленькие ледяные миры есть в нашей Солнечной системе. Это спутники Европа, Энцелад и Тритон, карликовые планеты Плутон и Эрида, а также кометы.

Карликовые планеты

В нашей Солнечной системе помимо основных планет «летают» планеты-крошки, или карликовые планеты.

Официально карликовыми признаны 5 планет: крупнейший астероид Церера и транснептуновые объекты (расположенные за пределами орбиты Нептуна) – Плутон, Эрида, Макемаке и Хаумеа. По оценкам ученых, может быть обнаружено еще до 260 карликовых планет в поясе Койпера и до 10000 – за его пределами.

Сверхмассивная черная дыра в центре галактики М 87. Первое в истории изображение тени черной дыры, полученное напрямую в радиодиапазоне. Снимок с телескопа Event Horizon Telescope

Астероиды и метеориты

Астероид – это небольшой космический объект, напоминающий мини-планету. Их еще называют малыми планетами. Если смотреть на астероид в телескоп, он похож на звезду, за что и получил свое название («астероид» – «звездоподобный»). Самый большой из известных астероидов – Церера, ее диаметр – 970 километров. Правда, статус Цереры неоднократно менялся. Ее считали и планетой, и карликовой планетой, но остановились на том, что это небесное тело ближе всего к астероидам. А ведь она и правда похожа на крошечную планету – вращается по орбите и имеет шарообразную форму. Самые маленькие астероиды похожи на камни, даже их форма напоминает булыжник. Они часто сталкиваются друг с другом в космосе и сходят с орбит, то приближаясь, то удаляясь от Солнца.

Метеориты – части крупных метеорных тел (твердых частиц, двигающихся в межпланетном пространстве), которые, пройдя через земную атмосферу, достигают Земли. Большая часть метеорных тел сгорает в атмосфере, создавая метеоры, но около 10 % достигает поверхности Земли в форме метеоритов и микрометеоритов.

Астероиды и метеориты состоят из железа, никеля и каменистых пород. Их состав близок к составу грунта планет земной группы.

Астероиды могут сталкиваться и с планетами, что может иметь разные последствия. Если астероид огромный и массивный, он может даже сбить планету с орбиты. Настолько больших астероидов мало, да и места в космосе предостаточно, чтобы два объекта с легкостью могли разминуться. Однако столкновения с менее крупными астероидами и метеоритами все же случаются. После этого на поверхности планеты образуются кратеры. Живой тому пример – ударные кратеры на Марсе, Луне и других планетах и спутниках. Эти планеты необитаемы, и им такое столкновение не принесет плачевных последствий. А вот если бы крупный астероид столкнулся с Землей, кто знает, что бы это принесло человечеству – очередной ледниковый период, сдвиг полюсов или так называемый конец света?! Считается, что именно упавший на Землю астероид стал причиной вымирания динозавров.

Как астероиды получают свои имена?

Раньше астероидам давали исключительно женские мифологические имена: Церера, Веста, Паллада, Ирида. Потом было решено брать любые женские имена: Беатрис, Юлия, Диана. Сейчас имена астероидов – это производные от названий стран, городов или имен и фамилий знаменитых людей: малая планета (2374) ВладВысоцкий. Право подарить имя новой планете или астероиду достается ее первооткрывателю

В то же время на Землю постоянно падают метеориты, в атмосфере они практически полностью сгорают, не принося ни малейшего вреда. Более того, обычные люди вообще вряд ли догадываются о том, что где-то в море или океан упал «космический камушек». Это замечают только ученые, которые подолгу следят за подобными явлениями.

Один из таких феноменов – Тунгусский метеорит. До конца не известно, что именно стало причиной взрыва в районе сибирской реки Подкаменная Тунгуска 17 июня 1908 года. Вот какие атмосферные явления наблюдали очевидцы за три дня до взрыва:

• серебристые облака;

• яркие сумерки;

• солнечные гало.

Ученые предполагают, что на Землю упала комета или осколок астероида. Произошло это так: около семи часов утра над бассейном Енисея пролетел огромный огненный шар. Не долетев до земли 7–10 километров, он взорвался в воздухе над тайгой. Мощность взрыва оценивается в 40–50 мегатонн, что соответствует энергии самой мощной из взорванных водородных бомб. Волну от взрыва зафиксировали обсерватории по всему миру.

Суперземли в сравнении с нашей Землей

После взрыва на Тунгуске были повалены деревья на территории площадью более 2000 км², оконные стекла в домах ближайших поселений выбило ударной волной. И еще несколько дней после происшествия небо от Атлантики до Центральной Сибири светилось.

Еще одно не менее интригующее событие – падение метеорита Челябинск. Оно потрясло одноименный город и весь мир 15 февраля 2013 года. В атмосферу Земли ворвался небольшой астероид. Пролетая над Челябинской областью, он горел и взрывался, чем изрядно напугал местных жителей. Мощность взрыва в момент его входа в атмосферу составила 300–500 килотонн, что в двадцать раз мощнее атомной бомбы, сброшенной на Хиросиму. От ударной волны разбились оконные стекла и разрушились мелкие постройки.

Однако астероид не успел сгореть дотла в слоях атмосферы и упал на территории Челябинской области. Исследователям удалось отыскать множество его фрагментов. Самые крупные, массой 654 кг, были подняты со дна озера Чебаркуль в Челябинской области.

«Что случится, если большой астероид упадет на Землю? Если основываться на реалистичных ситуациях с кузнечным молотом и обычной лабораторной лягушкой, то мы можем предположить, что выйдет весьма плохо»

(Дэйв Барри)

Этот метеорит мог бы получить название Чебаркуль, в честь города на берегу озера Чебаркуль, на льду которого обнаружили осколки. Но в конце концов было решено дать ему имя Челябинск, поскольку обломки метеорита упали на обширной территории Челябинской области.

Кометы

Еще одно «негабаритное» небесное тело – комета (с древнегреческого – «волосатый, косматый»). Ученые предполагают, что кометы прилетают в область планет Солнечной системы из облака Оорта, которое содержит множество кометных ядер. При приближении к Солнцу комета образует длинный хвост из газа и пыли.

Комета движется по вытянутой эллиптической орбите. Ее ядро похоже на твердый камень, окутанный туманной оболочкой – комой. Потоки солнечных лучей выбивают из комы частицы газа и отбрасывают их назад, вытягивая в длинный дымчатый хвост. Хвост кометы может достигать в длину миллионов километров.

Яркость кометы зависит от ее расстояния до Солнца. Редкие кометы приближаются к Солнцу и Земле настолько близко, что их можно разглядеть невооруженным глазом. Самые яркие из них называют «великими кометами».

Спутники

У многих планет есть один или несколько спутников – небесных тел, вращающихся по орбите вокруг планеты. Гравитация планеты удерживает спутник рядом и не дает ему «слинять» в открытый космос.

Наша Луна – естественный спутник Земли, который можно увидеть на ночном небосводе. У большинства планет Солнечной системы тоже есть спутники. Но если у Земли всего один спутник, то у Юпитера – целых 67, у Сатурна – 63, у Урана – 27, а у Нептуна – 14. Даже у карлика Плутона есть 5 спутников. И только Меркурий и Венера вращаются вокруг Солнца в одиночку, без спутников.

Планета-океан

Спутники различаются по размерам. Диаметр спутника Марса Деймоса составляет всего 11 км. А самый крупный спутник в Солнечной системе, Ганимед, принадлежит Юпитеру. Его диаметр – 5262 км. Для сравнения, Луна имеет всего 3476 км в диаметре.

Тритон – самый крупный спутник Нептуна. Это единственный спутник Солнечной системы, который вращается не по направлению вращения планеты, а против него. Тритон вулканически активен, но его вулканы извергают наружу не лаву, а воду и аммиак, которые замерзают на поверхности.

Спутник Юпитера Каллисто испещрен кратерами. У этого небесного тела нет геологической активности, которая могла бы защитить его поверхность. Поэтому он – самый «побитый». На Каллисто так много кратеров, что они накладываются один на другой, образуя изощренные узоры из колец.

Определение «карликовая планета» было принято на XXVI Ассамблее Международного астрономического союза в 2006 году. В соответствии с ним, карликовая планета – это небесное тело, которое:

• Вращается по орбите вокруг Солнца

• Достаточно массивное для поддержания сферической формы под действием гравитации

• Не является спутником планеты

• Не может, в отличие от планет, расчистить район своей орбиты от других объектов

Ио – еще один спутник Юпитера, это настоящий вулканический мир. Здесь постоянно бурлит раскаленная лава. Извержения случаются так часто, что лава заполняет даже кратеры, выравнивая их с поверхностью. Если вы верите в существование ада, то Ио вполне мог бы претендовать на его роль.

Миранда – спутник Урана. На первый взгляд она кажется неказистой – помятой и неотесанной. Но ее пейзажи поистине великолепны: Миранда богата горными хребтами, долинами и каньонами, некоторые из них в 12 раз глубже Большого каньона.

Энцелад – один из главных спутников Сатурна. Его поверхность покрыта гейзерами, выбрасывающими в космос частицы льда и пыли, которые по крупицам «строят» одно из колец Сатурна.

Дактиль – самый маленький спутник Солнечной системы. И вращается он не вокруг планеты, а вокруг астероида Ида.

Плеяды – рассеянное скопление в созвездии Тельца

Спиральная галактика NGC 4414 из созвездия Волосы Вероники. Ее диаметр – около 17 килопарсек, расстояние от Земли – около 20 мегапарсек.

Млечный Путь, вид с Земли

Астероид Церера

Глава III
Солнечная система

Жить на Земле, возможно, дороговато,

зато вы получаете ежегодный бесплатный круиз вокруг Солнца.

Эшли Брильянт, американский сатирик

Солнечная система – наш космический дом, она входит в состав галактики Млечный Путь. Вокруг центральной звезды, Солнца, вращаются по своим орбитам восемь планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. С ними соседствуют и другие тела – спутники, планеты-карлики, астероиды, кометы, метеороиды и космическая пыль. Все они так близки и одновременно так далеки от нашей голубой планеты. А может, это и к лучшему?

Четыре с половиной миллиарда лет назад: зарождение Солнечной системы

Солнечная система начала формироваться около 4,6 миллиарда лет назад. Сначала она была огромным облаком из газа и пыли, которое начало сжиматься и уплотняться. Облако сжималось, а скорость его вращения росла, из-за чего облако стало плоским. Его центральная часть становилась все горячее и горячее, пока в центре не сформировалась палящая, плотная протозвезда.

Интересный факт

Самое древнее свидетельство жизни на Земле датируется 3,8 миллиарда лет назад, почти сразу после окончания периода тяжелой бомбардировки

Высокие давление и плотность в самом сердце протозвезды стали толчком для начала термоядерной реакции. Постепенно протозвезда нагрелась еще больше, закружилась еще быстрее, уплотнилась и выросла. Так Солнце стало полноценной звездой.

Формирование внутренней области Солнечной системы

На заре своего существования Солнечная система выглядела совсем не такой, как мы ее привыкли видеть на страницах справочников и энциклопедий. Во-первых, она была компактнее, чем сейчас. А во‑вторых, помимо существующих ныне небесных тел вокруг Солнца вращались и другие объекты, по размеру сравнимые с Меркурием.

Тогда во внутренней области Солнечной системы (то есть от Солнца до Марса) кружило от 50 до 100 (!) небольших протопланет. Им не хватало пространства, и протопланеты начали сталкиваться между собой и сливаться воедино. Одна из таких «аварий» унесла часть мантии Меркурия, а в результате другой родился спутник Земли – Луна. Эти хаотичные столкновения длились 100 миллионов лет – до тех пор, пока на орбитах не осталось всего четыре массивных небесных тела: Меркурий, Венера, Земля и Марс – планеты земной группы.

Формирование внешней области Солнечной системы

Внешняя граница внутренней Солнечной системы – это пояс астероидов. Изначально в нем было от 20 до 30 протопланет размером от лунного до марсианского. Но что-то пошло не так, когда неподалеку появился гигантский Юпитер, который изменил ход эволюции этих объектов. Юпитер и Сатурн стали источниками мощных орбитальных резонансов. Проходя рядом с планетой-гигантом, протопланеты пояса астероидов получали дополнительное ускорение. Вместо плавного слияния они разгонялись, врезались друг в друга и дробились на мелкие осколки. Таким образом, планеты-гиганты заставили астероидный пояс «похудеть».

Кто доставил воду на Землю?

Есть предположение, что именно период столкновений во внутренней Солнечной системе сыграл важную роль в образовании земных запасов воды. Дело в том, что вода – слишком летучее вещество, чтобы возникнуть естественным образом во время формирования Земли. Скорее всего, она попала на нашу планету из более холодных зон Солнечной системы. Занести к нам воду могли протопланеты, которые Юпитер выбросил за пределы астероидного пояса

«Ледяные гиганты» Солнечной системы, Уран и Нептун, изначально сформировались на орбитах вблизи Юпитера и Сатурна и лишь спустя сотни миллионов лет мигрировали на свои нынешние позиции.

Поздняя тяжелая бомбардировка

Разрушение древнего пояса астероидов, вероятно, стало толчком для периода «тяжелой бомбардировки» (4 млрд лет назад, 500–600 млн лет после формирования Солнечной системы). Следы «бомбардировки» до сих пор видны на поверхности некоторых небесных тел в виде кратеров.

«Из одной системы нам еще долго не выбраться – из Солнечной»

(Станислав Ежи Лец)

На самом деле столкновения – это естественные явления в эволюции Солнечной системы. И происходят они до сих пор. Вот доказательства: в 1994 году комета Шумейкера-Леви столкнулась с Юпитером, а в 2009 году на его поверхность упало некое небесное тело. Кроме того, в Аризоне (США) обнаружен метеоритный кратер – свидетельство падения метеорита на Землю. Все эти факты говорят о том, что Солнечная система продолжает наращивать космическую массу, а это угроза для жизни на Земле.