То, чего я еще не знал о космосе
Последние несколько недель на работе готовили пиар-акцию продукта, связанного с космосом. Пришлось перелопатить кучу информации, среди которой оказалось довольно большое количество общеизвестной или известной мне. Но что-то в свое время ускользнуло от моего внимания, а еще кое-что было общепризано совсем недавно. В общем, пост появящен тому, чего я еще не знал о космосе, или знал немного неправильно :))
По существующим научным представлениям, Луна – это кусок Земли, вырванный столкновением с другой планетой, либо (что менее вероятно) глобальным катаклизмом на самой Земле. Луна не сразу убежала от Земли на существующую сейчас орбиту, удалялась постепенно. В настоящее время наш спутник удаляется от нас со скоростью 4 см в год, и, если подобная динамика будет сохраняться в дальнейшем, через 4,5 млрд лет достигнет самой дальней своей орбиты, расположенной выше существующей в среднем на 180 тыс. км. После этого Луна снова начнет приближаться к Земле. Так и будет болтаться туда-сюда, пока Солнце (превратившееся в «красный гигант») не поглотит и Землю, и Луну (примерно через 6-7 млрд лет). Но человеки на Земле погибнут гораздо раньше – примерно через 1-2 млрд лет, от перегрева планеты, связанного с увеличением светимости Солнца (если, конечно, люди скоропостижно не съедят себя сами много раньше). Кстати, и Земля удаляется от Солнца – на 15 см в год. Но от судьбы не убежишь…
Существует весьма устойчивый миф о том, что, если человек попадет в открытый космос без скафандра, у него мгновенно закипит кровь, и его вообще разорвет на мелкие кусочки под влиянием внутреннего давления. А еще он моментально превратится в ледышку вследствие чрезвычайно низких температур. Все не совсем так. Самая главная опасность для кратковременного пребывания человека в космосе – это возможность компрессионного удара, если в легких сохранился воздух. Впрочем, если у «космонавта» в момент разгерметизации открыт рот – воздух просто выйдет наружу, и компрессии не произойдет. В лед человек тоже мгновенно не превратится. У космического пространства почти нулевая теплопроводность, поэтому даже в тени при внешней температуре около 150 градусов ниже нуля, человек замерзнет только минут через 5. Короче, мозг человека при попадании в открытый космос (например, при разгерметизации скафандра) будет нормально функционировать примерно 10-20 секунд, и еще 2-4 минуты организм не будет подвержен необратимым изменениям. При определенных условиях и тренировках этого времени может быть достаточно, чтобы успеть спасти человека.
В Солнечной системе ныне - 8 «официальных» планет. В течение 76 лет к ним причислялась девятая планета – Плутон, но в 2006 астрономы отказали ей в праве считаться «настоящей» планетой и отнесли к «карликовым» планетам, которых на настоящий день известно несколько десятков (почти все – за орбитой самой дальней планеты - Нептуна), и как минимум одна из них размерами превосходит Плутон. Часть астрофизиков полагают, что на расстоянии 0,4-1,5 св. года от Солнца может находиться еще одна очень крупная «неучтенная» планета Солнечной системы, вероятно, превосходящая размерами Юпитер (ей дали имя Тюхе), или карликовая остывающая звезда («коричневый карлик» по имени Немезида). Эти предположения позволили бы объяснить появление во «внутренней» области Солнечной системы долгопериодических комет, которые «выталкиваются» из «облака Оорта» гравитацией крупных объектов. На настоящий момент эти объекты не обнаружены (но и не доказано, что их не существует вовсе), а гравитационные возмущения объясняются влиянием карликовых планет из «пояса Койпера», часть из которых (например, Седна) имеют очень вытянутые эллиптические орбиты, и в афелии «залетают» в облако Оорта (место обитания тех самых комет).
Планеты, астероиды и кометы Солнечной системы – пока единственные доступные для исследования землянами небесные тела. Особый интерес в течение многих лет вызывает возможность существования (в прошлом, настоящем или будущем) жизни на планетах. На сегодняшний день нет никаких научных данных, подтверждающих наличие каких-либо форм жизни где-либо, кроме Земли. Более того, нет никаких ни прямых, ни косвенных подтверждений того, что внеземная жизнь существовала когда-либо в прошлом. Часть биологов полагает, что простейшие формы жизни могут существовать на спутнике Юпитера Европе (этот спутник располагает разреженной кислородной атмосферой и подледным водяным океаном), но это ничем не подтвержденные гипотезы. В будущем, через несколько миллиардов лет, когда Солнце расширится до состояния «красного гиганта», в потенциальные обитаемые места может попасть спутник Сатурна Титан, природные условия на котором тогда примерно будут соответствовать тем, что были на Земле миллиард лет назад. Однако, до высших форм жизнь развиться не успеет: максимум через 0,5 млрд лет после «красного гиганта» Солнце, вероятнее всего, станет «белым карликом», и Титан замерзнет.
Вопреки утверждениям НАСА о том, что 4 искусственных аппарата (Pioneer-10-11 и Voyager 1-2) уже покинули пределы Солнечной системы, это не совсем так. Пока аппараты летели (с 70х годов прошлого века), ученые существенно раздвинули границы системы Солнца. «Пионеры» и «Вояджеры» пересекли орбиту самой удаленной «большой» планеты – Нептуна, но два из них еще находятся в т.н. «поясе Койпера» - обиталище карликовых планет; еще два преодолели гелиопаузу (область Солнечной системы, где «сталкиваются» солнечный и межзвездный «ветры»), и находятся в «облаке Оорта», где, как предполагается, «прописаны» долгопериодические кометы. Вообще же, радиус гравитационного влияния Солнца оценивается сейчас примерно в 1,5 – 2 св. года (на этом расстоянии сила тяготения нашей звезды преобладает над силами притяжения других звезд и иных галактических образований); только пролетевший это расстояние аппарат ныне можно считать покинувшим пределы Солнечной системы по-настоящему. Пока же самое дальнее расстояние, преодоленное искусственным аппаратом («Voyager-1») – менее полутора световых суток. На покрытие расстояния в 1 световой год аппарату потребуется около 17,5 тыс. лет при существующей скорости движения (ок. 17 км/с).
Самой крупной катастрофой галактических масштабов является вспышка сверхновой. Сверхновая звезда, вспыхнувшая в 1006 г. на расстоянии около 7000 св. лет от Солнца, наблюдалась землянами ночью как объект, примерно втрое превосходящий по яркости Венеру. Звезда была видна даже днем, при солнечном свете. Ныне газопылевое облако, оставшееся после взрыва, составляет более 60 св. лет в диаметре и продолжает расширяться. Если бы сверхновая взорвалась вблизи от Солнечной системы (менее 100 св. лет), ни один организм на Земле не смог бы пережить этого катаклизма. Астрофизики успокаивают, что сейчас на таком расстоянии потенциальных кандидатов на роль сверхновой нет; но вовсе не факт, что они (вследствие всеобщего движения в Галактике) не могут появиться в будущем.
Еще один интересный тип объектов в Галактике – нейтронные звезды, остающиеся после взрывов сверхновых. Это очень маленькие по размеру и чрезвычайно плотные звезды. При массе, равной солнечной, диаметр такой звезды составляет не более 30 км. При этом 1 куб. см вещества звезды по массе примерно равен половине массы всей нашей планеты. Вещество звезды составляют внеатомные элементарные частицы и ядра атомов. Подобные звезды, как правило, очень быстро вращаются, совершая сотни оборотов в секунду. Интересно, что существование нейтронных звезд было предсказано советским математиком Ландау за 35 лет до реального открытия этого типа звездных объектов.
То, что во Вселенной существуют «Черные дыры» (сверхплотные и гипермассивные образования звездного происхождения, первая космическая скорость у «поверхности» которых превышает скорость света в вакууме), ни у кого уже не вызывает сомнений. Все, попавшее в зону гравитации «черной дыры» (вещество, тело, любой вид излучения), упадет в нее и остается в ней навсегда, без возможности ее покинуть (с некоторыми оговорками). Современная физика, между тем, предполагает существование т.н. «Белых дыр», представляющих собой прямо противоположные объекты: любое вещество и излучение может только исторгаться из них, а сблизиться с такими объектами и «упасть» на них никак невозможно, ибо для этого необходимы скорости, превышающие скорость света. Такие объекты должны обладать отрицательными значениями гравитации, и, вероятно, обеспечивать ускорение времени для объектов, находящихся в непосредственной близости от «белой дыры». Т.е, побывавший вблизи «белой дыры» космонавт при возвращении на базу попадет в прошлое. Это не противоречит теории относительности (из которой и выведены условия существования «белых дыр»), но противоречит т.н. «принципу причинности». На настоящий момент ни одна «белая дыра» не обнаружена , что вполне объяснимо с точки зрения существования этих объектов вне нашего времени – мы путешествуем во времени навстречу друг другу, но где будут точки соприкосновения, и будут ли они вообще – никто толком знать не может. Впрочем, предполагается, что кандидатами на роль «белых дыр» могут быть квазары – удаленные от нас на миллиарды световых лет сверхмощные источники излучения.
Не существует никаких реальных доказательств бытующему в интернете мнению о том, что через несколько миллиардов лет наша Галактика («Млечный путь») и галактика М31 («Туманность Андромеды») должны столкнуться. Вывод о возможности столкновения сделан на основании сближения двух галактик; при этом известна лишь приблизительная скорость сближения, но совершенно неизвестно точное направление движения обеих галактик. Для примера: если на двух встречных дорожных полосах два автомобиля сближаются, значит ли это, что они обязательно столкнутся? Тем паче, если автомобили движутся по разным дорогам…
По теории «Большого Взрыва», Вселенная должна быть достаточно однородна, т.е. ее содержимое (галактические скопления) должны быть равномерно распределены в пространстве. Однако, этого не наблюдается. Существует большое количество гигантских скоплений галактик, превосходящих наше местное скопление по размеру в тысячи раз. Наблюдаются и обратные явления: т.н. «войды» - ничем не заполненные, практически абсолютные пустоты, простирающиеся на миллионы и миллиарды световых лет. Находясь в центре такого войда, гипотетический наблюдатель окажется в абсолютной темноте, т.к. на расстояниях в миллионы световых лет будет недоступен даже свет звезд и галактик.
Как предполагается, Вселенная существует около 13,7 млрд лет. Однако, это весьма спорное утверждение. Возраст Вселенной оценивается по т.н. «реликтовому излучению» («начальному» излучению только что взорвавшейся Вселенной) и по «красному смещению» наиболее удаленных от нас наблюдаемых объектов. Вместе с тем, вполне возможно, что часть (вероятно, весьма значительная, если не глобальная) Вселенной уже оказалась за «горизонтом событий», т.е. относительная скорость земного наблюдателя и удаляющихся от него объектов Вселенной превысила скорость света; таким образом, та часть Вселенной перестала существовать для наблюдателя. Но это вовсе не значит, что она вообще перестала существовать. Это лишь значит, что дальнейшее изучение той части Вселенной стало невозможным для землян, и будет так же невозможно в будущем. Мало того: со временем (ввиду ускоряющегося расширения Вселенной) за «горизонтом событий» будет оказываться все большее количество объектов Вселенной; примерно через 12 млрд лет космология будет доступна только для местного скопления Галактик, потом только для Галактики, а потом… Впрочем, к тому времени некому будет заниматься космологией.
С точки зрения современной космологии, не имеет никакого смысла вопрос: «А что было до момента, когда образовалась Вселенная (до Большого Взрыва)?». Поскольку «до», «после», «было-не было», «существовало- не существовало» и пр. – все это относится к временным категориям, то вне времени употребляться не может; а точка зрения современной космологии гласит, что время образовалось вместе с пространством. Вообще, современная физика пока не в состоянии описать то, что происходило в первые миги в уже взорвавшейся Вселенной. Сама теория Большого Взрыва изобилует большим количеством изъянов.
Видимая материя (звезды, планеты, межзвездный газ и т.д.) составляет лишь крайне незначительную часть общей массы Вселенной – около 4%. Остальные 96% приходится на невидимые составляющие – гипотетические «темную материю» и «темную энергию». Эти образования, как предполагается, невозможно обнаружить никакими физическими методами, кроме гравитационного взаимодействия с видимой материей. В настоящее время существование темной материи косвенно подтвердилось эффектом «гравитационного линзирования» - искривлением световых потоков невидимыми источниками сверхмощной гравитации. Темная энергия, как считается, «ответственна» за ускоренное расширение Вселенной.
Межзвездные и даже межгалактические путешествия во Вселенной – не такая уж фантастическая идея, как может показаться. В течение одной человеческой жизни принципиально можно долететь не только до ближайших звезд и галактик, но и до «конца Вселенной» (точнее – до тех мест, которые мы видим «концом Вселенной» сейчас, т.е. в пределах 13,7 млрд св. лет). Все дело в эйнштейновских формулах о замедлении времени и сокращении расстояний при околосветовых скоростях. Население предполагаемого «звездолета», разгоняясь с равномерным ускорением (от 1 до 2 земных ускорений свободного падения) до середины пути, и так же замедляясь начиная с половины расстояния, может достичь: ближайшей звезды Проксима Центавра (примерно 7 лет полета); центра нашей Галактики (около 30 лет); ближайшей к нам другой крупной галактики М31 (чуть больше 50 лет); «конца» наблюдаемой сейчас Вселенной (около 70 лет). Но путешествия такого плана имеют смысл, если они предпринимаются только для полетов к ближайшим звездам, т.к. эффект замедления времени касается только самих путешественников. Например, за время вояжа к «Туманности Андромеды» и возвращения обратно (по часам звездолета – примерно 52 года), на Земле пройдет не меньше 5 млн лет; а в случае полета к «концу Вселенной» - примерно 27,5 млрд лет. Путешественники рискуют не застать «в живых» не только Землю, но и Галактику (даже если предположить, что у них будут существовать какие-либо ориентиры для возвращения). Создание нового поколения двигателей для достижения околосветовых скоростей прогнозируется специалистами через 40-60 лет (наиболее оптимистичные прогнозы). Впрочем, двигатель – не основная проблема межзвездных полетов. Самая главная задача – защита звездного корабля от столкновений со встречными пылинками вещества и атомами межзвездного газа, которые на околосветовых скоростях будут превращаться в высокоэффективные боезаряды. Математически вычисленная «безопасная» маневренная скорость звездолета составляет всего лишь одну сотую от скорости света (примерно 3000 км/с), чего явно недостаточно для достижения удаленных космических объектов; для полета на такой скорости до ближайшей иной звезды понадобится почти 500 лет, что лишает подобное путешествие какого-либо практического смысла.
Жизнь (а тем более разумная жизнь, как мы ее понимаем) во Вселенной скорее крайне редкое явление, чем распространенное. Слишком много факторов должно совпасть для возникновения на планете разумной жизни земного типа: подходящая звезда; узкий диапазон расстояний от светила до планеты; наличие у планеты жидкого металлического ядра; твердая оболочка («кора»); присутствие большого количества воды; достаточно плотная и, вместе с тем, достаточно прозрачная атмосфера; наличие крупного естественного спутника на достаточно высокой орбите, близкой к круговой; отсутствие в течение миллиардов лет космологических факторов, которые могут привести к безвозвратной гибели всего живого (глобальные катастрофы на планете, столкновения с очень крупными космическими телами, взрывы близких сверхновых звезд и т.д.); и еще множества иных факторов. Конечно, вследствие огромных (если не бесконечных) размеров Вселенной, земной разум единственным быть не может; однако, вследствие всех вышеперечисленных факторов, представители разумной жизни, скорее всего, изолированы друг от друга огромными расстояниями и ограниченным временем существования. При этом нельзя исключить в непосредственной близости от нас существование иных, не похожих на земные, форм жизни, в т.ч. разумной: жизнь на альтернативной органической основе; неорганическая жизнь; нематериальная жизнь. Существование подобных форм жизни предсказано гипотетически, но до сего момента не обнаружено нигде. Обнаружение неорганической, в том числе разумной, жизни может быть сильно затруднено (ситуация хорошо описана в романе С.Лема «Солярис»). Выявление же нематериальных форм жизни (на основе пространственно-временных флуктуаций, например) вообще вряд ли возможно.
Уже лет 15-20 лет существует так называемая «временная шкала отдаленного будущего» (первоначально разработана в Кембридже), которая, основываясь на строгих научных данных и непротиворечивых предположениях, пытается предсказать будущее ближнего Космоса и Вселенной вообще. «Шкала» неоднократно обновлялась и приводилась в соответствие с новой научной информацией. Ныне похожая таблица с популяризованными (не строго научными) дополнениями опубликована в википедии. Там с нею можно скрупулезно ознакомиться. Перечислю здесь только самые интересные, на мой взгляд, и довольно достоверные в ожиданиях, события.
25.000 лет. Радиопослание землян (т.н. «Послание Аресибо») достигнет своей цели – шарового звездного скопления М13. Если, как предполагают, там есть разумные существа, способные принять и понять послание, они, возможно, ответят. Еще через 25.000 лет.
30.000 лет. АМС «Вояджер-1» покинет пределы Солнечной системы. Думаю, к тому времени это будет уже неактуально.
100.000 лет. Если человечество выживет до этого времени, оно сможет наблюдать красочное явление – взрыв гиперновой звезды, ныне находящейся в созвездии Большого Пса на расстоянии около 4 тыс. св. лет от нас. Звезда, как предполагается, в ночное время будет освещать Землю не хуже Луны. Опасности для Земли этот взрыв не несет.
285.000 лет. «Вояджер-1» войдет в систему Сириуса (если расчеты движения звезд, сделанные 40 лет назад, верны)
500.000 лет. В течение этого срока Земля столкнется с астероидом диаметром 1 км и более. Катастрофа глобального характера.
1,5 млн лет. Звезда Глизе 710 подойдет к Солнцу на расстояние около 0,5 св. года, т.е. окажется в непосредственной зоне притяжения нашей звезды. Космология этого явления мало изучена, поэтому возможны разные сценарии развития событий – от бомбардировки Солнечной системы «возмущенными» кометами облака Оорта, до взаимного слияния звезд. Ни один из сценариев ничего хорошего землянам (если они еще будут в добром здравии) не сулит.
2 млн. лет. «Пионер-10» достигнет звезды Альдебаран.
40 млн лет. Спутник Фобос упадет на Марс. Очень неприятный сюрприз для обитаемых поселений, если таковые там будут в подходящее время.
50 млн лет. Евразия, Австралия и Африка образуют единый континент. Средиземное море перестанет существовать.
100 млн лет. С Землей столкнется астероид (или карликовая планета) диаметром порядка 10 км. Глобальная катастрофа, сопряженная, вероятно, с полным вымиранием всех высших позвоночных.
150 млн лет. Антарктида присоединится к ранее образованному «тройственному союзу» во главе с Евразией. Северная Америка соединится с Гренландией.
240 млн лет. Солнце совершит полный оборот вокруг центра Галактики.
250 млн лет. Северная и Южная Америки столкнутся с бывшими Европой и Африкой. Завершится формирование единого континента Земли.
500 млн лет. Солнце увеличит собственную светимость настолько, что жизнь на Земле станет, мягко говоря, некомфортной (среднегодовая температура от +40, тотальное таяние льдов, начало безвозвратного испарения океанов, уменьшение содержания в атмосфере углекислого газа, насыщение воздуха водяным паром). Процесс завершится полным вымиранием всего живого в течение нескольких сотен миллионов лет; первыми погибнут, вероятно, наименее приспособленные к выживанию – люди.
3,5 млрд лет. Земля превратится в подобие нынешней Венеры.
5,5 млрд лет. Солнце станет «красным гигантом», поглотив Меркурий, Венеру и, вероятно, Землю. На спутнике Сатурна Титане возникнут условия, подобные земным в начале зарождения жизни. Продлится процесс недолго – 2-3 сотни миллионов лет, поэтому ничего серьезного на Титане не успеет сформироваться. Максимум – какие-нибудь одноклеточные водоросли.
6 млрд лет. В результате звездной эволюции Солнце израсходует все топливо для термоядерных реакций, растеряет всю атмосферу и превратится в «белого карлика» - тусклую углеродную остывающую звезду размером с Землю.
7 млрд лет. Гипотетическое столкновение нашей Галактики с Туманностью Андромеды. В самом деле, на основе современных знаний невозможно точно сказать, состоится столкновение или галактики разойдутся на громадном расстоянии.
20 млрд лет. Предполагаемая гибель Вселенной, основанная на гипотезе «Большого Разрыва». Суть: поскольку Вселенная ускоренно расширяется, для одного конкретного гипотетического наблюдателя все большая ее часть будет оказываться за «горизонтом событий» (пределом, за которым невозможно никакое, в том числе гравитационное и электромагнитное, взаимодействие). Постепенно сам наблюдатель будет разорван на элементарные частицы, каждая из которых откажется за горизонтом событий для всех других. Что будет происходить потом – современная физика описать не в состоянии. Все это актуально при современной динамике ускоренно расширяющейся Вселенной. Существующие физические законы не позволяют предсказать, что произойдет: ускорение замедлится, сменится торможением, остановится или возрастет. В случае возрастания ускорения все может произойти гораздо быстрее.
Таки конец один: если человечество само не устроит ядерный шабаш в ближайшее время, то все равно сгинет… от астероида ли, от Большого Разрыва… но мне почему-то кажется, что толстый северный зверь уже затаился за углом и ждет удобного момента.
Вот такой я оптимист… неплохо информированный :))
Кирилл, спасибо!!!
Очень интересно!... Многого я и не читала... Мда!
Моя бабушка, самый большой авторитет начальной жизни, моей, конечно, говорила - откуда они всё это знают? Вот, пощупаю, тогда поверю!
Вот и я... Но "Отроки во вселенной" мой самый любимый фильм с детства... И песня оттуда самая-самая - до мурашек! :))))
----
Вот, и Татьяна впечатлилась - коммент на всю страничку нашлёпала... :)
В среднем за 100 лет на Землю падает около 200 тыс. тонн метеоритов и метеорной пыли. Самый крупный метеорит в известной истории, как предполагается, врезался в нашу планету в районе Земли Уилкса в Антарктиде примерно 1,5 млрд лет назад. От удара остался кратер диаметром около 500 км, который ныне находится подо льдами Антарктиды, поэтому точные размеры и природу метеорита (скорее, астероида) определить пока невозможно. Предполагается, что диаметр его составлял не менее 15 км. «Собрат» этого метеорита, диаметром около 10 км, упавший 65 млн лет назад на территории нынешней Мексики, по предположениям ряда палеонтологов и астрофизиков, послужил причиной массового вымирания крупных форм жизни (в их числе – динозавров). Имеется предположение (основанное на изученных ударных кратерах Земли), что гигантские метеориты (от 1 км диаметром и крупнее) падают на Землю каждые 0,5 млн лет; однако катастрофические последствия для жизни на Земле может иметь столкновение с космическим объектом втрое меньшего диаметра, при скорости сближения от 10 км/с.