Солнце
Обсерватория солнечной динамики НАСА постоянно наблюдала за звездой с 1 января 2015 по 28 января 2016, и теперь смонтировала это видео, в котором мы можем в деталях рассмотреть, как Солнце провело весь прошлый год. Обсерватория делает снимок Солнца каждые 12 секунд на 10 различных длинах волн. Изображения на видео зафиксированы на длине волны в 171 ангстрем. В ролике заметно, что Солнце слегка увеличивается и уменьшается в размерах. Это происходит от того, что расстояние между спутником обсерватории и Солнцем в течение года не остается постоянным.
Учёные НАСА и Университета Джонса Хопкинса работают над созданием космического зонда, который должен буквально прикоснуться к поверхности Солнца. Солнечный зонд Solar Probe Plus, который уже строится, будет стоить 1,5 миллиарда долларов и пронесёт через солнечную корону массу датчиков, которые, надеются учёные, выдержат высокие температуры, чтобы собрать данные для последующего научного использования.
Журнал Forbes приводит слова исследователя Ральфа Макнатта из Университета Джонса Хопкинса:
«При очень близком подходе к поверхности Солнца — всего 3,8 миллиона миль – зонд будет подвергаться солнечному излучению в 475 раз большему, чем на Земле.
Собранные данные будут записываться на специальные регистраторы для последующей передачи на Землю с помощью антенны с высоким коэффициентом усиления.
Система тепловой защиты зонда состоит из многих слоёв специальной углеродной пены и составляет 8 футов в диаметре».
Солнечный зонд строится специалистами НАСА при содействии Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса и учёных из других университетов и институтов. Зонд планируется запустить в 2018 году, и это стало возможным, благодаря последним научным инновациям, которые позволяют создавать компоненты космических аппаратов, способные функционировать, даже касаясь поверхности Солнца.
источник
Солнце погибнет вовсе не в результате взрыва — оно будет меняться постепенно, пока не будет разрушено. Мы оформили описание этого процесса в увлекательную подборку.
1. Примерно через 1,1 млрд лет Солнце начнёт меняться. Поскольку водородное топливо в ядре будет израсходовано, горение будет происходить, в основном, на поверхности, из-за чего звезда станет светить намного ярче, и возросшее излучение окажет разрушительное воздействие на нашу планету.
Средняя температура поверхности Земли повысится примерно до 75°С. Океаны испарятся и планета станет безжизненной пустыней.
2. Когда Солнце использует весь водород для создания энергии, оно преобразует его в гелий, и в конце концов, гелия станет намного больше. Гелий — элемент неустойчивый, поэтому он начнёт разрушаться. Ядро Солнца станет еще плотнее и горячее, звезда увеличится в объёме в полтора раза и станет вдвое ярче, чем сейчас.
В течение следующих 700 млн лет оно будет продолжать расти, а после этого немного остынет. С пустынной поверхности Земли Солнце будет выглядеть как огромный оранжевый шар, висящий в туманном небе.
3. В возрасте около 1,2 млрд лет Солнце потеряет примерно четверть массы, и тогда изменятся орбиты планет: Венера окажется примерно на той же орбите, где сейчас Земля, а сама Земля отодвинется ещё дальше.
4. В конце концов, Солнце превратится в красного гиганта — увеличится примерно в 166 раз, и его «корона» достигнет того места, где раньше как раз была орбита Земли. Меркурий и Венера к этому моменту уже будут поглощены светилом. На Земле же станут плавиться и течь горы, и образуются колоссальные раскалённые потоки и моря лавы. Огромное красное Солнце затмит половину неба.
5. Хотя «внутренние» планеты неизбежно погибнут, на отдалённых мирах может зародиться жизнь. Например, расплавятся льды спутника Юпитера Европы, да и Плутону наконец-то хватит солнечного света и тепла.
6. Когда солнце достигнет своего максимального размера, его ядро раскалится до температуры 100 млн °С, и это вызовет синтез гелия. Атомы гелия начнут разрушаться, выделится колоссальное количество энергии. Солнце опять начнёт уменьшаться в размерах, хотя первоначального уже никогда не достигнет. Это будет продолжаться в течение следующих 110 млн лет. После этого, в результате ядерной реакции, появятся новые элементы — кислород и углерод. Когда их накопится в ядре Солнца достаточно много, оно снова вдвое увеличится в размерах. Наконец, снова останется гелиевое ядро, углерод и кислород разрушатся, но энергии хватит, чтобы началась непосредственно гибель.
7. Солнце будет неуклонно увеличиваться в размерах, пока гелия и водорода уже не останется. Оно станет в 180 раз больше и в тысячи раз ярче, чем сейчас. Огромное количество вещества будет выброшено в космос, и почти половина массы будет потеряна. Внутренние планеты к тому времени станут не более, чем воспоминанием.
8. Тонкая оболочка оставшегося гелия, окружающего углеродно-кислородное ядро, будет нестабильной, и Солнце начнёт пульсировать, теряя при каждом импульсе всё больше массы, пока не останется только ядро — сфера размером примерно с Землю. Она будет очень горячей, но это — всего лишь остаточное тепло. Ядро будет становится холоднее, пока не остынет окончательно.
источник
Масса солнца превышает массу нашей планеты примерно в 333000 раз и производит такое же количество энергии, как 100 миллиардов водородных бомб каждую секунду. Гигантская масса делает эту звезду доминирующей силой тяготения во всей Солнечной Системе, надежно фиксируя все восемь планет на своих орбитах. В то же время, энергия солнца обогревает Землю в необходимой мере для того, чтобы появился катализатор жизни — вода.
Но что будет, если солнце вдруг возьмет и исчезнет? Многие люди не могут даже представить себе подобную ситуацию. Тем не менее, поставленная проблема не так глупа, каковой кажется на первый взгляд. По крайней мере, этим мысленным экспериментом не пренебрег сам Альберт Эйнштейн — ну а мы, основываясь на его выкладках, попробуем рассказать вам, что на самом деле случится с Землей, если вдруг погаснет звезда.
Гравитация
Перед тем, как вопросом задался Эйнштейн, ученые полагали, что гравитация изменяется мгновенно. Если бы это и в самом деле было так, то исчезновение солнца моментально послало бы все восемь планет в бесконечное путешествие по темным глубинам галактики. Но Эйнштейн доказал, что скорость света и скорость гравитации распространяются одновременно — а это значит, мы будем еще целых восемь минут наслаждаться обычной жизнью, прежде чем осознаем исчезновение Солнца.
Вечная ночь
Солнце может и просто потухнуть. В этом случае, человечество не останется в полной темноте, на заполненной отчаявшимися безумцами планете. Звезды все еще будут светить, заводы работать, а люди, вполне возможно, не начнут поджигать костры инквизиции еще десяток лет. Зато остановится фотосинтез. Большинство растений умрет в течение нескольких дней — но это не то, что должно беспокоить нас больше всего. Средняя температура Земли упадет до -17 градусов по Цельсию уже через неделю. К концу первого года, наша планета начнет переживать новый ледниковый период.
Остатки жизни
Конечно, большая часть жизни на Земле свое существование прекратит. Меньше, чем за месяц, погибнут практически все растения. Большие же деревья смогут продержаться еще несколько лет, так как они обладают большими запасами питательной сахарозы. Зато ничего не будет грозить некоторым микроорганизмам — так что, формально, жизнь на Земле сохранится.
Выживание людей
Но что же случится с нашим видом? Профессор астрономии Эрик Блекман уверен: мы вполне сможем выжить и без Солнца. Это произойдет благодаря вулканическому теплу, которое можно будет использовать и для обогрева жилищ, и в промышленных целях. Лучше всего жить будет в Исландии: люди здесь уже сейчас обогревают дома с помощью геотермальной энергии.
Бесконечное путешествие
Но хуже всего, что отсутствие Солнца сорвет нашу планету с привязи и отправит в долгое, долгое путешествие. Планета ринется на поиски приключений — и, скорее всего, найдет их с легкостью. К сожалению, для нас это закончится не очень хорошо: малейшее столкновение с другим объектом вызовет огромные разрушения. Но есть и более позитивный сценарий: если планету отнесет в сторону Млечного Пути, то Земля вполне может найти себе новую звезду и стать на новую орбиту. В таком, невероятно маловероятном случае, долетевшие люди станут первыми космонавтами, преодолевшими столь значительное расстояние.
источник
Каждая планета нашей солнечной системы делает полный оборот вокруг Солнца за определенный промежуток времени.
Это время можно пересчитать на земные годы, а чтобы было более наглядно — продемонстрировать движение в гифках. Уран и Нептун придется ждать долго.
Меркурий
Венера
Земля
Марс
Юпитер
Сатурн
Уран
Нептун
источник
Солнечное затмение — самый величественный природный феномен, доступный жителям Земли.
Веками оно считалось предзнаменованием бед и напастей, но на деле принесло человеку и много хорошего. Интересно также, как затмение влияет на нас.
Начала физики
В Древнем Китае во время солнечного затмения было принято бить в барабаны, дабы устрашить голодного дракона, пожирающего светило; метод хорош тем, что всегда срабатывал. Патрик Мур. «Астрономия». Наша звезда примерно в четыреста раз больше Луны и почти во столько же раз дальше. Случайная игра мироздания (или, как полагают многие, Промысел Божий) породила диво, недоступное зрителям с поверхности других тел солнечной системы: периодическое прохождение диска спутника точно между светилом и планетой. Мотивация древних учёных исследовать этот феномен была как никогда высока: в императорском Китае придворный астролог за ошибку в расчётах даты очередного светопреставления мог поплатиться жизнью. Наблюдения за движением небесных тел, попытки предсказать будущие затмения, выявив законы небесной механики, и легли в основу астрономии, благодаря которой были открыты многие постулаты физики. Причём не только классической ньютоновской, но и современной: в 1919 году экспериментальная проверка Общей теории относительности, разработанной Эйнштейном четырьмя годами ранее, состоялось именно во время полного затмения. Величина искривления в гравитационном поле Солнца проходящих вблизи него световых лучей других звёзд (в обычной ситуации не видимых за ярким блеском светила) практически совпала с расчётной.
Помощник историка
«Тогда Игорь воззрел на светлое солнце, и вид от него покрыл воинов тьмою…». «Слово о полку Игореве». Находись Луна, Земля и Солнце в одной плоскости, затмения происходили бы при каждом новолунии. Однако орбита естественного спутника наклонена по отношению к земной под углом около 5°, и, вдобавок, является не округлой, а эллиптической, поэтому полное исчезновение светила в одной и той же местности происходит лишь раз в 200-300 лет. Что открывает для историков прекрасную возможность, опираясь на неизменные законы небесной механики, точно датировать то или иное событие: светопреставление во все времена было явлением неординарным, и хронисты о нём обязательно упоминали, особенно если за знамением следовали великие потрясения. Вот почему одним из первых событий русской истории, датированным с точностью до суток, является знаменитый поход Игоря Святославича на половцев. Затмение, отмеченное во многих летописях и в «Слове о полку Игореве», 1 мая 1185 года покрыло тенью огромные евразийские пространства от Великого Новгорода до Южного Урала. Для Северского Донца, где тогда находилась княжеская дружина, величина покрытия солнца составила около 0,8. Как нетрудно понять, по обе стороны от зоны полного затмения оно воспринимается наблюдателями в виде частичного или кольцеобразного.
Береги глаза
«Вероятность густой облачности прямо пропорциональна расстоянию, на которые вы уезжаете, чтобы увидеть солнечное затмение». Законы Мерфи.
Ежегодно солнечные затмения происходят от 2 до 5 раз, из которых не более двух являются полными или кольцеобразными (когда Луна отстоит от Земли «дальше, чем нужно», и видимого диаметра диска не хватает для стопроцентного покрытия). В среднем каждый век случается 237 затмений, из коих лишь порядка трети — полные. Однако поскольку большую часть поверхности планеты занимают океаны или малонаселённая суша, увидеть такой феномен — задачка не из лёгких. Но что делать, если вы всё-таки попали в лунную тень? Взгляд на Солнце в окуляр телескопа, бинокля или камеры (до наступления фазы полного затмения) может привести к необратимой потере зрения! Обычные чёрные очки тоже не помогут безбоязненно узреть светило во время касания Луны: здесь нужен светофильтр, аналогичный маске сварщика. Публикуемые кое-где советы о самостоятельном изготовлении противосолнечных фильтров из старой фотоплёнки следует воспринимать с осторожностью: защищает глаза именно слой серебра на проявленной чёрно-белой плёнке (наносимый далеко не на все её марки), да и в век цифрового фото эти милые реликты вышли из широкой продажи… Впрочем, саму фазу полного затмения, когда видна корона Солнца, можно безбоязненно наблюдать невооружённым глазом. Если светопреставление застало вас за рулём, имеет смысл остановиться и переждать, благо, максимальная продолжительность явления — не более 8 минут, а обычно — гораздо меньше.
Не во вред здоровью
«Как появится — прячемся, а без него — плачемся».
Народная загадка о Солнце.
Считается, что испуганные внезапно наступившей тьмой животные могут впасть в панику, птицы — потерять ориентацию в пространстве и перестать петь. Да и психически неустойчивый человек, особенно если заранее не предупреждён о феномене, испытает нервное потрясение. Впрочем, это именно внешний эмоциональный отклик на нерядовое событие; достоверных сведений о серьёзных помехах нашему здоровью нет (за исключением уже упомянутой опасности повреждения глаз). Во время полного покрытия в августе 2008 года, неофициальной «столицей» которого стал Новосибирск, Геннадий Онищенко (на тот момент — главный государственный санитарный врач РФ) утверждал, что число инсультов и инфарктов во время и после явления не увеличивается. Академическая наука также не отмечает какого-либо влияния на самочувствие человека или функционирование техники: не следует путать затмение и вызываемые солнечной активностью магнитные бури. В то же время ряд медицинских исследований свидетельствуют, что в течение часа после затмения у гипертоников поднимается артериальное давление, сужаются сосуды, сердце бьётся учащённо. Впрочем, вызваны ли эти эффекты влиянием феномена, или общим волнением пациента, подогреваемым давними суевериями, сказать пока сложно. В конце концов, согласно канонам восточной медицины, Солнце посылает нам положительную энергию, а Луна, наоборот, её забирает. Вдобавок, во время затмения эти два небесных тела оказываются на одной линии, их гравитационное влияние на Землю максимально, мощь океанских приливов и отливов достигает пика. Так что светопреставление определённо влияет на эмоциональных и метеозависимых людей. Не даром и врачи, и астрологи советуют не предпринимать ничего значительного и избегать физической активности в соответствующие дни.
Дар Гелиоса
«Лучший спецэффект в моей жизни». Артемий Лебедев, очевидец полного затмения 2008 года в Новосибирске.
При фазе полного затмения с Земли в оптическом диапазоне можно видеть хромосферу, или, как её поэтически называют, корону Солнца, не различимую в обычных условиях. Одним из первых такое научное наблюдение произвёл Пьер Жансен, в затмение 18 августа 1868 года направивший спектроскоп на солнечный протуберанец. Очень скоро французский астроном заметил спектральную линию нового, дотоле неизвестного химического элемента, впоследствии названного в честь древнегреческого бога Солнца — гелием. Примечательно, что на Земле этот лёгкий газ, один из самых распространённых во вселенной после водорода, был получен лишь в 1895 году, через 27 лет после открытия.
Будущее
Как известно, орбита Луны постепенно удаляется от нашей планеты. Через миллионы лет Селена станет просто яркой точкой на небосводе, а наблюдать полные затмения с поверхности Земли станет невозможно! Так что нам остаётся лишь радоваться величественной игре природы и ждать: ближайшее стопроцентное затмение над Москвой ожидается 16 октября 2126 года.
Источник
Представьте, что было бы, если бы люди, как растения, могли питаться напрямую солнечной энергией. Это определённо облегчило бы нам жизнь: бесчисленные часы, потраченные на покупку, приготовление и поедание пищи можно было бы потратить на что-нибудь другое. Чрезмерно эксплуатируемые сельскохозяйственные земли вернулись бы к природным экосистемам. Резко упали бы уровни голода, недоедания и болезней, распространяющихся через пищеварительный тракт.
Однако люди и растения уже сотни миллионов лет не имеют общего предка. Наша биология кардинально отличается почти во всех аспектах, поэтому может показаться, что нет способа спроектировать человека так, чтобы он мог осуществлять фотосинтез. Или же это всё-таки возможно?
Эту проблему тщательно изучают некоторые специалисты по синтетической биологии, которые даже пытались создать собственных растительно-животных гибридов. И хотя мы пока далеки от создания способного к фотосинтезу человека, в результате нового исследования был обнаружен интригующий биологический механизм, который может поспособствовать развитию этой зарождающейся области науки.
Elysia chlorotica — животное, способное осуществлять фотосинтез подобно растениям
Недавно представители Морской биологической лаборатории, расположенной в американской деревне Вудс Холл, сообщили, что учёные разгадали секрет Elysia chlorotica — бриллиантово-зелёного морского слизня, который выглядит, как лист растения, питается солнцем, как лист, но фактически является животным. Оказывается, Elysia chlorotica поддерживает такой яркий окрас, употребляя водоросли и забирая себе их гены, обеспечивающие фотосинтез. Это единственный известный экземпляр многоклеточного организма, присваивающий ДНК другого организма.
В своём заявлении соавтор исследования, почётный профессор Южно-Флоридского университета Сидни К. Пирса сказал: «На Земле невозможно такое, чтобы гены водорослей действовали внутри клетки животного. И всё-таки это происходит. Они позволяют животному получать питание от солнца». По словам учёных, если бы люди захотели взломать собственные клетки, чтобы сделать их способными к фотосинтезу, для этого можно было бы использовать подобный механизм.
Что касается солнечной энергии, можно сказать, что люди миллиард лет двигались в неправильном эволюционном направлении. По мере того, как растения становились тонкими и прозрачными, животные становились толстыми и светонепроницаемыми. Растения получают свою небольшую, но постоянную долю солнечного сока, оставаясь при этом на одном месте, но людям нравится двигаться, и для этого им необходима богатая энергией пища.
Если взглянуть на клетки и генетический код человека и растения, окажется, что мы не такие уж и разные. Эта поразительная схожесть жизни на её фундаментальных уровнях позволяет происходить таким необычным вещам, как кража фотосинтеза животным. Сегодня, благодаря развивающейся области синтетической биологии, у нас может получиться воспроизвести такие явления за одно эволюционное мгновение, благодаря чему биопанк-идеи о создании фотосинтезирующих участков кожи кажутся менее фантастическими.
По словам Пирса, «обычно, когда гены одного организма переносят в клетки другого — это не срабатывает. Но если это работает, это может в одночасье изменить многое. Это как ускоренная эволюция».
Морские слизни — не единственные животные, способные осуществлять фотосинтез через симбиотические отношения. Другими классическими примерами таких существ являются кораллы, в клетках которых хранятся фотосинтетические динофлагелляты, а также саламандра пятнистая, использующая водоросли для снабжения своих эмбрионов солнечной энергией.
Однако морские слизни отличаются от подобных животных тем, что они нашли способ исключить посредников и совершать фотосинтез только для себя, поглощая хлоропласты из водорослей и покрывая ими стенки своего пищеварительного тракта. После этого гибрид животного и растения может месяцами жить, питаясь только солнечным светом. Но до сих пор загадкой оставалось, как именно слизни поддерживают свои краденые солнечные фабрики.
Теперь Пирса и другие соавторы исследования нашли ответ на этот вопрос. Похоже, что слизни не только воруют у водорослей хлоропласты, но ещё и крадут важные коды ДНК. В статье, опубликованной в журнале The Biological Bulletin, значится, что поддерживать работу солнечных машин ещё долгое время после поедания водорослей слизням может помогать ген, который кодирует фермент, используемый для починки хлоропластов.
В природе генетическая экспроприация может быть редким явлением, но в лабораториях учёные экспериментируют с ней на протяжении уже многих лет. Перенося гены из одного организма в другой, люди создали множество новых форм жизни: от кукурузы, производящей собственные пестициды, до светящихся в темноте растений. С учётом всего этого, настолько ли безумно предположение, что нам стоит последовать примеру природы и наделить животных — или даже людей — способностью к фотосинтезу?
Биолог, дизайнер и писатель Кристина Агапакис, получившая в Гарварде докторскую степень в области синтетической биологии, провела много времени размышляя над тем, как создать новый симбиоз, при котором животные клетки были бы способны фотосинтезировать. По словам Агапакис, миллиарды лет назад предки растений вобрали в себя хлоропласты, которые были свободноживущими бактериями.
Как рассказала Агапакис, проблема создания питающегося солнцем организма состоит в том, что для поглощения достаточного количества солнечного света необходима поверхность с очень большой площадью. С помощью листьев растениям удаётся поглощать огромное, относительно их размера, количество энергии. Мясистые люди, с их соотношением поверхности и объёма, скорее всего не обладают необходимой пропускной способностью.
«Если вам интересно, можете ли вы обрести способность фотосинтезировать, я отвечу, что, во-первых, вам придётся полностью прекратить двигаться, а во вторых стать полностью прозрачными» рассказывает Агапакис, по подсчётам которой для осуществления фотосинтеза каждой человеческой клетке будут необходимы тысячи водорослей.
На самом деле, питающийся солнечным светом Elysia chlorotica может быть исключением, которое подтверждает правило. Слизняк стал выглядеть и вести себя настолько похоже на лист, что во многом стал больше растением, чем животным.
Но даже если человек не может существовать только за счёт солнца, кто сказал, что он время от времени не может дополнить свой рацион небольшой солнечной закуской? На самом деле, большинство способных к фотосинтезу животных, в числе которых несколько сородичей Elysia chlorotica, полагаются не только на энергию солнца. Свой фотосинтезирующий механизм они используют в качестве резервного генератора на случай нехватки еды. Таким образом, способность фотосинтезировать является страховкой от голода.
Возможно, человек смог бы найти совершенно новое применение фотосинтезу. Например, по словам Агапакис, «на коже человека могли бы быть зелёные пятна – активируемая солнечным светом система заживления ран. Что-то, не требующее такого количества энергии, которое необходимо человеку».
В ближайшем будущем человек не сможет полностью перейти на обеспечение одним только солнечным светом — по крайней мере до тех пор, пока не решится на кардинальные модификации организма — поэтому пока нам остаётся продолжать вдохновляться примером природы.
источник
Мысленные эксперименты — отличная штука. Мы можем представить, что будет, если исчезнет Луна, и подозреваем, что наши предки видели сверхмассивную черную дыру Млечного Пути.
Догадываемся, что Луна не всегда была мертвой и холодной, а на Марсе когда-то текли реки и моря. Но мы находимся на окраине галактики, и черные дыры для нас почти что не существуют. Что, если бы одна из них образовалась в Солнечной системе? Возможно ли это в принципе?
В ночном небе начали происходить странные вещи. Вы, как и многие другие, активно следите за новостями. Выступает президент, его поддерживают астрофизики, геологи и климатологи. Он нервничает, но, отдавая дань традиции, делит новости на «плохие» и «хорошие». Хорошие новости: мы не умерли, планета не уничтожена, ее не унесло в космос и не раскрутило в гравитационном колесе. Плохие: нас ждут «весьма интересные перемены климата». Попытка выжить рядом с черной дырой похожа на бегство с «Титаника» — ради холодной смерти в океане.
Прежде, чем вы потянетесь за тревожным чемоданчиком или начнете сходить с ума: не бойтесь, это всего лишь мысленный эксперимент. Черные дыры представляют собой одно из самых страшных явлений во Вселенной. Их огромная тяжесть искривляет пространство и время — и наше понимание их природы — до предела, до одной точки. Сверхмассивные черные дыры (вроде этой) скрываются в ядрах галактик, поглощая миллионы, миллиарды звезд. Самое точное изображение черной дыры на сегодняшний день мы наблюдали в фильме «Интерстеллар». На деле же это явление во много раз страшнее.
Что будет, если недалеко от нашей Солнечной системы родится или обнаружится черная дыра?
Стоит сразу отметить, что наше Солнце никогда не станет черной дырой. Для этого нужна масса, порядком превосходящая солнечную — в 10-15 раз. Тогда случится гравитационный коллапс, и под действием силы тяжести материя буквально схлопнется в одну точку. Похожее явление лежит в основе водородных бомб и в теории холодного термоядерного синтеза, разве только гравитация играет другую роль. Более того, на роль потенциальных черных дыр не годятся и другие звезды в соседних галактиках. Большинство из них являются красными карликами и обладают массой в 8-60% нашего Солнца.
Остается два варианта: либо черная дыра спонтанно появляется в наших окрестностях, либо приходит непонятно откуда. Первое было бы возможно, если бы все страхи вокруг Большого адронного коллайдера приобрели смысл и черную дыру создали искусственным путем. Но нет, это невозможно.
Что касается второго, астрономы и астрофизики подтвердили существование около 2000 блуждающих черных дыр, но шансы того, что одна из них дойдет до нас, близятся к нулю. И как отметил писатель Дуглас Адамс:
«Космос велик. Вы просто не в состоянии осознать, насколько невероятно и умопомрачительно он велик. Я имею в виду, вам может показаться длинной дорога в аптеку, но по меркам космоса это семечки».
Впрочем, вероятность появления черной дыры — слишком интересное событие, чтобы проходить мимо.
Искривляющие пространство и время
Если посмотреть на черную дыру издалека, она будет похожа на любой другой массивный объект. Пока она прямо перед вами, она подчиняется законам классической механики и ньютоновому закону универсальной гравитации, который гласит, что притяжение между двумя объектами пропорционально их массе и уменьшается с увеличением дистанции. Другими словами, нет гравитационной разницы между R136a1, «голубым» карликом весом в 265 солнц и черной дырой с таким же весом.
Подойдите к черной дыре поближе, чтобы попасть в ее гравитационное поле, и вы столкнетесь с двумя разными наборами правил. С общей теорией относительности Эйнштейна, которая допускает существование черных дыр, искривляющих пространство и время, и экстремальной гравитацией, которая доводит это искривление до крайности.
Если вы хотите изучить черную дыру, не вылезая из космического корабля, вы обнаружите, что чем ближе вы к средоточию огромной массы, тем больше ваши двигатели будут надрываться, чтобы удержать вас на круговой орбите. Сначала небольшие импульсы ракеты смогут стабилизировать ее; но чем дальше, тем больше энергии вам придется тратить, дабы не сойти с орбиты. В итоге только безостановочная работа двигателей ракеты будет отделять вас от всепоглощающего ничто. Впрочем, в фильме «Интерстеллар» — и в этом заслуга Кристофера Нолана и Кипа Торна — эти эффекты были показаны на удивление прилично.
Как только у вас закончится топливо (или вы внезапно решите выключить двигатели), вы пересечете горизонт событий черной дыры, границу, из-за которой не может вернуться даже свет. После этого вам придется ответить за все свои грехи. Ничто не остановит неумолимое движение к сингулярности — ядру бесконечно сжатого пространства и времени, где физика, какой мы ее знаем, сворачивается в клубок и скулит.
По мере вашего продвижения время будет замедляться. Очень сильно. С вашей точки зрения ничего не изменится, но ваши друзья, наблюдающие за вашим трюком, увидят что-то вроде смазанных молний. Но только до горизонта событий — за его пределы не выходит свет, а значит, увидеть вас никто не сможет. Идеальное преступление, не так ли?
Гравитационное искривление времени — явление достаточно обыденное, но слишком слабое, чтобы его можно было заметить. На Земле, к примеру, прожив миллиард лет на уровне моря, вы будете на секунду моложе, чем ваш ровесник, проживший на вершине Эвереста. Говорят, время боится пирамид, но вам придется провести слишком много времени, прислонившись к ней щекой, чтобы ощутить замедление времени в Париже.
В черной дыре время крутится волчком. Когда мы говорим, что падения в сингулярность нельзя избежать, это означает не только неумолимое действие гравитации или искажение пространство. Время в черной дыре сжимается до такой степени, что путь в сингулярность буквально становится вашим будущим. Бегство от сингулярности будет похоже на попытку остановить время.
Что случится с нашей Солнечной системой, если она вдруг испытает на себе гнев черной дыры и попадет в ее водоворот?
Время пришло
Допустим, у нас есть черная дыра, которая заперта в двойной системе в обнимку со звездой, которая готовится стать сверхновой. Внезапно это происходит, гравитационный гигант выстреливает в нашем направлении на скорости десятков и сотен километров в секунду. Как мы об этом узнаем?
Ответ прост: не узнаем до тех пор, пока он не столкнется с чем-либо, поскольку массивная гравитация черных дыр не выпускает даже свет. А значит, вместо того чтобы пытаться найти черный перец на черном ковре, давайте рассмотрим несколько путей, которые помогут нам напрямую определить черную дыру.
Во-первых, материя, разорванная черной дырой, будет излучать радиацию по мере вращения диска аккреции. Пространство вокруг будет светиться, как новогодняя елка во мраке ночи.
Во-вторых, искажение пространства вокруг черных дыр можно обнаружить земными методами. Например, с помощью гравитационного линзирования, предсказанного в рамках общей теории относительности Эйнштейна. Эффект проявляется вблизи массивных объектов и фиксируется астрономами. Этот же способ используют для поиска темной материи.
Но даже в идеальных условиях обнаружить черную дыру таким образом будет сложнее, чем найти блох на пятнистой собаке ночью с помощью бинокля. С повязкой на глазу. Для успешного гравитационного линзирования черная дыра должна пройти между нами и звездой. И после этого нам еще должно повезти.
Кроме того, черная дыра может дать о себе знать, если будет взаимодействовать гравитационно с небесными объектами вроде планет, звезд, астероидов и комет, что снова подводит нас к ключевому вопросу: как близко будет располагаться наша гипотетическая черная дыра, угнездившаяся по соседству?
Конечно, чем ближе, тем опаснее. По мере приближения орбиты планет и лун будут танцевать танец, как воробей, попавшийся в паутину, волоча за собой кривые орбиты и нарушая порядок, который пытаются собрать по частям еще со времен Николая Коперника.
Здесь, на Земле, изменились бы приливы, отливы и цвет неба. Если гравитация, как по заказу Жириновского, отдалит орбиту планеты дальше от Солнца, приблизит ее, сделает более эллиптической, в лучшем случае мы будем страдать от перепадов температур и странностей с временами года. В худшем случае (кроме того, чтобы стать частью черной дыры) Земля может упасть на Солнце или отправиться в дальнее плавание в пучины космоса, обрекая нас всех на холодную смерть.
Известный астрофизик Нил де Грасс Тайсон однажды емко выразил проблемы, которые возникнут, если неподалеку заведется «черная гостья»:
Что ж, раз уж мы обречены, давайте соберемся с духом и нырнем навстречу сингулярности.
В русском языке есть слово из шести букв, которое лучше всего описало бы то, что нас ждет. Давайте назовем это просто безнадегой. Ученые научились делить на ноль, и мы оказались в черной дыре. Даже Брюс Уиллис с отважным экипажем нефтяников, прошедший особую подготовку в Челябинске, не спас бы нас.
Появись черная дыра в окрестностях Нептуна, мы бы сразу почувствовали это. Ученые знают орбиту Нептуна так хорошо, что могут обнаружить даже отклонение в 1 угловую секунду (единица угловой меры). Обычная черная дыра с массой в десять солнц, летящая на скорости 300 км/c, выдала бы себя еще на расстоянии в одну десятую светового года.
И вот вам последняя порция хороших новостей: черная дыра такого размера даст нам минимум 100 лет, чтобы закончить свои земные дела. Возможно, опасность такого масштаба прекратит все земные войны или начнет одну глобальную. Возможно, человечество успеет уничтожить себя самостоятельно, как только узнает, что через сто лет — всё, капут. Пока это неважно. Если же дыра будет двигаться медленнее, фатальное время ожидания увеличится в десять раз. И вот тогда времени на строительство ковчега или сборы планетарного чемодана с вещами должно хватить.
По мере подхода к Нептуну, черная смерть стягивает газовый гигант с орбиты. Планета начинает вести себя странно: по мере удаления от нас происходит красное смещение — длина волны ее радиации, включая свет, уходит в красный спектр. Как только Нептун оказывается за черной дырой, гравитационная линза натягивается на черную сферу и обтекает ее. Когда планета появляется снова, уже перед нами, ее цвета переживают синее смещение — длина волны уходит в этот конец спектра.
Красное и синее смещение, как правило, является следствием удаления или приближения звездного объекта по отношению к нам. Похоже на эффект Допплера.
Вместе с тем, как черная дыра «кушает» планету, газ будет закручиваться в гравитационную спираль, как сахар во время создания сладкой ваты. С нашей точки зрения спираль будет вечно уходить в горизонт событий. Но свет, испущенный гибелью Нептуна, отразится от черной дыры в негативе, как солнечная корона во время затмения.
Чем ближе черная дыра будет к Земле, тем больше будет проявляться окружающий ее эффект искажения, как в кривом зеркале. Все телескопы будут видеть только пустоту в центре черной дыры.
Если наша черная смерть будет сверхмассивной черной дырой, история уже закончится — ее горизонт событий будет в пять раз больше, чем Солнечная система. Но это скучно. Давайте возьмем пример поменьше и все же постараемся разглядеть нутро этого монстра.
По ту сторону горизонта событий
Мы движемся по кроличьей норе, зная, что ваше знакомство с ней будет очень коротким. Надеемся, что мы успеем хотя бы оценить внутренний интерьер черной дыры. К счастью для нас, но к несчастью для Солнечной системы, эта черная дыра — сверхмассивная. Мы изменили правила, но если бы мы этого не сделали, все бы уже закончилось по некоторым причинам.
В небольшой черной дыре — скажем, с массой в 30 солнц — приливные силы, вызванные увеличением тяжести, разорвали бы нас задолго до того, как мы достигли горизонта событий. Но там гравитация составляет где-то миллион земных. На то, чтобы насладиться победой — ведь мы достигли горизонта событий — у нас не будет и 0,0001 секунды.
В сверхмассивной черной дыре с массой в 5 миллионов солнц, вроде той, что расположена в центре нашей галактики, нас ждет совсем другой опыт. Любая черная дыра, вобравшая массу более 30 тысяч солнц, обладает приливными силами с гравитацией меньше одной земной на горизонте событий. У нас будет 16 секунд, чтобы осмотреться (и изменить правила игры), прежде чем мы достигнем точки сингулярности. Чем больше масса, тем больше времени.
Падение сквозь горизонт событий похоже на процесс засыпания или влюбленности: сложно определить точку отсчета, когда это произойдет, но после этого ваше чувство реальности будет совершенно иным. В черной дыре вы будете видеть звезды (свет попадает внутрь, но не наоборот), но пространство вокруг будет напоминать мыльный пузырь.
Ну а после того, как вас раздавит в ноль, вы попадете в точку бесконечной кривизны, где известному нам времени и пространству приходит конец. И узнать, как работает физика в этой точке бесконечной кривизны времени и пространства, бесконечной массы и плотности, у нас просто нет возможности. Иногда кажется, что сердце черной дыры откроет перед нами все секреты Вселенной или поднимет бесконечное число вопросов. Но это всего лишь догадки.
источник