Не только факты 12

Не только факты №12

Несмотря на то, что такое расположение планет не сильно влияет на Солнце и Землю, для космических аппаратов, когда-то это играло очень важную роль. «Расстановка» планет могла заметно сократить расход топлива. Все дело в том, что когда космический зонд пролетает мимо одной планеты в игру входит так называемый «гравитационный маневр», который помогает аппарату ускоряться и быстрее попадать к следующей.
«Такая ситуация была в середине 70-х, удалось даже четыре планеты облететь таким образом: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Сейчас это не так актуально, сейчас уже предпочитают к каждой планете по отдельности запускать, чтобы не ждать этих редких моментов парадов планет», — рассказал Владимир Сурдин.
Сколько «съедает» сверхмассивная черная дыра в день
Оказалось, что одна из самых больших известных черных дыр во Вселенной имеет соответствующий аппетит. Новые измерения показали, что черная дыра массой примерно в 34 миллиарда раз больше массы нашего светила поглощает одно Солнце в день.
Подобный зверский аппетит делает эту черную дыру самой быстрорастущей во всей Вселенной. «Масса этой черной дыры примерно в 8000 раз больше, чем масса черной дыры в центре Млечного пути, — говорит астроном Кристофер Онкен из Австралийского национального университета. — Если черная дыра Млечного пути хотела бы достигнуть той же массы, ей пришлось бы проглотить две трети всех звезд в нашей галактике».
Об открытии этой черной дыры было объявлено в 2018 году. Она представляет собой сверкающий квазар в центре галактики под названием SMSS J215728.21-360215.1 (для краткости J2157) ранней Вселенной, расположенной от нас на расстоянии миллиарда световых лет.
В день открытия астрономы оценили массу черной дыры примерно в 20 миллиардов солнечных масс, отнеся ее к категории сверхмассивных черных дыр (чья масса составляет более 10 миллиардов солнечных масс). Тогда же ученые подсчитали, что дыра поглощает половину массы нашего Солнца ежедневно.
Теперь астрономы провели новые замеры, чтобы уточнить цифры. И они невероятны. При своей массе в 34 миллиарда солнечных масс черная дыра J2157 имеет радиус Шварцшильда (гравитационный радиус или радиус горизонта событий), равный примерно 670 астрономическим единицам (одна астрономическая единица составляет 149 597 870 700 метров — среднее расстояние от Земли до Солнца).
То есть радиус черной дыры почти в 17 раз больше радиуса Солнечной системы — Плутон находится, в среднем, в 39,5 астрономических единицах от Солнца. Но границы нашей системы считают не по орбите Плутона, а по границе гелиопаузы — черты, где солнечный ветер ослабевает. Она находится на расстоянии более 100 астрономических единиц от Солнца. Следовательно, радиус горизонта событий J2157 более чем в пять раз превышает радиус Солнечной системы.
Но J2157 — не самая большая черная дыра Вселенной. Сверхмассивная черная дыра, имеющая массу 40 миллиардов солнц, находится в центре галактики Holm 15A, на расстоянии около 700 миллионов световых лет от нас. Есть дыры и больше. Например, квазар TON 618 — абсолютное чудовище массой 66 миллиардов солнц. Квазар находится в 10,4 миллиарда световых лет от нас.
Недавние исследования показали, что квазары, в которых находятся сверхмассивные черные дыры, были довольно распространенным явлением в ранней Вселенной. Но это немыслимо, ведь на формирование подобного объекта требуется очень много времени и материи. Теперь ученые должны решить и эту задачку.
Сложные отношения: Луна, солнечный ветер и магнитосфера Земли
Долгое время считалось, что когда Земля находится между Солнцем и Луной, магнитосфера планеты защищает спутник от солнечного ветра. Предлагаем читателям узнать, в каких случаях эта схема не работает.
Солнце не только источник тепла и света. Излучение звезды содержит ионизирующие гамма-лучи, а также быстрые заряженные частицы, которые разрушают материю. Во время вспышек солнечной активности потоки ионизирующих частиц «сдувает» в космос, и мощные порывы солнечного ветра с бешеной скоростью летят в сторону Земли.
Поверхность планеты и все живое на ней защищены от вредного воздействия солнечного ветра магнитосферой — магнитным полем Земли, которое отклоняет заряженные частицы. Когда планета находится между Солнцем и Луной, наш естественный спутник попадает в хвост магнитосферы Земли, и солнечная радиация минует лунную поверхность. Это случается во время полнолуния и длится примерно четверть земных суток.
Знания об уровне солнечной радиации на поверхности Луны крайне важны, ведь космические агентства готовятся к экспедициям на спутник Земли с участием астронавтов. Среди дерзких планов ученых — строительство ускорителя частиц на лунной поверхности. Обслуживание подобной установки потребует постоянного присутствия людей, которых нужно защитить от воздействия солнечных ветров.
Ранее ученые обнаружили, что на расстоянии 1,3 миллиона километров от Земли солнечный ветер может вызвать колебания хвоста магнитосферы. Расстояние от Земли до Луны примерно в 3 раза меньше, однако новое исследование, опубликованное в Geophysical Research: Space Physics, показало, что некоторые солнечные вспышки могут влиять на магнитосферу и на этих дистанциях.
В 2012 году скорость ударной волны, опережающей потоки солнечного вещества, составила 2,7 миллиона километров в час. Через час 2 спутника миссии THEMIS-ARTEMIS зафиксировали на Луне изменения в магнитной среде. Данные показали, что сильный солнечный ветер, следующий за ударной волной, заставил колебаться длинный хвост магнитосферы Земли.
Движение из стороны в сторону было настолько амплитудным, что Луна неоднократно в течение получаса подвергалась прямому воздействию солнечной радиации. Исследование также показало, что воздействие на Луну может происходить даже без ударной волны. Такое случается, когда солнечный ветер дует вбок, а значит, довольно часто.
Результаты THEMIS-ARTEMIS и других прошлых миссий, обработанные в этом году, помогут ученым и инженерам лучше понять лунную среду, защитить экипажи лунных экспедиций, а также уберегут от возможных ошибок в описании открытий, которые через пару десятилетий люди будут совершать на Луне.
Теория инфлатонов: можно ли создать новую Вселенную
– Я вас не совсем понимаю, – произнес Инженер. – Вы говорите об искусственной Вселенной. Вы можете ее сделать? Замкнуть пространство и время вокруг конкретной массы? Неужели вы не шутите? Это же очень сложно (Клиффорд Саймак, «Космические инженеры»).
Быть может, мы сейчас ломаем голову над значением фундаментальных физических постоянных и их соотношением именно потому, что конструкторы нашей Вселенной выбрали их так, чтобы стимулировать нашу любознательность и намекнуть на их искусственное происхождение. Можно ли создать новую вселенную? Или, другими словами, способна ли некая сверхцивилизация выполнить эксперимент, который завершится формированием полноправной дочерней вселенной? На первый взгляд подобная задача выглядит не только неразрешимой, но и бессмысленной. Искусственная вселенная должна содержать как минимум столько же частиц, что и мир, где обитают ее творцы, но откуда взять столько энергии? С другой стороны, не случится ли, что новорожденное космическое пространство поглотит и уничтожит вселенную-родительницу? Создание дочерней вселенной, чреватое риском самоубийства матери-предшественницы, — что за чудовищная нелепость?
Тонкий баланс
Но не стоит спешить с выводами. Заново изготовленную вселенную необходимо наделить тяготением, которое, как известно, обладает отрицательной потенциальной энергией. Это означает, что сумма гравитационной энергии и положительной энергии новорожденных частиц может оказаться близкой к нулю. Поэтому юную вселенную можно сотворить с весьма умеренными энергетическими затратами. А опасности вселенского каннибализма можно избежать, если заставить крошечный зародыш будущего мироздания некоторое время расширяться с быстро возрастающей скоростью. Увеличивающаяся в размерах «затравочная» вселенная за счет внутренних ресурсов сформирует свое собственное пространство и вскоре уйдет за горизонт событий, навсегда исчезнув из поля зрения породившей ее цивилизации.
Мир из пробирки
Такой сценарий лабораторного сотворения новых миров не противоречит некоторым версиям инфляционной космологии. Как известно, она постулирует возможность «выдувания» вселенных из сверхмикроскопических флуктуаций особых квантовых полей — инфлатонов. При надлежащих условиях такие флуктуации влекут за собой экспоненциальный рост геометрических размеров зародыша будущей вселенной, завершаемый массовым рождением гамма-квантов и прочих элементарных частиц. Если эти условия реализовать в эксперименте, то в лаборатории можно произвести на свет эмбрион новой вселенной.
При этом ее фундаментальные физические свойства будут зависеть от той комбинации давления, температуры и напряженности инфлатонного поля, которую выберут экспериментаторы. В частности, они могут создать мир с максимально благоприятными условиями для возникновения разумной жизни. Некоторые космологи допускают даже, что наша собственная Вселенная возникла именно таким путем.
Вселенная в наследство
Нельзя не признать, что подобные проекты — поистине верх альтруизма, поскольку материнская цивилизация никакой пользы для себя извлечь не сможет, ведь из отпочковавшейся вселенной не получить ни энергии, ни минерального сырья, ни даже информации. Так зачем же тратить на это силы и средства? По мнению профессора Стэнфордского университета Андрея Линде, который занимался проблемой вселенского конструирования, единственная разумная цель такого предприятия — это передача будущим обитателям новой вселенной важных сведений, которые смогут способствовать их интеллектуальному и техническому прогрессу: «Именно так поступают родители, оставляющие детям в наследство свой жизненный опыт».
Весточка от создателей
Как передать такое сообщение? Если даже нанести на оболочку будущей вселенной некие знаки, инфляционное расширение растянет их до исполинских размеров, и эти символы станут нечитаемыми. Но информацию можно закодировать физическими параметрами будущей вселенной — например, соотношениями между массами элементарных частиц. «Если бы я захотел отправить послание обитателям созданной мною вселенной, — говорит Андрей Линде, — я бы записал его в локальных законах физики. А для передачи длинного и содержательного сообщения мне придется сделать эти законы достаточно сложными. Например, надо позаботиться о том, чтобы массы электрона, протона и нейтрона находились в нетривиальных соотношениях, разгадывание которых станет серьезной задачей для будущих физиков. Поэтому не исключено, что мы, сами того не ведая, пытаемся дешифровать закодированное послание от сверхразумных, но, конечно, отнюдь не божественных создателей нашего мира». В самом деле, почему бы и нет?
Космическая мода: кому важна эстетика скафандров
Растущий интерес коммерческих компаний к космосу повлек за собой пересмотр подходов к дизайну космических скафандров. На протяжении ХХ столетия инженеры, занимающиеся разработкой скафандров, больше всего заботились о безопасности и функциональности. На новом, коммерческом этапе освоения космоса, когда решающую роль приобрели мнение общества и его стремление вкладывать деньги в отрасль, конкуренция между дизайнерами и между фирмами-производителями привела к тому, что все больше внимания стали уделять эстетической стороне. Рассказываем об этом подробнее совместно с платформой «Теории и практики».
Коммерческие компании, организующие полеты в космос, рассматривают разработку дизайна скафандров и летных комбинезонов как важную часть подготовки к отправке туристов в космос и как возможность продвижения своего бренда на рынке, где конкуренция постоянно растет. Продумывая дизайн костюмов для экипажа и для пассажиров, коммерческие компании, несомненно, стремятся включить фирменный летный костюм в пакет услуг, которые предоставляются каждому, кто приобрел билет на космический рейс, и тот же Илон Маск прекрасно понимает, что клиенты, выбравшие в качестве туроператора SpaceX, отчасти могут руководствоваться желанием выглядеть «стильно».
В эпоху массового космического туризма дизайн одежды в той форме, в какой мы привыкли к нему на Земле, будет, скорее всего, сосуществовать с технологиями, применяемыми при изготовлении скафандров. Инженеры, занимающиеся разработкой дизайна скафандров для коммерческих компаний, уже пробуют себя в роли модельеров — вслед за модными домами они выпускают коллекции готовой одежды и создают на заказ изделия от кутюр. Коммерческие космические туроператоры, такие как Virgin Galactic, SpaceX и Spaceport Sweden, предпринимают попытки пригласить модельеров и художников по костюмам, чтобы те разработали дизайн одежды для их будущих пассажиров и экипажа. Инженеры, работающие в частных дизайнерских компаниях, например Final Frontier Design в Бруклине, между тем своевременно предложили свои услуги по изготовлению космической одежды и скафандров на заказ или для продажи, как для конкретных клиентов, так и для покупателей в целом. Перед всеми этими дизайнерами встала непростая задача — совместить практичность и эстетику.
Одежду, которую носят в космосе, можно разделить на две основных категории: скафандры, предназначенные для защиты тела от опасностей открытого космоса, и повседневная одежда, которую носят на борту космического корабля. Требования, которыми руководствуются инженеры, работающие над производством скафандров, в корне отличаются от тех, которые предъявляют к одежде дизайнеры или фирмы, создающие или выбирающие одежду для повседневной жизни на космическом корабле (см. четвертую главу). Инженеры стремятся защитить тело от воздействия радиации, давления, слишком низких или слишком высоких температур, но внутри кабины пассажиры не подвергаются этим опасностям и могут носить обычную, повседневную одежду
Однако, учитывая, что инженеры, конструирующие скафандры, стали уделять больше внимания эстетической стороне, а модельеры начинают снабжать одежду носимыми устройствами, можно предположить, что интересы этих двух отраслей вскоре совпадут. Коммерческие компании заинтересованы в разработке дизайна костюмов как для пребывания внутри космического корабля, так и для выхода в открытый космос, и инженеры-специалисты совершенствуют технологии, позволяющие защитить тело от космического вакуума, в то время как модельеры, сотрудничающие с такими коммерческими космическими агентствами, как Virgin Galactic, разрабатывают одежду для туристов, которые не будут покидать космический корабль.
Коммерческие космические агентства ставят своей целью прежде всего разработку высотно-компенсирующих костюмов и летных костюмов, которые туристы будут носить на борту космического корабля
Ношение высотно-компенсирующих костюмов, защищающих тело на случай внезапной разгерметизации корабля, — мера предосторожности, которую государственные организации соблюдают при запуске космических кораблей и их возвращении в плотные слои атмосферы. Пока неизвестно, будут ли приняты какие-то законы, в соответствии с которыми коммерческие космические агентства обязаны будут одевать пассажиров в высотно-компенсирующие костюмы, так что коммерческие компании сами выбирают, на разработке какой одежды им лучше сосредоточиться — высотно-компенсирующих костюмов или летных комбинезонов без противодавления. Чтобы определить, что именно может понадобиться будущим космическим туристам, дизайнерам космической одежды стоит обратить внимание на все виды одежды и снаряжения, которые входят в арсенал астронавтов НАСА: скафандры для выхода в открытый космос, высотно-компенсирующие костюмы, летные комбинезоны и одежда из обычных магазинов для ношения на борту. Сам факт, что НАСА использует готовую одежду, которую можно найти в продаже, например рубашки поло и шорты, указывает на то, что на будущем рынке космической одежды должны быть представлены и повседневные вещи, которые удобно носить в условиях невесомости.