Текст книги "Твиты о вселенной"

Автор книги: Маркус Чоун (Чаун)

Соавторы: Говерт Шиллинг
сообщить о нарушении

Текущая страница: 6 (всего у книги 14 страниц) [доступный отрывок для чтения: 6 страниц]

53. Насколько опасен полет через пояс астероидов?

Известно более полумиллиона астероидов. Большинство из них располагается вокруг Солнца, между орбитами Марса и Юпитера. Звучит так, как будто это место опасное и перенаселенное.

Но не верьте научно-фантастическим фильмам. Средняя дистанция между астероидами сравнима с расстоянием Земля – Луна. Пояс астероидов – это, в основном, пустое пространство.

Кроме того, большинство астероидов малы. Только 200 из них имеют более 100 км в поперечнике. Общая масса всех астероидов составляет всего 4 % от массы Луны.

Тем не менее столкновения в поясе астероидов происходят и создают семейства мелких объектов с подобными орбитами и одинаковым составом.

С 1973 несколько космических аппаратов без проблем пролетали через пояс астероидов. Некоторые даже были направлены к самим астероидам.

Первый астероид, Церера, был открыт Джузеппе Пиацци в 1801. Он был назван «недостающей планетой», которую ожидали найти между Марсом и Юпитером.

Но в течение нескольких лет еще 3 больших «планеты» были обнаружены в той же области: Паллада, Юнона, Веста. В 1840-х количество планет в Солнечной системе достигло 11.

Вскоре были обнаружены сотни тел. Астрономы поняли, что Церера – просто самый большой представитель нового класса: астероидов или малых планет.

Церера, 975 км в поперечнике, является единственным астероидом, который достаточно велик, чтобы приобрести сферическую форму из-за собственной гравитации. Он официально считается «карликовой планетой».

Большинство астероидов – это куски камней или пористые конгломераты из камешков и грязи. Некоторые из них бинарные. Многие имеют одну или даже две маленькие луны.

Космические корабли посетили астероиды: Гаспра ( Gaspra), Ида (Ida)со своей луной Дактиль (Dactyl),Матильда (Mathilde),Брайль (Braille),Эрос (Eros),Аннафранк (Annefrank),Итокава (Itokawa),Штейне (Steins),Веста (Vesta)и Лютеция ( Lutetia).

Космический аппарат НАСА Рассвет (Dawn),запущенный в сентябре 2007 года, вышел на орбиту вокруг Весты в июле 2011. Потом он был перенаправлен к Церере и прибудет туда в 2015.

Астероиды являются остатками от формирования Солнечной системы. Они сопоставимы с планетезималями (от англ. planet– планета и infinitesimal– бесконечно малая) и протопланетами [11]11
  Планетезималь – в теориях происхождения Солнечной системы (и других планетарных систем) – тело размером от нескольких миллиметров до нескольких километров, которое конденсировалось из облака газа и пыли (солнечной туманности) в стороне от того места, где формировалось Солнце. Как только такие тела достигали размера нескольких километров, их гравитационное притяжение позволяло им соединяться друг с другом в ходе процесса, называемого аккрецией, в результате чего образовывались протопланеты. Термин «планетезималь» впервые был использован в «планетезимальной теории», предложенной Форестом Рэем Мультоном и Томасом Чемберленом в начале 1900-х, для обозначения мелких планетных тел, которые считались образованными из вещества, оторванного от Солнца проходящей звездой.


[Закрыть], из которых сформированы планеты земной группы.

54. Действительно ли астероид-убийца уничтожил динозавров?

большинство астероидов, которые вращаются вокруг Солнца, находятся в поясе астероидов между орбитами Марса и Юпитера. Такие небесные тела «главного пояса» не представляют угрозы для Земли.

Тем не менее из-за столкновений и/или гравитационного воздействия со стороны Юпитера некоторые астероиды входят во внутреннюю часть Солнечной системы и могут пересекать орбиту Земли.

Эти околоземные объекты ( near-Earth objects,или NEOs),которые также включают кометы, могут поразить Землю, вызывая глобальные разрушения. Это уже происходило и будет повторяться.

Тунгусский взрыв в Сибири в 1908 повалил 2000 квадратных километров леса. Причиной этому послужил фрагмент кометы размером с пару домов (30 м).

Метеоритный кратер в Аризоне, более километра в поперечнике, образовался под воздействием железного метеорита размером в несколько домов (50 м).

Большие столкновения случаются гораздо реже: 1-км астероиды поражают Землю каждые 500 000 лет или около того; 10-км и более сталкиваются с Землей раз в 100 млн лет.

Динозавры и многие другие виды вымерли 65 млн лет назад. Примерно в то же время Земля была поражена кометой или астероидом 10 км в поперечнике.

Но вымирание необязательно вызвано их воздействием. Оно может быть связано с экстремальным извержением вулканическое лавы, которое создало «Траппы Декан» [12]12
  Траппы плато Декан – крупная магматическая провинция, расположенная на плоскогорье Декан в западной и центральной частях Индии, одно из крупнейших вулканических образований на Земле. Магматическая провинция сложена базальтовыми покровами, толщина которых достигает более 2000 м. Общая площадь траппов составляет около 500 000 км ², а их объем достигает 512 000 км ³. Термин «трапп», который используется в геологии для обозначения подобного типа рельефа, происходит от шведского слова trappa – лестница, так как в районах траппового магматизма местность приобретает вид обширных плоских равнин, расположенных на кровле базальтового покрова или интрузии, разделенных уступами. Такая местность напоминает парадную лестницу. Интересно, что по современным представлениям плато Декан образовалось десятки млн лет назад в результате «вспучивания» земной поверхности от удара астероида с противоположной стороны земного шара в районе Мексиканского залива. Именно эта катастрофа была, вероятно, причиной исчезновения динозавров.


[Закрыть]в Индии.

Тем не менее NEOs представляют реальную опасность. Они могут приводить к глобальным пожарам/цунами. Пыль в стратосферу может экранировать солнечный свет долгие годы.

Выделенные для исследования телескопы сканируют небо на потенциально опасные объекты ( potentially hazardous objects– PHOs).Цель – выявить до 2020 самые опасные PHOsразмером больше 140 м.

При обнаружении астероида-убийцы его орбита может быть изменена с помощью мощной ракеты, близкого ядерного взрыва или гравитационного воздействия массивного космического корабля.

Но нет худа без добра. Вымерев, динозавры оставили млекопитающим обильные ниши для заполнения. Без астероида-убийцы нас, вероятно, не было бы здесь.

55. Действительно ли Юпитер – неудавшееся солнце?

В фильме «2010, Одиссея2» инопланетяне превращают Юпитер во второе солнце, чтобы подать руку помощи жизни, возникающей на Европе, ледяной луне Юпитера.

Но действительно ли Юпитер является неудавшимся солнцем? Как близко он подошел к возникновению ядерных реакций, генерирующих подобный солнечному свет, пылающий в небесах Земли?

Ключевой факт 1: для запуска реакции синтеза гелия из водорода – источника энергии Солнца – требуется температура ядра более 10 млн градусов.

Ключевой факт 2: гравитация гигантского газового шара сжимает его, что приводит к нагреванию. Чем больше масса шара, тем больше его сжатие и температура, до которой он нагревается.

Для достижения температуры около 10 млн градусов требуется масса, эквивалентная примерно 8 % от массы Солнца, или масса 80 Юпитеров.

Таким образом, Юпитер не имеет достаточно больших запасов, чтобы стать вторым Солнцем. Но есть одна особенность…

Юпитер выделяет вдвое больше тепла, чем получает от Солнца (так как ядро медленно сжимается, преобразуя гравитационную энергию в тепловую).

Таким образом, Юпитер не соответствует строгому определению планеты: тела, которое светится не от собственного света/высокой температуры, а из-за отражения света звезды.

Как же инопланетяне в фильме 2010делали Юпитер солнцем? Поскольку сила тяжести направлена только внутрь, она должна была сжимать их снаружи.

Юпитер – 5-я по счету планета от Солнца. Она имеет 143 000 км в поперечнике на экваторе. Таким образом, Юпитер – это самая большая планета в Солнечной системе.

Каждые 11,86 лет Юпитер делает полный оборот вокруг Солнца. Несмотря на расстояние в 778,5 млн км от Солнца, это самая яркая планета в ночном небе после Венеры.

56. Изменяется ли внешний вид Юпитера?

Юпитер – это газовая планета. В основном она вся состоит из атмосферы. То, что вы видите снаружи, является структурой облаков. Она очень динамичная и всегда изменяющаяся.

Быстрое вращение планеты стягивает облака в пояса и группы: Юпитер совершает один оборот вокруг своей оси за 9 ч 55 мин, что соответствует 45 300 км/ч на экваторе.

Малый телескоп показывает два темных пояса облаков по обе стороны от экватора. Но даже они непостоянны: в 2010 южный пояс исчез.

Большое Красное Пятно (Great Red Spot – GRS)видно даже в небольшой телескоп. Это гигантская антициклоническая штормовая система, частично входящая в южный экваториальный пояс.

Впервые GRSбыло описано Робертом Хуком в 1664. Непрерывные наблюдения начались с первой половины XIX в. Размер и цвет GRSизменяются.

Его средние размеры – 30 000 х 13 000 км, что вдвое больше, чем Земля. Цвет GRSобычно оранжево-розоватый, но может изменяться от очень бледного до насыщенного оранжевого/красного.

GRSобращается против часовой стрелки за 6 дней. Вершины облаков в центре холоднее и на ~8 км выше, чем их окружение. Ветры развивают скорость до 450 км/ч.

Почему облака красного цвета, неизвестно. Возможно, это связано с органическим фосфором или серой их в составе, поднимаемыми с нижних слоев атмосферы Юпитера.

Большие телескопы/космические зонды показывают также более мелкие пятна: белые овалы. Некоторые из них сливаются и растут в течение долгого времени. В будущем они могут сформировать новые Красные Пятна.

В июле 1994 фрагменты сгоревшей в атмосфере Юпитера кометы Шумейкера-Леви создали темные пятна, которые исчезли с течением времени.

В последние годы астрономы-любители заметили дополнительные временные темные пятна и внезапные яркие вспышки, вероятно, связанные с космическими воздействиями.

Подводим итог: создавать карту Юпитера бессмысленно, так как планета никогда не выглядит одинаково. Но большинство изменений трудно увидеть в малом телескопе.

Космический корабль НАСА Юнонадолжен прибыть на Юпитер в июле 2016. Он изучит постоянно изменяющуюся атмосферу подробно.

57. Что особенного в лунах Юпитера?

4 гигантских луны Юпитера видны в малый телескоп. Они были обнаружены Галилео из Падуи в 1610 и названы «Галилеевыми лунами».

Это открытие обнаружило еще одно тело, вокруг которого вращаются другие тела. Тем самым была окончательно разрушена проповедуемая церковью идея, что Земля – центр космоса.

Гигантские луны Юпитера впервые позволили произвести точную оценку скорости света, хотя она в миллион раз больше, чем скорость звука.

В 1676 Оле Кристенсен Рёмер заметил, что луны прошли позади Юпитера на 22 минуты позже, чем когда Земля была за Солнцем по отношению к Юпитеру.

22 минуты – время, необходимое свету для пересечения орбиты Земли. Зная это расстояние, Рёмер получил для скорости света 225 000 км/с. Современное значение 300 000 км/с.

Одна Галилеева луна, Ио, является самым горячим телом в Солнечной системе. Интересно, что она испускает даже больше тепла на единицу объема, чем Солнце.

Если вы будете постоянно сжимать мяч для сквоша, то он станет горячим. По этой же причине Ио такая горячая. Только огромная гравитация Юпитера способна так ее сжимать.

Ио является самым активным телом в Солнечной системе. Ее внутренность расплавлена, а поверхность усеяна вулканами. Ио выбрасывает 10 млрд тонн вещества в космос за год.

На самом деле на Ио есть гейзеры, а не вулканы. Извергающее на сотни километров в космос вещество не является лавой. Это перегретый газ диоксида серы.

Вторая гигантская луна, Европа, является крупнейшим ледяным катком в Солнечной системе. Возможно, самый большой океан в Солнечной системе не на Земле, а подо льдом на Европе.

Европа, как и Ио, сжимается и растягивается под действием силы тяжести Юпитера. Возникающее тепло плавит ее внутренние льды. Под 10-км слоем льда находится океан глубиной 100 км.

Европа является самым удивительным телом в Солнечной системе. Хотя океан под ее льдами совершенно темный, жизнь, как и на Земле, может существовать вокруг вулканических кратеров на дне моря.

Третья Галилеева луна, Ганимед, является крупнейшим спутнике в Солнечной системе. Он имеет 5262 км в поперечнике. Таким о разом, он даже больше, чем планета Меркурий.

Внешняя большая луна, Каллисто, единственный из спутников, расположенных вне смертельных радиационных поясов Юпитера. Если люди захотят изучать систему Юпитера, это будет идеальной базой.

58. Может ли Сатурн плавать в воде?

Подобно Юпитеру, Сатурн является гигантской газовой планетой, но меньшего размера: 120 500 км. Сатурн обращается вокруг Солнца за 29,5 лет, находясь от него на расстоянии 1,4 млрд км.

В древние времена Сатурн был самой отдаленной из известных планет с медленным движением. Он был назван в честь римского бога, сына Земли и Неба, отца Юпитера.

Сатурн более всего известен своей потрясающей системой колец, наблюдаемой даже в небольшой телескоп. Эти кольца впервые были обнаружены (но не признаны таковыми) Галилеем, 1610.

Истинная природа колец была установлена в 1655 голландским ученым Христианом Гюйгенсом, который также обнаружил крупнейшую луну Сатурна, Титан.

Сатурн, в отличие от Юпитера, имеет наклонную ось (27°) и времена года. Тень от кольца в зимнем полушарии усиливает сезонные вариации температур.

Сатурн расположен дальше от Солнца, чем Юпитер. Поэтому он холоднее. Из-за этого облака образуются глубже в атмосфере и менее заметны, что делает планету безликой.

Исключения: в 1933 г. английский комик/астрономом-любитель Уилл Хэй (Will Hay)увидел Большое Белое Пятно; совсем недавно на Сатурне была обнаружена гигантская буря (в декабре 2010).

На северном полюсе Сатурна наблюдается таинственный, шири ной 25 000 км, гексагональной формы «ураган» [13]13
  Облака на северном полюсе Сатурна образуют шестиугольник – гигантский гексагон. Впервые это было обнаружено во время пролетов Вояджераоколо Сатурна в 1980-х, подобное явление никогда не наблюдалось ни в одном другом месте Солнечной системы. Странная структура облаков показана на инфракрасном изображении, полученном обращающимся вокруг Сатурна космическим аппаратом «Кассини» в октябре 2006 г. Изображения показывают, что шестиугольник оставался стабильным все 20 лет после полета Вояджера. Фильмы, показывающие северный полюс Сатурна, демонстрируют сохранение гексагональной структуры облаков во время их вращения.


[Закрыть]. Он был обнаружен космическим аппаратом Кассини,который находится на орбите с 2004.

Быстрое вращение Сатурна – один оборот за 10 ч 39 мин – делает его «талию» выпуклой. Полярный диаметр Сатурна составляет 90 % от экваториального. Ветры на этой планете такие быстрые, что достигают 1800 км/ч.

Сатурн в основном состоит из легких газов: водорода/гелия. Планета весит в 95 раз больше Земли. Ее средняя плотность составляет всего 0,69 г/см ³.

Плотность сравнима с таковой для древесины вяза. Таким образом, если вы сможете найти достаточно большой водоем, Сатурн будет плавать в нем.

59. Насколько тонки кольца Сатурна?

Ответ: они невероятно тонкие. Кольца Сатурна, несмотря на протяженность более чем 100 000 км от внутреннего к внешнему краю, могут иметь толщину всего 20 м.

Другими словами, если кольца сократить до 1 км в диаметре, они будут тоньше, чем острое лезвие бритвы.

Галилей был гигантом в истории науки. Он говорил, что одна и та же причина объясняет регулярные колебания маятника и падение всех тел. Но неудача в его научной карьере случилась…

…когда в 1610 он направил новомодный телескоп на Сатурн и заявил, что это была… «планета с ушами».

В следующем году Галилей решил, что у Сатурна две больших луны: по одной с каждой стороны. Но позже луны исчезли. Галилей умер, сбитый с толку.

Тайна была раскрыта только в 1655, когда Христиан Гюйгенс рассмотрел Сатурн в большой телескоп и заключил, что планета опоясана системой колец.

Когда Сатурн вращается вокруг Солнца, мы видим с Земли кольца изменяющими ориентацию: будучи повернуты ребром, они исчезают. Когда находятся под углом, они действительно похожи на уши.

В 1858 Джеймс Клерк Максвелл доказал, что если кольца твердые или жидкие, они не могут быть стабильными. Должно быть множество независимых частиц на орбите.

Частицы на 99 % состоят из водяного льда, что объясняет яркость колец. Несмотря на типичный размер в 1 см, размеры частиц колеблются от величины зернышка пыли до размера дома.

Полагают, что кольцам около 400 млн лет и они образовались, когда 250-км ледяная луна подошла слишком близко к Сатурну и была разрушена.

В начале 1980-х космический корабль НАСА Вояджеробнаружил, что кольца Сатурна на самом деле состоят из тысяч и тысяч узки) колечек.

В реальности Сатурн не имеет колец вообще – у него есть не сколько спиралей, подобных канавкам на старых виниловых пластинках.

Колебания обломков обусловливают «спиральные волны плотности», движущиеся наружу. При прохождении сжатых частиц они создают «временные» колечки.

Спиральные волны плотности также создают «спиральные рукава» Млечного Пути. Удивительно, что кольца Сатурна являются просто уменьшенной версией спиральной галактики.

60. Мог бы я плавать на Титане?

Титан, открытый Христианом Гюйгенсом в 1655, является крупнейшим спутником Сатурна и вторым по величине спутником в Солнечной системе. Он больше, чем планета Меркурий.

В 1944 Джерард Купер обнаружил на Титане метан. Это, определенно, является доказательством наличия атмосферы. Титан – единственная планетарная луна с реальной атмосферой.

Космический корабль Вояджеробнаружил, что атмосфера этой планеты очень плотная. Главный ее элемент – азот. Слои тумана, состоящего из органических молекул, закрывают поверхность от наблюдателя.

Атмосфера титана напоминает атмосферу древней Земли. Давление на поверхности в 1,45 раз больше земного. Однако температура на Титане намного ниже: -180 °C.

14 января 2005 европейский зонд Гюйгенссовершил мягкую посадку на Титан. Он обнаружил, что лед играет роль твердой породы, а жидкий метан – роль воды.

Космический корабль Кассинис использованием радара создал карту значительной части Титана. Были найдены озера жидкого метана и этана и доказательства бурь с метановыми дождями.

В Солнечной системе только Титан и Земля обладают жидкой поверхностью. Поэтому да: вы можете плавать там. Однако это было бы не очень полезно для здоровья.

Интересен также небольшой ледяной спутник Сатурна Энцелад; (500 км). Он имеет водные гейзеры, лед и пыль, что указывает на наличие подповерхностного океана.

Маленькие внутренние спутники с помощью своей гравитации создают систему колец Сатурна. Лучший пример: щель Кассини шириной 4700 км, образовавшаяся под действием гравитации Мимаса.

Многие еще меньшие кольцевые структуры, такие как узкие F-кольца и небольшие щели, возникли из-за гравитации малых соседних спутников или собственных лун.

Япет – странный двуликий Янус с темным и светлым полушариями. Гигантский экваториальный хребет, возможно, образовало под влиянием вещества колец.

Маленькая Феба (230 км), вероятно, является «кентавром»: объектом пояса Койпера, захваченным гравитацией Сатурна за пределами орбиты Нептуна.

Гиперион (328 км) – это странный, очень пористый объект, состоящий в основном из замерзшей воды. Он напоминает губку: пустое пространство составляет около 40 % его объема.

61. Почему Уран лежит на боку?

Так как все планеты родились из диска, вращающегося вокруг новорожденного Солнца, они должны вращаться вокруг вертикальной оси с экваторами, совпадающими с плоскостями их орбит.

Но есть два исключения: перевернутая Венера, вращающаяся в противоположном направлении по отношению к орбитальному движению, и Уран, который вращается, «лежа на боку».

Уран обращается вокруг Солнца за 84,3 года: он повернут северным полюсом к Солнцу и 42 года получает солнечный свет; затем полюса меняются, и наступают 42 года темноты.

Вопрос: почему Уран походит на упавшее сверху тело? Ответ: возможно, он был опрокинут столкновением с большим телом (Луна Земли появилась в результате подобного удара).

Проблема теории: спутники Урана, вращаясь вокруг его экватора, наклонены вместе с планетой. Трудно представить себе воздействие, которое наклонило бы и Уран, и его спутники.

В 2009 Гвенэл Буэ ( Gwenael Boué)и Жак Ласкар (Jacques Laskar)из Парижской обсерватории предложили альтернативную теорию.

Гравитация обломков диска, циркулирующих вокруг новорожденного Солнца, могла вызвать колебания при вращении новорожденного Урана или прецессию, как у вращающегося волчка.

Если у планеты когда-то была гигантская луна с массой, составляющей 0,1 % от массы планеты, колебания, в итоге, могли стать настолько сильными, что это опрокинуло бы планету на бок.

Но где же эта гигантская луна? Буэ и Ласкар предполагают, что она была похищена! Точнее, эти ученые говорят о трении между протопланетным диском и Ураном….

…вызвавшем «мигрирование» планеты через диск. Если это было так, то Уран прошел вблизи другой планеты-гиганта, чья гравитация захватила его луну.

Эта теория может показаться неправдоподобной. Однако для астрономов долгое время оставалось загадкой то, что только Уран – одна из четырех гигантских планет Солнечной системы – не имеет большой луны.

Кстати, Уран – самая близкая от нас планета, которая не была известна древним. Уильям Гершель обнаружил ее, находясь в собственном саду, Бат, Англия, 1781.

Гершель, немецкий иммигрант, назвал планету «Звездой Георга» в честь короля Георга III. Французы возразили. Немцы предложили название «Уран».

Открытие Гершеля удвоило известный размер Солнечной системы. У Урана, который в диаметре в 4 раза больше Земли, орбита приблизительно в 20 раз дальше от Солнца, чем у Земли.

Уран, несмотря на его положение на боку, довольно уныл и невыразителен. Большинство астрономов назвали его «самой скучной планетой».

62. Всегда ли Нептун был самой удаленной планетой?

Фактически Нептун был открыт и описан Галилео Галилеем в 1612. Он обнаружил его близко к Юпитеру, но ошибочно принял за звезду.

Существование планеты предполагали из-за необычной орбиты Урана. Она была вытянута невидимой планетой. Местоположение было рассчитано из законов тяготения Ньютона.

Вычисления выполнили в середине 1840-х Джон Куч Адамс в Англии (приближенно) и Урбен Леверье во Франции (более точно).

23 сентября 1846 Йохан Галле в Берлине обнаружил недостающую планету близко к тому положению, которое предсказал Леверье. Она была названа Нептуном в честь римского бога моря.

Первым (и единственным) космическим кораблем, посетившим Нептун, был Вояджер 2от НАСА, 25 августа 1989. Он обнаружил новые луны и темные узкие кольца вокруг планеты.

Нептун, как и Земля, имеет голубой цвет. Такая окраска возникла из-за атмосферного метана. На планете бушуют сильные ветры, гигантские штормы, а облака тонкие, подобные перистым.

Нептун, имеющий 49 530 км в поперечнике, является самым маленьким из 4 гигантских планет. Он обращается вокруг своей оси за 16 ч 07 мин. Нептун находится в 4,48 млрд км от Солнца и совершает оборот вокруг него за ~165 лет.

Самая большая луна Нептуна – Тритон – найдена Ласселлом в 1846. Ее орбитальное движение противоположно направлению вращения Нептуна. Вероятно, этот объект, подобный Плутону, был захвачен из пояса Койпера.

Нептун в настоящее время – наиболее удаленная планета в Солнечной системе. Однако так было не всегда – по трем причинам…

1. В древности Сатурн был самой отдаленной из известных планет.

2. До августа 2006 Плутон, находящийся дальше всего от Солнца, считался планетой (Плутон был открыт в 1930).

3. Компьютерное моделирование показывает, что притяжение «мигрирующего» Юпитера, возможно, заставило Уран и Нептун поменяться местами после рождения Солнечной системы.