Твиты о Вселенной. Микроблоги о макропроблемах Шиллинг Говерт
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 Гюйгенс совершил мягкую посадку на Титан. Он обнаружил, что лед играет роль твердой породы, а жидкий метан — роль воды.
Космический корабль Кассини с 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 Bou) 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 2 от 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.
63. Почему Плутон больше не рассматривается как планета?
Американский астроном Персиваль Лоуэлл начал поиск 9-й планеты, так как, если принимать во внимание только притяжение Нептуна, движение Урана не укладывалось в расчеты.
После смерти Лоуэлла его обсерватория наняла на ферме в Канзасе юношу Клайда Томбо, который должен был выставлять и исследовать фотографические пластинки для «Планеты X».
18 февраля 1930 наступил триумф Томбо. Был найден новый объект на фотопластинках, выставленных несколькими неделями ранее. Об открытии Планеты X было объявлено 13 марта 1930.
Имя «Плутон» предложила 11-летняя Венеция Бёрни из Оксфорда, Англия. Это римский бог подземного мира. Две первые буквы — инициалы Персиваля Лоуэлла.
Орбита Плутона необычна. Она сильно наклонена (17°) к плоскостям орбит других планет и очень вытянута: колеблется между 4,4 и 7,4 млрд км от Солнца.
Плутон оказался слабее/меньше/легче, чем ожидали от 9-й планеты. Его масса, определенная с помощью луны Харон, обнаруженной в 1974, составляет менее 18 % от массы нашей Луны.
С 1992 сотни ледяных объектов были найдены вне орбиты Нептуна. Людям стало ясно, что Плутон — это просто очень большой объект пояса Койпера.
Вообще говоря, может быть даже чуть больше Плутона другой объект пояса Койпера (ОПК) — Эрида (Eris). У тела с диаметров 2300 км даже есть луна, Дисномия (Dysnomia).
Некоторые ОПК имеют чрезвычайно широкие/наклонные/вытянутые орбиты. Седна (Sedna), например, обращается вокруг Солнца за 12 000 лет в сравнении с 248 годами Плутона.
ОПК — ледяные остатки от формирования Солнечной системы. По современным оценкам, общее количество астероидов, чьи размеры превышают 100 км в диаметре, составляет приблизительно 100 000.
Статус Плутона изменился на Пражской конференции Международного астрономического союза, август 2006. Плутон был «понижен» с планеты до «карликовой планеты».
К счастью, Клайд Томбо не мог узнать об унизительном понижении в статусе его любимой планеты. Он умер в возрасте 90 лет в 1997.
Зонд НАСА Новые Горизонты, запущенный в январе 2006, пролетит над Плутоном и Хароном в июне 2015 перед тем, как достигнет, по крайней мере, двух других ОПК.
64. Что представляют собой кометы?
В давние времена полагали, что кометы — это звезды с хвостами, или волосатые звезды. Название происходит от латинского «сота» (волосы). Кометы могут быть видны неделями в ночном небе.
Аристотель думал, что кометы — это пары, светящиеся в атмосфере. Тихо Браге понял, что эти небесные тела находятся дальше, чем Луна, и происходят из глубин космоса.
Эдмонд Галлей обнаружил, что комета 1682 года имела ту же самую орбиту, что и кометы 1531 и 1607 годов. Значит, это был один и тот же объект! Галилей предказал возвращение этой кометы в 1758.
Кометы движутся вокруг Солнца по сильно вытянутым эллиптическим орбитам. Периоды широко варьируются: от нескольких лет до нескольких тысяч лет. Для кометы Галлея он составляет 76 лет.
Кометы — пористые куски льда/грязи, имеющие несколько км в поперечнике. Первичный материал остался с рождения Солнечной системы, что бесценно для науки.
При приближении к Солнцу лед испаряется, частицы пыли теряются. Комета отращивает синеватый газовый хвост и желтоватый хвост пыли, напоминающий надутый солнечным ветром носок.
Хвост, даже очень тоненький, может быть эффектным. Пыль распространяется вдоль орбиты. Кометы входят в атмосферу как метеоры, если Земля пересекает их траекторию.
При формировании Солнечной системы на периферии родились триллионы комет. Многие соединились в ледяные ядра гигантских планет или в объекты пояса Койпера.
Однако соударения с зарождающимися планетами-гигантами отбросили большинство комет в отдаленное «Облако Оорта», источник сегодняшних долгопериодических комет.
Маленькие кометы часто врезались в Солнце или Юпитер, подобно комете Шумейкера-Леви 9 в 1994. Другие разрушились от тепла в результате многократных обращений вокруг Солнца.
В начале формирования Солнечной системы воздействие комет могло привести к перебросу значительной части воды на Землю. Однако эти же воздействия вызвали массовое исчезновение видов.
Несколько комет были изучены подробно и даже исследовались космическим кораблем. Европейский космический аппарат Розетта[14] посадит спускаемый аппарат Филы на комету в 2014.
65. Где границы Солнечной системы?
У Солнечной системы нет четко определенного края. Это как спрашивать: где край Скалистых гор?
Если Солнечную систему определять только как Солнце и планеты, край находится в 4,5 млрд км от Солнца (расстояние до Нептуна). Однако Солнечная система включает намного больше небесных тел.
Малые ледяные тела пояса Койпера простираются на 7 млрд км от Нептуна по направлению от Солнца. Но, несмотря на резкую границу пояса, некоторые путешествуют и дальше.
Например, 1500-км Седна, обнаруженная в 2003, удаляется на 143,7 млрд км от Солнца по своей очень удлиненной орбите.
Облако кометных «ядер» Оорта даже распространяется приблизительно на 1 световой год (9,46 трлн км). Это составляет 25 % от расстояния до самой близкой звезды.
В 1950 голландский астроном Ян Урт из наблюдения за орбитами длиннопериодических комет заключил, что они прибыли из обширного далекого от Солнца источника: облака Оорта.
Облако Оорта может содержать несколько трлн комет размером больше 1 км. Несмотря на то, что их огромное число, среднее расстояние между ними составляет не менее 1 млрд км.
Облако Оорта более или менее определяет внешний край сферы влияния силы тяжести Солнца. Оно общепризнанно считается частью Солнечной системы.
Если комету подталкивает гравитация другой кометы/проходящей звезды, это может привести к переходу первой на орбиту, попадающую в сферу влияния Солнца, в качестве длиннопериодической кометы.
Гравитация гигантской планеты, подобной Юпитеру, может заманить длиннопериодическую комету в ловушку внутри Солнечной системы и превратить ее в короткопериодическую комету, подобную комете Галлея.
Другой тип края Солнечной системы, ~ в 15 млрд км от Солнца, называется краем «гелиосферы»: это предел влияния магнитной сферы Солнца.
Большинство частиц прибывает в гелиосферу с солнечным ветром, который вызван магнитным полем Солнца. Вне гелиосферы располагается межзвездное пространство.
Гелиосфера имеет форму слезы из-за движения Солнца через Галактику. Космический корабль Вояджер, как ожидают, покинет гелиосферу приблизительно в 2014.
Звезды
66. Что такое звезды?
Звезды — это другие солнца, уменьшенные до размеров светящегося укола от булавки из-за их немыслимо огромного расстояния до Земли.
В 1600 итальянский философ Джордано Бруно был сожжен на костре католической церковью из-за того, что заявлял, что звезды это другие солнца.
Звезда — гигантский газовый шар, почти полностью состоящий из водорода и гелия, двух самых легких элементов, удерживаемых вместе собственной гравитацией.
Ядро звезды так сильно сжато весом внешних слоев, что оно нагревается более чем до 10 млн градусов.
Сверхвысокие температуры запускают ядерные реакции, которые первоначально «переплавляют» водород в гелий. Их побочные продукты — тепло/свет.
Различие между звездой и планетой заключается в том, что звезда вырабатывает свое собственное тепло и свет, в то время как планета видна только в отраженном свете.
Яркость звезды (то, как быстро она тратит свое атомное топливо) определяется ее массой. Массивные звезды горят ярко и имеют короткую жизнь.
Наша галактика содержит более 100 000 000 000 звезд. Во Вселенной 10 000 000 000 000 000 000 звезд (плюс-минус несколько).
Приблизительно 6000 звезд видны невооруженным глазом. Почти все они более яркие, чем Солнце, которое само по себе ярче сред, ней звезды.
Как это ни парадоксально, самые близкие звезды не видны невооруженным глазом. Это холодные, тусклые «красные карлики», которые составляют ~70 % всех звезд.
Красные карлики так скупо сжигают свое ядерное топливо, что многие будут жить в течение 10 трлн лет, что в 1000 раз дольше, чем период жизни Солнца.
Самая близкая звезда, конечно, Солнце. Его свету требуется 8,3 минуты, чтобы добраться до нас. Вторая по близости к нам звезда — Альфа Центавра, находящаяся на расстоянии 4,2 световых года.
Альфа Центавра фактически тройная звездная система. Вообще говоря, большинство звезд двойные или тройные. Солнце, будучи одиночной звездой, является редким исключением.
Одна из главных целей астрономии состоит в том, чтобы оглянуться на события далекого прошлого и увидеть первые звезды Вселенной в момент их возникновения.
67. Почему звезды мерцают?
«Ты мигай, звезда ночная! Где ты, кто ты — я не знаю. Высоко ты надо мной, как алмаз во тьме ночной»[15], — написала Джейн Тэйлор в 1806.
Древние люди заметили, что звезды мерцают, а планеты — нет. Они также заметили, что звезды кажутся неподвижными на небесном своде, в то время как планеты блуждают.
Оба явления обусловлены расстоянием. Звезды настолько далеки, что они выглядят как уколы от булавки и их движение незаметно…
… Планеты сравнительно недалеки, поэтому в телескопе они выглядят как маленькие диски и их движение по небу заметно.
Наблюдение за звездами и планетами через турбулентную атмосферу подобно разглядыванию лампочек на потолке бассейна со дна бассейна.
Колебания воды создают впечатление, как будто точечные огни дрожат (мерцают). Но у больших огней возникает лишь рябь по краям, поэтому они остаются стабильными.
Подобным образом мерцают звезды: этот эффект создается из-за их малых размеров по сравнению с «массивностью» атмосферы; планеты же остаются «немигающими», потому что они большие.
Мерцание звезд размывает изображения в телескопах. Единственный путь, который позволит получить более четкие изображения заключается в том, чтобы подняться над атмосферой (Космический телескоп Хаббл).
По-другому скомпенсировать мерцание можно за счет изгибания поверхности тонкого телескопического зеркала много раз в секунду (адаптивная оптика).
Точечные источники радиоволн, такие как «пульсары», также мерцают (межзвездные сцинтилляции) в связи с турбулентностью межзвездного газа.
68. Как мы можем узнать расстояние до звезды?
Если при наблюдении из двух разных точек объект заметно смещается, то он близко; если смещение очень мало, то он расположен далеко.
Проверьте сами. Держите палец близко и посмотрите на него одним глазом, затем другим. Смещение заметно. Сделайте то же самое, когда палец расположен далеко. Смещение мало.
Этот эффект (параллакс) может показать расстояние до звезды. Наблюдайте за звездой из двух точек на противоположных сторонах орбиты Земли (потребуется шесть месяцев между наблюдениями).
Говорят, что звезда на расстоянии 1 парсека (3,26 световых лет) при наблюдении за шесть месяцев меняет направление на 1 угловую секунду (1/3600 °).
Проблема метода: турбулентность атмосферы «смазывает» звездные изображения на 0,5 угловой секунды или больше, поэтому с помощью параллакса можно определить расстояния только до ближайших звезд.
Решение проблемы: выйти в космос. Европейский спутник Гиппарк (Hipparcos) использует параллакс, чтобы установить расстояние до 100 000 звезд, расположенных более чем в 100 световых годах от нас.
Чтобы измерять большие расстояния, необходимо идентифицировать звезды с известным собственным блеском. Если одна звезда слабее другой, то она дальше.
Есть ли звезды, собственный блеск которых известен? Да. «Переменные цефеиды» — звезды высокой светимости, которые пульсируют как бьющиеся сердца.
Решающее открытие сделала Генриетта Ливитт в 1912[16]: цефеиды, которые, по сути, ярче других звезд, изменяют свой блеск в течение длительного периода времени.
Определение расстояния до цефеиды: 1) временной «период» изменения блеска —> собственная светимость; 2) сравнение собственной и видимой светимостей —> расстояние.
В 1923 Эдвин Хаббл обнаружил цефеиды в туманности Андромеды и заключил, что это была островная «галактика», далекая от Млечного Пути (2,5 млн световых лет).
Космический телескоп НАСА Хаббл определил цефеиды в галактике М100, охватывая звездные расстояния до 56 млн световых лет от Солнца.
69. Откуда мы знаем, из чего состоят звезды?
В 1835 философ Огюст Конт заявил, как о чем-то совершенно бесспорном, что наука никогда не разгадает состав звезд. Он был неправ.
Природа благосклонна к нам. Атомы каждого элемента излучают свет, характеризующийся цветом/длиной волны, что позволяет определить химические элементы в составе звезд.
Уникальный «спектральный» отпечаток существует потому, что каждый атом конкретного химического элемента имеет уникальное расположение электронов на орбите.
Когда электрон перескакивает с одной орбиты на другую, излучается порция света. Ее энергия равна разности между энергиями электрона на двух орбитах.
Затруднение: звезды такие горячие, что у некоторых атомов большинство или все электроны оторваны. Таким образом, элемент, даже распространенный, может не обнаруживаться.
До того, как это было понято, люди ошибались, полагая, что Солнце состоит из железа, так как спектральные отпечатки железа были наиболее яркими.
В 1925 Сесилия Пейн совершила прорыв. Из состава солнечного света она вывела, что водород и гелий — 2 редких на Земле газа[17] (элемента) — составляют 98 % массы Солнца.
Пейн обнаружила состав Вселенной: 98 % всех атомов в космосе — водород и гелий. Все остальное составляет только 2 %.
Несмотря на то что Пейн написала важнейшую в XX в. диссертацию по астрономии, ее имя практически неизвестно[18]. Она пострадала оттого, что была женщиной-ученым в мужской среде.
Люди постепенно поняли, что в этих же пропорциях элементы присутствуют везде. Это означает, что процесс возникновения элементов универсален.
Но где же печь, в которой выплавлены элементы, из которых состоят наши тела? Укажем сначала на звезды, потом на Большой взрыв и потом снова на звезды.
Фред Хойл с соавторами описали в монументальном труде (1957) точные «ядерные» процессы, которые привели к рождению элементов внутри звезд.
Проблема теории: звезды не могут создать столько гелия, сколько мы видим во Вселенной. Природа непроста. Тяжелые элементы произведены звездами; легкие элементы — Большим взрывом.
Вилли Фаулер, коллега Хойла, в 1983 получил Нобелевскую премию по физике за описание происхождения элементов. Хойл был скандально проигнорирован.
70. Все звезды одиночки, как Солнце?
Солнце фактически уникально тем, что является одиночной звездой. Более половины звезд в Млечном Пути находятся в мультисистемах: две, три или даже четыре звезды объединены друг с другом.
Действительно, ближайшая к Солнцу звездная система, система Альфа Центавра, находящаяся в 4,2 световых лет, состоит из трех звезд (Проксима Центавра ближайшая).
В оптике двойная звезда видна в виде двух звезд, вращающихся друг относительно друга. В спектре мы обнаруживаем спектральные следы двойных звезд.
Никто не знает, почему большинство звезд составные. Нам необходимо изучить процессы в межзвездных облаках, где звезды рождаются.
Когда-то думали, что планетам тяжело существовать в мультиплетных системах. Теперь мы знаем, что, если две звезды рядом, планеты могут существовать на «двойной круговой» орбите.
Если жизнь существует где-то в другой части Млечного Пути, то, скорее, внеземная жизнь возможна на планетах, имеющих два и более солнца, горящих в небе.
В 1984 Дэвид Рауп и Джон Сепкоски высказали предположение, что Солнце может иметь суперслабый спутник — с супердлинной орбитой протяженностью в 27 млн лет.
Гипотеза существования звезды-компаньона, которую назвали «Немезида», была предложена как объяснение 27-млн-летней цикличности массовой гибели всего живого, обнаруженной в палеонтологических свидетельствах.
Каждые 27 млн лет, утверждали ученые, Немезида встряхивает облако комет, окружающее Солнечную систему, посылая к Земле кометы, вызывающие массовое вымирание.
Немезида не была найдена. Во всяком случае, эта теория не может работать, так как действие сил гравитации близлежащих звезд привело бы к флуктуациям орбитального периода.
Однако нельзя исключать того, что давным-давно в звездных яслях, там, где родилось Солнце, у него был брат, украденный затем проходящей мимо звездой.
71. Как звезды работают?
Звезда — это гигантский газовый шар. Он формируется, когда межзвездное облако, в основном из водорода и гелия, начинает сжиматься под собственной тяжестью.
Сжатие продолжается, пока ядро не становится настолько сжатым и горячим, что запускает «ядерный синтез» водорода в гелий. Побочным продуктом является тепло.
Горячий газ выталкивается наружу, препятствуя действию силы тяжести. Шар больше не уменьшается. И теперь это уже не просто газовый шар, а светящийся газовый шар: звезда.
Ключевой факт: ядерный синтез чрезвычайно чувствителен к температуре. Если температура повышается, он усиливается, если снижается — затухает.
Так, если выделение тепла уменьшается, ядро сжимается/нагревается, увеличивая синтез; если выделение тепла увеличивается, ядро расширяется/охлаждается, что приводит к затуханию синтеза.
Следовательно, звезда имеет встроенный естественный термостат. Он держит ее постоянно сбалансированной между сжатием и расширением.
Ничто не вечно. Термоядерные реакции превращают водород в гелий, который, будучи тяжелее, опускается к центру, сжимая и нагревая ядро.
Таким образом, внутреннее строение звезд постепенно меняется. Звезда эволюционирует. И рано или поздно устойчивое равновесие нарушается.
Звезда малой массы, подобная Солнцу, превращается в расточительного красного гиганта, поскольку расходует весь водород. Затем она умирает медленной смертью как исчезающий белый карлик.
Звезда высокой массы эволюционирует в более экстремальных условиях, запуская новые термоядерные реакции, которые достигают ряда новых устойчивых равновесий.
Но гравитация никогда не исчезает. Каждое новое равновесие кратковременно. Звезда может выиграть несколько сражений против силы тяжести. Но она никогда не может выиграть войну.
В конце концов, сила тяжести сожмет ядро в черную дыру или в шар нейтронов. Это приведет к катастрофическому взрыву — появлению «сверхновой звезды».
72. Мы сделаны из звездной пыли?
Кажется, что Вселенная, с ее черными дырами, туманностями и взрывающимися звездами, не связана с нашей жизнью. Ничто не может быть дальше от истины.
Железо в вашей крови, кальций в ваших костях, кислород, заполняющий ваши легкие…. все создано внутри звезд, которые умерли еще до того, как Земля родилась.
Звезды-печи, в которых тяжелые элементы, такие как медь, постепенно собираются из простых природных строительных блоков. Лего из водорода.
Поскольку звезды превращают один элемент в другой, это изменяет их химическую и общую структуру. Их интерьеры изменяются, и они «эволюционируют».
Так, элементы содержат ключ к разгадке тайны звезд, а звезды содержат ключ к разгадке тайны элементов.
Строительство элементов продолжается дальше: в большинстве массивных звезд построение заканчивается железом. Нестабильность заставляет их затем взрываться как сверхновые.
Еще более тяжелые элементы, чем железо, — такие как уран — создаются в ядерных реакциях при адском взрыве самой сверхновой звезды.
При катастрофическом мощнейшем взрыве сверхновой продукты звездной печи уносятся ветром в космос.
Обломки сверхновой звезды смешиваются с газом в межзвездных облаках. Когда звезды застывают из облаков, они оказываются обогащенными более тяжелыми элементами.
У каждого следующего поколения звезд есть более тяжелые элементы. Солнце, как считают, является звездой 3-го поколения — 2-е поколение исчезло до его рождения.
Но в то время как тяжелые элементы строятся внутри звезд легкие элементы, подобные гелию, были произведены в огненном шаре Большого взрыва (в первые 10 минут).
Фактически изобилие гелия во Вселенной — 10 % всех атомов — это то, что предсказывала теория. Поэтому это убедительное свидетельство того, что Вселенная началось именно с него.
Астрологи виноваты не в том, что они сумасшедшие, а в том, что они недостаточно безумные. Мы гораздо сильнее связаны со звездами, чем они когда-либо воображали.
Хотите увидеть небольшую часть звезды? Поднимите свою руку. Вы — звездная пыль, ставшая плотью. Вы буквально были сделаны на небесах.
73. Каковы различия между звездами?
Учитывая, что рецепт звезды так прост — это газовый шар, удерживаемый собственной гравитацией, — удивительно, что звезды так разнообразны.
Некоторые звезды могут жить 10 трлн лет — это в 1000 раз больше, чем текущий возраст Вселенной. Другие звезды взрываются через несколько млн лет.
Масса звезды определяет продолжительность ее жизни. Массивные звезды горячие, поэтому они сжигают свое топливо с головокружительной скоростью. Звезды малой массы едва тлеют.
Некоторые звезды не больше, чем гора Эверест (пульсар Краб). Другие настолько велики, что могут поглотить 10 млрд Солнц (VY Большого Пса).
Если VY Большого Пса поместить вместо Солнца, то оно поглотит все планеты вплоть до орбиты Сатурна, 6-й наиболее удаленной планеты от Солнца.
Некоторые звезды ужасного бело-голубого цвета, другие — желто-белые (как Солнце), а третьи — унылого вишнево-красного цвета, переходящего в черный.
Температура звезды определяет ее цвет. Бело-голубые звезды — супергорячие (некоторые более 100 000 °C); красные звезды — холодные (несколько 1000 °C).
Некоторые звезды имеют постоянную яркость, в то время как яркость других пульсирует, как при взрыве. Нестабильность массивных звезд обусловлена непредсказуемостью ядерных реакций.
Некоторые звезды богаты тяжелыми элементами, подобными железу, в то время как на других их нет. Это может повлиять на структуру/внешний вид, запирая тепло внутри.
Возраст звезды определяет ее структуру. Старейшие звезды сформировались прежде, чем сверхновые обогатили галактики продуктами ядерного синтеза.
У некоторых звезд есть планеты, тогда как другие их не имеют. (Так как по крайней мере 10 % звезд имеют планеты и у каждой их несколько, число планет и звезд может быть одинаковым.)
Чем определяется наличие планет у звезд, пока неясно. Однако похоже, что тяжелые элементы могут быть необходимы для формирования твердых планет.
Учитывая, что существует около 10 000 000 000 000 000 000 звезд во Вселенной, какие другие странности существуют в звездном зоопарке?
74. Почему звезды взрываются?
Большинство звезд, подобных Солнцу, сжигают водород в гелий. Но они никогда не станут достаточно плотными/горячими, чтобы перейти к следующему шагу — сжиганию гелия в углерод.
Таким образом, у большинства звезд, растративших Н-топливо, остается последний тяжелый вздох раздувшегося расточительного красного гиганта, а затем они медленно исчезают, как белые карлики.
У массивных звезд происходит по-другому. После превращения какого-то элемента в более тяжелый они всегда оказываются достаточно плотными/горячими, чтобы перейти к следующему шагу.
Большинство массивных звезд заканчивают свою жизнь «кремниевым горением» — супербыстрым ядерным строительством элементов, что, в конечном счете, преобразует ядро в железное/никелевое.
Ядро из железа/никеля влечет за собой катастрофу. Дальнейшее строительство элементов требует энергии. Оно высасывает, подобно вампиру, тепло из звезды, а не создает энергию.
Неспособность генерировать тепло для противостояния своего газа подавляюще мощной гравитации, пытающейся раздавить его, приводит к тому, что ядро «коллапсирует».
Коллапс останавливается только с формированием «нейтронного ядра» — суперплотного шара нейтронов. Он такой твердый, что сжимающиеся слои звезды буквально отскакивают от него.
Коллапс обращается во взрыв (рождение сверхновой). Нейтрино — субатомные частицы, возникшие при рождении нейтронного ядра, — сдувают оболочку со звезды.
Сверхновая может ненадолго затмить целую галактику из 100 млрд звезд. Это означает, она может быть видна через огромные пространства Вселенной.
Кстати, яркий свет от сверхновой составляет менее 1 % всей выделяющейся энергии: 99 % уносят с собой нейтрино.
Читать бесплатно другие книги:
