Что будет если наша планета попадет в черную дыру
Что будет, если попасть в черную дыру?
Сразу огорчу фанатов научной фантастики. На самом деле вы не можете пережить путешествие через черную дыру. И если вы попытаетесь попасть хотя бы в одну из них, как, например, это сделал Мэттью Макконахи в фильме «Интерстеллар», вас разорвет на части задолго до того, как вы узнаете, что находится внутри черной дыры. Однако ученые не просто так наблюдают за этими загадочными космическими объектами последние десятки лет. Это позволило ответить на два вопроса: что такое черная дыра, и что (в теории) находится внутри нее.
Вы вряд ли когда-нибудь захотите отправиться к черной дыре
Что такое черная дыра?
Чтобы в полной мере понять, почему вы не можете просто упасть или запустить свой космический корабль в черную дыру, вы должны сначала понять основные свойства этих космических объектов.
Черные дыры не просто назвали именно так, поскольку они не отражают и не излучают свет. Они видны только тогда, когда поглощают очередную звезду или газовое облако, которые после этого не могут выбраться за границу черной дыры, называемой горизонтом событий. За горизонтом событий находится крошечная точка — сингулярность, где гравитация настолько интенсивна, что она бесконечно изгибает пространство и время. Именно здесь законы физики, какими мы их знаем, нарушаются, а это означает, что все теории о том, что находится внутри черной дыры, являются лишь предположениями.
Этот снимок считается первой фотографией черной дыры M87. Она находится в 55 миллионах световых лет от Земли
Черные дыры кажутся экзотикой большинству из нас, но для ученых, которые на них специализируются, их изучение — обычное дело. Физики выдвигали теории о подобных объектах в течение десятилетий после того, как общая теория относительности Альберта Эйнштейна предсказала существование черных дыр. Однако эта концепция не воспринималась всерьез до 1960-х годов, пока ученые не стали свидетелями поглощения звезд черными дырами. Сегодня черные дыры считаются частью звездной эволюции, и астрономы подозревают, что даже в нашей галактике Млечный Путь их миллионы.
Какие бывают черные дыры
Черные дыры бывают разных видов и могут быть смоделированы с различными уровнями сложности. Например, одни могут вращаться, а другие — содержать электрический заряд. Так что если вы попали в одну из них (ну, допустим, вас не разорвало в клочья до этого), ваша точная судьба может зависеть от того, с какой именно черной дырой вы столкнетесь.
На простейшем уровне существуют три вида черных дыр: звездные черные дыры, сверхмассивные черные дыры и черные дыры средней массы (реликтовые).
Черные дыры с массой звезд образуются, когда очень большие звезды заканчивают свой жизненный цикл и разрушаются. Реликтовые черные дыры все еще мало изучены, и за все время было найдено только несколько таких объектов. Но астрономы считают, что процесс их образования схож с таковым у сверхмассивных черных дыр.
Сверхмассивные черные дыры обитают в центрах большинства галактик и, вероятно, могут увеличиваться до невероятных размеров. Они в десятки миллиардов раз более массивные, чем наше Солнце — за счет поглощения звезд и слияния с другими черными дырами.
После разрушения звезда может стать черной дырой
Звездные черные дыры по размеру могут быть ничтожными по сравнению с их более крупными братьями, но на самом деле они обладают более экстремальными приливными силами, выходящими за пределы их горизонтов событий. Эта разница возникает благодаря особому свойству черных дыр, которое, вероятно, удивит некоторых случайных наблюдателей. Меньшие черные дыры на самом деле имеют более сильное гравитационное поле, чем сверхмассивные. То есть вы скорее заметите изменение в гравитации рядом с небольшой черной дырой.
Что будет, если попасть в черную дыру?
Предположим, вам все же как-то удалось оказаться в космосе рядом со звездной черной дырой. Как ее вообще найти? Единственным намеком на то, что она существует, может быть гравитационное искажение или отражение от звезд, которые находятся рядом.
Но как только вы подлетите ближе к этому странному месту, ваше тело будет растянуто в одном направлении и раздавлено совершенно в другом — это процесс, который ученые называют спагеттификацией. Им обозначается сильное растяжение объектов по вертикали и горизонтали (то есть уподобления их виду спагетти), вызванного большой приливной силой в очень сильном неоднородном гравитационном поле. Говоря простыми словами, гравитация черной дыры будет сжимать ваше тело по горизонтали, а в вертикальном направлении тянуть его, словно ириску. Вы не сможете дышать, говорить и читать наш Telegram-чат тем более.
И это еще самая приличная картинка того, что может быть внутри черной дыры
Если бы вы прыгнули в черную дыру «солдатиком», гравитационная сила на ваших пальцах была бы намного сильнее, чем та сила, которая тянет вас за голову. Каждый кусочек вашего тела будет вытянут в разном направлении. Черная дыра буквально сделает из вас спагетти.
Можно ли выжить после попадания в чёрную дыру?
Итак, попав в звездную черную дыру, вы, вероятно, не будете сильно беспокоиться о «космических» тайнах, которые вы можете открыть на «другой стороне». Вы будете мертвы за сотни километров до того, как узнаете ответ на этот вопрос.
Этот сценарий не полностью основан на теориях и предположениях. Астрономы стали свидетелями такого «приливного разрушения» еще в 2014 году, когда несколько космических телескопов поймали звезду, блуждающую слишком близко к черной дыре. Звезда была растянута и разорвана, в результате чего ее часть упала за горизонт событий, а остальная часть была отброшена в космос.
Если преодолеть горизонт событий, можно достичь гравитационной сингулярности
В отличие от падения в звёздную черную дыру, ваш опыт погружения в сверхмассивную или реликтовую черную дыру будет чуть менее кошмарным. Хотя конечный результат, ужасная смерть, все равно останется единственным сценарием. Однако в теории вы сможете пройти весь путь до горизонта событий и сумеете достичь сингулярности, пока еще живы. Если вы продолжите падение к горизонту событий, вы в конечном итоге увидите, как звездный свет сжимается до крошечной точки позади вас, меняя цвет на синий из-за гравитационного синего смещения. И затем… будет тьма. Ничего. Изнутри горизонта событий никакой свет из внешней Вселенной не сможет попасть к вашему кораблю. Как и вы больше не сможете вернуться обратно.
Так что Мэтью Макконахи очень повезло, что все в фильме было спецэффектами.
10 жутких предположений о том, что случится, если вы попадете в черную дыру
Черные дыры — одни из самых загадочных объектов во Вселенной. К сожалению, наш текущий уровень развития технологий не позволяет нам ответить на многие вопросы, связанные с их природой. Поэтому о многих аспектах связанных с этими объектами нам приходится только догадываться. Например, один и самых интересных вопросов, связанных с черными дырами звучит так: что будет, если в нее упасть?
Никто пока не знает, что на самом деле там, внутри
Клонирование
У вас может появиться клон
Информационный парадокс черных дыр ставит в тупик ученых не один десяток лет. Эта загадка породила бесчисленное количество споров на тему того, что же на самом деле произойдет, как только вы попадете в черную дыру. Чтобы было проще понять этот парадокс, разберем пример с гипотетической Люси. Летите вы себе такой с Люси в черную дыру, и в последнюю секунду она решает туда не попадать. Они решила остаться в стороне и понаблюдать за тем, что с вами будет дальше. Люси видит, что с приближением к черной дыре ваше тело начинает медленно растягиваться, и в конце концов расщепляется на атомы. Она думает, что вы погибли, и благодарит судьбу за то, что не послушала вас и не отправилась вслед.
Но, подождите. Ведь история заканчивается совсем не так. На самом деле, вы остаетесь живы и продолжите все глубже и глубже погружаться в бесконечность черной дыры. Что произойдет с вам дальше — не суть нашего вопроса. Самое интересное заключается в том, что вы выживите, хотя Люси видела, как вы погибли.
Как такое возможно? Это пример информационного парадокса черных дыр. Это не иллюзия, а Люси не потеряла рассудок. Это то, что действительно возможно. По крайней мере в теории. Черна дыра — это место, в котором известные нам законы физики не работают. Согласно одному из предположений, когда вы будете входить в черную дыру, реальность для вас и Люси будет разделена на две части.
Спагеттификация
А вот это действительно страшно
Согласно другой гипотезе, как только вы пересечете границу горизонта событий черной дыры, то начнете испытывать мощное растяжение под воздействием силы гравитации. При падении в центр черной дыры на ваше тело будут воздействовать силы, которые в конечном итоге вас разорвут на мелкие кусочки (скорее, даже частицы).
Более того, если вы будете падать в черную дыру сначала головой, то она настолько отдалится от вашего тела, что вы начнете выглядеть как спагетти. Суть заключается в разности ускорения при падении из-за гравитации, которая будет воздействовать на вашу голову и ноги. Эта разница настолько большой, что вы вытянетесь как спагетти или лапша. Из-за этого даже появился термин спагеттификация.
Искажение света, пространства и времени
Как только вы попадете внутрь, известные законы физики перестанут для вас существовать, а в силу вступят совсем иные силы.
Первое, что заметит любой, перед тем как попадет в горизонт событий черной дыры, будет то, насколько другими станут свет, пространство и время.
Бесконечный уровень гравитации, который производит сингулярность, находящаяся в центре черной дыры, способна искривлять пространство, пускать время вспять и изменять до неузнаваемости свет. Из-за этого ваше восприятие того, что сейчас происходит, будет полностью отличаться о того, что происходило до того момента, как вы попали в горизонт событий. Конечно же, длиться это будет ровно до того момента, пока вы полностью не будете поглощены бесконечной тьмой и уже не будете в состоянии вообще что-либо воспринимать.
Путешествие во времени
Конечно же, не стоит забывать, что мы пока не придумали не то что способа путешествия через черные дыры, мы даже не знаем, как до них добраться и, что более важно, пережить все это.
Величайшие физики, такие как Эйнштейн и Хокинг, теоретизировали в свое время на тему того, что путешествие в будущее будет возможно благодаря использованию внутренних законов черных дыр. Как указывалось ранее, обычные законы физики внутри черной дыры перестают действовать, и на главную роль выходят совершенно иные. Одна из вещей, которая отличает черные дыры от нашего мира — то, как в них протекает время.
Гравитация внутри черной дыры настолько мощная, что способна искривлять не только пространство, но и время. Учитывая это, можно предположить, что искривление времени открывает возможность путешествия в нем. Если мы научимся использовать столь разительные отличия между пространством внутри и снаружи горизонта событий, то, вполне возможно, за счет гравитационного замедления времени мы сможем отправиться в будущее, где вы по-прежнему останетесь молоды, в то время как ваши друзья уже состарятся.
Если вам интересны новости науки и технологий, подпишитесь на нас в Яндекс.Дзен, чтобы не пропускать новые материалы!
С вами ничего не произойдет
Если у нас однажды появится выбор, через какую черную дыру совершить путешествие, то, вероятнее всего, стоит выбрать какую-нибудь сверхмассивную черную дыру или черную дыру Керра.
Если мы когда-нибудь сможем добраться до черной дыры, расположенной в центре нашей галактики, которая находится примерно в 25 000 световых годах от нас и примерно в 4,3 миллиона раз массивнее нашего Солнца, то, возможно, мы сможем совершенно безопасно для нашего здоровья через нее пройти. Концепция этой идеи заключается в том, что гравитационные силы дыры, воздействующие на того, кто в нее захочет попасть, будут совсем незначительными ввиду того, что горизонт событий расположен гораздо дальше от центра черной дыры. Таким образом вы сможете остаться живым внутри горизонта событий и умрете только от голода и обезвоживания, а, возможно, и от того, что попадете наконец в сингулярность. Здесь можно делать ставки, что произойдет раньше, потому что более точного ответа пока нет.
Более того, теоретически имеется возможность остаться в живых и прожить оставшуюся жизнь внутри черной дыры Керра, являющейся совершенно уникальным типом черных дыр, теория о которых впервые была предложена в 1963 году новозеландским математиком и астрофизиком Ройем Керром. Тогда он предположил, что если черные дыры образуются из умирающих двоичных нейтронных звезд, то внутрь такой черной дыры можно будет попасть совершенно целым и невредимым, так как центробежная сила будет препятствовать возникновению сингулярности в ее центре. Отсутствие сингулярности в центре черной дыры, в свою очередь, будет означать, что вам не нужно будет бояться бесконечных гравитационных сил и вы сможете выжить.
Согласно Эйнштейну, до самого конца вы не поймете, что происходит
Чтобы вас ни окружало, оно будет падать относительно вас (и в результате вы не сможете понять, что падаете), в то время как для всех тех, кто будет за вами следить, это будет не так.
Эйнштейн предположил, что если добиться определенного уровня свободного падения, то можно отменить воздействие (или даже скорее восприятие) сил гравитации. Это означает, что если человек при свободном падении перестанет ощущать свой собственный вес, любая вещь, которая будет брошена в черную дыру вместе с ним, не будет казаться падающей. Скорее будет казаться, что она будет парить.
Эйнштейн развил эту идею и на ее основе вывел всемирно известную общую теорию относительности, его, пожалуй, самую удачную мысль. И возможно, это будет самой счастливой мыслью и для вас, если вы попадете в черную дыру. Даже если вы будете падать в бог его знает что, вы все равно не сможете понять, что вы именно падаете, до тех пор пока не попадете в сингулярность. Однако если в этот момент кто-то за вами сможет наблюдать со стороны, то они определенно будут видеть, что вы именно падаете. Все это связанно с восприятием.
Белая дыра
Если кратко: белая дыра выплевывает все то, что было поглощено черной дырой, в альтернативную Вселенную.
Известно, что черные дыры в конечном итоге поглощают абсолютно все, что попадает в их горизонт событий. Даже свет не может избежать трагичной участи. Менее же известно то, что происходит со всеми этими обреченными частицами дальше. Согласно одной из теорий, все, что попадает в черную дыру с одного конца, выбирается наружу с другого конца. И этим вторым концом является так называемая белая дыра.
Конечно же, никто до сих пор никаких белых дыр не видел (да и черных тоже, откровенно говоря. Мы знаем об их существовании лишь благодаря их мощному гравитационному воздействию), поэтому никто с уверенностью не может сказать, белые ли они на самом деле. Однако причиной, по которой их так называют, является то, что белые дыры представляют собой полную противоположность тому, чем являются черные дыры. Вместо поглощения всего вокруг, они, наоборот, выплевывают все то, что находится внутри них. И как и в случае с черной дырой, от которой убежать не получится, попади вы в ее горизонт событий, так и с белой дырой все то же самое. Только наоборот: попасть вы в нее не сможете.
Эта теория в некоторой степени заставила физиков задуматься о возможности того, что белые дыры являются основой создания нашей Вселенной такой, какой мы ее знаем. И если вы когда-нибудь попадете в черную дыру и каким-то образом выживете и сможете выйти с другой стороны через белую дыру в альтернативной Вселенной, то обратно в нашу Вселенную вы уже вернуться никогда не сможете.
Будете следить за историей развития Вселенной
К сожалению, история эта будет иметь все же плохой конец.
Как уже упоминалось ранее, есть вероятность наличия черных дыр без сингулярности в их центре. Вместо этого в центре будет находиться так называемая кротовая нора. Если мы найдем способ путешествия через кротовую нору, то, скорее всего, станем свидетелем истории эволюции Вселенной, за которым можно будет наблюдать на всем протяжении к тому, что бы ни находилось на другом конце кротовой норы. Будет это выглядеть так, как если бы кто-то запустил видеоролик с историей Вселенной в бесконечно быстрой перемотке.
Чем быстрее станет двигаться картинка, тем быстрее вы будете приближаться к своей смерти. Свет будет становиться все более и более синесмещенным и заряженным до тех пор, пока полностью вас не зажарит заживо своим излучением.
Путешествие в параллельную Вселенную
Некоторые теории даже предполагают, что существует бесконечное число альтернативных Вселенных, в каждой из которых имеется равное число совершенно разных «вас».
Если однажды попадете в черную дыру, осознанно ли или случайно, то первое, что нужно сделать, постараться оглядеться. Может быть, вы таким образом сможете найти выход, кто знает. Даже если окажется, что вернуться в ту Вселенную, откуда вы прибыли, уже не получится, то оказаться в параллельной Вселенной может оказаться не таким уж и плохим концом вашего путешествия.
Физики теоретизируют о том, что как только вы достигнете сингулярности черной дыры, она может послужить для вас своего рода мостом между этой и альтернативной реальностью, или так называемой «параллельной Вселенной». Что происходит в этой новой Вселенной — остается загадкой и полем для нашего воображения.
Никогда не задумывались о сделанных в вашей жизни выборах? Что было бы, если бы вы устроились не на эту, а на ту работу, познакомились с той девчонкой или парнем, вместо того чтобы просиживать каждый день за компьютером? Стали бы вы богаче или беднее, если бы не сделали или не сделали то, что вас однажды попросили? Так вот, в альтернативной Вселенной у вас появится шанс это выяснить.
Вы станете частью Вселенной
Не такой, как сейчас.
Хокинг когда-то предположил, что определенные частицы, попадающие в черную дыру, проходят своего рода процесс фильтрации на положительно заряженные и отрицательно заряженные. Частицы эти очень медленно поглощаются черной дырой. С погружением в нее отрицательно заряженные частицы теряют свою массу. Положительно же заряженные частицы обладают достаточной энергией для того, чтобы оставаться снаружи черной дыры в качестве излучения.
Согласно Хокингу, черные дыры медленно, но верно теряют свою массу и становятся горячее. В конце концов они взрываются и разбрасывают свое содержимое, называемое излучением Хокинга, обратно во Вселенную. Это, по крайней мере в теории, означает то, что вы сможете стать частью Вселенной, как Феникс, возродившийся из атомного пепла.
Бонус: Вы просто… умрете
Пока это наиболее вероятный сценарий
Иногда мы очень любим игнорировать самые очевидные и страшные последствия того или иного события, будучи ослепленными вероятностью более радостных стечений обстоятельств.
Как бы по-садистски это ни звучало, наиболее вероятным результатом вашего падения в черную дыру станет то, что еще до того момента, как вы просто сможете понять свое присутствие внутри нее, от вас не останется даже праха. У вас даже не будет времени, чтобы понять то, что вы стали свидетелем того, о чем физики говорят как о ключе к пониманию загадок Вселенной.
Новости, статьи и анонсы публикаций
Свободное общение и обсуждение материалов
Знаете что распространяется вместе с коронавирусом? Теории заговора о нем. В разгар глобальной пандемии сторонники теорий заговора ставят под сомнение всю с…
14 сентября 2015 года, всего через несколько дней после первого включения LIGO, через Землю прошла гравитационная волна. Подобно миллиардам подобных волн, ко…
Согласно результатам исследования, опубликованного в журнале Science, ученые, возможно, обнаружили самую маленькую черную дыру из когда-либо открытых. Это ст…
Что будет, если наша планета столкнется с Черной Дырой?
Введём в задачу определенность, в связи с нижним пределом для массы чёрных дыр равным 1,6 ÷ 3 масс Солнца. Чёрная дыра должна двигаться быстро как звёзды, но не быстрее ограничения скорости (550 км/с) вылета из галактики. Такая у неё карма.
Рассмотрим пример чёрной дыры с массой в три массы Солнца, что определяет её гравитационный радиус — около 9 км. Такая не может просто войти во владения Солнечной системы и столкнуться с Землей. С расстояний несколько тысяч астрономических единиц (а.е.), из-за углового момента, присущего всем небесным телам, она гравитационно вовлечёт Солнце в совместное (бинарное) орбитальное движение вокруг их центра масс. И тут многое зависит от её скорости и углового момента относительно Солнца. Начало этого процесса проявится изменением траектории движения Солнца в галактике и, одновременно, возмущениями орбит внешних планет. Нарушится равновесие в поясах астероидов и огромная часть их полетят в направлении Солнца и к нам. По этим данным учёные быстро вычислят координаты, скорость и массу чёрной дыры, а математическое моделирование дальнейшей судьбы солнечной системы покажет, что нас ждёт в следующие несколько десятков, а может и сотен лет, а может и чем всё это кончится.
В бинарных системах орбиты планет могут быть весьма нестабильны, что неблагоприятно для существования жизни. Среднее расстояние между звёздами обычно 100 ÷ 1000 а.е. Так что, если заметите, что астрофизики распродают все свои активы и уезжают в лучшие отели мира до поднятия цен, значит дела плохи, и скоро начнутся трудные дни.
Постоянные изменения орбит планет и Земли неизбежно приведут к ураганам, землетрясениям, цунами, извержениям вулканов. Это будет великое и может последнее вымирание жизни на Земле. Останется жизнь хоть в какой-то форме или нет?, зависит от нового положения и стабильности орбиты Земли в устоявшейся бинарной системе, где из двух звёзд будет греть только одна — Солнце.
Чёрные дыры способны только на чёрные дела.
Что будет, если Земля упадет в черную дыру
Ученые из английского Университета Халла рассказали обо всех ужасах, которые ждут жителей Земли в случае, если наша планета попадет в черную дыру. По словам Кевина Пимбблета (Kevin Pimbblet) вся планета растянется в спагетти, а все ее жители моментально поджарятся из-за огромного радиационного излучения, но в итоге люди и Земля могут получить вторую жизнь в виде голограммы.
Однако жители Земли уже не смогут почувствовать на себе влияние гравитации. Высокое радиационное излучение сожжет на планете все живое. По словам ученых, черные дыры могут быть самыми яркими объектами на звездном небе — квазарами, ядрами галактик, в сердце которых находятся сверхмассивные черные дыры, поглощающие огромное количество материи, которое вырывается в виде раскаленных потоков. Эти потоки светятся ореолом вокруг черной дыры.
Это больше похоже на псевдо-научно-популярную херь. И картинки хоть и красивые, но ни о чём.
уже только это насторожило
Приближающийся к нам астероид (4660) Нерей (Nereus): насколько он опасен для Земли
Начнем с истории. Этот астероид был открыт 28 февраля 1982 года американским астрономом Элеанор Френсис «Гло» Хелин из Паломарской обсерватории в США, собственно, через месяц после своего очередного близкого пролета у Земли. Первоначально ему было присвоено обозначение 1982 DB, а потом и номер с собственным именем 4660 Нерей (Nereus) в честь древнегреческого бога водяной стихии и моря.
В своем перигелии Нерей сближается с орбитой Земли на минимальное расстояние около 496 тысяч километров, при этом в афелии Нерей проникает далеко за орбиту Марса. Таким образом, значение перигелия, то есть минимального сближения с Солнцем составит примерно 0,95 астрономической единицы, а афелия, то есть максимального удаления от нашего центрального светила – 2,02 астрономической единицы. Его орбита несколько вытянута, имея эксцентриситет примерно 0,35, но лежит практически в плоскости эклиптики. Угол ее наклона в чуть более 1,4 градуса.
Орбитальный период составляет 663,5 земных суток или 1,82 года. При таком значении астероид огромное количество раз приближался к Земле как до его открытия, так и добрых пару десятков раз после этого.
Да, Нерей классифицируют как астероид, потенциально опасный для нашей планеты, однако ничего экстраординарного до этого не произошло, не произойдет ничего необычного и 11 декабря 2021 года, когда Нерей в очередной раз прилетит на близкое рандеву с Землей. В этот раз нас и астероид будет разделять 3 934 250 километров, что более чем в 10 раз больше удаления от нас Луны.
Что касается размеров Нерея, то тут популярные СМИ изгалялись, как хотели, приводя размерные его параметры и в Эйфелевых башнях, и в футбольных полях, и в Статуях свободы, и даже в железнодорожных составах. Мы обратимся для оценки к старому доброму метру. Учитывая то, что форма Нерея далеко не сфероидальная, а скорее эллипсоидная, или даже яйцевидная, то его размеры, наверное, будет правильным указывать вдоль трех осей координат. А если так, то получаются габариты 510 на 330 на 241метр. При такой неправильности формы астероид не вращается, а скорее кувыркается в пространстве, при этом такой кувырок он делает за 15,1 часа.
В качестве вывода отмечается, что астероид 4660 Нерей или Nereus, невзирая на то, что является потенциально опасным для Земли, пока что, как ни парадоксально звучит, не несет для нее никакой угрозы, поэтому, как и ранее, спим в декабре спокойно и поменьше на сон грядущий читаем и смотрим популярные СМИ.
Ученые обнаружили «цунами» гравитационных волн
Команда международных ученых обнаружила наибольшее количество из когда-либо обнаруженных гравитационных волн.
Об этом говорится в пресс-релизе Австралийского национального университета (ANU).
Открытия, как считается, помогут решить некоторые из самых сложных тайн Вселенной, в частности, относительно строительных блоков материи и функционирования пространства и времени.
Результаты пока что опубликованы на сервере препринтов ArXiv. В исследовании сообщается об обнаружении 35 новых гравитационных волн с помощью обсерваторий LIGO и Virgo в период с ноября 2019 года по март 2020 года.
Таким образом, общее количество обнаруженных волн достигает 90 после трех этапов наблюдений в период с 2015 по 2020 годы.
Новые обнаружения связаны с массивными космическими событиями, большинство из которых удалены от нас на миллиарды световых лет, распространяющие рябь сквозь пространство-время. Они включают слияние 32 пар черных дыр и, вероятно, три столкновения между нейтронными звездами и черными дырами.
ANU, как один из участников международного сотрудничества, участвует в наблюдениях и в разработке сложной технологии для поиска неуловимых гравитационных волн в обширной Вселенной.
Почетный профессор Сьюзан Скотт из Центра гравитационной астрофизики ANU указала, что последние открытия представляют собой «цунами» и являются «важным шагом вперед в нашем стремлении раскрыть тайны эволюции Вселенной».
«Мы обнаружили 35 событий. Это огромное количество! В отличие от этого, мы сделали три обнаружения во время нашего первого этапа наблюдений, который длился четыре месяца в 2015-2016 годах.»
«Это действительно новая эра для обнаружения гравитационных волн, и растущая популяция открытий раскрывает так много информации о жизни и смерти звезд во всей Вселенной.»
«Взгляд на массы и спины черных дыр в этих бинарных системах показывает, как эти системы вообще оказались вместе.»
«Это также поднимает некоторые действительно увлекательные вопросы. Например, была ли эта система сначала образована с двумя звездами, которые вместе прошли через свои жизненные циклы и в конце концов стали черными дырами? Или две черные дыры столкнулись в очень плотной динамической среде, например в центр галактики?»
Сьюзан Скотт, также являющаяся главным исследователем Центра передового опыта ARC по выявлению гравитационных волн (OzGrav), сказала, что постоянное улучшение чувствительности детекторов гравитационных волн помогает увеличить количество обнаружений.
«Мы также исследуем две области разрыва масс черных дыр (*) и проводим дополнительные проверки общей теории относительности Эйнштейна.»
«Другая действительно увлекательная вещь, связанная с постоянным улучшением чувствительности детекторов гравитационных волн заключается в том, что это приведет к появлению целого ряда новых источников гравитационных волн, некоторые из которых будут неожиданными.»
* Области разрыва в массах черных дыр — два диапазона масс черных дыр, приблизительно от 2 до 5 и от 50 до 150 солнечных масс. Некоторые модели звездной эволюции предполагают, что черные дыры с массами в этих двух диапазонах не могут быть образованы непосредственно в результате гравитационного коллапса звезды.
Из чего состоит Starship?
Теория о Плоской Земле. До того, как это стало мейнстримом
Коротко и понятно о том, как видел Землю, Солнце и Луну древнегреческий философ Анаксимандр Милетский, ученик Фалеса Милетского.
Путешествие в космос #1 (О-о-очень длинная картинка)
Привет, друзья! Сегодня я подготовил новую партию интересностей. В этот раз мы поговорим о высоте. В трех частях этой темы, мы преодолеем все слои атмосферы, окажемся в космосе, выйдем на орбиту, а потом и вовсе улетим подальше от Солнца.
Иллюстрация от Where.is.Pluto (да, я сам рисовал😏), но сначала немного текста для любителей текста.
0 км – высота уровня моря.
2 км – до этой отметки проживает 99% всего населения Земли.
3 км – первые проявления «горной болезни» у неподготовленных людей.
5 км – всего лишь 50% от привычного атмосферного давления.
5,1 км – самый высокогорный населенный пункт Ла-Ринконада (Анды, Перу).
5,65 км – гора Эльбрус. На это высоте яркость неба в зените вполовину меньше, чем на высоте уровня моря.
6 км – граница обитания человека. Временные поселения шерпов (Гималаи).
8,2 км – граница смерти без кислородной маски. Любой, даже самый тренированный альпинист, не сможет находиться длительное время на этой высоте без специального оборудования.
8,85 км – гора Эверест. Самая высокая точка Земли. Предел «пешего путешествия в космос». На этой высоте яркость неба в зените составляет лишь четверть от привычной нам.
10-12 км – конец тропосферы.
12 км – верхняя граница полета пассажирских авиалайнеров. 15-20 секунд без кислородной маски и человек теряет сознание.
15 км – лишь 10% от атмосферного давления. Небо над головой темно-фиолетовое.
19 км – линия Армстронга. Начиная с этой высоты, нахождение без герметичного костюма или скафандра невозможно. Из-за низкого давления, вода закипает при температуре тела человека. Яркость неба в зените лишь 5% от той, что мы видим на уровне моря. Самые яркие звезды видны даже днем.
22 км – граница биосферы. Предел подъема ветром спор и бактерий.
26 км – максимальная высота полета реактивных самолетов.
34,4 км – давление у поверхности Марса соответствует этой земной высоте.
35 км – вода закипает при 0°С и дальше не существует в жидком виде. Только в виде газа или льда.
41,4 км – рекорд высоты прыжка с парашютом.
48 км – атмосфера больше не защищает от УФ-излучения Солнца.
Мезосфера и термосфера
55 км – начало мезосферы. Атмосфера больше не защищает от космической радиации.
70 км – верхняя граница появления метеоров.
75 км – высота появления серебристых облаков.
80 км – начало перегрузок при спуске космонавтов.
85 км – конец мезосферы, начало термосферы.
90 км – граница взаимодействия атмосферы с заряженной магнитосферой Земли.
100 км – Линия Кармана – официальная международная граница между атмосферой и космосом. Здесь заканчивается воздушная территория всех государств. Рубеж между аэронавтикой и космонавтикой. Выше этой отметки, летающий корпус и крылья не имеют смысла.
«Кассини-Гюйгенс»: 20 лет дружбы межпланетной станции и Сатурна
24 года назад, 15 октября 1997 года, с мыса Канаверал стартовала ракета-носитель «Титан IV-Б» с разгонным блоком «Центавр». Она вывела на орбиту межпланетную станцию «Кассини-Гюйгенс», которая отправилась в свой долгий путь к Сатурну. Совместный проект NASA, ESA и Итальянского космического агентства для исследования планеты Сатурн, его колец и спутников.
1 июля 2004 года станция вышла на орбиту Сатурна. 25 декабря аппарат «Гюйгенс» отделился от «Кассини» и спустя три недели вошёл в атмосферу Титана, успешно «прититанившись» на поверхность.
15 сентября 2017 года, после почти 20 лет работы, «Кассини» был планово направлен в атмосферу Сатурна, где зонд разрушился и сгорел. Всё это происходило в прямом эфире с трансляцией в социальных сетях (с задержкой на 83 минуты из-за дальности Сатурна).
Пару слов о чёрных дырах
Увидел здесь несколько постов на тему чёрных дыр, но мне показалось, что некоторые моменты были не очень хорошо или сумбурно объяснены, поэтому хочу немного дополнить.
Здесь уже много постов на эту тему, поэтому не буду расписывать численные характеристики чёрных дыр или какие они бывают, а скажу пару слов о том, что из себя представляют эти объекты.
Объекты, у которых есть масса, не притягиваются друг к другу как магниты. Масса объекта искривляет пространство-время вокруг него, образуя гравитационный колодец (яму). Чем больше масса, тем «глубже» этот колодец. Любой другой объект с меньшей массой, который оказался рядом, начинает туда «падать».
Стоит однако отметить, что на самом деле никакого колодца или ямы в пространстве нет. Просто масса изменяет геометрию пространства таким образом, что другие тела, которые находятся в этом пространстве, устремляются к массивному объекту.
Условный пример: представьте что вы идёте по тоннелю в скале, и этот тоннель начал сворачивать в сторону. Вы тоже пойдёте в эту сторону, т.к. ваша траектория движения зависит от геометрии тоннеля, в котором вы двигаетесь, и если этот тоннель искривляется, то у вас нет другого выбора кроме как двигаться в соответствие с этим искривлением.
Однако условный образ гравитационной ямы удобен для дальнейшего описания, поэтому я буду его использовать.
В разных видеороликах и на картинках гравитационную яму изображают в виде впадины на куске ткани или на какой-нибудь плоскости, но это 2-мерная проекция.
А как представить эту впадину в 3-мерном пространстве?
Представьте себе шар, который со всех сторон окружён стрелками, указывающими прямо в его центр. Стрелки обозначают направления падения в гравитационную яму, а центр шара — это её дно. Я не нашёл подобных картинок, но вот есть нечто похожее. Просто замените круг на этой гифке на сферу.
Когда мы подбрасываем камень на Земле, то мы как-бы пытаемся выбросить его из гравитационной ямы, образованной массой нашей планеты, но наших усилий недостаточно и камень падает обратно вниз. Но если мы подбросим камень достаточно сильно (т.е. сообщим ему достаточное количество энергии), то он сможет выбраться из гравитационной ямы Земли и окажется на её орбите.
Такая скорость, при достижении которой объект может выйти на орбиту космического тела, называется 1я космическая скорость (запомнили).
Как мы знаем, скорость света в вакууме является максимально возможной (запомнили). Пока оставим вопрос «А почему именно 300.000 км/c?», т.к. это ведёт нас к другому вопросу «А почему физические величины в нашей вселенной именно такие?».
Почему скорость света максимальная? Потому что при её достижении течение времени останавливается и само понятие скорости не имеет смысла, т.к. скорость это расстояние за время.
У чёрной дыры есть штука под названием горизонт событий. Это граница, при пересечении которой объект падает в гравитационную яму чёрной дыры и уже не сможет из неё выбраться (запомнили), даже если это будет безмассовый фотон.
Кстати, а почему фотоны, у которых нет массы, тоже попадают в чёрную дыру и не могут её покинуть? Тут фишка в искривлении пространства-времени внутри дыры. С точки зрения самого фотона он всегда движется прямолинейно. Однако фотон, как и любая другая частица, существует в каком-то пространстве-времени (в нашей вселенной), и у этого пространства-времени есть какая-то метрика, от которой зависит всё содержимое этого пространства (пример с тоннелем).
Соответственно, если геометрия пространства-времени искривляется, то и траектория движения фотона искривляется (наглядный пример: гравитационные линзы), хотя сам фотон об этом никогда не узнает (насколько я знаю, то в принципе невозможно изнутри искривлённого пространства-времени определить, что мы в нём находимся).
Попадая за горизонт событий, фотон уже не сможет покинуть чёрную дыру из-за экстремального искривления пространства-времени, кривизна которого стремится к бесконечности.
Теперь мы можем дать 2 определения чёрной дыры, которые будут нам понятны:
— Чёрная дыра это объект, для которого 1я космическая скорость превышает скорость света.
— Чёрная дыра это область пространства-времени, отделённая от остальной части наблюдаемой вселенной горизонтом событий.
И на последок: излучение Хокинга.
Существует гипотеза о том, что чёрные дыры не будут существовать вечно, а очень медленно теряют массу (испаряются) за счёт излучения. Тут стоит упомянуть, что Хокинг был не единственный, кто об этом задумался. Об этом говорили в СССР физики В.Грибов, Я.Зельдович и А.Старобинский, а также израильский физик Я.Бекенштейн.
Механизм излучения Хокинга в двух словах:
В квантовой теории поля физический вакуум не пустой. Он заполнен полями, в нём происходят квантовые флуктуации и постоянно рождаются виртуальные частицы, с участием которых происходят все фундаментальные взаимодействия. Эти частицы не могут улететь на бесконечность, а должны поглотиться другими частицами или проаннигилировать друг с другом.
Вблизи горизонта событий чёрной дыры могут рождаться пары частица-античастица, и одна из частиц может пересечь горизонт событий и оказаться внутри дыры. В этом случае вторая частица из пары «улетит» от чёрной дыры, унося с собой часть энергии, а значит и массы.
Чем больше размер чёрной дыры, тем медленнее она испаряется. Предполагается, что в самом конце процесса испарения чёрная дыра должна взрываться.
На данный момент все известные чёрные дыры слишком велики и их температура слишком мала для измерения излучения Хокинга, поэтому оно пока ещё остаётся гипотезой.
Если у кого есть что добавить или исправить ошибки, то я только за.
Размер черных дыр
Чёрные дыры и их поведение в пространстве
Вчера меня пробило на астрофизику, я в комментариях под каким-то постом рассказал про нейтронные звёзды и гравитационные линзы. Пикабушникам понравилось, от них поступил запрос на пост про чёрные дыры, так что приступим.
Чёрная дыра — объект весьма популярный, у всех на слуху. Но что это вообще такое? Это область в космосе, в которой сила притяжения настолько велика, что засасывает всё подряд, даже свет. На самом деле, точного определения нет, а это лишь одно из наиболее понятных. Теоретическое обоснование существования подобных объектов в космосе было получено в первой четверти ХХ в. из точного решения уравнений Эйнштейна по общей теории относительности.
Своё название чёрная дыра получила довольно-таки случайно: автор термина неизвестен, говорят, это была журналистка Энн Юинг, но потом в 1967 году американский теорфизик Джон Уилер на публичной лекции применил словосочетание «чёрная дыра», и оно прижилось благодаря тому, что удобное. Дыра — потому что, если что-то туда попало, то не может выбраться назад. А черная — потому, что сам по себе этот объект ничего или практически ничего не излучает. До принятия такого названия в ходу были «сколлапсировавшие звёзды» и «застывшие звёзды» — указание на происхождение чёрных дыр, но об этом чуть позже.
Чёрная дыра не была бы дырой, если бы у неё не было границы — горизонта событий. Всё, что его пересекает, обречено свалиться во вселенскую дырку. А до горизонта можно наблюдать очень красивую и, пожалуй, жуткую картину — аккреционный диск. Это газовый диск, который образуется вокруг компактных звездных остатков (белых карликов, нейтронных звезд и главных героинь этого поста). Этот диск представляет собой размазанный вселенский паштет из разорванных в клочья планет и звёзд, к которому примешаны случайно пролетавшие рядом более мелкие объекты или свет.
В детской книге того же Хокинга «Джордж и тайны вселенной» как раз описан механизм излучения и процесс вызволения с его помощью человека из чёрной дыры.
Вернёмся к аккреционному диску. Этот паштет очень горячий и светится, что позволяет его сфотографировать, в чём преуспело NASA несколько лет назад:
На этом, пожалуй, всё. Чукча не писатель-астрофизик, а читатель-погромист, пост первый, фотографии сделаны на тапок найдены в поисковике, баянометр ругался на фотку чёрной дыры, инфа набрана по ссылкам ниже, так что судите как хотите, хоть нестрого. Всем спасибо!
У астрономов появился новый способ измерения массы сверхмассивных черных дыр
Сверхмассивные черные дыры окружены тоннами перегретой плазмы. Эта плазма закручивается вокруг, образуя тор и аккреционный диск, материал которых постоянно подает в черную дыру. Из-за чрезвычайной силы тяжести этот газ движется невероятно быстро и ярко светится. Это тот свет, который мы идентифицируем как квазар, который можно увидеть со всех концов Вселенной.
Хотя квазары относительно легко обнаружить, гораздо сложнее количественно оценить свойства центральной черной дыры. Феликс Боско в тесном сотрудничестве с колегами впервые удалось продемонстрировать возможность прямого определения массы квазара с помощью метода, называемого спектроастрометрией.
Команда успешно применила этот метод к J2123-0050, квазару, активному, когда Вселенной было всего 2,9 миллиарда лет. Они обнаружили, что центральная черная дыра весила 1,8 миллиарда солнечных масс. Однако для того, чтобы вывести эту технику на новый уровень и нацелиться на самые ранние квазары, потребуется несколько новых телескопов.
Джо Хеннави добавляет: «Благодаря значительно возросшей чувствительности Космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) и Чрезвычайно Большого телескопа (ELT, с диаметром основного зеркала 39 метров), который в настоящее время строится, мы скоро сможем определять массы квазаров с максимальными красными смещениями». Йорг-Уве Потт, который также возглавляет гейдельбергский проект ELT, MICADO, добавляет: «Опубликованное сейчас технико-экономическое обоснование поможет нам определить и подготовить наши запланированные исследовательские программы ELT».
После попадания солнечного ветра в магнитосферу Земли возникает стоячая волна
Энергия солнечного ветра, взаимодействующего с магнитосферным «пузырем» вокруг Земли формирует стоячие волны энергии.
Эти новые находки позволяют глубже понять условия в космических окрестностях Земли, вносящие вклад в «космическую погоду», которая оказывает влияние на наши технологии, начиная от спутников связи, находящихся на орбите, и до систем энергоснабжения, находящихся на земле.
Солнце испускает потоки заряженных частиц, называемые солнечным ветром. На поверхности Земли мы защищены от бомбардировки этими частицами, поскольку наша планета располагает магнитосферой – «пузырем», который формируется под действием магнитного поля.
Ранее доктор Мартин Арчер (Martin Archer) из департамента физики Имперского колледжа Лондона, Соединенное Королевство, вместе с коллегами установил, что граница магнитосферы вибрирует, подобно барабану. Когда импульс солнечного ветра, словно «барабанная палочка», ударяет по передней части магнитосферного пузыря, возникает волна, которая прокатывается до магнитных полюсов Земли, затем отражается и возвращается обратно.
В новой работе команды Арчера в центре внимания оказались волны, которые формируются по всей поверхности магнитосферы. Анализ проводился на основе совместного использования моделей и наблюдений, выполненных при помощи спутника THEMIS (Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms) НАСА.
Исследователи нашли, что, когда импульс солнечного ветра врезается в магнитосферу, формирующиеся волны начинают двигаться не только вдоль линий магнитного поля планеты – но также навстречу солнечному ветру.
При помощи моделей команда проиллюстрировала, что энергия ветра, идущего со стороны Солнца, и энергия вторичного потока волн, направленного противоположно, компенсируют друг друга и приводят к формированию «стоячих волн», которые содержат много энергии, однако никуда не движутся.
Эти стоячие волны могут существовать дольше, чем волны, путешествующие с солнечным ветром. Это означает, что такие волны могут сильнее ускорить частицы в околоземном пространстве, а это может оказать большое влияние на радиационные пояса Земли, полярные сияния или ионосферу.
Исследователи также отмечают, что такие стоячие волны могут наблюдаться и в случае других объектов Вселенной, начиная от магнитосфер иных планет и до периферийных областей черных дыр.
Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
Самая большая из когда-либо открытых комет направляется в нашу сторону
Исследователи изучили массивную комету более подробно, и у них есть новые оценки ее движения к Солнцу.
Для начала, огромная скала не представляет никакой угрозы для Земли. Прямо сейчас Бернардинелли-Бернштейн курсирует через облако Оорта на расстоянии, примерно в 29 раз превышающем расстояние между Землей и Солнцем, или 29 астрономических единиц (АЕ). Самый близкий подлет кометы к Земле произойдет где-то в 2031 году, когда, по прогнозам ученых, комета пролетит в пределах 10,97 а.е. от Солнца, что, по словам исследователей, соответствует орбите Сатурна.
Хотя это достаточно далеко от Земли и люди не смогут увидеть комету без телескопов, это значительно ближе, чем последний ее визит в нашу часть Солнечной системы. После моделирования траектории кометы авторы исследования подсчитали, что комета совершила свой последний заход 3,5 миллиона лет назад, приблизившись на расстояние 18 а.е. от Солнца.
С тех пор, по словам исследователей, комета улетела на расстояние 40 000 а.е. вглубь таинственного облака Оорта.
У исследователей есть достаточно времени, чтобы изучить массивную комету, которая в течение следующего десятилетия будет приближаться к Земле. Более пристальный взгляд на нее может помочь ученым понять немного больше о химическом составе ранней Солнечной системы, поскольку считается, что кометы из глубины облака Оорта относительно не изменились с тех пор, как они были удалены от солнца миллиарды лет назад. Поскольку миллионы лет отделяют нас от следующего близкого сближения кометы, это будет единственный раз в жизни, дающий право соприкоснуться с ранней солнечной системой.
Самая большая звезда во вселенной
В астрономии много всего интересного. Но пожалуй, самое интересное конечно, это звёзды. Мне самому очень интересна эта тема. Хватит лить воды, к делу.
Стивенсон 2-18 также известная как RSGC 2-18 и Стивенсон 2 ДФК 1, яркий красный сверхгигант или гипергигант, являющийся членом звёздного скопление Стивенсон 2. В настоящее время является крупнейшей известной звездой, отобрав лидерство у UY щита,и одним из самых ярких холодных сверхгигантов, с измеренным радиусом в 2158 солнечных радиусов (только вдумайтесь!), светимостью 440000 светимостей Солнца,массой35☉.Считается (неточно), что эффективная температура звезды составляет 3200K. Интересный факт, если поместить эту громадину на место Солнца, то она своим размером поглотит Сатурн, а остальные планеты притянет своей силой гравитации.
Недалеко от Земли обнаружены «голые» суперземли
Команда астрономов из Центра астробиологии, Национальной астрономической обсерватории Японии, Токийского университета и ряда других институтов описала две каменистые экзопланеты, которые были обнаружены на сравнительно небольшом расстоянии от Земли. Авторы открытия назвали эти космические тела «голыми» суперземлями, поскольку они практически лишены плотной атмосферы.
Полностью исследование опубликовано в журнале Astronomical Journal, а коротко о нем рассказывается на сайте Национальной астрономической обсерватории Японии.
Исследование базировалось на изучении данных, полученных при помощи телескопа Subaru. Первичные наблюдения позволили астрономам обнаружить два космических объекта, которые получили статус кандидатов в экзопланеты. Идентифицировать их помогли наблюдения при помощи других наземных телескопов, а также космического телескопа TESS, прозванного охотником за экзопланетами.
В результате два обнаруженных тела были классифицированы как суперземли с составом земного типа, которые вращаются вокруг красных карликов класса М на очень коротком расстоянии от них. Особенностью является то, что оба мира лишены плотной атмосферы. Для астрономов это удача. Изучение экзопланет, которые можно наблюдать с Земли, дает отличную возможность более детально исследовать эволюцию атмосфер горячих каменистых планет в целом.
Установленное на телескопе Subaru оборудование позволило измерить массы новых миров. Они были рассчитаны с помощью данных инфракрасного доплеровского спектрографа. Этот же инструмент позволил получить представление об атмосферной структуре. Результаты показали, что планеты являются «голыми».
Иными словами, они лишены толстой и плотной атмосферы, хотя подобные миры обычно обладают изначальной толстой водородно-гелиевой атмосферой. В данном случае, по мнению ученых, свою роль могла сыграть чрезвычайная близость открытых миров к своим родительским звездам.
Астрономы предполагают, что атмосфера на таких планетах может формироваться из газов, рожденных в их недрах и вырываемых наружу. Однако влияние приливных сил близко расположенных звезд настолько велико, что тонкая газовая оболочка не успевает набрать плотность и объем, а разрывается и кусками уносится в открытое межзвездное пространство.
Дальнейшие наблюдения ученые намерены проводить не только с помощью наземных телескопов, но и с помощью космического телескопа James Webb. Одной из главных задач предстоящих наблюдений должно стать детальное определение характеристик атмосфер обнаруженных планет. Астрономы считают, что это поможет проследить эволюцию самих атмосфер, а также понять, при каких именно условиях формируются столь необычные экзопланеты.
Появилось самое качественное фото полярного сияния на Земле
Французский астронавт Европейского космического агентства Томас Песке с борта Международной космической станции сумел запечатлеть один из самых качественных снимков полярного сияния. Фото он опубликовал в Twitter.
На снимке Земля укрытая облаками с зелеными изгибами света в атмосфере, переходящими к красному цвету в высоте.
Однако астронавт не уточнил, над каким полушарием запечатлел уникальный снимок
Осеннее равноденствие
Да — это сегодня — 22 сентября.
Равноденствие — особенная дата. Вблизи неё день и ночь сравниваются по продолжительности на всей Земле — на всем Земном шаре. И уже на следующий день что-то одно — день или ночь — в разных районах планеты вновь начинают различаться по продолжительности. И чем дальше, тем сильнее. Но здесь есть два значимых исключения.
1. На экваторе планеты продолжительность дня и ночи всегда равны — в любой день календаря. 2. На полюсах в момент равноденствия наступает полярный день, либо полярная ночь — до следующего равноденствия.
Есть смысл помнить, что 22 сентября осеннее равноденствие только для северного полушария. А в южном оно — весеннее. То есть в Австралии, Южной Америке, Южной оконечности Африки и Антарктики после 22 сентября день будет длиннее ночи, Солнце будет подниматься над горизонтом выше, погода будет все теплее (в среднем по полушарию). Если говорить совсем просто, там наступает весна. Ну, а у нас — осень.
Существует несколько условных сезонных разграничений.
Общепринятое — календарное — подразумевает, что осень наступает 1 сентября. В астрономии началом осеннего сезона считается именно осеннее равноденствие. И до этого дня у астрономов все еще продолжалось лето. Но большинство людей предпочитают жить по погоде, и правильно делают. Ни календарные даты, ни звезды не дадут вам правильной рекомендации относительно того, в чем выходить на улицу и брать ли с собой зонт. Хотя стоит отметить, что именно астрономические причины (положение Земли на орбите вокруг Солнца) являются основными в объяснении смены сезонов.
Из-за чего наступает осень?
Вопреки тому, что Земля обращается вокруг Солнца по эллиптической орбите, разность расстояний от Земли до Солнца на погоде практически не сказывается, и причиной смены сезонов быть не может. В действительности, за год дистанция между Землей и Солнцем меняется незначительно — в пределах 3%.
В июле Землю и Солнце разделяют 152 миллиона километров, а в январе — 147. Обратите внимание на то, что зимой мы к Солнцу ближе. Хотя стоит отметить, что речь о той зиме, которая в северном полушарии. А в южном полушарии Земли в это время лето.
И вот сейчас мы вроде бы немного приближаемся к Солнцу, а за окном холодает. Как это можно объяснить?
Объясняется смена сезонов на нашей планете наклоном её оси вращения по отношению к плоскости земной орбиты.
Я прекрасно понимаю, насколько заумным кажется предыдущее предложение. Именно поэтому в школах на уроке природоведения использовали не словесное объяснение, а демонстрацию явления смены сезонов с помощью несложного прибора — теллурия. Лучше один раз увидеть.
Теллурий — модель системы “Солнце — Земля”. Он показывает, каким образом Солнце освещает Землю, какое из полушарий Земли — северное или южное — освещается интенсивнее. Поскольку использовать этот прибор во время чтения статьи не представляется возможным, нам придется ограничиться рисунками. Надеюсь, они будут достаточно наглядными.
Первое, что надо уяснить — ось суточного вращения Земли направлена в сторону Полярной звезды, расположенной в созвездии Малой медведицы. А ось земной орбиты направлена в сторону головы Дракона в одноименном созвездии. Между этими направлениями 23,5 градуса.
Обращаясь вокруг Солнца Земля сохраняет направление оси вращения в пространстве. И в течении года — за счет упомянутого наклона — наша планета как будто поочередно подставляет солнечным лучам то северное полушарие, то южное. В промежуточные моменты — таких два — оба полушария освещаются одинаково.
В величине угла падения солнечных лучей.
Лучи падающие перпендикулярно поверхности Земли, нагревают её сильнее, а падающие вскользь, едва ли способны нагреть что-то. И дело тут не в свойствах лучей, или их нежелание делиться энергией с косо подставленными поверхностями, а в количестве этих лучей.
Лучи считать мы не будем.
Само слово “лучи” — фигура речи.
Вместо них правильно говорить и световом потоке. Чем шире поток, тем больше в нем энергии.
Давайте посмотрим, сколько (сравнительно) энергии достается единице площади, на которую поток падает перпендикулярно, и — под некоторыми углами. Примем ширину потока, падающего на нашу эталонную площадку перпендикулярно за 100%. Тогда на ту же площадку, но под углом, например, 45 градусов падает поток в полтора раза более узкий. Разница заметная — это не те 3%, в пределах которых меняется интенсивность солнечного излучения для самой близкой и самой дальней точек орбиты Земли.
Примечание: на самом деле не 3% — зависимость от расстояния квадратичная и обратная. То есть, в наиболее удаленной точке своей орбиты Земля получает от Солнца не на 3% тепла меньше, а на 6,5%.
100 х ( 1 — ( 147 / 152 )^2 )
Но дальше мы увидим, что сезонные различия интенсивности получаемой от Солнца энергии, вызванные разницей угла падения солнечных лучей, гораздо более существенные.
Солнце бывает в зените только в экваториальной полосе Земного шара, ограниченной северным и южным тропиком. Сами эти линии на глобусе Земли — северный и южный тропик — обозначают широту, на которой Солнце может наблюдаться в зените (точно над головой, и на высоте 90 градусов над горизонтом) в дни зимнего и летнего солнцестояний.
К северу или к югу от этой зоны, ограниченной линиями тропиков солнце в зените не бывает. А поскольку территория России лежит вне линии тропиков, то нигде в нашей стране (и даже на территории бывшего СССР) Солнце не поднимается в Зенит. Увы, мы довольно северная страна. И хотя люди иногда говорят (особенно во время летнего зноя), что “Солнце в зените”, но это не более, чем преувеличение.
В каких же пределах изменяется высота Солнца в течении года в разных районах России?
Самая южная точка России расположена на границе с Азербайджаном, в горах Кавказа — вблизи вершины Базардюзю (4466 метров). Широта этих мест составляет приблизительно 41 градус. Небесный экватор здесь поднимается над точкой юга на высоту 49 градусов. А Солнце в день летнего солнцестояния еще на 23,5 градуса выше. Получается 72,5 градуса. До зенита не хватает еще 17,5. Но для большинства людей такая высота над горизонтом — Солнца или Луны — любого небесного объекта — будет восприниматься как “прямо над головой”. Неподготовленные наблюдатели не способны измерять зенитное расстояние точно.
В самых северных районах России и акватории Северного Ледовитого Океана (она тоже значительной своей частью — вплоть до Северного полюса — принадлежит нашей стране) может не взойти вовсе. Это называется полярной ночью. Вопреки распространенным заблуждениям, длится полярная ночь полгода лишь точно на полюсе. А в остальных районах внутри полярного круга — значительно меньше. На самом полярном круге (широта 66,5 градусов) полярная ночь длится лишь одни сутки. И то — определенной долей условности. Но её продолжительность возрастает по мере приближения к полюсу.
Летом на Северном полюсе Солнце поднимается на высоту 23,5 градуса (в день летнего солнцестояния), а в день осеннего равноденствия оказывается точно на горизонте, после чего прячется за него, чтобы появится вновь в день весеннего равноденствия — через те самые полгода.
В городах, расположенных за полярным кругом — например, в Мурманске (расположенном на широте 69 градусов) — Солнце уходит в зимнюю спячку чуть более, чем на полтора месяца — с конца ноября до середины января. И летом солнце в этих суровых краях не поднимается выше 45 градусов.
Но это — экстремальные примеры. Для большинства городов России и их жителей высота солнца и интенсивность солнечного тепла меняется в иных пределах. И наиболее характерные значения соответствуют столице России — Москве.
В Москве 21 июня — в день летнего солнцестояния высота Солнца над горизонтом достигает 57,5 градусов. И именно об этом некоторые москвичи говорят “Солнце в зените”, хотя до зенита ему еще довольно далеко.
Зимой же — в день зимнего солнцестояния — 21 декабря высота солнца не превышает 11 градусов. Разница существенная.
Давайте теперь сравним, сколько солнечной энергии (в процентах, конечно), получает столица России в сравнении с теми местами, где Солнце в зените, и его лучи падают совершенно отвесно — перпендикулярно поверхности Земли.
Оказывается, в самый солнечный день поток солнечного излучения на широте Москвы (56 градусов) составляет 80% от максимально возможного. Летом мы почти на экваторе, если применимо такое сравнение. Но только вблизи дня солнцестояния.
Зимой же жители средней полосы России получают что-то около 20% от “экваториального тепла” — в 5 раз меньше!
И вот это существенно. Это не 6% разницы за счет расстояния. Это более чем в 5 раза меньше солнечного тепла за счет наклона оси вращения. Прибавьте к этому короткую продолжительность зимнего дня — всего 6 часов против 17 часов летом, и частую густую облачность.
Вот теперь вы понимаете, почему сезонные изменения столь значительны.
Впрочем, не везде они таковы.
В упомянутой уже экваториальной зоне Земного шара никаких сезонных изменений нет. Там Солнце каждый день поднимается на значительную высоту над горизонтом. И день практически равен ночи в течении всего года.
Давайте теперь посмотрим на ситуацию со стороны. Ведь, до этого момента мы принимали различные высоты Солнца над горизонтом как данность. Но за счет чего это происходит?
Обратимся к нашему “теллурию” вновь, и рассмотрим подробно каждое из его сезонных положений.
Вот, день осеннего равноденствия, который мы встречаем сегодня. Мы видим Землю со спины, но даже так заметно, что она полюса — северный и южный — несмотря на наклон оси вращения Земли, имеют равнозначное положение по отношению к световому потоку, идущему от Солнца — он касается того и другого полюса вскользь, северное и южное полушария освещены равнозначно.
Через три месяца, двигаясь по орбите, наша планета достигнет точки зимнего солнцестояния. На этом изображении видно, что северное полушарие отвернуто от Солнца, а вместе с ним и территории России располагается так, что солнечные лучи касаются её вскользь. Нетрудно догадаться, что согреть её солнечным лучам не удастся. Зато прекрасно видна освещенная солнцем Антарктида — у пингвинов самые разгар антарктического лета. Между прочим побережье Антарктиды лежит в тех же широтах, что и средняя полоса России, только — в южном полушарии. И можно даже предположить, что в нашем климате пингвины чувствовали себя просто замечательно.
Три месяца спустя день вновь догоняет ночь по продолжительности — наступает равноденствие, но на этот раз весеннее. Вновь отчетливо видно, что северное и южное полушария освещены Солнцем примерно одинаково. Солнце одновременно освещает и Северный ледовитый океан, и Антарктиду. Но в Антарктиде наступает полярная ночь, а в акватории Северного ледовитого океана — полярный день.
И вот мы добрались до лета — Земля оказалась в той точке своей орбиты, в которой наклон оси вращения способствует интенсивному освещению солнечными лучами северного полушария планеты. Видна европейская часть России, обращенная к солнцу — его лучи падают на поверхность в направлении близком к перпендикулярному. Это день летнего солнцестояния, который для астрономов является и началом астрономического лета.
По календарю лето наступает 1 июня, но земная атмосфера инертна — она успевает прогреться лишь к июлю месяцу. А в августе, увы, она уже начинает остывать. Хотя даже в октябре еще случаются довольно теплые дни, ведь нередко в наши северные широты залетают ветры из южных стран, принося с собой приятные сюрпризы.
Ведь в южном полушарии нашей планеты сезоны полностью противоположны. Когда к нам приходит осень, по ту сторону экватора наступает весна. А когда у нас сугробы и метель, в Австралии и Аргентине царит жаркое лето.
И все это — благодаря наклону оси вращения нашей планеты — 23,5 градуса.
Будь он чуть меньше, и никакой ярко выраженной смены сезонов на Земле не было бы — всюду была бы примерно одинаковая погода. И если бы при этом жизнь на нашей планете появилась и достигла в своем развитии интеллектуальных высот, это были бы совсем другие — непохожие на нас — существа.
А если бы наклон оси вращения был бы — наоборот — чрезмерно большим, как у планеты Уран?
Тогда одно из полушарий практически полгода освещалось отвесными лучами Солнца, в то время как другое находилось бы полгода в тени. Климат был бы очень жесткий, с высоким контрастом температур — испепеляющая жара сменялась бы лютым холодом, а сокрушающие все на своем пути ветры в короткое межсезонье устремлялись через экватор в противоположное полушарие, порождая чудовищные штормы планетарного масштаба.
Но мы имеем то, что имеем. И — хоть это и удивительно — Вселенная создала для нас очень благоприятные условия. Бывает, что осенью мы грустим из-за затяжных дождей, но наша грусть в полной мере компенсируется мягкостью искрящегося на Солнце снега, весенним щебетанием птиц и летним теплом и благоуханием природы.
В Солнечной системе есть только одна планета, на которой в некоторой степени происходят похожие на земные сезонные изменения. Это планета Марс. И хотя сейчас она непригодна для жизни, но по ряду своих особенностей она похожа на Землю. Сутки на Марсе длятся лишь на полчаса дольше земных, а наклон оси вращения составляет 25 градусов. Благодаря этому на Марсе есть смена сезонов — тают полярные шапки, меняется цвет ряда областей, очевидно под влиянием высвобождения из грунта углекислоты и воды. В атмосфере появляются облака — они, как и на земле состоят из микроскопических кристаллов водяного льда. Температурный амплитуды на Марсе в разы больше земных. И если на Земле между жарким летним днем и морозной зимней ночью может быть разница в 60 градусов (что само по себе уже немало), то на Марсе это будет все 120. Но даже в этом суровом мире холодных красных пустынь летом на экваторе температура может достигать вполне земных +30.
Глядя на Марс в телескопы, изучая его с помощью автоматических станций, мы видим очень много процессов родственных земным. Смена сезонов на красной планете — одна из тех параллелей, которые сближают наши миры. Увидев, как это происходит на Марсе мы можем быть уверены, что причины смены сезонов на Земле мы разгадали правильно.
Теперь на очереди понять, что привело марсианский климат к практически непригодному для жизни состоянию. Это для нас тоже важно, ведь при всей стабильности космических орбит и умеренности солнечной активности, климат на Земле в последние годы заметно меняется. И это уже не только сезонные изменения. Узнать причины этих изменений для человечества очень важно. Без этих знаний мы рискует однажды оказаться в положении гипотетических марсиан, не сумевших сохранить равновесие своего мира.
Но пока мы имеем перед собой два примера — пример равновесия природных процессов на Земле, и пример некогда нарушенного равновесия на Марсе, — нам есть из чего выбирать.
Времена года — не моя музыкальная тема. И все же у меня есть есть очень осенний альбом, который полон созвучных шелесту рыжей листвы настроений. Я писал его осенью 2015 года, но завершить работу смог только ближе к осени 2020.
Но независимо от этих философских раздумий и по-осеннему печальных настроений, в мир обязательно придет весна.