чёрная дыра

1.Почему ночное небо тёмное?

тёмное небо вселенной

Речь о’так называемом фотометрическом парадоксе, или парадоксе Ольберса, названном по имени астронома XIX века Генриха Вильгельма Ольберса (Heinrich Wilhelm Olbers), который его популяризировал. Сам парадокс известен по крайней мере с XVI столетия.

Если Вселенная бесконечно велика, то она должна содержать бесконечное число звезд, а раз так, то в любом направлении, куда ни посмотри, взгляд должен упираться в поверхность звезды. Хотя далекие звезды кажутся более тусклыми, зато их гораздо больше. Поэтому за счет совокупного свечения бесконечного числа звезд всё небо должно сиять, как солнце. Очевидно, что это не так. Но почему же тогда ночное небо темное?.

Ответ может состоять в том, что Вселенная либо сама не бесконечна, либо не содержит бесконечного числа звезд, либо не бесконечно стара. Но какой из этих вариантов правилен?

В самом начале XX века лорд Кельвин (Уильям Томсон, William Thomson) предположил, что всё дело в конечности возраста Вселенной, так что свет от достаточно далеких звезд еще не успел до нас дойти. Это означает, что часть Вселенной, которую мы можем видеть, то есть наблюдаемая Вселенная, не бесконечна и потому не может содержать бесконечного числа звезд. Это и есть решение парадокса.

По современным данным более 13 млрд лет назад в молодой Вселенной еще не было звезд, значит, с этого расстояния они нам светить не могут. Некоторый вклад в уменьшение яркости ночного неба вносит также красное смещение — следствие расширения Вселенной.

2.Как холодно в космосе?

Это зависит от того, где проводятся измерения. Под прямыми лучами близкого светила припекать будет сильно. Например, космический аппарат у Меркурия с одной стороны раскаляется до 300 °С, а с другой, обращенной в открытый космос, охлаждается до -200 °С. Всё дело в отсутствии атмосферы, которая могла бы перераспределять тепло. Космический вакуум — лучший из теплоизоляторов.

Долгое время казалось, что о температуре самого космоса говорить бессмысленно, но это не так. Все пространство заполняет реликтовое излучение — микроволновый фон, благодаря которому космический газ нагрет до температуры минимум 2,7 Кельвина.

Поэтому взаимодействие атомов и молекул с этим реликтовым излучением поднимает температуру на два-три градуса над абсолютным нулем (-273 °С).

3.Что делает планету планетой?

наша планета

Согласно резолюции Международного астрономического союза, объект может считаться планетой, если он: обращается вокруг Солнца, достаточно массивен, чтобы приобрести сферическую форму, и обладает достаточно сильным тяготением, чтобы «расчистить окрестности» своей орбиты. Именно последний, самый спорный, критерий привел к тому, что Плутон в августе 2006 года был «понижен в статусе» до карликовой планеты. Тогда впервые в истории астрономы попытались официально определить, что такое планета.

Принятое определение подразумевает, что планета должна быть существенно крупнее любых других объектов, имеющих сходную орбиту, и гравитационно доминировать над своим окружением. Нептун удерживает Плутон и множество других небесных тел на близких орбитах. А Плутон не способен гравитационно доминировать на своей орбите и потому, согласно определению, не может считаться планетой.

4.За какой срок можно предсказать появление полярных сияний?

Полярные сияния — это свечение верхних слоев атмосферы, бомбардируемой заряженными частицами солнечного ветра. Эффектные полярные сияния возникают во время солнечных бурь, вызванных корональными выбросами массы на Солнце. Потокам ионизированных частиц требуется от 18 до 36 часов, чтобы преодолеть разделяющие нас 150 млн км. На этот срок и можно прогнозировать «космическую погоду». Чтобы дать точный прогноз, нужно зарегистрировать корональный выброс, направленный в нашу сторону, а затем измерить его скорость. За Солнцем постоянно следит ряд космических аппаратов, среди которых SOHO, STEREO и SDO.

5.Насколько горячи падающие звезды?

Метеоры, называемые падающими звездами, — это небольшие камешки или куски железа, влетающие в атмосферу Земли со скоростью от 10 до 70 км/с, в 30230 раз быстрее пули. При такой скорости они сжимают воздух перед собой,разогревая его до 2000 °С. Горячий воздух плавит метеорную частицу, порождая в небе след. Тепло не успевает проникнуть внутрь камня, поскольку разогрев длится лишь несколько секунд. Упавший на землю метеорит, скорее всего, будет холодным.

6.Ускоряется ли расширение вселенной?

Похоже, это действительно происходит. Вселенское ускорение — одна из величайших загадок современной космологии. Оно было открыто в 1998 году, когда две независимые группы астрономов объявили, что сверхновые звезды, взрывающиеся в далеком космосе, выглядят более тусклыми, чем должно быть согласно расчетному расстоянию до них. Единственным способом объяснить эти наблюдения было предположение, что Вселенная расширяется всё быстрее.

Причиной этого ускорения может быть некий вид энергии, не открытая еще сила природы или неизвестное свойство гравитации. Есть также вероятность, что это лишь «космический мираж», вызванный упрощениями в расчетах на основе общей теории относительности. Как бы это ни объяснялось, требуется тщательная проверка нашего современного понимания физики.

7. Правда ли, что мы все состоим из звёздной пыли?

Да. Все атомы железа в вашей крови, кальций в костях, кислород в легких, углерод, азот, фосфор, сера и т. д. гораздо старше Земли и когда-то были частью гигантских звезд. После рождения Вселенная содержала только водород и гелий. На эти два элемента приходится 98% всего вещества в космосе. Лишь 2% было переработано во все остальные химические элементы, встречающиеся в природе. Для подобного превращения требуются температура и давление, характерные для звездных недр, или даже взрывы сверхновых. В конце жизни звезды эти элементы выбрасываются обратно в космос. Так что все атомы в наших телах, за исключением водорода, когда-то были в недрах звезд.

8.Наша Вселенная — часть Мультиверса?

В ряде научных концепций предполагается, что наша Вселенная может быть лишь одной из множества — возможно, бесконечного — других вселенных, разбросанных в иных измерениях пространства и времени.

Так называемая теория инфляции утверждает, что сразу после возникновения Вселенной пространство испытало под влиянием флуктуаций энергии колоссальное расширение, которое, раз начавшись, с трудом может остановиться. Распухла не только наша Вселенная, но и бесчисленное множество других в цепной реакции, которая продолжается и по сей день. Эти другие вселенные отпочковались от нашей и теперь совершенно ненаблюдаемы для нас. А от них в бесконечном каскаде могут отпочковываться новые.

Идея множественности вселенных вновь неожиданно возникла в ходе попыток построить теорию, увязывающую между собой все силы природы. Реальность в этой теории описывается пространством с 11 измерениями, из которых мы знакомы только с тремя. Это построение, получившее название М-теории, описывает ландшафт всех математически возможных вселенных. Наша собственная Вселенная — лишь одна из «долин» этого ландшафта. Другие «долины» представляют собой иные вселенные, возможно подчиняющиеся иным законам физики. Эти вселенные М-теории отделены от нас, но могут оказывать влияние своей гравитацией.

Хотя эти идеи пока весьма спекулятивны, Большой адронный коллайдер в Швейцарии уже ищет признаки существования дополнительных измерений, а спутник ESA «Планк» (Planck) будет пытаться найти признаки инфляции. Если им удастся что-то обнаружить, представление о множественности вселенных может укрепиться.

9.Каков возраст Солнечной  системы?

Солнечная система состоит из Солнца, планет, их спутников, астероидов и комет. Считается, что все они сформировались в одно и то же время около 4,6 млрд лет назад. Это следует из радиоактивных датировок по урану и другим элементам в земных породах и метеоритах.

Все методы дают даты, близкие к 4,6 млрд лет. Прежде астрономы считали, что возраст Солнечной системы составляет лишь десятки миллионов лет. Эти оценки основывались на ошибочных представлениях о причинах свечения Солнца и противоречили данным геологов и биологов. Геологи считали, что для формирования земных ландшафтов требуется больше времени, а с точки зрения биологов естественному отбору требовалось больше времени для порождения всего разнообразия современной жизни. И те и другие оказались правы. Вопрос был окончательно решен радиоактивным датированием в 1950-х годах.

10.Может ли образоваться новое Солнце ко времени, когда умрет наше?

Звезды в Галактике образуются постоянно. В среднем каждый год в звезды превращается вещество, сравнимое по массе с нашим Солнцем. Массы звезд варьируют от 0,1 солнечной массы у самых маленьких красных карликов до 150 солнц у самых больших голубых гигантов. Поэтому они не рождаются по одной штуке в год. Как бы то ни было, в Галактике всегда будет множество звезд. Но все они находятся далеко, вопрос правильнее ставить так: сможем ли мы придумать способ добраться до них за разумное время?

11.Какая планета самая большая среди открытых?

На сегодня это ню Змееносца С (v Oph С), находящаяся в 150 световых годах от нас и обращающаяся вокруг своей звезды по орбите радиусом чуть больше, чем у орбиты Юпитера. По массе она превосходит Юпитер в 24,5 раза, причем это нижняя оценка. Возможно, считать ню Змееносца С планетой не совсем правильно, скорее это несостоявшаяся звезда — коричневый карлик. Такие объекты не светятся, как звезды.

В прошлом в них какое-то время протекали некоторые ядерные реакции, но они заглохли, и в дальнейшем эти коричневые карлики куда больше похожи на планеты.

12.Есть ли во Вселенной места с другими законами физики?

Законы физики считаются неизменными. Именно поэтому мы можем наблюдать за колоссальными просторами космоса и осмысливать полученные результаты. Если бы законы физики менялись от места к месту, все наблюдения лишились бы смысла — мы чувствовали бы себя, как четыре человека, играющие в одну настольную игру по разным правилам.

И всё же некоторые наблюдения указывают на то, что, хотя законы физики неизменны, на протяжении космической истории могут слегка изменяться значения фундаментальных констант. Эти числа задают такие базовые физические характеристики, как скорость света или сила гравитационного взаимодействия между объектами (через гравитационную постоянную G в законе всемирного тяготения). Наблюдая, как облака газа поглощают ультра-фиолетовое излучение далеких галактик, называемых квазарами, некоторые астрономы делают вывод, что набор электронных орбит вокруг атомного ядра немного меняется со временем. Этот набор определяется постоянной тонкой структуры, которая представляет собой сочетание других постоянных, в том числе скорости света.

Так что, возможно, в молодой Вселенной скорость света была выше, но быстро снизилась почти до современного значения. А в далеких газовых облаках астрономы наблюдают последние моменты этого спада. Впрочем, данный вывод пока остается весьма спорным.

Другие исследователи присматриваются к изменениям гравитационной постоянной G, поскольку это может привести к новому пониманию гравитации. Однако надежных подтверждений и здесь пока не найдено.

13.Отчего случаются крупнейшие взрывы во вселенной?

Энергия выделяющаяся в гамма-всплесках, позволяет регистрировать их даже тогда, когда они случаются в самых далеких регионах Вселенной за несколько секунд высвооождается столько энергии, сколько Солнце излучит за всю свою жизнь, так называемые короткие гамма-всплески, по всей видимости, связаны со слиянием нейтронных звезд, а каждый «длинный D гамма-всплеск говорит о смерти чрезвычайно массивной и быстро вращающейся звезды, гиперновой, «схлопывающейся» в черную дыру с образованием двух «джетов» — струй вещества, движущихся с релятивистскими скоростями. С одной из них и сталкивается земля, когда мы наблюдаем гамма-всплеск. Близкий гамма-всплеск грозит гибелью всему живому.

14.Почему Луна не падает на землю?

На это ответили Роберт Гук и Исаак Ньютон, Хотя гравитация притягивает Луну к Земле, движение Луны направлено под прямым углом к силе тяжести. Это подобно тому, как вода удерживается в ведре, которое раскручивают на веревке: остановите вращение — и наполненное водой ведро упадет. Но в лишенной трения космической среде Луна не замедляет своего орбитального движения и ежемесячно совершает один оборот вокруг нас.

Тёмная энергия и тёмная материя

15.Что такое тёмная энергия?

Темная энергия — это гипотетическая субстанция, предложенная для объяснения постоянного ускорения в расширении Вселенной. Хотя космическое ускорение рыло открыто лишь в середине 1990-х годов, Альберт Эйнштейн включил в свою общую теорию относительности лямбда-член, соответствующий одной из нынешних концепций темной энергии. Он назвал этот член космологической постоянной и использовал для представления энергии, содержащейся в космическом вакууме. Лямбда быстро «вышла из моды», и в середине XX века астрономы не видели в ней необходимости, а современные расширения квантовой физики явным образом исключают ее возможность. Но теперь астрономы хотят вернусь ее назад. Кто-то в чем-то тут явно заблуждается.

16.Что такое темная материя?

Темная материя — это совокупность гипотетических частиц действующих как гравитационный клей, сохраняющий целостность галактик. Факт состоит в том, что галактики вращаются так быстро, что должны были разлететься на части, поскольку они, очевидно, содержат недостаточно вещества, чтобы породить сильное скрепляющее гравитационное поле. Даже если сложить все звезды, планеты, газовые облака и другие небесные тела, галактики все равно сильно не дотягивают по массе. Поэтому астрономы и физики, занимающиеся элементарными частицами, рассчитали, что должны существовать частицы, природа которых еще не раскрыта. Они должны обеспечить галактикам недостающую гравитацию, а также помочь физикам расширить квантовую теорию.

17.Есть ли темная материя в нашей Галактике?

Большинство астрономов полагает, что в нашей Галактике соотношение темной и обычной материи составляет около 10:1. Считается, что концентрация темной материи растет при приближении к центру Галактики, а гораздо более разреженное исполинское гало, состоящее из нее охватывает всю совокупность светящихся звезд Млечного Пути. Однако никто пока не поймал ни одной частицы темной материи. Во Многих экспериментах уже достигнута чувствительность, теоретически достаточная для того, чтобы их регистрация стала возможной. Так что постепенно начинает расти скептицизм. Альтернатива же состоит в том, что мы не так хорошо понимаем гравитацию, как нам кажется, и при некоторых обстоятельствах она может притягивать намного сильнее, чем мы думаем.

18.Может ли быть жизнь, состоящая из темной материи?

Это крайне маловероятно, поскольку большинство правдоподобных кандидатов в темную материю не могут образовывать атомы или объединяться в молекулы. Это просто остатки большого взрыва, плавающие в космосе и порождающие гравитационные силы. Но данное утверждение основано на наших современных представлениях о темной материи.

Существует идея некой зеркальной материи, которая может образовывать зеркальные атомы, формирующие зеркальные звезды, планеты и жизнь. Если зеркальная материя действительно существует, то целая зеркальная Вселенная может незримо существовать наряду с нашей. Единственным ее проявлением для нас будет гравитационное притяжение.

Чёрные дыры

чёрная дыра в космосе

19.Что такое чёрная дыра?

Черная дыра — это объект со столь мощным гравитационным полем, что покинуть его не в силах даже свет. Любая чёрная дыра характеризуется наличием горизонта событий (граница чёрной дыры) с таящейся внутри сингулярности, которая отделена этим горизонтом от остальной Вселенной. Возможное черных дыр следует из уравнений Эйнштейна, и первое простейшее такое решение было получено немецким физиком Шварцшильдом (Karl Schwarzschild) в 1915 году.

20.Какова форма чёрной дыры?

Классическая черная дыра имеет сферическую форму (такую форму, собственно, имеет граница чёрной дыры — горизонт событий). Однако большинство реальных черных дыр должно вращаться, вовлекая в движение пространственно-временной континуум, подобно меду вокруг перемешивающей его ложки. Поэтому вместо решения, найденного Шварцшильдом для невращающихся и незаряженных черных дыр, необходимо рассматривать более общее решение Керра-Ньюмена, полученное в 1965 году. В его рамках черная дыра в принципе может иметь и иную форму. Обсуждается также возможность существования «голой сингулярности», прикрытой горизонтом событий. А в рамках новомодных теорий суперструн или М-теории у чёрной дыры может вообще оказаться самая причудливая форма—диск, замкнутая српираль или даже кольца, вроде тех колец что опоясывают Сатурн. Но всё это пока не более чем математическая абстракция.

Вокруг горизонта событий вращающейся черной дыры должна также существовать область, называемая эргосферой. Находящийся там гипотетический стационарный наблюдатель не может быть неподвижным и обязан вращаться с положительной угловой скоростью (в сторону вращения черной дыры).

21.Что происходит со светом в Черной дыре?

Как и любой объект, попадающий в черную дыру свет будет полностью поглощен и скорее всего, навечно. Световой луч который проходит мимо черной дыры, но очень близко к ней, отклоняется и ложится на новый курс.

22.Может ли хоть что-то вырваться из черной дыры?

Долгое время считалось, что ни материя, ни свет, ни информация не могут покидать пределы черной дыры. Однако это справедливо лишь в том случае, если не учитывать квантовые эффекты. В квантовой механике появляется возможность преодоления непреодолимых иначе потенциальных барьеров. В 1974 году британский физик Стивен Хокинг (Stephen Hawking) предсказал эффект испускания черной дырой элементарных частиц, преимущественно фотонов, получивший наименование излучения Хокинга.

Физический вакуум наполнен постоянно рождающимися и исчезающими «виртуальными частицами». «Кипение вакуума» вблизи горизонта событий черной дыры приводит к тому, что временами одна из пары рождающихся частиц падает в черную дыру, а другая устремляется наружу, порождая тем самым излучение и уменьшая общую энергию черной дыры, которая в конце концов может попросту испариться.

Спорным долгое время оставался и вопрос о возможности получения информации из-под горизонта событий, однако в августе 2004 года на Международной конференции по общей теории относительности и космологии в Дублине Хокинг сделал доклад, из которого следовало, что черная дыра хоть и искажает «проглоченную» информацию, но всё же не разрушает ее бесследно и в конце концов в процессе испарения выдает ее наружу.

чёрная дыра космическая

23.Что происходит в центре чёрной дыры?

Мы не знаем, что происходит в центре черной дыры. Принято говорить, что там находится точка, называемая сингулярностью (в ряде решений для черной дыры она может оказаться и петлей). Наши современные теории перестают там работать, поскольку они не годятся для бесконечно плотных объектов.

24.Сможем мы ли узнать, что находится в центре чёрной дыры?

Законы физики, какими мы их знаем сегодня, не работают в центре черной дыры. Поэтому физики пытаются разработать новые теории гравитации, отвечающие на вопросы о том, что же там скрывается и куда можно попасть из этой самой «дыры».

25.Взрываются ли чёрные дыры?

Если прав Стивен Хокинг, тo Черные дыры должны постепенно испаряться. Теряя все больше и больше массы, они испаряются всё быстрее и быстрее, пока не исчезают во вспышке гамма-излучения. Но пока никто подобного не наблюдал.

26.Как узнать, на что похожи планеты вне Солнечной системы?

другие планеты

Большая часть того, что вы слышали об экзопланетах, то есть планетах вне Солнечной системы, — лишь спекуляции, основанные на оценках размеров и вероятной поверхностной температуры. О существовании многих обнаруженных экзопланет свидетельствует их гравитационное взаимодействие с родительскими звездами, заставляющее последние слегка смещаться по мере движения планеты по орбите.

Единственный способ узнать, на что они похожи, — проанализировать отраженный планетой звездный свет. Это проделали для нескольких экзопланет и на HD 189733b обнаружили водяной пар, углекислый газ и метан.

Проблема состоит в том, что звезда обычно ослепляет приборы — свет от планеты тонет в излучении звезды. Астрономы применяют разные способы блокировки звездного света, но пока не очень успешно. Вероятно, систематическое определение свойств экзопланет станет реальностью лишь через 10-20 лет.

27. Почему светят звёзды?

Звезды светят в основном за счет реакций термоядерного синтеза, в ходе которых водород превращается в гелий. Таким образом, каждая мерцающая точка на ночном небе — это колоссальный термоядерный реактор. В центре каждой звезды плотность, температура и давление газа столь велики, что атомные ядра сближаются на расстояния, достаточные для начала процесса слияния.

Выделяющаяся при этом энергия постепенно передается наружу, к поверхности звезды, откуда в конце концов излучается в виде света. Подсчитано, что свету требуются десятки или сотни тысяч лет, чтобы проделать этот трудный путь к поверхности и свободе.

У белых карликов внешние слои звезды сброшены в космос, и обнаженное «ядро» реактора можно увидеть извне. Оно испускает разрушительный ультрафиолетовый свет, пока окончательно не остынет и не пропадет из виду.

28.Сколько существует измерений?

Три пространственные координаты доступны всем. Четвертой координатой можно считать время. Однако согласно концепции Эйнштейна, говорить о существовании по отдельности трехмерного пространства и времени не корректно, реальный мир представляет собой единый четырехмерный пространственно-временной континуум.

Еще большее удивление вызывают современные физические теории. Физики всё чаще говорят об 11 или 12 измерениях. Теория струн предлагает заменить точечные фундаментальные частицы вибрирующими отрезками субатомных «струн» в «компактифицированных» (свернутых) измерениях. В отличие от знакомых нам трех измерений, компактифицированные ничтожны по размерам и поэтому их чрезвычайно сложно обнаружить.

29.Есть ли в космосе не открытые химические элементы?

Вероятно, нет, — тяжелые элементы склонны к радиоактивному распаду и недолговечны. Большинство же элементов в природе стабильны, появились до образования Земли и существуют миллиарды лет в неизменном виде. Они заполняют все позиции в периодической таблице. Нет только тяжелых элементов, но если они и синтезируются где-то, то тут же распадаются.

30.Всё в мире из чего-то состоит, а из чего состоит гравитация?

Самые амбициозные физики не спят ночами, размышляя об этом. Существует четыре фундаментальных взаимодействия: электромагнитное, которое дает нам свет, электричество и магнетизм; сильное, или ядерное, которое скрепляет атомные ядра; слабое, которое управляет некоторыми типами радиоактивного распада и гравитация.

Все силы за исключением гравитации физики объясняют с помощью квантовой теории, представляя, что взаимодействия переносятся некими эфемерными частицами. Физики надеются, что гравитация тоже будет подчиняться квантовым законам и переноситься частицами, которые даже успели окрестить гравитонами. Проблема в том, что математика получается чудовищно сложной, и до сих пор нет квантовой теории гравитации, которую можно было бы проверить.

Лучшее из существующих объяснений гравитации не является квантовым. Общая теория относительности Альберта Эйнштейна описывает гравитацию как градиент пространственно-временного континуума, деформацию «ткани» пространства. На эту «ткань» помещены небесные тела. Благодаря своей деформируемости она прогибается под каждым массивным объектом, порождая пресловутые искривления пространства. Эти искривления происходят в четвертом измерении пространства, и мы, будучи трехмерными существами, не можем непосредственно такое представить. Вместо этого мы ощущаем силу, притягивающую нас к искривлению, словно заставляющую скатываться под уклон.

Согласно Эйнштейну, гравитация — это не сила, а следствие жизни во Вселенной с большим числом измерений, чем мы способны ощущать. И всё же теория Эйнштейна неполна, поскольку она перестает работать в особенно сильных гравитационных полях — внутри черных дыр и в момент возникновения Вселенной. Так что требуется новая теория гравитации, и мы просто еще ее не нашли.

31.Как далеко в космос глядят телескопы?

Наибольшее расстояние, на которое способен видеть любой телескоп — около 13,7 млрд световых лет. С расстояния чуть меньше 13,7 млрд световых лет к нам приходит микроволновое космическое излучение — это всё, что осталось от раскаленного вещества, высвободившегося при образовании Вселенной.

Оно создает непроницаемый барьер, за которым обычные телескопы ничего увидеть не могут. В будущем детекторы, способные улавливать призрачные частицы, называемые нейтрино, возможно, сумеют проникнуть за пределы границы,с которой приходит микроволновый фон.

33.Как открытия новых планет меняют наши представления?

марс

За пределами солнечной системы уже свыше 500 планет. Если эти экзопланеты чему-то нас и научили, так это тому, что надо готовым к любым неожидонастям. До первого открытия, объявленного в 1995 году, астрономы в основном считали, что другие планетные системы должны быть похожи на нашу собственную, с каменистыми планетами вблизи звезды и газовыми гигантами в отдалении. Этот миф был разрушен первой планетой, обнаруженной у «нормальной» звезды (звезды главной последовательности). Масса новонайденной планеты (51 Пегаса b) оказалась равна половине массы Юпитера, но она находилась так близко от своей звезды, что оборот вокруг нее совершала всего за четверо суток. Для сравнения: крошечному Меркурию требуются долгих 88 дней, чтобы облететь вокруг Солнца. Впоследствии было найдено еще много подобных «горячих Юпитеров». 

Считается, что такие крупные планеты образуются в холодных внешних областях планетных систем, за пределами так называемой линии льда. Здесь температура, поддерживаемая центральной звездой, падает существенно ниже точки замерзания воды, метана и аммиака, которые образуют твердые частицы. Они в смеси с каменными и металлическими обломками и обеспечивают быстрый рост массы планеты. Когда планета продвигается сквозь остатки пылевого диска, из которого она образовалась, его сопротивление отбирает у нее энергию, заставляя по спирали перемещаться к центру системы. В итоге планета оказывается вблизи центральной звезды.

Есть и другие аномальные экзопланеты: Wasp 12 b, на которой могут быть горы из алмаза и графита; CoRoT-7 b, где могут быть океаны расплавленной лавы; -HD 209458 b, испаряющаяся под воздействием тепла своей звезды с потенциально опасными траекториями. Наибольшую угрозу несет 270-метровый астероид Апофис. Когда он был открыт в 2004 году, казалось, что он может выйти на траекторию столкновения в 2029 или 2036 году. Дальнейшие наблюдения уточнили параметры его орбиты и, к счастью, теперь мы знаем, что шанс столкновения с Землей в эти годы ничтожно мал.

32.От чего зависят орбиты планет?

Они определяются силой действующего на них гравитационного притяжения, которое зависит от расстояния между планетой и центральной звездой, а также от массы звезды и самой планеты. Этот закон соблюдается по всей Вселенной. Поскольку звезды и планеты — не точки, а протяженные объекты, разные их части притягиваются по-разному. В неоднородном силовом поле на протяженный объект действуют приливные силы. Чем ближе друг к другу тела, тем мощнее эти силы. Они приводят, в частности, к тому, что собственное вращение Земли тормозится Луной, а Луна удаляется от Земли.

34.Может ли хоть что-то выжить на метеорите?

Жизни крайне трудно сохраниться на метеорите. Чтобы защититься от рентгеновского и других убийственных космических излучений, она должна находиться глубоко внутри породы. И еще для жизни тут будет крайне мало пищи. Хотя некоторые бактерии на Земле могут превращаться в споры, готовые ожить с первыми же каплями воды, для путешествия между планетами этим бактериям пришлось бы продержаться на метеорите сотни тысяч лет. Типичное же межзвездное путешествие растянулось бы на миллионы или даже миллиарды лет. На Земле уже найдены метеориты с Луны и Марса, так что в принципе такие путешествия возможны. В 1984 году ученые из NASA предположили, что в исследованном ими марсианском метеорите содержатся окаменевшие бактерии. Однако это заявление пока остается сомнительным.

35.Может ли астероид врезаться в Землю?

Многие астероиды врезались в Землю в прошлом, а с другими такое может случиться в будущем, но это редкое событие. Последнее такое столкновение случилась в 1908 году, когда болид опустошил в Восточной Сибири площадь, равную по размеру Лондону. К счастью, тогда никто не погиб. Сегодня роботизированные телескопы постоянно сканируют небо в поисках астероидов с потенциально опасными траекториями. Наибольшую угрозу несет 270-метровый астероид Апофис. Когда он был открыт в 2004 году, казалось, что он может выйти на траекторию столкновения в 2029 или 2036 году. Дальнейшие наблюдения уточнили параметры его орбиты и, к счастью, теперь мы знаем, что шанс столкновения с Землей в эти годы ничтожно мал.

Большой взрыв

36.Что было до большого взрыва?

Некоторые ученые полагают, что само время возникло лишь в Большом взрыве, а потому не может быть никакого «до». Другие считают, что до взрыва Вселенная находилась в неком пассивном состоянии. Третьи утверждают, что Большой взрыв вырвал мир из временной петли, позволив времени идти вперед, а Вселенной — расширяться.

37.Что вызвало большой взрыв?

Согласно так называемому экпиротическому сценарию (модели «воспламеняющейся вселенной»), Большой взрыв вызвало столкновение двух бран в холодной многомерной Вселенной с последующим выделением энергии на одной из бран, которую мы и воспринимаем как известную нам Вселенную. Эта идея предполагает, что мы являемся частью Мультиверса (целой грозди параллельных вселенных).

38.Почему Вселенная расширяется?

Простой ответ: потому что расширяется. Сформулировав общую теорию относительности, Эйнштейн открыл, что неотъемлемым свойством пространства является то, что оно должно либо расширяться, либо сжиматься. Он считал это невероятным до тех вор, пока Эдвин Хаббл (Edwin Hubble) не открыл, что галактики разбегаются в пространстве, увлекаемые прочь его расширением.

39.Как закончится существование Вселенной?

Большинство ученых считает, что Вселенная будет продолжать расширяться вечно, и галактики будут разлетаться всё дальше друг от друга. Это тем более верно, если существует темная энергия, ускоряющая расширение. В особенно опасном варианте темная энергия может разорвать на части всё, включая атомы (Большой разрыв).

40.Если было Большое схлопывание, что послужило его причиной?

Большое схлопывание могло бы случиться при наличии достаточной массы, чтобы обратить вспять расширение пространства. Тяготение всех небесных тел стягивало бы все их вместе. Итогом стал бы катаклизм, в котором столкнулись все небесные тела Вселенной. Кое-кто считает, что это могло бы спровоцировать новый Большой взрыв.

41.Бывали ли мы когда-либо в точности в этом месте пространства?

Почти наверняка нет. Если во Вселенной есть хоть что-то постоянное, то это движение. Все движется относительно всего остального, поскольку каждый космический объект имеет массу, порождающую гравитацию, которая притягивает все остальные объекты. Земля постоянно обращается вокруг Солнца, Солнце постоянно движется вокруг центра Галактики, которая сама притягивается к Туманности Андромеды, а эта пара падает в направлении скопления Девы, которое находится в 60 млн световых лет от нас.

42.Если другие вселенные существуют, могут ли они быть другого цвета?

Цвета, которые мы видим, — это результат восприятия нашим мозгом узкого диапазона частот электромагнитных колебаний. Длины волн видимого нами света лежат в диапазоне примерно от 350 до 700 нм. Самые короткие волны соответствуют фиолетовому цвету, самые длинные — красному. Частоты, которые воспринимают наши глаза, определяются пигментами в сетчатке. Если снабдить нас другими пигментами, чувствительными к другим частотам, то мы смогли бы видеть, скажем, в инфракрасном диапазоне, но никто не знает, как воспринимался бы этот цвет.

43.Как образуются планеты?

Планеты по большому счету являются побочным продуктом звездообразования. Звезды рождаются из гигантских молекулярных облаков в результате гравитационного коллапса (сжатия) и фрагментации. В ходе этого коллапса облако начинает всё быстрее вращаться, что приводит к образованию диска из вещества вокруг экватора молодой звезды. Внутри этого диска и рождаются планеты.

Планеты начинают расти с пылинок, которые сталкиваются и слипаются друг с другом, формируя зародыши планет. Наконец, эти зародыши сталкиваются и сливаются, формируя готовую планетную систему. Вероятно, в нашей Солнечной системе первоначально было не менее 50 небольших каменистых планет, которые сливались и образовали в итоге Меркурий, Венеру, Землю и Марс.

44.Какая форма у Вселенной?

Тут как с Землей: она кажется нам плоской, но из крупномасштабных наблюдений мы знаем, что живем на шаре. Форма Вселенной зависит от общего количества содержащихся в ней вещества и энергии. Они искривляют пространственно-временной континуум, превращая его в нечто подобное либо сфере, либо седлу. Крайне маловероятная третья возможность состоит в том, что Вселенная плоская, как лист. Странно, но именно в пользу плоской Вселенной говорят наши наблюдения. Это значит, что мы просто не видим достаточно большую область Вселенной, чтобы выбрать в пользу какого-то варианта. Так что Вселенная вполне может иметь форму цилиндра или бублика — мы просто этого не знаем.

45.Встречаются ли в космосе состояния вещества, кроме жидкого, твердого и газообразного?

В нашей Галактике встречается, по крайней мере, три других состояния вещества. Они зависят от места, занимаемого электронами, которые обращаются вокруг ядра каждого атома. Первое из этих состояний называют плазмой. Она состоит из атомов, от которых оторваны все электроны или часть из них. Оставшаяся часть атома называется ионом и несет положительный заряд. Смесь ионов и электронов в плазме легко переносит электрические и магнитные поля, и именно в этом состоянии пребывает вещество, из которого состоят звезды. Два других состояния вещества называют вырожденными. Они возникают в мертвых звездах, сжатых гравитацией. Электронное вырожденное вещество встречается в белых карликах, где электроны прижаты очень близко к атомным ядрам. Такое вещество может быть невероятно плотным, но при этом обладает свойствами газа. Радиус белых карликов увеличивается с уменьшением массы. Барионное вырожденное вещество присутствует в нейтронных звездах. Здесь электроны вдавливаются в ядра, где они сливаются с протонами, порождая нейтроны.

46.Как мы узнали, что Вселенная бесконечна, а не просто очень велика?

варп двигатель

Простой ответ состоит в том, что мы не знаем, действительно ли Вселенная бесконечна или просто так велика, что это не укладывается в сознании. Если она бесконечна, то мы можем вечно лететь в выбранном направлении и никогда не вернуться назад. Если же она не бесконечна, то отправившись в такой путь, мы могли бы, в конце концов, вернуться к точке старта из-за того, что Вселенная искривлена и замкнута сама на себя.

Представьте себе Землю. Мы обходим ее кругом и возвращаемся в исходную точку. То же может быть верно и для Вселенной. По такой свернутой Вселенной луч света двигался бы кругами. Это означает, что мы могли бы увидеть небесное тело, посмотрев в противоположном ему направлении, поскольку наши лучи зрения в конце концов встретились бы.

Астрономы проанализировали изображения очень далеких областей Вселенной в поисках знакомых очертаний. Если бы они нашли повторяющиеся картинки, можно было бы рассчитать ее размер. Однако повторений не обнаружено, значит, мы живем в очень большой или бесконечной Вселенной.

Даже если она бесконечна, мы не можем видеть ее целиком, поскольку не бесконечна скорость света. Даже со скоростью 300 000 000 м/с путешествие через Вселенную занимает миллиарды лет. Так что любой путь световых лучей ограничен возрастом нашей Вселенной, который составляет примерно 13,7 млрд лет.

47.Какое небесное тело возникло первым?

Раньше всех небесных тел во Вселенной возникли либо звезды, либо черные дыры.В первом случае это были мегазвезды, возможно, в тысячи раз массивнее Солнца, притягивающиеся друг к другу и формирующие первые галактики. Если же раньше возникли черные дыры, то они могли стать зародышами первых галактик. Часть притягиваемого вещества попадала на орбиты вокруг черных дыр и начинала формировать звезды, составляющие население галактик. Наземные и космические телескопы следующего поколения могут попытаться разглядеть первые небесные объекты в очень далеких областях Вселенной.

48.Как далеко можно заглянуть в космос невооруженным глазом?

Без телескопов мы видим соседние галактики, например Туманность Андромеды, ближайшую к нам крупную спиральную галактику на расстоянии 2,5 млн световых лет. Свет, приходящий к нам оттуда, начал свое движение раньше, чем на Земле появились люди. Кажется, что это далеко, но телескопами обнаружены галактики на расстояниях в 12 и более миллиардов световых лет. Некоторые гамма-всплески видны невооруженным глазом с подобного расстояния, но это кратковременные явления.

49.Что такое антиматерия?

Антивещество — это материя, состоящая из античастиц. Каждая античастица представляет собой своего рода двойника какой-либо элементарной частицы, обладает той же массой, но отличается знаками некоторых характеристик (электрических и «цветовых» зарядов, барионным и лептон-ным квантовыми числами).

Известна проблема так называемой барионной асимметрии Вселенной. Непонятно, почему наш мир состоит почти целиком из обычного вещества и куда делась вся та антиматерия, которая должна была возникнуть при появлении Вселенной. Вероятно, у обычной материи было какое-то преимущество, приведшее к тому, что при аннигиляции (при столкновении вещество и антивещество взаимоуничтожаются, порождая фотоны и иные частицы, отличные от исходных) остались лишь атомы вещества, не подыскавшие себе «антипару».

Детектор частиц AMS (Alpha Magnetic Spectrometer) на борту Международной космической станции следит за антиматерией. Если он обнаружит целый антиатом, это подтвердит, что где-то существуют и антигалактики, антизвезды, антипланеты и, возможно, жизнь из антиматерии.

50.Что такое антигравитация и как ее получить?

Под антигравитацией подразумевают силу, которая отталкивает предметы, а не притягивает их друг к другу, причем сила отталкивания определяется массами каждого из объектов и расстоянием между ними аналогично тому, как это имеет место в случае гравитации. Исключительно притягивающий характер гравитации всегда был загадкой, и мы пока не приблизились к ответу на нее.

Открытие ускоренного расширения Вселенной может свидетельствовать о существовании антигравитационной силы, распирающей пространство, но пока никто не знает, что она собой представляет. Если мы сможем обнаружить антигравитацию, то появится возможность реализовать многие фантастические идеи, такие как антигравитационный двигатель, силовое поле и даже путешествия во времени.