Молодых Екатерина Олеговна

Статьи про космос

Теория Большого Взрыва

Космос – неподходящее место для разговоров о любви. Как, впрочем, для любых разговоров. Это все равно что громко смеяться в огромном соборе или пытаться вальсировать под гимны.

Рэй Брэдбери.

Запечатленная на сетчатках жителей больших городов неоновая иллюминация вуалью приобретенной слепоты скрывает от них сияние звезд с ночного небосвода. Кому-то повезло больше, и в детстве родители отправляли их на летнике каникулы к бабушке в деревню, подышать свежим воздухом да попить парного молока. Но прожившие всю жизнь в за городом, утомленные по вечерам многочасовой работой в огороде или свинарнике старшие родственники, присаживаясь вечером передохнуть на завалинку с цыгаркой в зубах и кружкой чая в руке, нет-нет, да и смотрят вверх. В этих взглядах отражается смесь восхищения красотой, пытливости нереализованной детской мечты о полетах к Марсу (или хотя бы к Луне) и тонкого, едва различимого ужаса. Потому что Космос отвечает на этот взгляд, смотрит на них мириадами сияющих глаз. Может, эволюция потому и лишила свиней возможности поднимать голову вверх и смотреть на звезды, чтобы нервные трепетные создания в тюрьме неповоротливой туши не мучились страхом чего-то гораздо большего, чем они сами.

По ночам звезды сияют с небес гораздо дольше, чем существует человечество в частности и жизнь вообще. Они наблюдали за ней с самого раннего этапа ее развития - первичного бульона. Космические светила следили за его бульканьем с почтительного расстояния, не вмешиваясь в развитие своего отпрыска, состоящего из тех же молекул, напрямую, но влияя на его становление одним своим видом. Поэтому неудивительно, что только научившись думать, человек стал с любопытством, являющимся одним из его фундаментальных свойств, разглядывать созвездия. Идя по лестнице развития, постепенно человек узнавал о небесных светилах все больше и больше при помощи наблюдений через постепенно усложняющиеся приборы, а в середине XX века смог, наконец, преодолеть земное притяжение и отправить на орбиту вначале спутники, потом ракеты, и потом и самого себя. Сегодня разработки инженерной мысли бороздят пространства на расстоянии многих световых лет от нас, а особо предприимчивые люди Земли готовят первую экспансию на соседнюю планету – Марс.

С первых минут своего существования человек задавался вопросами кто он и откуда пришел. Первые тысячелетия его сознание было мифологизировано и объясняло все непонятное божественным вмешательством. Однако природная любознательность заставляла человека изучать пространство, в котором он живет, и мышление приобретало все более и более научные формы. Однако окончательных ответов на первоначальные вопросы нет до сих пор. Пытаясь разобраться в природе всего сущего, физики-теоретики и практики пришли к Теории Большого Взрыва, объясняющую рождение и развитие Вселенной, из звездной пыли которой мы все состоим.

С чего же начинается история всего? Наблюдаемая сейчас Вселенная возникла приблизительно 13,8 миллиардов лет назад из изначального сингулярного состояния, и с тех пор непрерывно расширяется и охлаждается. Представьте, что готовите мясной суп-пюре в обратном порядке. Сингулярность – это готовое блюдо в крошечной кастрюльке размером в несколько миллиметров, обладающее бесконечными плотностью и температурой в конечный момент времени. Общая теории относительности и классическая физика неприменимы для описания этого состояния Вселенной, однако не исключают, что до возникновения готового супа было что-то еще.

Первая эпоха развития Вселенной носит название Планковской. Она носит имя немецкого физика-теоретика конца XIX-первой половины XXвека Макса Планка, основоположника квантовой физики. Продлился этот период по планковскому времени от нуля до 10−43 секунд. В это время суп-пюре обладал однородной изотопной структурой и высокими плотностью и температурой, а фундаментальные взаимодействия – электромагнитизм, гравитация, сильные и слабые взаимодействия – тоже были слиты в гастрономическом единстве. Но такое состояние варева было очень неустойчивым из-за своих свойств, и эта эпоха завершилась отделением гравитации (взаимодействие между телами, обладающими массой) от остальных трех главных ингридиентов.

С 10−42 по 10−36 секунды после Взрыва проистекает Космическая инфляция. Этот процесс можно описать печальной ситуацией, известной каждой домохозяйке: суп сбежал из кастрюльки. То есть Вселенная начинает свое экспоненциальное расширение, сопровождаемое понижением температуры. После окончания этого периода суп из строительного материала Вселенной представлял собой кварк-глюонную плазму, то есть бульон, состоящий из заряженных элементарных частиц и безмассовых частиц, переносящих сильное взаимодействие, соответственно. Когда температура Вселенной упала достаточно, начался следующий фазовый переход, называемый бариогенезисом. На этом этапе кварки и глюоны объединились в известные всем по школьной программе протоны и нейтроны, одновременно с превалирующей и известной нам материей образуя и антиматерию, которые взаимно аннигилировали и родили электромагнитоное излучение. Одним словом, суп-пюре продолжил возвращаться к изначальному агрегатному состоянию своих составных частей. Дальнейшее остывания супа привело к образованию физических сил и элементарных частиц в современным их виде, за которым последовал нуклеосинтез - объединение протонов и нейтронов в дейтерий, гелий-4 и еще нескольких легких элементов. В остывающем и расширяющимся по плоскости плиты вареве происходят процессы ионизации (образование заряженных ионов нейтральными ядрами путем прощания с электронами) и рекомбинации (обратный процесс), которые до этого находились в равновесии, но благодаря падающей температуре смогли образовать атомы водорода. В этот момент материя супа делает еще один шаг назад и становится прозрачным для излучения бульоном. Оно дошло до нас в виде реликтового излучения (остаточного теплового излучения), являющегося одним из главных доказательств Теории. Это случилось приблизительно через 380 тысяч лет после Взрыва.

Все эти этапы развития молодой Вселенной подчинялись так называемому космологическому принципу - в любой данный момент времени она выглядит одинаковой для наблюдения в любой точке пространства. В любой момент времени плотность супа в каждой точке одинакова. Его Взрыв не похож на взрыв динамитной шашки, который характеризуется наличием эпицентра и четкими фронтами расширения, за пределами которых – вакуум. Взрыв происходил во всех точках пространства одновременно и синхронно, не имея какой-то центральной точки. Так, как происходит варка супа матушкой, пока ее отпрыски взрывают петарды во дворе. Но одна из них хлопнула прямо под окном, кормилица отвлеклась и убежала проведать отпрысков, а суп успел сбежать. Когда, неубранный с плиты, он остыл достаточно для отделения гравитации, стали образовываться более плотные участки материи – облака газа, в дальнейшем звезды, еще позже галактики и их скопления. Эти проистекающие в настоящий момент процессы описывает модель Лямбда-CDM.

Вот к каким выводам можно прийти, с должным любопытством и внимательностью наблюдая за небосводом. Но человеку свойственно еще одно фундаментальное свойство – привычка заглядывать в будущее. Иногда это выражается в красивых, но беспочвенных метах, иногда – в более прагматичном планировании завтрашнего дня. Поэтому ученые, объединив эти два подхода для преодоления ужаса перед безразличием безграничного черного ничто, строят теории о дальнейшем развитии Вселенной, а писатели-фантасты предлагают варианты нашего в нем участия. Этой кипучей деятельности на грани слышимости аккомпанирует тревожная мелодия страха смерти, также свойственного каждому из людей. Как сказал Карл Саган, «Космос есть внутри нас, мы сделаны из звёздного вещества, мы — это способ, которым Космос познаёт себя». Возможно, из физических теорий о конце Вселенной, которые мы рассмотрим в следующий раз, стоит ориентироваться на те, которые свойственны и типичны для человека. Ведь мы со Вселенной «сделаны из одного текста», «сотворены по образу и подобию» и прочие высказывания про единую природу ингредиентов одного и того же супа – кому какое больше нравится.

Черные дыры

Черные дыры - это то место, где Бог разделен на ноль.

Звезды шоу-бизнеса, живущие в элитных пентхаусах в самом центре любого мегаполиса, или в роскошных загородных виллах, могут чувствовать себя не только неподвижным и ярким космическим светилом, но и настоящими космическими рейнджерами, путешествующими по Вселенной. Ведь ночной город так похож на те картины, которые художники-постановщики рисуют перед зрителями на экранах кинотеатров: бескрайние черные пространства с мириадами светящихся точек. Чем не звездное небо в безоблачную погоду? Однако жители даже маленьких городов знают, чтобы увидеть такой пейзаж, нужно вырваться за пределы светового купола над скоплением светящих окон домов. А в его пределах селебрити пускай себе заболевают звездной болезнью и, исчерпав все запасы своего творческого топлива, схлопываются в черные дыры, колоссальной массой скандалов и безвкусной эксцентрики захватывающие внутрь себя весь окружающий свет и материю общественного внимания, о чем говорил Мусин Алмат Жумабекович, казахский художник, поэт и фантаст.

На просторах Вселенной есть такие области пространства-времени, гравитационное притяжение которых столь велико, что покинуть их не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света. Даже кванты (неделимые части какой-либо величины в физике) самого света. Граница такой области носит название «горизонт событий». Это граница, за которой события не могут повлиять на наблюдателя. Теоретическая возможность существования черных дыр вытекает из некоторых точных решений уравнений Эйнштейна – уравнений гравитационного поля, лежащие в основе общей теории относительности. Она была предложена гениальным ученым в 1915-16гг. Первым такое решение нашел немецкий ученый Карл Шварцшильд в 1916г. В его честь назван радиус простейшей сферически симметричной черной дыры. Это ее характерный радиус.

Черные дыры – это локальный и относительно компактный объект, обладающий высокой плотностью и большой массой. Поэтому решения уравнений Эйнштейна в рамках ОТО характеризуются всего тремя показателями: массой M (физическая величина, определяющая инерционные и гравитационные свойства тел в ситуациях, когда их скорость намного меньше скорости света), моментом импульса L (величина, характеризующая количество вращательного движения тела в зависимости о его массы и ее свойств) и электрическим зарядом Q (величина, определяющая способность тел быть источниками электромагнитного излучения и принимать участие в электромагнитном взаимодействиях). Считается, что у черной дыры, не возмущаемой снаружи, никаких других характеристик и быть не может. Это представление лежит в основе теорем об «отсутствии волос» у черных дыр. Такое меткое высказывание принадлежит американскому физику-теоретику Джону Уилеру.

Существует четыре решения уравнений Эйнштейна в зависимости от характеристик черной дыры: решение Шварцшильда (1916г.) для области без вращения и без заряда; решение Рейснера-Нордстрема (1916-1918гг.) для области без вращения, но с зарядом; решение Керра (1963г.) для области вращающейся, но без заряда; решение Керра-Ньюмена (1963г.) для области и вращающейся, и с зарядом.

Решение Шварцшильда применимо для черных дыр, которым свойственны две важнейшие характеристики: наличие горизонта событий и сингулярности. Это точка (или их подмножество), через которую невозможно гладко продолжить входящую в нее геодезическую линию. А она, в свою очередь, является обобщением понятия «прямая линия» для искривленных пространств. Определение такой линии зависит от типа пространства. Так, на двумерной плоскости, вложенной в известное на нашей планете трехмерное евклидово пространство, геодезические линии это кратчайший путь между ее концами. Но в космосе пространство-время может претерпевать искажения, где евклидовая геометрия уже не работает.

Решение Рейснера-Нордстрема подходит для статичных черных дыр, обладающих зарядом.

А черная дыра в решении Керра обладает некоторыми удивительными свойствами. Вокруг горизонта событий существует область, называемая эргосферой, внутри которой тела не могут покоиться относительно сторонних наблюдателей. Они вращаются вокруг черной дыры по направлению ее вращения. Однако эргосфера не является захватывающей зоной и ее еще можно покинуть. Второе удивительное свойство черной дыры Керра, вернее, области вокруг нее – это устойчивость. Это способность системы, состоящей более чем из двух тел, не «выбрасывать» тела за ее пределы.

Самым же полным на данный момент решением является решение Керра-Ньюмена. Оно является трёхкомпонентным для вращающихся и заряженных черных дыр и соответствует конечному состоянию равновесию не возмущаемой извне дыры. Если один из имеющих свои ограничения параметров – массы, момента импульса или электрического заряда – будет нарушен, то это решение будет описывать так называемую «голую сингулярность», то есть сингулярность без горизонта событий (границы). Однако согласно пока недоказанному принципу космической цензуры такие области существовать не должны. Он был сформулирован британским физиком и математиком сэром Роджером Пенроузом и гласит, что сингулярности появляются в областях пространства-времени, скрытых от наблюдателя, таких, как внутренние области черных дыр.

Представления о черной дыре, как об абсолютно поглощающем объекте были скорректированы широко известным английским физиком-теоретиком Стивеном Хокингом в 1975г. Он предположил, что черная дыра излучает в окружающее пространство элементарные частицы, преимущественно фотоны (квант электромагнитного излучения, в узком смысле – света), в результате чего теряет массу. Это гипотетическое явление называется излучением (испарением) Хокинга. Оно обратно пропорционально размеру дыры: чем дыра меньше, тем испарение больше. Поэтому на заключительных этапах эволюции черной дыры оно протекает лавинообразно и носит характер взрыва. Например, черная дыра массой 1000 тонн испарится за приблизительно 84 секунды, выделив энергию, равную взрыву десяти миллионов ядерных бомб. Но это – очень маленькая дыра. Более крупные области, температура которых ниже реликтового излучения в 2,7К (тепловое излучение, возникшее в период первичной рекомбинации водорода и равномерно распределенное по всей Вселенной) на современном этапе ее развития могут только расти за счет поглощения энергии, так как испускаемое ими излучение имеет меньшую энергию, чем поглощаемое.

Что же происходит с телом при его падении в черную дыру? Для стороннего наблюдателя тело, которое светится, то есть испускает электромагнитное излучение определенной частоты, будет все больше и больше ускоряться под действием гравитации черной дыры. Однако частота излучения не изменится до непосредственного приближения к горизонту событий. Но в определенный момент для него возникнет красное смещение – это явление, при котором длина волны электромагнитного излучения увеличивается относительно длины волны излучения, испущенного источником. Проще говоря, оно перейдет в инфракрасный спектр. Длина волны испускаемого им излучения будет все больше увеличиваться, превратившись сперва в радиоволны, а потом и вовсе в низкочастотные электромагнитные колебания, зафиксировать которые уже невозможно. Кроме того, удаленный наблюдатель увидит, как тело будет все больше «растягиваться» и сплющиваться, превращаясь в «макаронину». Этот эффект физики прозвали «спагеттированием». По мере приближения к горизонту событий для наблюдателя скорость тела будет все больше и больше замедляться, пока оно практически не остановится. Однако в определенный момент тело все же его пересечет, хотя наблюдатель никогда этого не увидит. С этого момента вся информация, содержащаяся в теле, уже никогда не сможет вернуться назад, а масса черной дыры увеличится на массу этого объекта.

Процесс же падения межзвездного газа на любой достаточно компактный космический объект, в том числе и на черную дыру, называется аккрецией. Вследствие вращения газа формируется аккреционный диск, вещество в котором сильно нагревается и потому активно излучает в том числе в рентгеновском диапазоне, что дает возможность для косвенного наблюдения за черными дырами.

Для самого же объекта ничего особенного ни во время приближения к горизонту, ни при его пересечении, не произойдет. Если этот объект – живой человек, то, обернувшись назад, он сможет увидеть всю историю нашей вселенной. То, что происходит за горизонтом событий, порождает химер воображения, ведь это то, чего классическая физика объяснить уже не может. Но любопытство свойственно человеку, ему всегда хочется узнать все о механизме работы недоступного ему. Как сказал американский астрофизик Эрик Чейсон, «Исследователи утверждают, что крайне важно разгадать природу черных дыр, чтобы мы когда-нибудь не начали поклоняться им. Звучит нелепо, но огромные пласты человечества веками почитали непознаваемое, благоговея перед тем, что не может быть проверено экспериментально. Да что там говорить - многие люди до сих пор это делают в обществе двадцать первого века».

Черные дыры делятся на четыре класса по сценарию их образования. Так, черные дыры звездных масс образуются на последнем этапе эволюции достаточно массивной звезды. Вся материя звезды всегда притягивается к ее центру, но происходящие внутри термоядерные реакции создают давление, которое не позволяет звезде «схлопнуться». Когда же «топливо» заканчивается, ничто не мешает веществу продолжать сжиматься, пока звезда не превратится либо в сверхплотную нейтронную звезду, либо в черную дыру. Исход этого сжатия, носящего название «гравитационный коллапс» зависит от массы звезды.

Второй сценарий образования черной дыры подразумевает те же процессы (невозможность компенсировать гравитацию внутренним давлением) для протогалактического газа. Такое может произойти на начальном этапе формирования галактики.

Третий же вариант – это формирование так называемых первичных черных дыр в момент Большого Взрыва, подразумевающее, что вещество, распределенное с равномерной плотностью, в каких-то зонах могло уплотниться до черной дыры. Однако эта гипотеза не объясняет принципов формирования таких зон на ранних этапах развития Вселенной.

И последний сценарий формирования черной дыры – это возникновение микроскопически малых черных дыр в результате квантовых реакций. Квантовая физика – это раздел теоретической физики, изучающий явления квантовой механики и квантовой теории поля, работающие на уровне микромира и не имеющие проявлений в макромире.

В настоящее время считается, что внутри каждой галактики находится сверхмассивная черная дыра. Это такая дыра, которая в процессе своего развития из размеров характерного радиуса выросла до огромных размеров в результате постоянного поглощения вещества и энергии. Гравитация таких черных дыр огромна, поэтому вокруг них вращаются множество звездных систем и облаков протогалактического газа. Внутри нашей галактики тоже есть такая дыра. Это Стрелец А, расположенный в 26 тысячах световых лет от Земли.

Черная дыра – явление лишь гипотетическое. Их существование экспериментально не подтверждено, а наблюдать за ними мы можем лишь по косвенным признакам – красному смещению падающих в них тел, рентгеновскому излучению расположенных рядом объектов и другими способами. Чтобы наблюдатель мог тело увидеть, оно должно отразить от своей поверхности свет, чего черные дыры не делают. Этот невидимый, прожорливый и лысый макаронный монстр притягивает к себе не только космические тело и энергии, но и внимание всех людей мира, будь то ученые, творцы или домохозяйки. Действительно, гравитация поразительной силы!

Смерть Вселенной

…Мы останемся смятым окурком, плевком, в тени под скамьей, куда угол проникнуть лучу не даст. И слежимся в обнимку с грязью, считая дни, в перегной, в осадок, в культурный пласт.

И.А.Бродский

Во все времена ученые двигались по дороге исследований на двухколесном велосипеде. Его переднее колесо представлено свойственным человеку любопытством, заставляющим взрослых людей с детской непосредственностью задаваться вопросами «как?» и «почему?». Заднее же, о чем ни сами ученые мужи, ни далекие от науки люди говорить не любят и не умеют – это извечный страх смерти, за границей которой лежит непредсказуемая и невозможная для исследования неизвестность. Нет-нет, но каждый человек пытается предугадать, что ждет его после окончания отведенного ему срока. Кто-то находит утешение в религии, что-то в обеспечении будущего своим детям, ученые же, оседлав свой велосипед, стараются заглянуть дальше пределов собственных жизней. И спрогнозировать судьбу целого мира, в котором мы все живем – нашей Вселенной.

Что касается ее рождения, в большинстве научных сообществ превалирует одна космогоническая теория – Теория Большого Взрыва. Но относительно ее конца гипотез гораздо больше – три основных и с десяток поменьше, различающихся по пропорциям оптимистичности и космического ужаса в этом коктейле.

Согласно первой из основных трех теорий, Вселенная живет и развивается согласно правилам любой термодинамической системы. Вселенная, пройдя все этапы эволюции, однажды исчерпает свои запасы энергии, которые остаются одинаковым вне зависимости от объема Вселенной. Не останется пороха для разжигания новых звезд, а материя будет представлять собой хаотично движущиеся элементарные частицы, энергообмена между которыми не происходит. Эта теория носит название «Неизбежная тепловая смерть Вселенной».

У этой гипотезы есть и ребенок, имя которому «Тепловая смерть Вселенной из-за черных дыр». Согласно одному популярному мнению, большая часть материи во Вселенной сосредоточена вокруг черных дыр. В центре большинства галактик, в том числе и нашей – Млечного Пути – расположена сверхмассивная черная дыра. Это такая область пространства-времени, гравитационное притяжение которой столь сильно, что ее не могут покинуть даже объекты, движущиеся со скоростью света (включая кванты самого света). Граница этой области называется горизонтом событий. Со временем дыры поглотят большую часть материи Вселенной. Этих мрачных супер-звезд время от времени будут фотографировать папарацци еще не попавших под их влияние объектов при достаточном к ним приближении для испускания энергии. Когда такие фотографы закончатся, останутся только гравитационные колодцы посреди черного ничто. Более крупные дыры будут поглощать дыры поменьше. Со временем границы этой огромной черной дыры начнут покидать отдельные фотоны (это излучение называется излучением Хокинга). С каждым новым сбежавшим фотоном масса черной дыры будет уменьшаться, что приведет к еще большему потоку беженцев. В определенный момент гравитация больше не сможет удерживать их под горизонтом событий, и черная дыра взорвется.

Впрочем, этот ребенок-теория входит в состав более исчерпывающей модели эволюции Вселенной. Она подразумевает деление истории развития Вселенной на эпохи. Нынешняя носит название «Эпоха звезд» и характеризуется активным рождением новых звезд. Закончится она, когда галактики исчерпают все запасы межзвездного газа (их строительного материала). Далее Вселенную ждет «эпоха распада». Если основными объектами предыдущего этапа являются звезды наподобие нашего Солнца, то новому этапу свойственны коричневые и белые карлики, а также небольшое количество нейтронных звезд и черных дыр. Подробнее эти объекты мы рассмотрим в дальнейших статьях, но всех карликов объединяет две общие черты – высокая плотность и маленький размер. Обычных звезд больше нет, так как перечисленные объекты – это конечный этап их эволюции, обусловленный массой и размером звезд. На смену главенствующего в эпоху звезд процессу горения водорода, которое теперь имеет место только внутри коричневых карликов, приходит процесс аннигиляции (процесс превращения частицы и античастицы в какие-либо иные частицы, отличные от исходных) черной материи и распад протонов. Следующий эпохой является «эпоха черных дыр», где все вещество представляет собой бульон из элементарных частиц. Механизмы этого этапа описаны в абзаце выше. Хотя возможен и другой сценарий развития событий – разогревание сверхмассивной черной дыры до планковской температуры и достижение ей планковской плотности, за которыми последует новый Большой Взрыв. И, наконец, последняя эпоха - это «эпоха вечной тьмы. Чистое время, лишенное каких-либо источников энергии. Сохранились только остаточные продукты всех предшествующих процессов: фотоны, нейтрино, электроны, позитроны и кварки.

Еще одна маленькая, но любопытная, теория конца Вселенной касается как раз времени. Если предположить, что время бесконечно, то любое событие произойдет со 100-процентной вероятностью бесконечное количество раз согласно теории Пуанкаре. Но, таким образом, само время должно однажды остановиться. Все замерзнет и остановится, как снимок или слепок, неизменное в своей форме навсегда. Псевдобессмертие прекрасной скульптуры, замершее в единственном моменте, лишенное и будущего, и прошлого.

Однако, остаются еще две основных теории конца Вселенной. Это «Большой разрыв» и «Большое сжатие». Первая из них говорит о том, что в настоящее время Вселенная продолжает свою эволюцию, постепенно расширяясь под действием сил гравитации. Если скорость расширения Вселенной будет нарастать, то сила, ее расширяющая, с определенного момента превысит гравитацию. Галактики и звездные скопления будут уплывать все дальше и дальше друг от друга на постели под бельем черного ничто. В своем одиночестве они разорвутся вначале на отдельные объекты – планеты, газ, заезды – а потом и вовсе на атомные и субатомные частицы. Вселенная придет в состояние равномерного, безразличного и холодного равновесия, внутри которого частицы будут сталкиваться, не обмениваясь энергией, случайно и хаотично.

Противоположностью этой теории является модель «Большого сжатия». Если темпы расширения Вселенной замедляются, то в будущем оно прекратится и начнется ее сжатие, пока ее радиус не станет в 5 раз меньше современного. Тогда все скопления во Вселенной образуют единое мегаскопление, но галактики не потеряют своей индивидуальности и продолжат жонглировать рождениями и умираниями звезд. Но и этому придет конец, когда Вселенная сожмется еще в 20 раз и станет в 100 раз меньше, чем сейчас. Температура реликтового фона (равномерно заполняющего Вселенную теплового излучения, возникшего в период первичной рекомбинации водорода) будет постоянно расти, затмевая излучение центральных светил. Дальнейшие события будут напоминать те, что происходили во время Большого Взрыва, но в обратном порядке, пока не перестанут работать законы известной физики.

Здесь рождается еще один ребенок-теория, зовущийся теорией «Большого отскока». Она является продолжением теории «Большого сжатия», которого, согласно ей, должно быть достаточно для нового Большого взрыва. Таким образом, Вселенная пульсирует в своих состояниях и размерах, и, возможно, мы живем не в первой ее итерации, а в четырехсотой.

Существует еще несколько небольших теорий, таких как теория временного барьера (если времени не существует, то законы физики бесполезны в бесконечном пространстве, а, значит, существует некая граница) и так называемое «событие вакуумной нестабильности» (Вселенная существует в принципиально нестабильном состоянии и однажды «упадет» с этой грани, и в какой-то момент во Вселенной появится постоянно расширяющийся вакуумный пузырь, уничтожающий все на своем пути). Наиболее оптимистичной из них, не ввергающей сознание что ученого, что обывателя, в бездны безрадостной предопределенности, когда никто не в силах ничего изменить (что делает с нами теория Большого сжатия), является сценарий «этого не будет». Согласно нему, мы живем в мультивселенной. Одна из них закончит свое существование большим сжатием, другая – тепловой смертью, третья – большим разрывом, четвертая и пятая – неизвестными нам способами. Главное же в этой теории то, что наш мир – это всего лишь одна из многих таких Вселенных. И даже если она превратится в фотонный корм для голодных львов из клетки пустоты между Вселенными, то в других мирах жизнь не закончится и продолжит свое развитие, ведь количество новых Вселенных всегда будет больше, чем старых.

Астероиды

— Ну ты прям звезда ! — Я? Нет, что ты… Звезда это Маяковский, Ахматова… а я так… астероид

Посиделки на даче по случаю чьего-то дня рождения. Все знают всех, и у каждого есть свое место в иерархии этого сложившегося сообщества. Кто-то неизбежно будет лидером сложных разговоров о политике и научных достижениях, кто-то будет блестящей пайетками звездой танцпола, чьи-то губы будут прихлебывать тем более крепкие напитки, чем в меньшие стаканчики они налиты, и с важным видом обсуждать трения внутри того или иного общества. При этом отказываясь признавать себя причастными к созданию месторождения сплетен и слухов, конечно. Найдутся и те, кто все время будет суетиться на кухне, то занимаясь приготовлением сложных, как высшая математика, закусок, то отмывая посуду, пригодившуюся при сооружении этих многоуровневых, как собравшаяся компания, канапешек, то отмывая полы, изгвазданных начинкой от порога до порога. Обязательно с хмурым видом будут подпирать стену в паре-тройке мест вечно и всем недовольные субъекты, на удобрении происходящего на вечеринке взращивающих это свое недовольство, чтобы потом, в более тесной компании, только им и рассыпаться.

Главное во всем этом – всегда заранее можно сказать, кто и какую роль будет исполнять. И даже прикинуть сценарий развития событий в случае той или иной программы развлечений (если они вообще будут).

В каждую такую устоявшуюся вечериночную галактику рано или поздно нет-нет, да влетит особенный астероид, не вписывающийся ни в какие каноны. Эти трикстеры бомбами непредсказуемости неожиданно взорвутся прямо посреди дачного участка, возникнув, кажется, из ниоткуда, будут одновременно к месту в каждом разговоре и ни к месту вообще нигде, прошьют картечью дурацкой новизны все монолиты сложившихся устоев и испарятся так же незаметно, как и появились. Наверняка каждый знаком с такими шутами-дураками, именно благодаря которым к эпитетам вечеринок прибавляется частица «не»: они становятся незаурядными и незабываемыми.

Кто же эти астероиды хаоса, интереса и веселья? Поговорим о них – об астероидах – в этой статье. Нам предстоит разобраться с их происхождением в галактиках, их способами обнаружения, классификациями и мифотворчеством, с ними связанном.

Чаще всего невооруженным глазом мы видим астероиды в виде «падающих звезд» на ночном небе. Хотя звёздами они не являются и только выглядят похоже. Именно благодаря этому сходству им в XVIIIв. такое название было придумано композитором Чарлзом Бёрни и введено английским астрономом Уильямом Гершелем, ведь в переводе с древнегреческого «астероид» означает «подобный звезде» и «вид, наружность, качество». То, что мы видим на ночном небе – это не падающие звезды, а огненный след от падающего через атмосферу метеора, сгорающего из-за трения о ее куда более плотную, чем межзвездная среда, структуру. Материальные остатки упавшего астероида называются метеоритами. В телескоп астероиды тоже похожи на звезды и выглядят, как точки, в то время как планеты выглядят, как диски. Как вам такая обманка, а?

Юлят астероиды со внешним видом, выдавая себя за звезды. Но не только в этом выражается их хитроумность. Обнаружить астероиды также достаточно сложно, т.к. эти небесные тела состоят из твердых пород и, как правило, обладают не очень высоким альбедо (отражательной способностью). Поэтому для наблюдения за ними в современном мире используются следующие методы: поляриметрии, радиолокационный, спекл-интерферометрии, транзитный и тепловой радиометрии.

Наиболее простым, и, одновременно, качественным методом является транзитный. Во время движения астероида относительно земли он иногда проходит на фоне какой-либо звезды, создавая явление, которое называется покрытие звезд астероидом. Яркость звезды из-за этого на некоторое время снижается, и измерив ее вместе с расстоянием до астероида, можно достаточно точно определить размер небесного тела. Но этот метод больше подходит для крупных астероидов вроде Паллады.

Метод поляриметрии работает с другой характеристикой астероида – с его яркостью. Чем больше астероид, тем больше солнечного света он отражает. Но яркость астероида прямо пропорциональна альбедо его поверхности, которое, в свою очередь, определяется материалом пород астероида.

Однако, альбедо астероида тоже определяется легко. Дело в том, что чем больше света этот шутник поглощает, тем больше нагревается и, следовательно, тем больше энергии излучает в тепловом спектре в инфракрасном диапазоне. На этом основан метод тепловой радиометрии.

Радиолокационный метод подразумевает сравнение известного зондирующего сигнала, отправляемого к астероиду с Земли, с эхо-сигналом (сигнал, отраженный от поверхности астероида).

А спекл-интерферометрия основывается на анализе зернистой структуры изображения астероида, полученного при помощи специальной техники.

Все эти методы позволили обнаружить в Солнечной системе сотни тысяч астероидов. По данным Центра малых планет на 1 апреля 2017г. насчитывалось 729 626 малых планет (распространенное до 2006г. название астероидов). Предположительно, в Солнечной системе содержится от 1,1 до 1,9млн. объектов, чей диаметр превышает 1км. Большинство из них сосредоточены в поясе астероидов между Марсом и Юпитером, про который мы говорили в статьях про Солнечную систему.

Роль ученых в социальной иерархии, помимо непосредственно изысканий–систематизация имеющихся данных. Такую груду камней ведь тоже надо поделить на группы и как-то классифицировать! Для этого в настоящее время ученые опираются на характеристики их орбит, ведь эти шутники, как и все небесные тела, только кажутся такими непредсказуемыми и на самом деле движутся по вполне предсказуемым орбитам, и на описании видимого спектра солнечного света, отражаемого поверхностью астероида.

Астероиды объединяют в группы и семейства на основании особенностей их орбит. Семейства включают в себе какое-то количество групп и являются более плотными образованиями, образованными в прошлом при разрушении крупного астероида при столкновении с каким-то иным космическим телом. Например, существует группа околоземных астероидов семейства Атиры. К ним относятся те астероиды, афелий орбиты которых меньше перигелия Земли, иными словами, которые полностью находятся внутри орбиты Земли.

Другая классификация астероидов, которая только дополняет первую, была разработана в 1975г. Кларком Р. Чапменом, Дэвид Моррисоном и Бенджамином Целлнером. Она опирается на показатели цвета, альбедо и характеристики спектра отраженного солнечного света. Изначально эта классификация включала только 3 типа астероидов.

Класс C включает в себя углеродные астероиды. Они составляют примерно 75% всех известных астероидов.

Класс S состоит из астероидов силикатных. В Этот класс входит примерно 17% известных астероидов.

И, наконец, класс M состоит из металлических астероидов (где металлы – элементы в общеизвестном понимании). В этот класс входит большинство оставшихся небесных тел.

Но астероиды, как и другие астрономические тела, изучаются все более и более детально, поэтому в настоящее время классов выделено гораздо больше. Так, астероиды классов A, Rхарактеризуются высоким альбедо, классовD, G, T–низким, классы B, F, Pпохожи соответственно на классы C, B, D, но с содержанием отличных веществ в породе и т.п.

Как же образуются эти небесные трикстеры? Считается, что и тут астероиды не сделали ничего нового, только старое перевернули с ног на голову. Они формировались так же, как и другие планетозимали в околосолнечном облаке, пока Юпитер не достиг текущих размеров и в следствие вступления в резонанс с планетозималями он попросту выбросил 99% за пределы совей орбиты. Анализ и моделирование показывают, что астероиды размером более 150 км были образованы путем аккреции(приращения космической пыли и мелких тел гравитационным методом) в тот ранний период становления Солнечной системы, в то время как меньшие тела – лишь осколки от столкновения более крупных с иными космическими объектами во время или после рассеивания изначального пояса гравитацией Юпитера.

Остается ответить на один очень важный вопрос: какие же тела могут претендовать на звание трикстера, т.е. астероида? Главный параметр, по которому определяют, положен ли телу этот статус – это его размер. Астероидами считаются тела, чей размер превышает 30м, но недостаточен для статуса малой планеты и, тем более, планеты.

Таковы шуты-дураки в космическом сообществе. В человеческом же очень любят строить теории заговоров о том, что, дескать, жизнь на планету была занесена извне, но не инопланетянами, а посредством бактерий на каком-то метеорите. Или, возможно, это именно инопланетяне направили нужный астероид в сторону Земли. В любом случае, на этом месте обычно случается драка между дарвинистами и сторонниками теории о привнесенной на метеорите жизни. Оставим-ка мы их выяснять отношения самостоятельно, а когда успокоятся, т.е. через неделю, мы встретимся с вами снова и поговорим о кометах!

Звезды-5 мифы и легенды

Всматриваешься в звезды — жди от них знака.

К. Уейский «Гадальщик»

Чем дольше человек смотрит на какое-то ему непонятное явление, тем больше домыслов о нем рождается у него в голове. А где домыслы – там и мифы с легендами. Если это явление по масштабу сопоставимо с человеком, то они примут форму слухов. Так, какая-нибудь бабушка Нюра, предпочитающая коротать пенсионные будни на лавочке у подъезда или на мягком сиденье общественного транспорта, если дело происходит в час-пик, распространяет зачастую нелицеприятные и неподтвержденные сведения о все более и более распускающейся молодежи. Но если речь заходит о чем-то гораздо большем и могущественном, чем сам человек, нелицеприятность таких разговорчиков вытесняют страх, восхищение и чуть позже – преклонение.

Этот процесс можно наблюдать в обожествлении сил природы и ее явлений в древнейшие времена человечества. Нечто необъяснимое и неподвластное человеческому разуму многие века находило объяснение самого себя в мифах и легендах о богах, героях, сказочных созданиях, способных управлять жизнью каждого простого смертного.

То же касается и наших звездных кошек. Человек наблюдал за ними еще до зарождения в его черепной коробке мыслительных процессов, достаточно сложных, чтобы называться «разумом».

Самый простой пример тому – известное с детства всем и каждому поверье, что увидав падающую звезду, нужно успеть загадать желание до того, как ее след угаснет, и тогда это желание непременно сбудется. На самом деле звездопад, или «небесные лисы» – это вовсе не падающие оземь звезды, а т.н. звездный дождь или метеорный поток. Это метеорный поток высокой интенсивности, видимый невооруженным глазом за счет горения метеорных тел в атмосфере Земли за счет большой силы трения. Эти потоки берут начало в метеорных роях, которые обладают четко определенными орбитами в космическом пространстве, поэтому звездные дожди наблюдаются в определенное время года и в определенных местах, когда орбита Земли пересекает орбиты метеорных роев. Лишь небольшая часть звездного дождя достигает поверхности планеты в виде оплавленных обломков. Остальные же сгорают дотла в ее атмосфере.

Однако только сейчас научный подход к познанию мира нашел рациональное объяснение этому удивительно прекрасному явлению. А известно оно уже многие века. В Древней Греции существовал миф о юноше, столь сильном и прекрасном, что громовержец Зевс расценил эти качества как дерзновение по отношению к статусу богов и наказал юношу проклятием несчастья. Согласно ему, каждая его истинно возлюбленная будет погибать. Встретив такую девушку через пять лет, юноша не смог пережить ее кончины. Кстати, отсюда берет свое начало алтарная клятва «пока Смерть не разлучит вас», свидетельствующая о подлинности чувств. Юноша хотел было свести счеты с жизнью, но сама Смерть пришла ему на помощь со словами "Я взмахну своей косой, а ты лови Звезду. И когда поймаешь ее, вложи в уста своей Любви, и она тотчас оживет". Юноша не смог поймать звезду, но возлюбленная его ожила, потому что именно в этом заключалось его сокровенное желание. А имя «Любовь», таким образом, имеет древнегреческое происхождение.

В наше время об этом мифе вспоминают редко, но акцентуация на сокровенности желания присутствует всегда. Говорят, самое страстное желание человека – это то, которое возникло у него в голове и сорвалось на уста в первые мгновения наблюдения за падающей звездой, пока не успела «включиться» рационально-аналитическая часть сознания.

Древнегреческая культура и религия вообще оказали большое влияние на мифологизацию звезд. Взять ту же астрологию – группу описательных и предсказательных практик, постулирующих непосредственное влияние на земной, физический мир и на людей (на их характер, судьбу, поступки и т.п.), и, в частности, возможность предсказания будущего по расположению небесных тел на небесной сфере (воображаемая сфера произвольного радиуса, на которую проецируются небесные тела). Точное время возникновения астрологии установить затруднительно ввиду малого количества дошедших до нас древнейших источников. Однако уже в III тысячелетии до н.э. в Древней Месопотамии уже была известна астрология предзнаменований, а появление первых частных гороскопов датируется V-IVвв. до н.э. Окончательно традиция гороскопической астрологии сложилась около Iв. н.э. Позднее, в III-Vвв. н.э. укрепились связи греко-римского мира с Индией, и сведения о гороскопической астрологии были переведены на санскрит. С тех пор астрология делится на две традиции – западную (греческую) и индийскую (восточную или ведическую). Если индийская астрология поднимала вопросы, незнакомые греческой (астрология домов (накшатр) и хорарная астрология (астрология вопросов)), то греческая продолжила путь совершенствования математического аппарата астрологии: вычисления были строже; вершины домов гороскопа (неравные между собой сектора эклиптики (большой круг небесной сферы, по которому проходит видимое с Земли движение Солнца относительно звезд), характеризующие в гороскопе различные сферы жизни человека) строго привязаны к астрономическим параметрам небесной сферы; строго выдержана строгость определения аспектов (особое взаиморасположение планет).

Астрология чаще всего работает в формате гороскопов. Вспомните последние страницы телевизионных журналов конца 90-х и начала 2000-х! Гороскоп – это схематическая карта неба, видимого в определенный момент времени с определенной географической точки. Существует малоизвестный вид астрологических карт, называемый космограммой. Они отражают расположение тел Солнечной системы в определенный момент времени, но безотносительно их видимости с конкретной точки на поверхности Земли. В гороскопе учитываются аспекты небесных тел и их взаимное расположение с 12 домами и 12 зодиакальными созвездиями.

В астрологии существует понятие «зодиакальный пояс». Это особая область на небесной сфере, расположенная вдоль эклиптики, по которой проходят пути Солнца, Луны и планет. Зодиакальные созвездия, расположенные на этом поясе, видны как из области Северного полушария, так и Южного. А знаки зодиака – это 12 секторов по 30̊, на которые разделена эклиптика. Считается, что рождение под тем или иным знаком зодиака определяет характер, поступки и судьбу человека. С зодиакальными созвездиями связаны многие древнегреческие мифы о богах и их детях – героях.

В научной среде астрология считается лженаукой и всячески порицается, как нечто далекое от доказательного познания. Однако более чем в 30 университетов Индии существуют факультеты астрологии, а первый уровень многоярусных буддийских храмов посвящен звездам и их аспектам.

Однако астрономия и зачатки астрологии возникли гораздо раньше, чем расцвела Древняя Греция. Например, в Древнем Египте астрономия возникла из-за необходимости отслеживать приход определенных важных событий, таких как разлив Нила, и своевременно проводить необходимые религиозные ритуалы. В Египте звезды считались обитателями нижнего мира или Дуата – мира мертвых. Поэтому часто назывались «свитой Осириса» - покровителя этого мира. По мнению древних египтян, умершие жили на звездах. Это объясняет украшение куполов гробниц росписями со звездами. Фараон же, воплощение бога Гора на земле, после смерти идентифицировался с Полярной звездой.

Полярная же звезда с древнейших времен, как только стало развиваться мореходство и, следовательно, навигация, почиталась не только моряками, для которых долгое время была единственным верным ориентиром на небесном склоне, т.к. является неподвижной точкой в центре Северного звездного полушария (расположена в созвездии Малой Медведицы). Для многих древних народов она являлась осью небесного свода и символизировала собой постоянство в полном хаоса мире. В некоторых культурах даже почиталась как Небесная Колонна, связывающая естественные и сверхъестественные сферы, как некие Небесные Врата.

Славянские народы также были склонны приписывать звездам, к которым относили и метеориты с кометами, влияние на земную жизнь. Звезды представлялись славянам как «гвозди» на куполе неба, вращающиеся вокруг единого «пупка» - Полярной звезды. В славянской мифологии звезды персонифицируются: про них говорят «рождаются», «спят», «ходят», «убегают» и пр. Звезды являются детьми (реже – сестрами) Солнца и Месяца. Встречаются и следы культа звезд. Например, в одном древнерусском заговоре есть слова: «…встахомъ заутра и помолих-се Господу Богу и дьнницѣ». Общеславянские представления о звездах включают в себя такие мифологемы (многие из которых живы до сих пор): при наблюдении падающей звезды нужно загадать заветное желание; звезд на небе столько, сколько людей на Земле; с рождением человека на небе «зажигается» новая звезда, а когда он умирает, падает на Землю или угасает; если звезда человека «сильная», то и человек способен справиться с любыми бедами, если же «слабая» - то и человек такой же. А про особо счастливых и несчастливых людей веками повторяли фразы, ставшие со временем фразеологизмами: «такая уж у него звезда», «под счастливой звездой родился» и т.п.

Христианство переняло культ звезд, отождествлявшихся с богами, сугубо символически - как знак Божественного благорасположения и водительства. Наиболее известной является Вифлеемская (Рождественская) звезда, которая помогла волхвам найти путь к яслям новорожденного Иисуса. По книге Бытия все небесные светила сотворены Богом лишь на четвертый день, поэтому возможно проследить границу между Божественным светом, непереносимом для очей смертного, и более эфемерным светом звезд. Падающие звезды же в христианстве считаются предвестниками Апокалипсиса.

В исламе же, в отличие от существовавших во времена его возникновения на тех же территориях традиционных культов небесных светил (ассоциируемых со множеством богов),звезды символизируют божественное верховенство. Это объясняется в легенде о праотце Авраама, который, спасаясь от преследований опасавшегося за свою власть царя Нимрода, первые пятнадцать лет жизни скрывался в темной пещере. Затем он был выведен на свободу своей матерью в сопровождении архангела Джебраила, и все пытался воздать благодарности первому увиденному светящемуся объекту, полагая, что именно в нем воплощен Аллах. Но, увидев заход Солнца, закат Луны и потускнение звезд к утру, понял Авраам, что «надо поклоняться лишь Тому, кто эти светила создал и заставил вращаться» (© Коран).

На этом наши скитания по звездному небу подходят к концу. Мы неплохо изучили строение, повадки, прайдовую иерархию, видовую классификацию звездных кошек и даже успели коротко пробежаться по их месту в религиях и культуре. Звезды всегда останутся для человека маленькими огоньками надежды в безбрежном и черном океане жизни. В нашей власти – лишь не позволить этому светлому чувству мутировать в антинаучное чудовище, потому что чем дальше развивается наука, тем сложнее ее сочетать с истинной верой во что-то светлое, прекрасное и вечное в своей разумности. Желаю вам, дорогие читатели, во все времена уметь находить эту ускользающую границу между детским восторгом, точной наукой и злостной лженаучностью, сочетая в себе прекрасные качества первых двух подходов.

Космические лучи-2

Я ль несся к бездне полуночной, Иль сонмы звезд ко мне неслись? Казалось, будто в длани мощной Над этой бездной я повис… © А. Фет

В процессе жизнедеятельности человек имеет свойство уставать, терять терпение и раздражаться. Иногда эти особенности организма и психики, которые не могут делать что бы то ни было безостановочно, становятся причиной конфликтов с другими людьми. А если хотя бы с одной стороны этой коммуникации бурлит скверных характер под катализатором нарциссизма, невоспитанности и мании величия, то в эта точка столкновения двух людей взрывается безобразно громким криком. И тут уже ни о какой дипломатии речи не идет.

Самое обидное, что повышение голоса на вопящего оппонента к толковому результату не приведет. Наоборот, только больше его взбудоражит. Вот и приходится либо рассыпаться в мелких подобострастных извинениях, либо бочком продвигаться к двери с целью ускользнуть от конфликта, либо утыкать нос в офисный потолок и гордо стоять на мечте, храня ледяное молчание. Это уж зависит от внутреннего содержания человека, об атмосферу которого разбиваются звуковые волны ругательств шефа.

В прошлой статье мы следовали принципу «от частного к общему» и начали разбор явления космических лучей с реакций само́го незадачливого подчиненного. Логично было бы далее поговорить по поведении звуковых волн ругательств – космических лучах – в межзвездном пространстве, но мы поиграем в чехарду и перескочим сразу к шефу – источнику этих лучей. Но подбираться к нему мы будем по канату извергаемого луча.

Как и говорилось в прошлой статье, космические лучи делятся на первичные (внегалактические, галактические (ГКЛ) и солнечные (СКЛ) космические лучи) и вторичные (потоки частиц, возникающие в атмосфере нашей планеты под действием первичных лучей). В свою очередь, первичные лучи тоже делятся на разные типы по принципу их происхождения – из чьей глотки вырвались ругательства. С СКЛ все понятно по названию – их источником является Солнце, которое обеспечивает нестабильностью своей короны с ее периодическими коронарными выбросами и их нестабильное, меняющееся по интенсивности в течение относительно короткого срока (день, месяц, год) состояние. ГКЛ также названы в честь места обитания – они приходят в межпланетное пространство из межзвездной среды. Наиболее вероятным их источником считаются вспышки сверхновых звезд и образующиеся при этом пульсары. А в наше межпланетное пространство влетают ругательства шефов из открытого космоса – внегалактические космические лучи. Они состоят из частиц ультравысоких энергий, которые в неизменном виде достигают ОКП (околоземного космического пространства) в штучном количестве. Например, в 2021г. было обнаружено всего 23 такие частицы. Источник этих уничтожающих личности сотрудников ругательств до сих пор точно не выяснен, но по наиболее популярной теории им являются активные ядра галактик. Но обо всем по порядку.

СКЛ исторгаютет из разверзнутых уст коронарных выбросов и вспышек солнечная корона – верхний, самый горячий и разреженный слой атмосферы Солнца. Корона состоит из т.н. «плазмы» - смеси холодных в своей злобе (отрицательно заряженных) электронов и горячих, компульсивных (положительно заряженных) протонов. Такие энергичные эмоции трудно держать в себе, поэтому Солнце исторгает их мощными потоками ругательств (ионизированных, т.е. имеющих заряд, частиц) во время коронарных выбросов и вспышек. О них мы поговорим в следующий раз. Эти потоки являются нестационарными космическими лучами и носят название «солнечный вечер». Частицы, его составляющие, имеют энергию ниже 2·1010 эВ. При приближении к атмосфере планет (кроме тех, с которых ее этим же ветром не «сдуло» - Марса и Венеры) под противодействием холодной гордости их магнитосфер его направление искривляется, т.е. он начинает «обтекать» эту неприступность, однако какое-то количество бранных словечек (частиц) все же проникает внутрь атмосферы. О процессе переработки этих ругательств мы подробно говорили в первой статье этого цикла. Поэтому с первой космической скоростью полетим далее.

ГКЛ же появляются в нашей планетной системе из источников, расположенных за ее пределами, или, иными словами, из межзвездного пространства. ГКЛ состоят из ядер различных химических элементов, чья энергия превышает несколько десятков МэВ/нуклон, а также электронов и позитронов с Е >10 МэВ. Шефами, исторгающими эти ругательства, считаются вспышки сверхновых звезд (явление в эволюции почти любой звезды, когда та резко увеличивает свою яркость на 4-8 порядков (на 10-20 звездных величин) и последующим относительно медленным ее затуханием) и образующиеся при этом пульсары (относительно компактный звездный объект). Природа этого явления до конца не ясна по сей день, но, тем не менее, позднее мы обязательно поговорим о нем подробнее. В данной статье важно лишь то, что этот процесс носит катакзмический, т.е. быстрый, характер, и сопровождается выбросом огромного количества звездного вещества в окружающее космическое пространство. Чихая бранью таким образом, сверхновый шеф обеспечивает открытый космос межгалактическими космическими лучами, которые, пересекая границы нашей галактики, меняют имя и начинают зваться ГКЛ.

Что же до межзвездных космических лучей, еще одним возможным их источником являются активные ядра галактик. «Активными» такие ядра называют именно за счет их способности «ругаться» потоками частиц, т.е. выбрасывать в межзвездную среду потоки заряженных частиц. Излучение такого ядра своей переменчивостью и непостоянством напоминает солнечную активность. Эти потоки частиц меняются с течением сравнительно недлинных периодов (дни, месяцы годы). Казалось бы, в центре любой галактики расположена область с повышенной концентрацией звезд и межзвездных пыли с газом, образованная под действием гравитации, но простое скопление космических объектов не объясняет такого поведения центра галактики. Что же делает его настоящим космическим начальником, способным так ругаться на подчиненных?

Ответ на этот вопрос мрачен, как и многие секреты успеха. И звучит он как «сверхмассивная черная дыра». Считается, что центрами крупных галактик, чьей массы достаточно для гравитационного коллапса в их центрах, являются черные дыры особо крупных размеров. Галактик с такими ядрами немного – всего 1% от общего числа. Они излучают энергию в различных диапазонах: -радио-, рентгеновском, ультрафиолетовом, инфракрасном и гамма-диапазонах.

В статье о черных дырах мы уже говорили о том, что ничто, даже объекты, двигающиеся со скоростью света, не могут покинуть пределы черной дыры. Так как же она исторгает из себя ругательства? Давайте разбираться.

На большом расстоянии от черной дыры ее гравитационное влияние на окружающие объекты мало чем отличается от гравитационного влияния других объектов. Но после определенной точки вещество начинает «засасывать» в прожорливую воронку черной дыры. Граница, из-за которой не может вырваться даже свет, называется «горизонтом событий». Но черная дыра одета в люксовый костюм аккреционного диска – пояса вокруг дыры, вещество в котором движется в одну сторону по направлению к центру дыры, т.е. вращается и движется радиально. Наш галактический шеф черпает вдохновение для своих ругательств из своей же команды, затягивая внутрь себя и целые звезды, и газ между ними, или уважительно берет материал только с поверхности светил, которым «повезло» располагаться чуть подальше.

Вещество в диске представлено газом, и движется он в одном направлении, но с разными скоростями: чем ближе к центру черной дыры, тем больше его скорость. Между слоями газа, движущимися с разными скоростями, возникает трение, и кинетическая энергия этого газа преобразуется в тепло. Поэтому аккреционные диски вокруг черных дыр всегда очень горячие и «светятся» в радио-, инфракрасном и оптическом диапазонах, рентгеновском свете и гамма-лучах.

Помимо вращения, газ в аккреционном диске движется и радиально, т.е. по направлению к центру черной дыры. Скорость этого движения зависит от характера диска, а именно от его массы и температуры. В некоторых дисках характер радиального перемещения газа приводит к тому, что по его оси и перпендикулярно его плоскости выбрасываются массы вещества. Это т.н. «джеты» (от англ. jet – «струя»). Они-то и являются источниками межгалактических космических лучей.

Аккреционный диск является гордым обладателем еще и магнитного поля, образующего магнитосферу вокруг черной дыры. Оно является одной из трех зон, в которых может происходить ускорение частиц вблизи чёрной дыры. Две другие – это сам аккреционный диск и описанный выше джет. Но наша статья обладает меньшими размерами, чем сверхмассивная черная дыра, и потому в ней уже не остается места, чтобы подробно описать эти три способа ускорения частиц вблизи черной дыры. Поэтому к ним мы вернемся в следующий раз, не забыв также о приключениях этих частиц в межзвездном пространстве. Поэтому lо встречи через неделю, дорогой читатель!

Планетные системы-2

Черт бы побрал эту Солнечную систему! Плохое освещение, планеты слишком далеко, полно комет, задумка слабовата. Я бы сотворил [Вселенную] получше. © Мартин Рис, из книги «Всего шесть чисел. Главные силы, формирующие Вселенную», Лорд Джеффри.

Ругаться, в отличие от достопочтенного лорда, мы не будем. А будем храбро разбираться с тем, что есть вокруг нас в ближайшем космосе – в Солнечной системе. Благо астрономы продвинулись далеко вперед с момента начала ее изучения, имевшее место быть более 2 тысяч лет назад. Да и нельзя выражаться в присутствии детей, а мы ведь уже решили для себя, что планетные системы в целом и Солнечная система в частности, на примере которой мы рассматриваем все остальные системы (но они, впрочем, могут и отличаться), представляют из себя планетные детсадовские группы с воспитательницами-звездами.

В прошлый раз мы остановились на поясе Койпера. С него же и начнем наше продвижение дальше вглубь космоса, все дальше и дальше от доброй воспитательницы-Солнца.

Мелкие безобразники пояса Койпера (кометы, кентавры, астероиды) частично делят территорию с еще одной группой таких же мелких мерзавцев – с Рассеянным диском. Из этой компании, как считается, вылетают короткопериодические планеты. Рассеянный диск простирается гораздо дальше пояса Койпера. Ввиду своей удаленности от Земли, эта область остается слабоизученной в настоящий момент. Отсутствие достаточного количества доказательной базы порождает в умах астрономов различные теории о его происхождении. Самой распространенной считается та, которая описывает происхождение Рассеянного диска выбрасыванием его объектов на беспорядочные орбиты гравитационным влиянием Нептуна, который, как и Уран, сформировался во внутренних областях Солнечной системы. И в процессе своей миграции Нептун вытеснил многие мелкие объекты вовне. Прямо как капризный ребенок, который, убегая от делающей замечание воспитательницы, швыряет свои игрушки налево и направо. Таким образом, многие объекты Рассеянного диска (SDO) имеют перигелий в пределах пояса Койпера, но афелий – гораздо дальше него, до 150 а.е. от Солнца. В описаниях же особенностей Рассеянного диска астрономы пускаются кто во что горазд: одни полагают, что Рассеянный диск – это часть пояса Койпера, и называют его «рассеянными объектами пояса Койпера». Другие классифицируют одни его объекты, например, кентавры, как рассеянные внутрь объекты пояса Койпера, другие объекты – рассеянные наружу объекты Рассеянного диска. Астрономы, видать, неравнодушны к тавтологии. В любом случае, все эти объекты обладают рядом схожих свойств: их орбиты весьма наклонены к плоскости эклиптики (плоскость обращения объекта вокруг Солнца), часто почти перпендикулярны ей. Как и положено самым непослушным ребятишкам.

Пояс Койпера вместе с Рассеянным диском воспитательница-Солнце привыкла объединять в одну группу в процессе разговоров с другими звездами. Она собирательно называет их Транснептуновыми объектами.

Все, что расположено дальше Транснептуновых объектов, летает в космосе настолько далеко от воспитательницы-Солнца, что по-настоящему, хорошо следить за этой ребятней получается так себе. Поэтому детвора, оставленная без «кнута» и «пряника» Солнца – солнечного ветра и солнечной гравитации – так и норовит смешаться с межзвездным пространством. Иными словами, вопрос о том, где именно оканчивается Солнечная система и начинается межзвездное пространство неоднозначен. Не обзавелись планетные детсады заборами, чтобы четко ограничить свою территорию. С одной стороны, солнечный ветер (поток ионизированных частиц, исходящих из короны Солнца) простирается не бесконечно далеко и рано или поздно ослабевает настолько, что смешивается с межзвездной средой. Эту внешнюю границу «кнута» - солнечного ветра – называется гелиопаузой. Она находится примерно в 4 раза дальше Плутона. Однако, как нетрудно предположить на примере межличностных отношений людей, сфера влияния «пряника» - солнечного тяготения, распространяется в тысячу раз дальше. Однако, почему бы и здесь не использовать собирательное название! Звучит оно как «отдаленные области Солнечной системы».

Солнечная система движется со скоростью 25 км/с через Местное межзвездное облако и может покинуть его уже очень скоро по звездным меркам – через 10 тысяч лет. Это межзвездное облако имеет неоднородную структуру (как мы говорили в одной из прошлых статей про формирование звезд), и по-разному «налетает» на Солнечную систему. И на его условной, размытой границе неизбежно сталкивается с солнечным ветром. Это поток ионизированных частиц (в основном водородной и гелиевой плазмы), который с фантастической скоростью – 450км/с в районе Земли, истекает из короны Солнца. Плотность этого влияния, «кнута», и без того достаточно мала, и по мере удаления от звезды сила его удара, т.е. плотность солнечного ветра, ослабевает. Неизбежно наступает момент, когда он более не в состоянии сдерживать давление межзвездного вещества. В процессе этого столкновения существует несколько переходных областей. Первая называется границей ударной волны и находится на расстоянии 85-95 а.е. от Солнца. Здесь солнечный ветер тормозится и становится более плотным, теплым и турбулентным, как щелчок кончика кнута. Эти данные были получены космическими станциями «Вояджер-1» и «Вояджер-2» в декабре 2004г и августе 2007г. Еще примерно через 40а.е кончик хлыста перестает нести в себе ударную силу, т.е. солнечный ветер сталкивается с межзвездной средой и окончательно останавливается. Это – вторая область отдаленных пространств, которая называется гелиопаузой. По форме она похожа на пузырь, вытянутый в противоположную движению Солнца сторону. Область пространства, ограниченная гелиопаузой, носит название гелиосфера. Межзвездное вещество находится в постоянном движении на огромных скоростях, так же, как и наша Солнечная система. На расстоянии порядка 230 а.е. от Солнца, по другую сторону гелиопаузы, происходит торможение налетающего на Солнечную систему межзвездного вещества вдольголовной ударной волны (bowshock).

С методом воспитания при помощи «кнута» - солнечного ветра – мы разобрались. Однако, как было сказано ранее, еще существует метод «пряника», заключающегося в силе солнечного тяготения. Оно распространяется намного дальше солнечного ветра. С ним связано гипотетическое существование т.н. «облака Оорта». Это сферическое облако из огромного числа ледяных объектов, вплоть до триллиона, существование которого не имеет никаких инструментальных доказательств, однако множество косвенных факторов указывают на верность этой гипотезы. Считается, что именно оно служит источником долгопериодических комет. Предполагаемый радиус от солнца до внешних границ «пряника» составляет от 50 000 а.е. (приблизительно 0,75 светового года) до 100 000 а.е. (1,5 св. года). Предполагается, что эти ледяные ребятишки были сформированы близко к Солнцу на ранних этапах становление Солнечной системы, и затем были выброшены в отдаленные пространства гравитационными эффектами карапузов планет-гигантов, разбрасывающих свои игрушки в попытках утвердить собственный авторитет. Эти ледышки сильно обделены теплом воспитательницы-Солнца и ее «кнутом» - солнечным ветром – и потому движутся медленно, неохотно. Еще бы, потреблять столько сладкого пряника в отсутствие какого-либо мотиватора к движению! Им, предположительно, свойственны нехарактерные для объектов внутренней Солнечной системы взаимодействия: они редко конфликтуют (сталкиваются друг с другом), вкушают «пряники» (гравитационные воздействия) проходящих рядом звезд, подвержены действию галактических приливных сил. Среди астрономов существуют неподтвержденные предположения о существовании «вытолкнутого» газового гиганта в облаке Оорта – планеты Тюхе. И, возможно, каких-либо других «Планет X».

Пространство между облаком Оорта и межзвездной средой называется «пограничной областью». Ввиду своей крайней удаленности оно никак не исследовано. Отсутствие каких-либо инструментальных доказательств создает плодородную почву для произрастания там различных сказок. Ой, простите! Гипотез. Одна из них убаюкивает наш разум теорией о существовании в пограничном пространстве звезды-путника Солнца Немезиды.

А сейчас пусть эта звезда-спутник Немезида свершит свое возмездие над нашими умами, усыпив любопытство и стремление к познанию сказками о себе и о других неизведанных территориях. Карапузам в планетных детсадах тоже пора уйти на дневной сон. Чего и вам, читателям этой статьи, желаю. А чтобы вам лучше спалось и неудовлетворенность не щекотала нервы, заставляя ворочаться с боку на бок, я обещаю: в следующей статье мы рассмотрим влияние звезд на свои планетные системы на примере Солнца и Солнечной системы более подробно. Ведь тяга к познанию не терпит упоминаний вскользь. Но и нашему разуму требуется отдых. Спите сладко и до встречи через неделю!

Планеты-0

Каждый живет в своем собственном мире. Но если ты посмотришь на звездное небо, то увидишь, что все эти разные миры соединяются в созвездия, солнечные системы, галактики. © П. Коэльо, «Вероника решает умереть».

Детский сад – это не только необходимое для мамаш, особенно одиноких, условие выхода из декретного отпуска. Это не менее необходимый для здоровой социализации их детей этап. Трудно вливаться в человеческий коллектив, когда его формирование начиналось в твое отсутствие, и правила поведения в нем не впитываются мозгами в процессе их развития.

У звездных кошек есть свои детские сады. Конечно, планеты, составляющие их группы, сложно назвать котятами или недооформившимися личностями, но все же массы их «я» недостаточно для становления полноценной звездой, пусть и карликовой (т.е. для начала термоядерных реакций внутри). Знакомая ситуация, согласитесь? В человеческом обществе происходит то же самое. Однако это не значит, что менее яркие и весомые персонажи, чем светила, не заслуживают к себе внимания. Каждый из них по-своему интересен и индивидуален, а вместе они формируют особенный климат внутри планетарной системы. Да и численность их по теоретическим подсчетам куда больше, чем у ярких космических кошек (что тоже очень напоминает нашу с вами жизнь). Поэтому детсадовская группа планет заслуживает не меньшего внимания, чем их звездные воспитатели.

Каждый карапуз планетарной детсадовской группывращается по орбите вокруг своей звезды-воспитательницы (или ее остатков – пульсаров) и достаточно упитан для того, чтобы быть шарообразным под действием сил собственной гравитации, но недостаточно для начала термоядерных реакций внутри себя. Их темперамент достаточно дерзкий, чтобы разогнать приставучие планетозимали с окрестностей своей орбиты.

Начнем разбираться с понятиями «планета» и «планетозимали» с вопроса о формировании планет, которое определяет свойства этих небесных тел.

Протозвезда (звезда на первом этапе своей эволюции) формируется звездной колыбели (облака молекулярного газа, т.е. такого облака, чья плотность и размер позволяют образоваться в нем молекулам водорода H2). Вещество в этих облаках распределено не равномерно, и некоторые области имеют большую плотность, чем другие. Когда эти области стягиваются друг к другу и достигают критических массы и плотности, происходит гравитационный коллапс, в результате которого рождается протозвезда. Изначальные движения вещества этого облака меняют свое направление в соответствии с чистым угловым моментом или моментом импульса формирующейся звезды.

Это физическая величина, характеризующая количество вращательного движения. Такое движение – это вид механического движения, при котором материальная точка описывает окружность, и зависящая от количества массы,ее распределению в пространстве и угловой скорости. Угловая скорость – это векторная величина, характеризующая скорость и направление вращения материальной точки или тела относительно центра вращения (проще говоря – под каким углом и как быстро шар вращается вокруг своего центра).

В силу сохранения момента импульса (он всегда неизменен для любой неподвижной точки замкнутой системы, т.е. протозвезды в данном случае) увеличивается угловая скорость всей туманности. Это приводит к тому, что оставшееся на периферии вещество под действием центробежной силы, распределяется в экваториальной плоскости протозвезды, также называемой протопланетным диском. В нем и формируются карапузы космического детского сада.

Но однозначного понимания о следующих этапах формирования планет на данный момент не существует. Это связано со сложностью их обнаружения и дальнейшего изучения: сочетание собственных малых размеров и светимости с близким расположением к большим и ярким родительским звездам делают эти задачи сложно осуществимыми даже с современным уровнем техники. В астрономии существует два основных сценария, по которым происходит формирование планет после образования протопланетного диска вокруг протозвезды.

Первый из них – аккреционный. Аккреция – это процесс приращения массы небесным телом за путем гравитационного притяжения материи.Вначале из пыли формируются первые планетозимали. Это небольшое небесное тело на орбите вокруг протозвезды, образующееся либо за счет приращения более мелких тел в результате их парного столкновения друг с другом, либо в ходе гравитационного коллапса средней части протопланетного газопылевого диска. Таким образом, аккреционный сценарий формирования планеты подразумевает либо столкновение приставучих дурачков друг с другом и объединение в большого дурака, либо коллапс газопылевого облака. Основная проблема этого сценария – т.н. проблема «метрового барьера»: любое тело в газопылевом диске постепенно сокращает радиус своей орбиты под действием гравитации протозвезды, и тело с размером меньше одного метра сгорит раньше, чем наберет достаточную массу. Кроме того, такие мелкие тела при столкновении не объединяются, а распадаются на множество более мелких тел. Вторая проблема этого сценария – это сам механизм роста массы.Согласно общепринятому предположению, размер планетозималей составляет порядка 10-100км, однако такой вес приводит к снижению скорости планетозималей, а, значит, скорость формирования ядер тоже снижается. Для планет-гигантов (о них мы подробней поговорим в следующих статьях) это становится проблемой, потому что ядро просто не успевает сформироваться до того, как протопланетный диск рассеется. А значит и строительный материал кончится.

Второй сценарий формирования планет предполагает его в ходе гравитационного коллапса и называется неустойчивостью Тумре, которая описывает распад протопланетного диска на отдельные кольца в случае его недостаточной массы. Проблема этого сценария заключается в том, что для формирования планет необходим только сверхмассивный протопланетный диск.

Далее нам предстоит втереться в доверие к планетарной детсадовской группе и изучить, какими свойствами должно обладать небесное тело, чтобы быть достойным звания «планета». Это и особенности его строения, и такие свойства, как магнетизм и наличие атмосферы, и движение по орбите вокруг родительской звезды; рассмотрим строение самой детсадовской группы – планетарной системы – и разберемся с ее участниками: видами планет и - коротко - с другими небесными телами. И начнем мы с движения планеты по орбите вокруг родительской звезды.

Все детсадовцы вращаются вокруг воспитательницы-звезды. Как правило, направление их вращения совпадает с направлением осевого вращения звезды. В случае Солнечной системы все планеты вращаются против часовой стрелки (если смотреть с северного полюса Солнца), однако иногда планеты вращаются в противоположном осевому вращению родительской звезды направлении (как WASP-17b).

Период, за который планета обращается вокруг звезды, называется сидерическим периодом или просто годом. Года некоторых планет могут быть намного длиннее земных. Это связанно с тем, что продолжительность сидерического периода зависит от удаленности планеты от звезды: чем дальше они друг от друга, тем большее расстояние нужно пройти планете и тем ниже ее скорость, т.к. гравитационное притяжение родительской звезды ослабевает с расстоянием.

Никакая орбита не является круглой. Все они имеют эллиптическую форму. В связи с этим расстояние от планеты до звезды меняется в течение сидерического периода. Точку орбиты, где планета расположена ближе всего к звезде, называют периастром (в Солнечной системе – перигелием), самая же дальняя точка орбиты называется апоастром (в Солнечной системе – афелием). В периастре планета приближается к светилу, поэтому потенциальная энергия их гравитационного взаимодействия переходит в кинетическую (подобно тому, как брошенный вверх мячик ускоряется при приближении к земле). Обратный процесс характерен для апоастра (подкинутый мячик замедляется на максимальном удалении от земли).

Орбита любой планеты определяется несколькими элементами.

Первый из них –эксцентриситет – характеризует вытянутость орбиты. Его значения могут распределяться от 0 до 1. Орбиты комет, например, очень вытянутые и их эксцентриситет близок к 1, а орбиты планет Солнечной системы почти круглые и их эксцентриситет стремится к 0.

Второй – это Большая полуось – половина наибольшего диаметра орбиты. Она не равна расстоянию в апоастре, т.к. звезда всегда находится в одном из фокусов орбиты планеты, а не точно в центре (т.е. смещена к одному из краев орбиты).

Третий – это наклонение, или угол между плоскостью орбиты планеты и плоскостью отсчета (базовой плоскостью). В Солнечной системе наклонение отсчитывают от плоскости орбиты Земли (плоскости эклиптики). Для экзопланет(планет, не входящих в Солнечную систему) наклонение измеряют относительно небесной плоскости, которая перпендикулярна лучу зрения земного наблюдателя.

Планеты не только «играют в мяч» со звездой-воспитательницей, вращаясь по орбите вокруг нее, но и танцуют одновременно с этим, вращаясь вокруг своей оси. Период вращения планеты вокруг оси называется сутками. Большинство планет Солнечной системы вращаются вокруг себя в том же направлении, что и вокруг Солнца (против часовой стрелки, если смотреть с Северного полюса Солнца). Исключением являются Венера и Уран. Наклон осевого вращения определяется на стадии формирования планеты индивидуальными угловыми моментами аккрецируемых объектов. Сильный удар также может повлиять на него.

Наконец, любой детсадовец планетарной группы обладает чистой от иных объектов (за исключением спутников) орбитой. В процессе своего формирования он либо вобрал их в себя путем аккреции, либо изгнал прочь, будучи достаточно массивным.

Сегодня мы познакомились с планетарной детсадовской группой и начали знакомиться с характерами и свойствами карапузов, в нее входящих. Однако дело к вечеру, и малышам хочется спать. Да и автору статьи тоже. Читатели, впрочем, сами вряд ли откажутся от отдыха. Поэтому продолжим разговор о планетах в следующей статье!

Звезды-1

Каждый атом твоего тела произошел от взорвавшейся звезды. И, возможно, атомы твоей левой руки принадлежали другой звезде, не той, из которой атомы правой. Это самая поэтичная вещь, которую я знаю о физике: мы все сделаны из звездной пыли.

Над поверхностью бурлящей похлебки жизни, источающей в земную атмосферу токсичные миазмы, безмолвно нависает небесный купол. Если в дневное время на планете Земля наше небо еще пытается скрыть людскиепрегрешения под плотно прикрытой эмалированной крышкой голубого цвета, но ночью Вселенная срывает ее с земного казана, оставляя в человеческой памяти лишь кроваво-красные раны заката.

Приятно обманывать самих себя, что под синей крышкой голубого неба Космос не увидит нашей мелочной возни, но это лишь иллюзия, помогающая не потерять рассудок под гипнотическим взглядом триллионов космических глаз – звезд. У них не бывает дня и ночи, и смотрят они на нас непрерывно.

Неудивительно, что с древнейших времен звездному небу люди поклонялись. Но шли столетия, человеческая раса росла как численно, так и умственно, и ее извечное любопытство и постоянное накопление знаний при помощи все совершенствовавшейся техники позволили ученым многое узнать о природе звезд. Об этом мы сегодня и поговорим.

К изучению звезд существует несколько разных подходов, компиляция которых дает наиболее подробную информацию об изучаемом объекте.

Так, первый из них – это наблюдательные характеристики светящихся объектов, то есть та информация, которую мы можем получить с поверхности планеты при наблюдении за светилами с учетом всех искажений, которые вносят в нее атмосфераЗемли и удаленность звезды от планеты. Стоя на ее поверхности, наблюдению невооруженным глазом доступно около 3000 звезд, расположенных над горизонтом. Всего же на небе около 6000 звезд, которые можно наблюдать, просто задрав голову к небу. Поэтому звездный узор над головой в северном полушарии выглядит совершенно иначе, чем в южном. Кроме того, существует понятие «видимая звездная величина» - это мера освещенности, создаваемой звездами. Интересно, что чем больше освещенность, тем ниже звездная величина (у Солнца, ближайшей к нам звезде, звездная величина составляет −26,72m, а ярчайшей звездой ночного неба является Сириус со звёздной величиной −1,46m).

Также важно определить расстояние до звезды. Для этого существуют различные методы, различающиеся по характеристикам объекта изучения. Так, расстояние до самых близких звезд измеряется методом годичных параллаксов. Это изменение координат звезды, вызванное изменением положения наблюдателя из-за орбитального движения Земли вокруг Солнца. Для звезд, расположенных дальше от нашей планеты, используются другие методы. Один из них – фотометрический метод, изучающий потоки и интенсивность электромагнитного излучения небесных тел.

Еще один способом изучения звезд являетсяфиксация спектров их излучения. Спектр – это распределение значений физической величины (обычно энергии, массы или частоты). То есть определение точек «от» каких и «до» каких значений колеблется электромагнитное, радиационное и прочие излучения звезды. Спектры звезд представляют собой непрерывные спектры с линиями поглощения. Спектр поглощения – это спектр, возникающий при прохождении электромагнитного излучения через поглощающую излучение с определенной длиной волны среду. Кроме того, в звездных спектрах встречаются и эмиссионные линии – это наиболее яркие участки спектра, указывающие на избыток фотонов (безмассовых частиц света, двигающихся со скоростью света), излучаемых звездой. Таким образом, звёздный спектр можно представить в образе серой кошки (сам непрерывный спектр) с белыми эмиссионными (на них показатели спектра «выше» среднего серого уровня) и черными (на них показатели, наоборот, «ниже») полосами.

Для описания звездных спектров часто используется понятие абсолютно черного тела. Это такое физическое тело, которое полностью поглощает все падающее на него электромагнитное излучение во всех диапазонах. Однако эти тела вовсе не окрашены в черный цвет космического ужаса. Дело в том, что поглощая энергию, эти тела нагреваются, а, значит, и сами становятся источником электромагнитного излучения. Плотность вещества звезды слишком высока, чтобы сквозь нее мог «пролететь» фотон света, поэтому он в ней «застревает».Противоречивая черная душа нашей удивительной кошки на самом деле таковой лишь кажется.

Для нас, как прилежных исследователей, изучивших нашу звездную кошку внешне, пришло время переходить к следующему этапу познания, а именно к «препарированию» объекта звезды.

Звезда является массивным самосветящимся небесным телом, состоящим из газа (одно из трех основных агрегатных состояний вещества, характеризующееся очень слабыми связями между составляющими его элементами и их высокой подвижностью) или плазмы (четвертое классическое состояние вещества, состоящее из ионизированного, т.е. обладающего электрическим зарядом, газа). В ее ядре на определенном этапе эволюции обязательно происходят термоядерные реакции. Газ или плазма – это мышечный корсет нашей кошки, а термоядерные реакции – ее пищеварительная система и процессы в ней, в ходе которых происходит преобразование атомных ядер одних веществ в атомные ядра других (в случае звезд –водорода в гелий). Для этого исходные ядра должны обладать большой кинетической энергией (мера движения материальных точек, образующих рассматриваемую систему) для того, чтобы преодолеть т.н. «кулоновский барьер» - силу электромагнитного отталкивания между ними. Кинетическую энергию ядер можно представить в виде температуры, следовательно, нагревая вещество, можно достичь термоядерной реакции. Именно эту взаимосвязь ядерной реакции и нагревания вещества отражает понятие «термоядерная реакция».

Как и в процессе пищеварения живых организмов на Земле (например нашего с вами), по ходе его проистекания внутри звезды вырабатывается колоссальное количество тепла и энергии, благодаря чему звезды и светятся. Разобравшись с самыми глубинными процессами в организме звездной кошки, необходимо также разобраться и с поверхностными. Начнем с «мышц» звезды и процессов, проистекающих в них.

Внутри звезды (кроме коричневых карликов и протозвезд) энергия вырабатывается, как было сказано выше, в ходе термоядерных реакций. Те, в свою очередь, проходят либо в ядре звезды (где температура и давление максимальны) либо, в случае красных гигантов, в слоевом источнике вокруг инертного ядра. Далее эта энергия передается от ядра звезды к ее поверхности. Это происходит двумя способами: лучистым переносом и конвекцией. Лучистый перенос характерен для веществ, достаточно прозрачных для быстрого переноса энергии фотонами. Конвекция же возникает тогда, когда вещество оказывается слишком непрозрачным для лучистого переноса, из-за чего возникает сильный температурный градиент между его внутренними и внешними слоями, и вещество начинает перемешиваться. Зоны звезды, в которых энергия переносится тем или иным способом, называются соответственно «зоной лучистого переноса» и «конвективной зоной».

Наконец, наше «препарирование» звездной кошки добралось до ее внешних слоев кожи и шерсти, или, иными словами, до атмосферы звезды. Звездная атмосфера – это область, которая делает кошку похожей на кошку, иначе говоря, та область, в которой формируется непосредственно наблюдаемое излучение звезды. «Шкурка» звездной кошки состоит из нескольких слоев.

Фотосфера – это эпидермис «шкурки», являющийся самой нижней и непрозрачной частью атмосферы звезды. В ней формируется непрерывный спектр излучения. Для земного наблюдателя фотосфера выглядит как поверхность звезды. Эпидермис кошки темнеет к своему внешнему краю (лимбу). Потемнение к краю – это оптический эффект, более подробно который мы рассмотрим в следующих статьях.

Из эпидермиса фотосферы растет подшерсток. Этот следующий слой атмосферы называется «обращающим слоем». Как и любая шерсть, он имеет меньшую температуру и плотность чем кожа, на которой она растет. Здесь образуются линии поглощения в спектре.

Следующий слой уже непосредственно шерсти имеет более высокую температуру, чем фотосфера, и называется «хромосферой». В нем формируются эмиссионные линии спектра. Однако этот слой отсутствует у горячих звезд.

И, наконец, на всем этом меховом многообразии покоится так называемая «корона». Это самый горячий слой атмосферы отличающийся очень высокой температурой, но и очень низкой плотностью вещества одновременно. Поэтому увидеть корону можно только при полном звездном затмении, ведь низкая плотность вещества обуславливает и его низкую светимость. Зато корона компенсирует это сиянием рентгеновского излучения.

Как и некоторые животные, некоторые звездные кошки склонны к линьке. Это стационарное истечение вещества звезды из атмосферы в космос называется «звездным ветром». Чем массивнее звезда, тем сильнее она «линяет», а «линька» маломассивных светил уносит лишь небольшую часть их массы. Однако со временем она значительно замедляет скорость их осевого вращения. Наличие звездного ветра указывает на то, что атмосфера звезды неустойчива (вспомните ваших линяющих по сезонам питомцев и их безумные выходки в этот период).

Многие из нас любят кошек. Или других шерстяных питомцев. Поэтом изучены они достаточно подробно вне зависимости от места их обитания – на земле или в космосе - чтобы весь объем информации не уместился в ограниченном объеме одной статьи. Нам еще предстоит разобраться в видовом разнообразии звездных кошек, способах их классификаций по различным параметрам и эволюции этих небесных тел (нередко оканчивающейся взрывом звезды, из атомов которых состоят наши левые и правые руки, ноги и другие части тела в том числе). В третьей же статье про звезды мы погрузимся в темный океан пугающих мифов и легенд, связанных со звездным небом, которые не закончили свое существование в ходе развития научного подхода, а, наоборот, приобрели еще более пугающие формы.

До встречи в следующих выпусках!

Звезды-2

Послушайте! Ведь, если звёзды зажигают — Значит — это кому-нибудь нужно? Значит — это необходимо, Чтобы каждый вечер Над крышами Загоралась хоть одна звезда?!

Научный подход к познанию мира подразумевает всестороннее изучение объектов, его составляющих. Темой наших изысканий на предстоящие две-три недели стали звезды, глядящие на нас с темных небес по ночам. Отринув жалость и отвращение, в предыдущей статье мы «препарировали» этих звездных кошек, чтобы изучить их физическое и химическое строение, а так же процессы, проистекающие в различных системах «органов». Сегодня мы немного побудем колдунами и ведьмами, способными увидеть ауру объекта, его энергетические поля и прочие астральные излучения. Нашими посохами да волшебными палочками станут спектрометры и радиометры, а картами Таро – данные, получаемые этих приборов в обсерваториях по всему миру.

Данные о спектрах звезд (распределение электромагнитного излучения по частотам или по длинам волн) и их светимости (полная энергия, излучаемая астрономическим объектом в единицу времени) используются для классификации светил. Казалось бы, логично было бы также классифицировать звезды по типу термоядерных реакций, в них идущих, и по их положению. Однако эти показатели зависят от стадии эволюции каждой звезды и меняются с течением времени. Спектральная классификация стала общепринятой, т.к. теория, какие реакции идут в звезде, если известны только ее внешние признаки, отсутствует.

Система классификации звезд, используемая и поныне, была разработана на рубеже XIX-XX вв. в Гарвардской обсерватории и потому носит название гарвардской системы. Между цветами звезд и линиями поглощения (см. предыдущую статью) в их спектрах существует сильная корреляция. Позднее была построена диаграмма спектрального класса-светимости Герцшпрунга-Рассела (сокращенно«диаграмма Г-Р»). По ее осям обозначены абсолютная звездная величина (светимость звезды) и спектральный класс (температура поверхности звезды). На этой диаграмме звезды распределены неравномерно и сгруппированы в нескольких областях, каждой из которых был соответственно поставлен класс светимости. Эта система, использующая одновременно спектральный класс и класс светимости, была названа йерской системой или системой Моргана-Кинана по фамилиям разработавших ее астрономов. Она считается более точной, чем гарвардская система, и потому астрономы отдают предпочтение ей.

Итак, перейдем к подробному рассмотрению ауры нашей звездной кошки (спектрального класса звезды) и ее пушистости (светимости звезды). Начнем со спектрального класса.

Спектральные классы звезд зависят от температуры их поверхности и потому сильно различаются. Но в большинстве своем являются непрерывными с линиями поглощения (зависимость показателя поглощения объекта от длины волны излучения) и иногда – эмиссионными линиями (относительная интенсивность электромагнитного излучения по шкале частот). Звездные кошки делятся на виды в зависимости от понижения их эффективной температуры (температура абсолютно черного тела (поглощающего все излучение в любых диапазонах)с размерами, равными размеру небесного тела и излучающему такое же количество энергии в единицу времени) и от цвета – от голубых к красным. Классы обозначаются латинскими буквами O, B, A, F, G, K, M. Большинство звезд, в т.ч. и наше Солнце, относится к этим классам, однако существуют и другие: L, T, Y для коричневых карликов или C, S для углеродных и циркониевых звёзд. Об этих особенных кошках мы поговорим чуть позже, когда будем подробно рассматривать эволюцию звезд. Основные виды звездных кошек, как и виды других животных, делятся на подвиды (подклассы), обозначаемые цифрамиот 0 до 9 послебуквенного обозначения класса (кроме класса О, подклассы которого от 2 до 9) в порядке понижения температуры. Иногда используются дробные классы, например В0,5. Класс Солнца – G5. Более горячих сфинксов условно называют поздними, а более прохладных благодаря пушистой шкуре персидских котов – ранними.

Как рацион кошек разных видов различен в силу их строения и эволюционных особенностей, так и звезды отличаются не только температурой и цветами, но и линиями поглощения. Так, кошки класса М предпочитают линии поглощения различных молекулярных соединений, а виду О больше по вкусу диета из многократно ионизированных атомов. Это напрямую связано с температурой поверхности звезды: при повышении температуры молекула распадаются на атомы, и степень ионизации последних также повышается. Кроме того, на интенсивность тех или иных линий влияет химический состав звезды.

Ученые в целом и астрономы в частности – они как дети. Зверушек любят и придумывают мнемонические фразы (фразы, способствующие запоминанию информации путем образования ассоциаций и замены на них отдельных слов или словосочетаний). Для запоминания основной спектральной последовательности существует такая фраза: Oh Be AFine Girl (Guy), Kiss Meна английском языке. Фраза же, построенная с аналогичной целью на русском языке звучит так: Один Бритый Англичанин Финики Жевал Как Морковь.

Перейдем к пушистости наших звездных кошек, иначе говоря – к классам светимости. Это классификация звездной светимости (полная энергия, излучаемая астрономическим объектом в единицу времени) по абсолютным звездным величинам.

Абсолютная звездная величина – это физическая величина, характеризующая блеск астрономического объекта. Блеск же, или звездная величина – это безразмерная числовая характеристика яркости объекта, обозначаемая буквой m (от лат. magnitudo — «величина, размер»), которая описывает поток энергии от рассматриваемого светила (т.е. энергию всех фотонов в секунду) на единицу площади. Блеск зависит как от характеристик самого объекта (его светимости), так и от расстояния до него. Чем меньше значение звездной величины, тем ярче объект. Понятие звездной величины используется для измерения потока энергии в видимом, инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах. А абсолютная звездная величина определяется как видимая звездная величина объекта, если бы он был расположен на расстоянии 10 парсек от наблюдателя и не испытывал бы ни межзвездного, ни атмосферного поглощения. Таким образом, наблюдение за светящимися глазами кошки (звезды) в темной комнате (космосе) со всей летающей в ней пылью и мошкарой является звездным блеском (видимой звездной величиной), а их сияние на определенном расстоянии, такое, какое есть («сферическое сияние глаз кошки в вакууме», как пошутили бы физики) – это абсолютная звездная величина.

Классы светимости звезд приходится устанавливать по косвенным признакам, т.к. видимая звездная величина зависит от расстояния до светила, и, следовательно, от поглощения межзвездной средой испускаемого им света, а абсолютная звездная величина определяется по особенностям ее спектра, зависящего от температуры, протяженности и плотности атмосферы звезды.

Различают следующие классы светимости: гипергиганты, ярчайшие сверхгиганты, яркие сверхгиганты, нормальные сверхгиганты, яркие гиганты, нормальные гиганты, субгиганты, карлики главной последовательности (к которым относится наше Солнце), субкарлики и белые карлики.

Звезды одного спектрального класса, но разных светимостей, отличаются не только абсолютной звездной величиной. Некоторые особенности спектров могут становиться как более выраженными, так и менее при переходе к более ярким классам светимости. Эти эффекты называются эффектами светимости. Звезды больших размеров (гиганты и сверхгиганты) имеют практически такую же массу, как звезды главной последовательности. Следовательно, ускорение свободного падения у поверхности таких звезд ниже, поэтому и плотность с давлением газа там меньше. Это и приводит к появлению различных эффектов светимости. Например, у более ярких звезд спектральные линии оказываются более узкими и глубокими, а в менее ярких звездах более сильны линии ионизированных элементов.

Одному и тому же гарвардскому спектральному классу могут соответствовать звезды с одинаковой температурой фотосферы (см. предыдущую статью), но разными классами светимости. То есть глаза кошек породы «сфинкс» будут светиться с разной яркостью в зависимости от степени «убранности» ее темной комнаты и ее удаленности от телескопов. Поэтому и была разработана йерская система, учитывающая оба этих фактора.

Звезды одинаковых или близких классов светимости образуют на диаграмме Герцшпрунга — Рассела последовательности или «ветви», например ветвь красных гигантов или белых карликов.

Наконец, нам остается только разобраться в понятии «звезды главной последовательности», несколько раз упомянутом ранее. Это светила следующего за этапом протозвезды этапа эволюции, на протяжении которого главным источником энергии звезды становятся термоядерные реакции синтеза гелия из водорода, проистекающие в ее ядре.

Сделав это короткое пояснение, очень хочется поскорее перейти к рассмотрению эволюции звездных кошек от момента их зарождения в бездонной бездне космоса и до момента смерти. Но в мозгах как автора этой статьи, так и ее читателей, уже идут реакции по превращению нейронной массы в кашу с комочками путаницы да в сопли. Которые капают из носа на клавиатуру и мешают печатать. Дабы пожалеть технику ЦНС себя и читателей, а так же электронику, задействованную в написании данного материала, я завершаю на этой ноте статью. Но с нетерпением жду нашей новой встречи с подписчиками на страницах следующего выпуска!

Звезды-4

Однако такова уж особенность звёздного неба: у всякого, кто глядит на него, сладко щемит сердце. Возможно, мы и в самом деле родом откуда-то оттуда? © Борис Акунин

Казалось бы, мы ответили уже на все вопросы о звездных кошках, смотрящих на нас сверху своими сияющими глазами: их внешнее и внутреннее строение, классификацию по видовому разнообразию, характеры и поведенческие особенности в течение их эволюции. Однако, остается еще два нерассмотренных момента: их поведение друг с другом и удивительная особенность их эволюции, оставленная на «сладенькое и известная, как «карликовость».

Как уже было сказано, карликовость нас ждет на десерт, поэтому начнем с отношений звездных кошек друг с другом или с того, как они расположены в космосе относительно друг друга и других астрономических объектов.

Как ни странно, звездные кошки – это прайдовые животные, наподобие земных львов, т.е. живут они стаями. Эти прайды можно разделить на два типа – звездные скопления и звездные ассоциации.

Звездные скопления – это группировки гравитационно связанных друг с другом звезд, имеющих общее происхождение из одного молекулярного облака и движущиеся в гравитационном поле галактики как единое целое. Звезды в них расположены относительно близко друг к другу. Этот тип звездных прайдов делится на 2 типа: шаровые скопления и рассеянные.

Шаровые скопления имеют шарообразную форму с высокой концентрацией звезд, усиливающейся к их центру. Диаметр этой области – от 10 до 30 световых лет (расстояние, которое проходит свет за год). Звезды шаровых скоплений очень старые, имеющие желтый и красный цвет и массу меньше солнечной. Их насчитывается от 10 тысяч до нескольких миллионов. Шаровые скопления расположены в воображаемой сфере вокруг центра галактики (в галактическом гало).

Рассеянные скопления сильно отличаются от шаровых. Во-первых, состоят они из относительно молодых объектов. Во-вторых, в них насчитывается всего несколько сотен звездных объектов в пределах области размером до 30 световых лет. В-третьих, будучи гораздо менее плотнонаселёнными, гравитационно они тоже связаны слабее и со временем разрушаются под действием гравитационных сил других крупных объектов, таких как молекулярные облака. Наконец, отличаются рассеянные скопления и расположением внутри галактики: их можно найти только в галактической плоскости (см. ниже) внутри ее спиральных рукавов.

Кроме того, существуют еще звездные сверхскопления, представляющие собой молодые рассеянные скопления, которые могут являться предшественниками шаровых скоплений. Они состоят из очень большого числа молодых массивных звезд, ионизирующих окружающую среду.

Звездные ассоциации – это группировки гравитационно несвязанных либо слабо связанных звезд, которые довольно молоды (до нескольких десятков миллионов лет) и имеют общее происхождение. От рассеянных скоплений они отличаются большим размером – 50-100 парсек, меньшим количеством объектов внутри (от нескольких штук до нескольких сотен) и, следовательно, меньшей плотностью звездного населения. Хотя та все равно больше, чем в среднем в галактике. Звезды ассоциаций объединяют схожие возраст (звезды в них молоды), вектора скорости движения и химический состав. Находятся они в плоскости диска галактики (см. ниже).

Наконец, еще один тип звёздных прайдов внутри галактики, который не выделяют в отдельный тип прайдов, т.к. они встречаются и в тех, и в других – это двойные и кратные звезды. Двойные звезды – это система двух звезд, гравитационно связанных и расположенных очень близко, вращающихся вокруг одного центра масс. Кратными такие прайды называют, если в их состав входит более двух звезд. Кратные прайды имеют иерархическую структуру: одиночная звезда, как правило, удалена от двойной. К двойным и кратным звездам принадлежит до половины всех звезд. Период их взаимного обращения состоит от минут до нескольких миллионов лет. Их классифицируют по методу, которым была обнаружена двойственность: визуально-двойные (компоненты различимы непосредственно при наблюдении); спектрально-двойные (компоненты при взаимном движении вызывают эффект Доплера, который меняет положение спектральных линий); затменно-двойные (компоненты периодически затмевают друг друга частично или полностью; с этим связан один из типов переменности звезд (см. в предыдущих статьях)); астрономические (наблюдается только один, более яркий объект, второй же вычисляется по траектории движения первого).

Прайды, в свою очередь, объединяются в более крупные образования по территориальному признаку – галактики. Это гравитационно-связанная система из звезд, звездных скоплений и ассоциаций, межзвездного газа, темной материи и планетарных систем. Самые крупные галактики могут содержать сотни миллиардов звезд и иметь радиусы до 30 килопарсек.

Галактики различаются по своему звездному населению – составу входящих в них звезд. Существует 3 типа звездного населения, последний из которых не подтвержден.

Население Iтипа характеризуются заметным содержанием в спектре элементов тяжелее гелия (т.н. «металлов»). Они образовались в более ранних звездах и распространились при взрывах сверхновых. Солнце является типичным представителем населенияIтипа.

Население II типа содержат на несколько порядков меньше тяжелых элементов. Это старые звезды, сформированные вскоре после Большого Взрыва. Из звездII типа населения состоят шаровые скопления в галактическом гало.

К населению III гипотетически относятся звезды первого поколения после Большого Взрыва. Это очень тяжелые звезды с маленьким сроком жизни (чем массивнее звезда, тем короче ее век, как у всех растолстевших питомцев). Поскольку такие звезды до наших дней не дожили, то эта модель остается чисто теоретической.

Галактики делятся на 4 основных типа, выделенных еще Эдвином Хабблом в 1925 году.

К первому относятся эллиптические галактики – галактики без выраженной внутренние структуры, свернутые в эллиптическую или шаровидную формы. Типичная кошачья игрушка, сплетенная из старых звезд! Плоская составляющая (галактический диск) в них отсутствует.

Следующий тип галактик – линзовидные. Внешне они похожи на эллиптические, и шаровидная составляющая в них является основной, но небольшой галактический диск вокруг нее уже присутствует.

Спиральные галактики имеют и дисковую, и сферическую составляющие, при этом первая выражена сильнее, чем в линзовидных, а во второй, опоясывающей первую диском, обнаруживается спиральная структура с хвостами (рукавами), загнутыми по спирали (котенок заигрался!)

Неправильные же галактики – это звездные скопления неправильной формы, у которых практически отсутствует шаровая составляющая в центре. Совсем новорожденные и молодые котята составляют население таких галактик.

Наконец, с основными обеденными блюдами мы жадно расправились. Надеемся, у вас, дорогие читатели, еще осталось немного места в головах на десерт из «карликов» или карликовых звезд.

«Карлики» получили это название за свои размеры. Это небольшие звезды, обладающие разными свойствами. Их классификация строится на «цветовой дифференциации штанов» этих звезд.

Так, желтые карлики – это небольшие звезды главной последовательности, имеющие спектральный класс G0V—G9Vи 0,84-1,15 M☉(масс Солнца) и температуру поверхности 5000-6000К (более горячие звезды визуально будут восприниматься как голубоватые или голубые). Их основной источник энергии (как и у всех звезд главной последовательности) – термоядерный синтез гелия из водорода. Самый известный желтый карлик – это наше Солнце. На самом деле визуально оно воспринимается желтым только на рассвете и закате, а стоит ему подняться выше 20 ̊ над горизонтом, и его сияние воспринимается белым. Это искажение происходит из-за атмосферы Земли, в которой короткие волны голубого, синего и фиолетового цветов рассеиваются, а длинные волны желтого, оранжевого и красного – нет.

Следующий тип карликов – оранжевые. Это небольшие звезды главной последовательности спектрального класса K и класса светимости V, обладающие 0,5-0,8 M☉и температуру 3900-5200К. Эти карлики представляют главный интерес для поисков внеземной жизни, поскольку они стабильны на главной последовательности 15-30 миллиардов лет (это в 1,5-3 раза дольше, чем у желтых карликов, а, значит, времени на формирование жизни тоже больше). После главной последовательности они также, как и желтые карлики, разрастаются до красных гигантов и сбрасывают оболочку, становясь белыми карликами, только происходит это дольше, чем на том же Солнце. Кроме того, их активность (звездные пятна, выбросы и т.п.) меньше, чем у желтых карликов.

Красный карлик - согласно диаграмме Герцшпрунга — Рассела – это маленькая и относительно холодная звезда главной последовательности, имеющая спектральный класс М или поздний К. Являются очень распространенными звездами. Распределение их в галактиках сферическое, т.к. яркие рукава состоят из молодых массивных звезд. Их масса составляет до трети солнечной, а температура фотосферы составляет 3500К, что выше, чем в лампе накаливания. Поэтому, вопреки названию, они источают желто-охристое сияние. Красные карлики очень долговечны из-за низкой скорости сжигания водорода. Со временем они все сильнее нагреваются и сжимаются, пока не израсходуют весь запас водорода, после чего превращаются в голубые карлики вначале и в белые карлики с гелиевым ядром потом. Но с момента Большого Взрыва прошло еще слишком мало времени, чтобы красные карлики могли сойти с главной последовательности.

Таким образом, голубой карлик – это теоретический вид звезд, представляющие собой следующую за красными карликами стадию эволюции. Ими станут звезды массой 0,08-0,20 M☉.

Белые карлики – это звезды, лишенные источников термоядерной энергии и светящиеся благодаря собственной тепловой энергии. Они состоят из электронно-протонной плазмы и остывают в течение миллиардов лет. Они образуются в процессе эволюции звезд, чья масса недостаточна для превращения в нейтронную звезду (звезда последней стадии эволюции, чья изначальная масса недостаточна для коллапсирования в черную дыру и состоящая из нейтронной сердцевины и тонкой твердой корой). Т.е. не превышает 10 M☉. Израсходовав запасы водорода, звезда главной последовательности расширяется, становясь красным гигантом. Он поддерживается термоядерными реакциями превращения гелия в углерод и кислород. Если масса красного гиганта недостаточна для реакций с углеродом, она сбрасывает оболочку (которая становится планетарной туманность) после исчерпания гелия и прекращается в белого карлика с гелиевым ядром.

Наконец, субкоричневый карлик или коричневый субкарлик – это небесное тело, сформировавшееся так же, как звезды (т.е. в процессе коллапса (сжатия) газового облака) но имеющее массу недостаточную для начала термоядерных реакций. Коричневые карлики также обладают промежуточными физическими характеристиками между планетами и звездами. Они имеют очень низкие светимости и температуры, а их размер сопоставим с размером Юпитера, что отдаляет их от звезд. В центральных же областях некоторое время происходит горение дейтерия (что обособляет их от планет), а это, наоборот, со звездами роднит. Но мощность этих реакций никогда не сравнится с их собственной светимостью (светимостью за счет собственной тепловой энергии), поэтому они и на постоянную светимость никогда не выйдут (как звезды), а будут тускнеть и остывать.

На этом мы подходим к концу разбора темы звездных кошек. Но загадочное сияние их глаз из глубин космоса оставляет нам тему для эпилога. Или последней кружки чая. Ведь эти «слезы ангелов, рассыпанные по темному бархату небесного свода» (© Елена Самойлова, «Грозовой сумрак») не могли не породить множество мифов, легенд, страхов и преданий. Поэтому до встречи в следующей, последней статье про звезды!

Кометы

… Только раз в триста лет по веленью каприза, Бесконечно петляя в обрамленье огней, Твой ведёт ко мне след… Век недолог сюрприза, Жить комете Галлея не дано средь людей.

Взмахнула платком, и его шелковый кант оставил на сердце глубокую царапину. Она еще долго будет сочиться кровью тоски. Может даже загноиться самообманом и алкоголизмом, коли томление по капризной девчонке будет питать оставленные в непромытой ране ее бактерии. А рану промывать ты не будешь, потому что скорость заражения ее образом моментальная. Сразу начнешь лелеять и холить эту царапину, словно родное дитя. Пеленать его в ленты хвоста ее шлейфа, который еще долго будет тащиться по милям твоей жизни, ломая так долго выстраиваемые конструкции надеждой на возвращение этой фифы.

Она обязательно вернется. В день, когда старость задернет шторы верхних век, чтобы скрыть под ними глаза, в день, когда последний зуб заберет жадная зубная фея, чтобы пустые челюсти грустно пытались прошамкать слово «вернись», в день, когда шапочка лысины растянется на всю голову и заползет в уши резиновыми берушами, чтобы ты не услышал ответ «может быть, через тысячу лет» - в этот день она, конечно, изволит вернуться, но уже будет поздно.

А может быть, сиюминутная девчонка вернется и раньше, чтобы светом своего сияния высмеять то, что от тебя останется к тому моменту: отекшие глаза, сальные спутанные волосы, рваные дыры на твоей грязной одежде и этот несравнимый ни с чем аромат перегара. Ты ее без всяких сомнений заметишь, но тебе уже будет все равно: царапина на сердце хорошо продезинфицирована водкой.

Вот такая она, шальная неверная девчонка – комета. Красивое и обманчивое, это небесное тело все же придерживается некоторых законов, определяющих ее движение. О кометах, их характеристиках, свойствах и классификациях мы и поговорим сегодня.

Комета – это небесное тело небольших размеров, которое обращается вокруг звезды по очень вытянутой орбите в виде конического сечения. Оно называется так, потому что комета царапает сердце, т.е. конус, только четырьмя вариантами: перпендикулярно его оси (т.е. образуя горизонтальную окружность), под некоторым углом к ней (т.е. образуя наклонный к горизонтали эллипс), параллельно образующей линии конуса (т.е. образуя параллельную образующей конуса параболу) и параллельно оси конуса (т.е. образуя параллельную оси гиперболу). Однако кометы склонны проявлять горячую симпатию к планетам, чьи орбиты она пересекает в ходе движения, и траектория ее полета искривляется под гравитационным воздействием этих планет (они очень не против такой гостьи на своей орбите). Современные методы небесной механики (науки о движении небесных тел) позволяют вычислить только среднюю орбиту, правильную орбиту кометы. А она – девчонка своенравная, неправильная и любит поиграть с любыми встречными планетами, поэтому ее путь извилист, и вычисленные влюбленными людьми средние орбиты не всегда совпадают с реальными.

Однако, какой бы ветреной эта дамочка ни была, человеку удалось изучить ее структуру. Она состоит из одинокого ядра, отличающегося от астероида только своим химическим составом, однако при подлете к звезде надевает свою самую красивою корону, которая называется кома и платье из газа и пыли с длинным светящимся шлейфом, который называется хвостом.

Очень интересным элементом структуры кометы является ее ядро, т.к. именно его состав обуславливает внешний вид и форму хвоста (о нем ниже). На данный момент существует две теории о химическом составе и структуре ядра кометы. Наиболее распространенной является модель Уиппла, которая также носит обидное название «теория грязного снежка». По ней ядро нашей красавицы состоит из намотанных друг на друга слоев пыли и замороженных газов. При приближении к звезде, в частности к нашему Солнцу, льды начинают испаряться под действием тепла звезды. Вернее, сублимироваться, т.е. переходить из твердой формы сразу в газообразную. По скорости сублимации льдов кометы условно разделяют на «молодые» и «старые». «Молодые» кометы называются так, потому что они совершили всего одно или несколько прохождений через перигелий Земли. У них сублимация идет гораздо интенсивней, чем у старушек, т.к. они состоят из реликтовых, т.е. неизмененных льдов. У «старых» же комет, т.е. комет, которые уже много раз пересекали перигелий звезды, легкоплавкие элементы льдов уже давно сублимировались, и на поверхности ядра накопились тугоплавкие элементы (пыль или силикатные фрагменты). Т.е., как и положено всем старушкам по возрасту, все процессы в них, а в данном случае процесс испарения, замедляются. Тугоплавкие элементы образуют защитную корку, которая предохраняет льды под ней от дальнейшего испарения. Однако, по одной из теорий, в этой корке есть дыры, через которые легкоплавкие вещества испаряются, образуя кокетливые ленты в хвосте кометы. Испаряясь, льды «выталкивают» наружу и пылевую составляющую комет, поэтому кома и хвост состоят как из газа, так и из пыли. Вторая же модель, появившаяся в 2005г. после исследований американской астрономической станции DeepImpact гласит, что ядро кометы – это просто ком пыли и грязи (а наша девчонка ведет себя грязно по отношению к обманутым планетам), обладающий очень рыхлой структурой, испещренной порами на 80%. В любом случае, кома и хвост – это всего лишь предметы костюма из очень легких материалов, поэтому логично будет сказать, что основная масса кометы сосредоточена в ее ядре. Массы комет, предположительно, колеблются между несколькими тоннами у мини-комет до 1011-1012 т. Массы ядер комет точно определить затруднительно по причине их малости.

При приближении к звезде комета, неважно каков ее возраст, начинает прихорашиваться. Льды под действием тепла звезды испаряются и образуют вокруг ядра кометы светлую туманную оболочку чашеобразной формы, обкрашенное «донышком» к звезде. Она тянется от ядра на расстояние от 100 тыс. до 1,4 млн километров. Не надо думать, что красавица-комета не заинтересована во внимании и флирте со звездой и планетами. Наоборот, ее голова, как называют ядро и кому вместе, увеличивается при приближении к звезде, т.к. ее тепловое воздействие увеличивается и испарение льдов происходит интенсивнее. Кома, как правило, состоит из 3 основных частей: внутренняя (самая близкая к ядру молекулярная, химическая и фотохимическая зона, где происходят наиболее интенсивные физико-химические процессы), видимая кома (или кома радикалов) и ультрафиолетовая (или атомная кома, имеющее ультрафиолетовое излучение).

Но как бы изысканно ни была украшена голова нашей красавицы, самой запоминающейся и ранящей людские сердца частью ее наряда остается хвост. Это светящаяся полоса, которая тянется за кометой. В хвосте и коме сосредоточено менее одной миллионной доли массы кометы, как и положено шифоновым шлейфам. Хвосты комет состоят из сильно разреженных частиц, поэтому их плотность ниже плотности газа, выпущенного из твоей зажигалки, которой ты прикуриваешь сигарету в ожидании своей светящейся пассии. Словом, кометам недаром присвоено еще одно обидное прозвище – «видимое ничто». Но они продолжают царапать людские души когтями своего свечения, ведь именно на хвосты приходится 99,9% свечения кометы. Дело в том, что ее полный кокетства мозг – ядро - обладает слабым альбедо (коэффициентом отражения). Вдали от звезд кометы наблюдаются как слабо светящиеся и быстро движущиеся по небу пятнышки с размытыми краями, которые приводят себя в порядок только при приближении к светилу. Порядок этот состоит из состоит или из газа (сублимированные льды ядра), или из мельчайших пылинок, или из смеси того и другого. Химический состав большинства пылинок схож с астероидным материалом той звездной системы, которую красавица облюбовала. На небосводе кометы видно именно потому, что эти газ и пыль светятся. Газ светится за счет ионизации его частиц ультрафиолетовыми лучами и потоками частиц, выбрасываемых с солнечной поверхности (солнечного ветра). Пудра из пыли же просто рассеивает солнечный свет. И внимание наблюдателя, конечно, чтобы тот не заметил изъянов ее поведения за красотой лица (т.е. головы с хвостом). Одним из несчастных, чье сердце царапнули жестокие красавицы-кометы, был Федор Бредихин, русский астроном конца XIXв. Он посвятил свою научную деятельность исследованию комет и разработал классификацию кометных хвостов по 3 типам. К I типу относятся прямолинейные и узкие хвосты, направленные прямо от звезды. И без того размытые очертания таких хвостов часто бывают неправильными и иметь винтовую, струйчатую или волнистую структуру. Ко II типу относятся хвосты широкие и немного искривлённые в своих попытках избежать давления солнечного ветра. В конце этих сильно изогнутых шифоновых конусов часто наблюдаются раздвоенные полоски, направленные к ядру комета. Об этих светящихся бирюльках мы поговорим в следующей статье. III тип – это сильно уклоненные от центрального светила короткие хвостики. Они состоят из относительно крупных частиц пыли, поэтому на них сильнее влияет звездная гравитация, только слегка ослабленного отталкиванием. Это причина, по которой помпоны III типа такие короткие и искривленные. Такое разнообразие форм хвостов объясняется их различным составом, разные частицы в которого по-разному реагируют на солнечное излучение (давление).

Погруженный в написание этих строк, автор данной статьи уже стал видеть в белом свечении монитора своего ноутбука сияние девчонки-кометы. Поэтому разговор о бирюльках, которыми украшен шифоновый хвост кометы, о номенклатуре этих красавиц и об опасностях, которые они несут людям, помимо вечной влюбленности, мы поговорим в следующей статье. А пока пора восстанавливать силы для новых свершений в познании.

Космические лучи

Мой мозг только приемное устройство. В космическом пространстве существует некое ядро откуда мы черпаем знания, силы, вдохновение. Я не проник в тайны этого ядра, но знаю, что оно существует.

Сидит человек за компьютером. Он с головой погружен в рабочие процессы, так глубоко, что не замечает, как опускается из океана осознанного, плотно опутанного нейронными сетями рабочих процессов, все глубже и глубже, к неосознаваемому. Прямиком в темные глубины бессознательного, где ворочаются исполинские рыбы отложенный на потом переживаний. Они двигаются медленно, стесненные давлением толщи воды сверху и собственной массой. Толкают могучими спинами освещенную солнцем сознания тонкую прослойку разумности на поверхности этого океана, заставляя ее нейронные сети трястись, а рыбешек случайных мыслей выпрыгивать в воздух картечью компульсивных действий. И вот уже человек смотрит не в монитор, а в окно. Считает ворон.

Человек может и не заметить подбежавшего к его столу на тяге вымещения гнева на сотрудниках своего начальника, который орет что-то про сроки, планы, дедлайны и его компетентность, разгоняя бранные слова лопастями летающих туда-сюда рук. Очнется только когда очередной плевок из тысячи, фонтанирующих из уст шефа, долетит до его щеки.

Молча встанет с кресла, утрет лицо, подхватит дипломат и в полном безмолвии покинет опенспейс. Ему в спину полетят волны проклятий начальника и лучи зависти коллег. Ишь, какой решительный. Что о себе возомнил.

Но человеку будет почти все равно. Он идет гулять в парк и кататься на американских горках, защищенный от этих разрушительных для всего живого негативных волн магнитосферой уверенности в собственной правоте. Какие-то особенно злые слова его заденут, но он без особых усилий разделается с ними, расщепив на ничего не значащие слоги и междометия.

Знакомая ситуация? А ведь то же самое происходит и в космосе, скрытого от глаз красивыми закатными облачками. Сегодня мы поговорим об этих волнах проклятий и лучах зависти, атакующих нашу галактику в целом и планету в частности каждую секунду времени. А именно о космических лучах.

Космические лучи – это элементарные частицы и ядра атомов, которые летят через космическое пространство с высокими энергиями. Для обозначения этих энергий физики используют не джоуль, а другую единицу – электронвольт (эВ). Их диапазон достаточно велик и составляет от 106 эВ до 5⋅1021 эВ. Космические ругательства бывают первичными и вторичными. Первичными гордые сотрудники Земли называют те, которые исходят вне атмосферы Земли, ко вторичным же относят потоки частиц, возникающие в атмосфере нашей планеты под действием первичных лучей. Изучением этих зловредных коротышей занимается физика космических лучей.

Ругательства состоят на 92% из чуть менее оскорбительных определений (т.е. протонов - положительно заряженных частиц), на 6% из нейтральных характеристик (т.е. ядер гелия), примерно 1% приходится на увесистую брань (более тяжелые элементы) и, наконец, последний 1% - это самые оскорбительные словечки (т.е. электроны – отрицательно заряженные частицы).

Умеренно обидная, нейтральная часть ругательств (протонно-нейтронная) создает поток гамма-лучей (вид электромагнитного излучения с чрезвычайно малой длинной волны - менее 2⋅10−10 м). Самая обидная же (электронная) компонента порождает синхротронное излучение (где излучение электромагнитных волн происходитрелятивистски, т.е. с помощью рассматриваемых на основе спец. (частной) теории относительности, частиц). Оно приходится на радиодиапазон (электромагнитные волны с частотами до 3 ТГц). И то, и другое излучение человек фиксирует при помощи специальной техники (телескопы и др.).

По признаку местоположения орущего начальника относительно Земли его ругань делят на два типа: первичные лучи и вторичные. Первичные вопли исходят от шефов в открытом космосе, т.е. к ним относятся внегалактические, галактические и солнечные космические лучи. Вторичными лучами называют эффекты, которые вопли начальника оказывают на сотрудника, т.е. потоки частиц, формирующихся под действием первичных лучей в атмосфере Земли и на ее поверхностях. А все частицы, из которых состоят первичные вопли, делят на 6 групп: p{\displaystyle (Z=1),}(Z=1) – протоны, α (Z=2) – альфа частицы (положительно заряженная частица, образованная двумя протонами и двумя нейтронами), L (Z=3…5) – легкие частицы, M (Z=6…9) – средние частицы, H (Z≥10) – тяжелые частицы и VH (Z≥20) – сверхтяжелые частицы. Буквой Z обозначается одна из двух фундаментальных частиц-переносчиков (W- и Z-бозоны) слабого взаимодействия по первой букве в английском языке, обозначающей это взаимодействие (Zот «Zero» – нулевой, иW от «Weak» – слабый).

С природой космических ругательств мы будем разбираться по принципу «от частного к общему» и начнем с сотрудника, на которого орет шеф-космос. Иными словами, начнем мы со вторичных космических лучей. Вопли шефа влияют на ауру человека, т.е. на его атмосферу и ближайшие пространства вокруг него. Оно называется околоземное космическое пространство (ОКП) и в нем летают несколько типов воплей начальников. Они бывают стационарные, т.е. остающиеся неизменными в течение долгого по космическим меркам времени и нестационарные, т.е. излучение источников которых меняется достаточно часто. К первым относятся ГКЛ (галактические космические лучи), частицы альбедо и радиационный пояс. Ко вторым – СКЛ (солнечные космические лучи).

ГКЛ и СКЛ, т.е. первичные лучи, мы оставим для следующей статьи, и, согласно выбранному нами принципу, начнем с реакции ауры ругаемого сотрудника, т.е. со вторичных частиц в магнитосфере Земли – частиц, альбедо и радиационного пояса.

Сотрудник, подвергшийся наказанию – взрослый состоявшийся человек, который умеет расставлять границы и их защищать. От воплей шефа с брызгами космических лучей небесное тело защищает его магнитосфера, которая определяет движение окружающей его плазмы. Последняя начинает «обтекать» тело, натыкаясь на магнитосферу, но все же некоторые особенно острые слова пересекают его границу. Это стресс, а проверенный способ борьбы с ним – это перекус чем-нибудь сладеньким. На этот случай в магнитосфере Земли есть два «бублика» (зоны в виде тороидов), именуемые «зонами захвата». Частицы, чья кинетическая энергия меньше критической (E<Eкр) не могут покинуть эти зоны при попадании в них. Как и те частицы, что уже находятся там, не могут освободиться и улететь в открытый космос. Зоны захвата соединены поясом для предотвращения переедания человека. Он называется радиационным поясом и является, по сути, копилкой высокоэнергетичных частиц (в основном протонов и электронов), которые в нем удерживается. В нем выделяется 2 области – внутренний пояс (накапливает в основном протоны с высокими энергиями от 1 до 1000 МэВ) и внешний (накапливает электроны). Для малоэнергетичных электронов нет разделения на внутренний и внешний пояса – они заполняют всю область захвата.

Однако не все частицы попадаются в ловушки зоны захвата, и некоторые из них получают левел-ап и проходят на следующий уровень, т.е. оказываются ближе к Земле. На это способны только высокоэнергетичные частицы (в основном протоны). Попадая в атмосферу, эти частицы сталкиваются с ядрами атомов атмосферных газов, в первую очередь азота и кислорода. В результате этого взаимодействия, похожего на смесь борьбы со страстным танцем, ядра первичных высокоэнергетичных частиц распадаются на пионы (в случае протонов). После чего продолжают семейную традицию сталкиваться с ядрами атомов атмосферных газов и распадаться на все меньшие и меньшие элементы (вначале на пионы, потом – на пионы, протоны, электроны, фотоны и позитроны). Эти частицы могут и дальше то танцевать, то соперничать с атмосферными газами, или же выбратьдеградацию личности и дальше распадаться на все меньшие и меньшие элементы. В результате всех этих процессов до поверхности Земли ядра атомов космических лучей практически не долетают, превращаясь в мионы, нейтрино и гамма-кванты – совершенно безобидные для здоровья человека частицы. Это явление покрывает большие территории и называется «атмосферным ливнем».

Сама наша планета никогда не держит обиду на ругань шефа в себе и , отражая обидные слова, отвечает ему тем же, т.е. излучает поток нейтронов. Это явление называется альбедо (коэффициент отражательной способности небесного тела). Этот поток нейтронов беспрепятственно проходит сквозь магнитосферу Земли от отправляется в открытый космос. Эти слова защиты (нейтроны) нестабильны – их среднее время распада составляет около 900с, поэтому продукты распада нейтронов (протоны и электроны) рождаются прямо в зонах захвата. Они могут либо остаться там, либо вырваться в межзвездное пространство в зависимости от их питч-углов (угол между направлением вектора заряженной частицы и направлением вектора магнитного поля объекта). Таким образом, нейтроны альбедо обеспечивают радиационный пояс протонами с энергией до 10³ МэВи электронами с энергией до нескольких МэВ.

С поведением ауры сотрудника в ответ на ругань начальника, т.е. с атмосферой планеты, мы разобрались. Впереди предстоит очень интересный разговор про полет звуковых волн брани от орущего начальника к своему невезучему подчиненному (т.е. о процессах, происходящих с космическими лучами в открытом космосе), а также про самого этого неуравновешенного шефа (т.е. про источники космических волн). Темы огромные, как космические светила, а текста набралось уже на расстояние в несколько световых лет, поэтому их мы отложим до следующей статьи. А сейчас предлагаю нашим любознательным пилотам по вселенной познания немного отдохнуть. Чем займется и автор статьи.

Планетные системы-3 роль звезд

Есть гипотеза, что в миг, когда кто-то постигнет истинное предназначение Вселенной и причины ее существования, она немедленно исчезнет, а на ее месте возникнет нечто еще более странное и необъяснимое. Есть и другая гипотеза, гласящая, что это уже произошло.

Есть одна крылатая фраза, которую знает каждый. Звучит она, как «через тернии – к звездам». И, действительно, мы с вами приложили немало усилий, чтобы продраться через все сложности астрономии напрямик к объекту нашего текущего повествования – к звездам и их роли в планетных системах. Вернее, если уж быть точными предельно, продирались мы не через тернии, а через гомонящую детсадовскую группу планет. Что, как каждый родитель знает, подчас бывает сделать весьма непросто. Но в первом приближении о планеах действительно сказано все или почти все, поэтому сегодня пришло время, наконец, поговорить о роли воспитательницы-звезды в ее планетном детском саду.

Начиная повествование о роли звезды в ее планетном детском саду, мне невольно вспоминается моя бабушка по материнской линии. Эта до самого последнего дня стройная и показательно-прямая, бескомпромиссная, как и методы ее воспитания, женщина долгое время работала балетмейстером в маленькой балетной школе в городе, где они жили с дедушкой после переезда из Казани в Московскую область. И с детства, когда летом родители привозили меня погостить на пару-тройку недель к родичам, я любила представлять бабушку в длинной юбке из тяжелого розового атласа, которая закручивается спиралью блестящих в свете софитов вокруг длинных, сильных и стройных ног, складок. Конечно, эта фантазия оставалась тайной за семью печатями все то время, что я ее фантазировала, потому что не бай Бог такое бесстыдство было рассказать бабушке. Но при подготовке этой статьи когда-то, казалось, уже забытая детская эквилибристика воображения засияла новыми красками. Вернее, засияла раскаленная звезда на месте бабушкиной головы в этой фантазии, но все же…

Вы резонно зададитесь вопросом, как бабушка затесалась в разговор про астрономию и при чем здесь балетная школа? И тяжелый розовый атлас юбки? Но не торопитесь, короткого ответа на этот вопрос не существует. Обо всем по порядку.

Для начала, необходимо вспомнить, как Солнце классифицируется. Солнце – это типичный желтый карлик G2. Класс звезды определяется положением на диаграмме Герцшпрунга — Рассела, показывающей зависимость между яркостью звезд и температурой их поверхностей (как правило, чем больше звезда, тем она горячее). Большая часть звезд расположена на т.н. главной последовательности, и Солнце – не исключение. Оно занимает на ней примерно серединное положение. Вообще, слово «карлик» вводит читающего его в заблуждение, как и положена этим маленьким пройдохам. На самом деле, по сравнению с большинством звезд в нашей Галактике, которые являются красными карликами и составляют около 85% звезд в ней, Солнце – большая и яркая звезда. Подробнее о звездах и их классификации можно почитать в цикле статей про звезды.

Масса Солнца (332 900 масс Земли) достаточно велика, чтобы поддерживать протекание термоядерных реакций в ее недрах, излучаемого в пространство преимущественно в виде электромагнитной энергии, длина волн которого соответствует видимому свету. Но это не единственное излучение, исходящее от нашей воспитательницы. Оно также излучает непрерывный поток заряженных частиц, которые называются плазмой. Этот поток называется солнечным ветром. Его огромна – около 1,5 млн км/ч. Этот поток наполняет околосолнечную область ионизированными частицами, создавая некое подобие планетных атмосфер. Эта область простирается по крайней мере на 100а.е. от Солнца и называется гелиосферой. Аура звездного обаяния немедленно возмущается в случае какой-либо активности на поверхности Солнца, например, солнечных вспышек и коронарных выбросов (о которых мы поговорим позднее). Возмущения гелиосферой под действием активности на поверхности Солнца порождают т.н. космическую погоду (название раздела науки о солнечно-земных связях, описывающий влияние активности на Солнце на околоземное пространство). И всю структуру гелиосферы можно представить себе, как закрученную по спирали юбку балерины вокруг места ее крепления к ее телу. В случае планетной системы – к звезде-воспитательнице. Отсюда ассоциация про танцующую бабушку.

Что же такое эта юбка? Она называется гелиосферный токовый слой. Это поверхность в пределах геолиосферы, в пределах которой меняется полярность магнитного поля Солнца. Солнце, как и все другие объекты планетного детсада, вращается вокруг своей оси. В процессе этого вращения магнитное поле извивается в особую по форме спираль – спираль Паркера, названную так в честь ее первооткрывателя, американского астронома Юджина Паркера. Она имеет вид т.н. архимедовой спирали и похожа на складки ткани длинной юбки из тяжелого атласа, закручивающейся вокруг ног балерины в процесс вращения последней. Еще причину формирования такой сложной формы иногда называют «эффектом садового шланга». Дело в том, что именно такую поверхность будет описывать струя воды, ели перемещать шланг с ней вверх-вниз, одновременно поворачивая вокруг своей оси. В общем, астрономы – тоже те еще весельчаки, балующиеся садовыми шлангами. Не только их жены-балетмейстеры вызывают интерес!

Толщина токового слоя, как и положено дорогому атласу юбки, минимальна – всего 10 000км. В токовом слое наблюдается слабый электрический ток (откуда и пошло название) - около 10−10 А/м². В Соответствии с законами электродинамики, электрический ток в токовом слое направлен перпендикулярно магнитному полю Солнца. Таким образом, он движется почти по окружности вблизи него и направлен почти радиально на больших расстояниях. От полюсов звезды-воспитательницы ток идет перпендикулярно экватору, а в гелиопаузе (о которой мы говорили в прошлой статье) опускается к экватору и тем самым замыкает эту «электрическую цепь».

Как уже было сказано ранее, Солнце постоянно вращается вокруг своей оси. Токовый слой вращается вместе с ним, совершая полный оборот за 27 дней. За этот период Земля вместе со своей магнитосферой, как и другие карапузы-планеты детсадовской планетной группы, проходит через чего впадины и горбы, взаимодействуя с ним. Влияние токового слоя на жизнь человека на Земле уловить крайне трудно, в отличие от влияниятой же коронарной активности на поверхности Солнца.

Открытие гелиосферного токового слоя было очень важно для астрономии в 70-х гг. прошлого века, когда оно было сделано. Оно имеет потенциальную важность для будущих межзвездных перелетов с участием человека, т.к. каждая звезда, а не только одно наше Солнце, предположительно, является балетмейстером и кружится в такой юбке вокруг своей оси. Сейчас же существует немало ничем инструментально не подтверждённых теорий, которые базируются именно на внешнем виде этого элемента планетной системы и его внешним сходством с другими, более крупными объектами. Например, есть мнение, что завихрения спирали Паркера очень похожи по совей математической модели на завихрения рукавов нашей Галактики. А значит там, в ее центре, есть нечто, что одни называют сверхмассивной черной дырой, а другие приписывают ему божественные черты, преломляя о религиозные чаяния научный подход.

Что ж, возможно, человеку просто необходимо верить в какой-то высший разум для подкрепления ощущения почвы под ногами, чтобы по ней маршировать в сторону новых научных открытий. В любом случае, текущий уровень техники не позволяет использовать имеющееся открытие как-либо во благо. Впрочем, во вред его тоже не поиспользуешь. Разве что ставить в центр галактической спирали божество вместо конкретного физического объекта, познать разумом который человек пока не в силах. Но это уже дело каждого.

На этом мы завершаем цикл статей о планетных системах. Но мы вернемся снова и снова с новыми статьями об удивительных космических явлениях и объектах. До встречи!

Планетные системы

Обними меня, Лис. Так умеет обнять Только Солнце восходом и звездами — ночи. Никому на планетах, увы, не понять, Почему мы друг к другу привязаны прочно. Я смотрю на людей. Очень странный народ. Могут с легкостью бросить, унизить, обидеть, А порою всех тех, с кем судьба их сведет, Могут раз — и до ужаса возненавидеть. Я боюсь самой страшной планеты, мой друг, Где все, скрючившись, что-то считают и пишут, Никого не любя и не видя вокруг. Там ребенку не верят и чуда не ищут.

Космические кошки–звезды и их воспитанники детсадовской планетной группы уже были описаны нами в предыдущих статьях. Но любой родитель или завсегдатай развлекательных сайтов в Интернете знает, что одними детьми с их воспитательницами дело в дошкольных образовательных учреждениях не ограничивается. Есть же еще и нянечки, и медсестры, и повара, и уборщицы, и охранники. Сегодня мы кратко пройдемся по всему персоналу планетарного детского сада, рассмотрим все о них: внешний вид, типичное поведение, функции. Но ныряние в омуты подробностей отложим до следующих статей, которые, смеем вас заверить, не заставят себя долго ждать.

Планетная система – это система звезд и различных незвездообразных астрономических объектов (планет и карликовых планет с их спутниками, астероидов, метероидов, комет и космической пыли), которые обращаются вокруг общего центра масс. Он также называется центром инерции и барицентром и обозначает геометрическую точку, характеризующую движение тела или системы частиц как целого. Или, упрощенно говоря, это среднее положение всех частей системы взвешенное в соответствии с их массами.

Районы проживания нескольких гравитационно связанных звезд-воспитательниц с замкнутыми орбитами и их детскими садами для планет образуют звездную систему. А отдельное заведение дошкольного образования с планетами и их звездой называется планетной системой.

Вокруг каждой звезды плавает хаотичное, неструктурированное газо-пылевое облако, являющееся остатком еще большего такого облака, из которого ранее образовалась та или иная звезда путем гравитационного коллапса. Внутри оставшегося беспорядка действуют притягивающие силы (гравитационные и электромагнитные), которые собирают в «кучки» отдельные участки облака. Этот процесс называется конденсацией, и она распределена в облаке неравномерно. Где-то густо, где-то пусто. Это связано с различиями разных областей облака по таким характеристикам, как плотность, химический состав и т.п. Конденсация происходит там, где наблюдается наибольшая плотность. Т.е., в соответствии с некоторыми философскими учениями людей, где хаос гуще, там рождается порядок.

Одной из планетных систем является Солнечная система. На ее примере рассмотрим строение других детских планетных садов. Допускается немалая вероятность того, что организация садиков отличается от заведения к заведению, однако проверить это достоверно с нынешним уровнем техники проблематично ввиду большой удаленности других планетных систем.

Масса Солнечной системы составляет приблизительно 1,0014 M☉. Самым большим авторитетом в этой системе является, конечно же, воспитательница – Солнце. На него приходится 90% всем массы системы. Оставшиеся 10% делят между собой восемь планет, имеющих близкие к круговым орбиты, лежащих в одной плоскости эклиптики (плоскость обращения планеты вокруг звезды) и движущихся в том же направлении, что и Земля. А она, в свою очередь, вращается в одном направлении с вращением Солнца (против часовой стрелки, если смотреть с северного полюса звезды). Большая часть планет вращается вокруг своей оси в ту же сторону, что и обращаются вокруг Солнца, однако есть два непослушных ребенка – Венера и Уран. Последний настолько растолстел, что может делать эта только «лежа на боку» (наклон его оси почти 90 ͦ). Орбиты вращения планет-детишек вокруг звезды-воспитательницы описываются законами Кеплера. Они представляют собой эллипс, в одном из фокусов которого находится Солнце. Ближайшая к нему точка орбиты объекта называется перигелий, а наиболее удаленная – афелий. Чем ближе пробегает шарик планеты к любимой воспитательнице, тем скорость его движения больше (в перигелии), чем дальше – тем медленней (в афелии). Если планеты вращаются по близким к кругу орбитам, то многие кометы, астероиды и объекты пояса Койпера имеют сильно вытянутые эллиптические орбиты.

Оставшиеся 10% общей массы вещества распределены неравномерно, потому что, как и в любом коллективе, пусть и детском, в Солнечной системе есть несколько групп планет и других небесных тел. Кто-то из них занял доминирующие позиции, имея большую общую массу и, следовательно, авторитет в группе шарообразных карапузов. Что, впрочем, не делает вторую группу планет (а групп этих в Солнечной системе две с половиной) менее интересной и своеобразной.

Первая, ближайшая к Солнцу, группа планет включает в свой состав четыре ребенка: Меркурий, Венера, Земля и Марс. Они недаром вошли в круг любимчиков воспитательницы-Солнца: их объединяет твердый характер, а именно химический состав преимущественно из тяжелых элементов. Им не нужны восторги толпы, потому они обладают малым числом спутников (0-2).Для описания планет этой группы используется термин камень, обозначающий вещества с высокими температурами конденсации или плавления, которые оставались в протопланетной туманности всегда в твердом состоянии. Спутники также являются объектами солнечной системы и являются системами, подчиненным своим планетам. О них мы поговорим позднее. Эти планеты не «разбрасывают пальцы веером», которые были бы унизаны кольцами. Их твердый, каменистый характер формируется из 2 слоев. Внешний состоит из тугоплавких соединений, таких как силикаты, и разделяется на тонкую и твердую кору и плотную горячую мантию. Металлы, такие как железо и никель, формируют второй слой - их поистине рок-н-ролльные сердца, они же ядра. Из трех планет один Меркурий лишен атмосферы, смягчающей удары строгой воспитательницы колотушкой солнечного ветра с одной стороны и космоса всякими камнями, т.е. астероидами, с другой. Такова плата за самое приближенное к звезде-воспитательнице положение. Но и остальным планетам этой группы тоже достается, поэтому их поверхности украшают лунки ударных кратеров. Такое отношение не может не гневить, вызывая мантийные всполохи и перепады давления, что отражается на мимике их коры: она печалится тектоническими впадинами и негодует извержениями вулканов. Все эти 4 планеты называются планетами земной группы.

Маленькие и твердые планеты земной группы отделяет от четырёх планет-гигантов, второй группы планет Солнечной системы, хоровод малых тел, который носит название Пояса астероидов. Малые тела названы так за их несостоятельность, ведь в процессе формирования Солнечной системы они не смогли объединиться путем аккреции (увеличения массы путем притяжения более мелких тел) и превратиться ни в планеты, ни в карликовые планеты, ни в их спутники. Так и остались неприкаянными остатками формирования Солнечной системы (планетозималями - небесные тела на орбите протозвезды) и похожи на уборщиц и нянечек, необходимых, но лишенных должного внимания. Хоть характером они и вышли: в основном объекты пояса астероидов состоят из горных пород и металлов. Впрочем, их вины тут нет. Помешали процессу аккрециигравитационные возмущения Юпитера. По своим размерам астероиды варьируются от нескольких метров до сотен километров. По этому признаку их можно разделить на сами астероиды (от 10м и более), метеоротоиды (от 100 мкм до 10 м) и космическую пыль (менее 100 мкм). Однако все эти размеры слишком малы, чтобы достигнуть гидростатического равновесия (равновесие гравитационных сил и направленных в другую сторону сил давления окружающей среды), а, значит, не позволили превратиться планетозималям в шарики и потому имеют неправильную форму и лишены атмосферы. В поясе астероидов есть несколько объектов, таких как Веста и Гигея, которые могут получить статус карликовых планет, если будет доказан факт их гидростатического равновесия.

За поясом астероидов, опоясывающим талию Солнечной системы, расположены массивные формы из газовых гигантов: Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Их прозвище - планеты-гиганты - дано им не просто так: на эти планеты приходится 99% вещества, обращающегося вокруг Солнца на орбитах. Этих четверых толстяков свел в группу по интересам не только их размер, но и химический состав, включающий в себя газы (Юпитер, Сатурн) и льды (Уран и Нептун). В астрономии эти термины обозначают отличные от привычных землянам вещи. Газ – вещества с чрезвычайно низкими температурами плавления и высоким давлением насыщенного пара (водород, гелий, неон и др.), которые доминируют в средней части Солнечной системы. Лед же облюбовал ее окраины. Удаленные на периферию системы и потому пребывающие в холодном невнимании, они имеют температуру плавления в несколько сотен кельвинов. В туманности газы пребывали в газообразном состоянии, а льды всегда оставались в твердом или газовом. Газы и льды вместе классифицируют как летучие вещества.Иногда планеты, в большой степени состоящие из льдов, называют ледяными гигантами. Все четыре планеты-гиганта подчеркивают свою важность роскошными кольцами.

Группу планет-гигантов венчает нимб еще одного пояса астероидов, который называется поясом Койпера или Эджворта-Койпера, – области Солнечной системы от орбиты Нептуна (30а.е. от Солнца) до расстояния около 55а.е. от Солнца. Он похож на узенький пояс астероидов в средней части Солнечной системы, но в 20 раз шире и 20-200 раз массивнее него. Эти области лишены тепла звезды-воспитательницы в еще большей степени и состоятпреимущественно из летучих веществ (льдов), таких как вода, аммиак и метан. В поясе Койпера влачат свое существование 4 малыша, отброшенных в процессе их формирования на задворки детсадовской планетной группы – карликовые планеты Плутон, Хаумеа, Макемаке и Эрида. Эту группу планет и за целую-то считать не приходится, так, половинка. Предполагается, что наглые планеты-гиганты отняли некоторые свои спутники из пояса Койпера. Так повел себя Нептун, присвоив Тритон, и Сатурн, отняв Фебу. Большие обижают маленьких!

Космическое помещение детсадовской планетной группы Солнечной системы иногда разделяют на регионы. Так, во внутренней части играют четыре планеты земной группы и пояс астероидов. Внешняя часть – это территория четырех газовых гигантов. Соответственно, планеты внутри области астероидов называют внутренними, а вне пояса – внешними. Обзови человека «внешним» и удели ему меньше внимания, чем т.н. «внутренним», он бы тоже от обиды раздулся до невероятных размеров. Немного уменьшает эту обиду другое название планет вне земной орбиты – верхние. Внутри земной орбиты планетам приходится мириться со статусом «нижних».

А еще ведь в Солнечной системе есть самые удаленные области, расположенные дальше орбиты Нептуна. Над поясом Койпера кружит Рассеянный диск, а за ним – Гелиосфера и облако Оорта. Да и про центральную фигуру в детском планетном саде – воспитательницу-Солнце – и ее сферы влияния и функции - мы не поговорили. Как и про кометы, транснептуновые объекты и кентавры. Солнечная система очень большая, и даже краткое описание ее структуры не влезает в ограниченный объем одной статьи. Но ничего, мы продолжим рассказывать про Солнечную систему в следующей статье, а потом подробно обсудим каждый из пунктов этой истории. Кроме тех, о которых уже говорили – планетах как явлении и Солнце как звезде.

Планеты-1

Мир состоит из звезд и из людей. Там, в высоте, Спокон веков, таинственно далеких, Там, в высоте, В садах небес, роскошных и глубоких, Там в высоте, Вкруг солнц, бесчисленных и сходных С огнистым улеем, там, в высоте, В сверкании пространств холодных, Вращаются, впивая дивный свет, Рои трагических планет.

В прошлой статье мы начали изучать характеристики небесного тела, которыми оно должно обладать, чтобы быть принятым в детсадовскую планетарную группу. Иными словами, не каждое небесное тело подходит под это определение.

Начали мы с движения шарообразных карапузов по орбите вокруг родительской звезды. Следующее необходимое свойство небесного тела для получения статуса «планета» - это его масса.

Все планеты имеют близкую к сферической форму. Это определяется их массой. Она должна быть достаточной, чтобы гравитация небесного тела была способна привести ее к гидростатическому равновесию. Это равновесие собственных гравитационных сил и направленных в противоположную сторону сил давления окружающей среды. Это равновесие определяет сферическую форму планеты. Однако, существует некий верхний предел массы, примерно равный 13 массам Юпитера, после чего в небесном теле начинаются термоядерные реакции и оно становится уже звездой, а именно коричневым карликом. То есть наш карапуз не должен быть ни слишком худ, ни слишком упитан. Массы должно быть в меру.

Третья необходимая для получения статуса «планета» характеристика (первую мы рассмотрели в предыдущей статье – это движение вокруг родительской звезды по чистой орбите) – это т.н. жидкая дифференциация. На ранних этапах развития, пока личность небесного карапуза еще окончательно не сформирована, планеты пребывают в жидком, текучем состоянии. По мере роста и взросления, более тяжелые вещества оседают к центру планеты, а более легкие остаются на поверхности. Все планеты земной группы (о них мы поговорим подробнее позднее) имеют сходное строение: в центре расположено ядро, которое покрывает мантия, сверху которой расположена кора. В газовых же гигантах (см. следующая статья) мантия плавно перетекает в атмосферу.

Ядро представляет собой самые внутренние слои планеты. Оно может состоять из чередующихся твердых и жидких слоев, но также может быть как полностью твердым, так и полностью жидким. В случае планет земной группы ядра состоят из ферромагнитных веществ, таких как железо и никель. Состав ядер газовых гигантов до сих пор является спорным вопросом астрономии. По одной теории они также могут быть железистыми или каменистыми, по другой состоят из металлического водорода (совокупность фазовых состояний водорода, находящегося под очень большим давлением и претерпевшего фазовый переход).

Мантия жидким горячим одеялом укутывает тяжелое ядро. Для планет земной группы она образовывается в результате отделения от первичного планетарного вещества более тяжелой металлической части и ее последующего оседания в центр небесного тела и плавления, продукты которого формируют кору. Мантия представляет собой очень вязкое, тугое вещество, состоящее из силикатов, чья плотность выше, чем у коры.

Кора же, как и вся планета в целом, похожа на сахарную корочку в изысканном французском десерте крем-брюле: твердая, но хрупкая и легкая, она покрывает густую вязкую массу мантии, а та, в свою очередь, покоится на твердой тарелке ядра.

Для попадания в детсадовскую планетарную группу карапуз-кандидат должен обладать еще одной важнейшей характеристикой, а именно внутренним магнитным моментом, который создает магнитосферу. Магнитный момент – это величина, характеризующая магнитные свойства объекта, т.е. его способность создавать и воспринимать магнитное поле. Магнитосфера – это создаваемая магнитным моментом область вокруг намагниченного небесного тела, которое определяет поведение окружающей это тело плазмы (частицы, излучаемые звездой; в случае Солнечной системы речь идет о т.н. солнечном ветре). Этот кокон ломает все планы солнечного ветра на безжалостную бомбардировку поверхности планеты своими частицами (которые, в частности, прервали бы любую жизнь за счет своей радиации) и заставляет его менять свое направление и «обтекать» ее. Магнитное поле всегда возникает из-за движения заряженных частиц. В формировании магнитосферы планет важнейшую роль играет магнитогидродинамический эффект. Это возникновение магнитного поля при движении электропроводимой жидкости (т.е. мантии в случае планет) или ионизированного (заряженного) газа в магнитном поле.

Наконец, последнее условие принятия в планетарную детсадовскую группу – это наличие у небесного тела атмосферы (внешней газовой оболочки), т.к. их массаи гравитация должны быть достаточными для того, чтобы удерживать газы у поверхности. В случае газовых гигантов их масса благоволит удержанию самых легких газов – водородаи гелия - однако с поверхности менее массивных планет их попросту «сдувает» в открытый космос солнечным ветром, но остаются более тяжелые газы. Некоторые планеты, расположенные очень близко к родительской звезде, и вовсе полностью лишаются этой оболочки, потому что звезда в воспитательных целях «сдувает» ее своим солнечным ветром. В Солнечной системе примером такой планеты является Меркурий. Атмосфера подвержена влиянию множества сил как извне (того самого солнечного ветра), так и изнутри (идущих от самой планеты – гравитации, например), вследствие чего она бунтует динамичными погодными явлениями. На Земле этот бунт принимает форму ураганов, в других случаях – пылевых бурь, как на Марсе, и антициклонических штормов, как Большое красное пятно на Юпитере или «пятна» на Нептуне. Атмосфера эффективно перераспределяет получаемую от звезды энергию, тем самым сглаживая температурные перепады между освещенной и темной стороной небесного тела.

Ко вторичным характеристикам планет относятся 2 признака: орбитальный резонанс друг с другом или более мелкими телами и наличие в некоторых случаях колец (как, например, у Сатурна).

Орбитальный резонанс – это ситуация, при которой периоды обращения двух небесных тел соотносятся как небольшие натуральные числа. Эти тела периодически сближаются, находясь в определенных точках своих орбит, в результате гравитационные силы между такими планетами периодически меняются. Например, Плутон находится в орбитальным резонансе 2:3 с Нептуном, т.е. два оборота Плутона вокруг Солнца длятся по времени столько же, сколько три оборота вокруг него же Нептуна. Внутренняя, расположенная ближе к звезде планета, всегда движется по своей орбите быстрее. В такую систему может входить и более 2 планет.

Кольца же, состояние из пыли, льда и более крупных объектов, но не дотягивающих по массе до планеты, опоясывают планету в ее экваториальной плоскости. Чаще всего их носят газовые гиганты, но о кольцах мы поговорим в другой раз.

Эти две характеристики не являются обязательными для присвоения небесному телу статуса планеты, однако многие карапузы ими обладают.

В Международном астрономическом союзе (МАС) до сих пор ведутся споры, по каким признакам присваивать небесному телу статус планеты. По резолюции 2006г. дирекция планетарных детсадов выделила три обязательных пункта: это небесное тело должно обращаться по орбите вокруг родительской звезды (1); иметь достаточную массу, чтобы под действием собственной гравитации прийти к состоянию гидростатического равновесия (иметь близкую к сферической форму) (2); расчистить свою орбиту от других объектов (за исключением спутников) (3). И все это касается только планет Солнечной системы. Многие астрономы отказались использовать это определение хотя бы потому, что помимо Солнечной системы существует множество других звездных систем со своими планетами (называемыми экзопланетами). Кто-то еще не согласен с третьим пунктом про чистую орбиту, кто-то озабочен статусом планет-сирот, о которых мы еще поговорим. Существует еще множество критикуемых астрономами точек этого определения.

Как бы то ни было, с общими характеристиками карапузов из планетарной детсадовской группы мы разобрались. В следующих статьях мы подробно рассмотрим подгруппы планетарных систем. А пока пора отдыхать и «переваривать» прочитанный материал.

Планеты-2

Есть такое твёрдое правило. Встал поутру, умылся, привёл себя в порядок - и сразу же приведи в порядок свою планету!

В предыдущей статье мы познакомились с группой детского сада из планет, ее внутренними правилами и необходимыми для прохождения приемной комиссии навыками, которыми должен обладать соискатель места в планетарной системе. Но дети похожи только в одном: они все меньше взрослых, т.е. звезд. Но каждый из ребятишек по-своему уникален. На основе общих интересов, черт характера и навыков детвору планет можно разделять на разные группы, на чем строится классификационные системы для этих астрономических тел.

Планетарную группу детсадовцев можно разделить на две основные подгруппы: рыхлые здоровяки с невысокой плотностью – планеты-гиганты, и ребята поменьше, но зато имеющие твердую поверхность характера – землеподобные планеты. Несмотря на вхождение в состав одной и той же группы космических тел – планет – эти два подвида сильно отличаются друг от друга. Знакомиться с этими бандами малолетних разбойников мы будем по отдельности. И начнем с планет-гигантов.

Планеты-гиганты также называются газовыми гигантами. Хотя первое название – более общее и характеризует всю подгруппу крупных планет, в то время как определение «газовый гигант» затрагивает только планеты, процент содержания водорода и гелия в которых составляет 90%. Однако к планетам-гигантам относятся также водные и ледяные гиганты, состоящие из указанных выше элементов лишь на 15-20%. Этот частный случай показывает, что планеты-гиганты тоже делятся на различные виды в зависимости от своего химического состава или положения относительно родительской звезды. Химический состав, в свою очередь, зависит от температуры небесного тела. Но история формирования планет-гигантов такая же, как и у любых других: путем аккреции, т.е. путем приращения своей массы гравитационным притяжением материи из планетарного диска (см. предыдущую статью). Или, другими словами, путем поедания гороховой каши на обеде, которая раздувает их до громадных размеров во время тихого часа.

Гиганты состоят в основном из водорода и гелия, имеют небольшую плотность и короткий период суточного вращения, который обуславливает сильное сжатие у полюсов. Их структура включает в себя несколько слоев и атмосферу, давление которой в определенный момент возрастает достаточно, чтобы водород принял жидкую форму. Ниже располагается слой т.н. металлического водорода (совокупность фазовых состояний водорода при высоком давлении), электрические токи которого порождают мощное магнитное поле. По недоказанной в настоящее время теории еще ниже расположено относительно небольшое каменное или металлическое ядро. В атмосферах же бушуют сильные ветра со скоростями до нескольких тысяч км/ч и образуются атмосферные постоянные в виде гигантских вихрей (например, Большое Красное Пятно на Юпитере).

Классификация планет-гигантов по удаленности от звезды-воспитательницы делит их на «холодные юпитеры» и «горячие юпитеры». Кроме того, существует вторая система классификации планет-гигантов, основывающаяся на их внешнем виде.

«Холодные юпитеры» с «горячими юпитерами» объединяет одинаковая масса (около массы Юпитера (1,9⋅1027 кг)). На этом их сходства заканчиваются.

«Холодные юпитеры» - ребята самодостаточные и независимые от подачек воспитательниц-звезд в виде тепла и способные получить это тепло в результате своих внутренних процессов. Орбиты таких планет расположены на большом расстоянии от звезды (в случае самого Юпитера оно составляет 5 атмосферных единиц (а.е. – единица измерений расстояний в астрономии, примерно равная среднему расстоянию от Земли до Солнца)).

«Горячие юпитеры», наоборот, те еще прилипалы и тянут из воспитательницы-звезды огромное количество тепла. Ведь их орбиты расположены гораздо ближе к звезде, чем орбиты «холодных юпитеров». Среднее расстояние до их орбит – 0,05 а.е., что на один порядок ближе, чем Меркурий расположен к Солнцу и на два порядка – чем Юпитер к нему же. Горячие юпитеры гораздо проще обнаружить, т.к. они вносят заметные короткопериодические возмущения в движение звезды, которые могут быть обнаружены по смещению линий ее спектра. Кроме того, велика вероятность прохождения такой планеты перед диском звезды, что уменьшает ее светимость. Близкое расположение к родительской звезде и, следовательно, дополнительное нагревание вызывает и дополнительное термическое расширение планеты, поэтому горячие юпитеры имеют большие размеры, чем аналогичные по массе, но расположенные дальше, планеты. Считается, что такие планеты образуются во внешней части планетарной системы, т.к. возле звезды материала недостаточно, и потом мигрируют к центру системы из-за торможения в газопылевом диске. Некоторые приближаются к воспитательнице-звезде настолько близко, что период их вращения вокруг нее составляет всего 1-2 дня. Это самые горячие из известных планет. Называются они короткопериодическими горячими юпитерами. Если такая планета имеет маленькую массу (менее 2 масс Юпитера), то она не способна удержаться от разогрева собственной гравитацией, что приводит к еще большему термическому расширению и экстремальному падению плотности. Такие планеты называются «рыхлыми» и представляют собой скорее газовое облако, чем планету.

Вторая система классификации планет-гигантов – это классификация по Сударскому. Она основывается на внешнем виде планет, который, в свою очередь, зависит от их химического состава. А он определяется температурой. Также в этой системе учитывается альбедо планеты (диффузная, т.е. рассеянная, отражательная способность поверхности). Свойства планет вне Солнечной системы, которые называются экзопланетами, изучены слабо, в т.ч. химический состав их атмосфер. Это объясняется сложностью их наблюдения из-за слабой светимости, которую поглощает светимость их звезды-воспитательницы. Изучать их можно лишь по косвенным признакам. Либо по внешнему виду, который обусловлен химическим составом и температурой и данные о котором могут быть получены путем изучения спектра (спектрального анализа) в момент транзита (прохождения перед диском звезды) перед этой звездой. Но аналогии с планетами-гигантами Солнечной системы подходят далеко не всем экзопланетам, т.к. большинство из них не похожи на Юпитер и Сатурн. Классификация экзопланет по Сударскому делит экзопланеты на 5 классов.

К классу I принадлежат планеты, в атмосфере которых доминируют аммиачные облака (как наши Сатурн и Юпитер) и находящиеся на внешних слоях своих планетарных систем. Их температура ниже -120 ̊, а расчётное альбедо составляет 0,57. Это значительно выше альбедо Юпитера или Сатурна.Разница возникает из-за наличия определенных веществ в атмосфере таких планет. Их температура объясняется либо расстоянием до звезды, либо классом этой звезды (это должен быть красный карлик). Цвет этих планет похож на цвет слабой звезды – красновато-охристый (как Юпитер).

К классу II относятся планеты с более высокой температурой (до -20̊), которая превышает необходимые условия для формирования аммиачных облаков, но идеальна для формирования водных. Такие облака хорошо отражают свет, поэтому их альбедо может превышать 0,81, а цвет из-за сильной отражательной способности – бело-голубой. Также в атмосфере этих планет содержится много метана, что отличает их от Земли. Расстояние до орбит этих планет сопоставимо с расстоянием до земной орбиты или чуть больше.

К классу III относятся безоблачные планеты, поскольку они слишком горячи для формирования водных облаков (80-530 ̊). Планеты этого класса обладают низким альбедо – 0,12 – и имеют голубо-синий цвет, обусловленный количеством метана. В Солнечной системе такие планеты занимали бы место Меркурия.

Планеты с сильными линиями спектра щелочных металлов (элементы 1 группы периодической таблицы химических элементов Менделеева) относятся к классу IV. Их температура составляет 630-1000 ̊, поэтому доминирующим элементом в атмосфере становится диоксид углерода. Метан также присутствует. Альбедо этих планет очень низкое – 0,03, а цвет – серый с небольшим оттенком розового, т.к. температура уже достаточно высока для излучения света.Эти планеты очень близки к своим светилам и, как правило, относятся к горячим юпитерам.

Очень горячие газовые планеты, чья температура превышает 1100 ̊, относятся к классу V. Их атмосфера сплошная и состоит из паров железа и силикатов, благодаря чему их альбедо составляет 0,55. Короткопериодические горячие юпитеры также относятся к этому классу. Цвет планет этого класса – зеленовато-серый. В Солнечной системе они бы располагались на расстоянии 0,04 а.е. от Солнца.

Еще два вида планет, относящихся к гигантам – это водные или прохладные гиганты (или гигант с облаками из водяного пара) и ледяные гиганты.

Водяные гиганты вращаются на расстоянии в 1-2 а.е от звезды и соответствуют II классу по Сударскому. Их атмосферы состоят в основном из водорода, а в случае нахождения планет в обитаемой зоне (условная зона в космосе, условия поверхности находящихся в ней планет близки к земным) – из кристаллов водяного льда. В любом случае, обилие воды в составе атмосфер водяных гигантов делает ее облачность сплошной, поэтому такие планеты окрашены в ярко-белый цвет. При дефиците воды планета будет одета в бело-голубую полосатую тельняшку.

Ледяные гиганты или холодные нептуны состоят из элементов тяжелее водорода и гелия. В Солнечной системе этот подкласс гигантов представлен Ураном и Нептуном. Единой теории о формировании этих ледяных отщепенцев не существует. Согласно одной из них, такие планеты формируются там же, где и горячие юпитеры, но, обладая меньшими размерами, вытесняются гравитацией больших хулиганов на периферию. Там их поверхность сильно остывает, но внутри продолжает биться горящее обидой ядро с температурой в несколько тысяч К. Согласно другой, они образуются не путем аккреции, а из-за коллапса (быстрого сжатия) вещества на окраинах планетарной системы. Температура ледяных гигантов не превышает -200 ̊, а массовая доля водорода и гелия составляет лишь 15-20%. Строение же магнитных полей и атмосферы схоже с газовыми гигантами.

Вот такие хулиганы-толстяки есть в любой детсадовской планетарной группе: независимые авторитеты и назойливые прилипалы, ледяные аутсайдеты и готовые испариться потоками собственной экстравертности легкие заводилы. Хоть все они и очень разные, но объединяют их две черты: внушающие уважение размеры и любовь к гороховой каше (и обилие газов из-за этого). Но они – не единственные члены группы детсада. Еще там учатся планеты земного типа, но о них мы поговорим в следующей статье.

Планеты-3

Мы все уносимся вдаль на одной и той же планете — мы экипаж одного корабля.

Сегодня мы продолжим знакомство с разными бандами одной и той же детсадовской планетарной группы. На страницах предыдущей статьи нас принимали в свои теплые мягкие объятия пухляки-здоровяки с низкой плотностью, а именно планеты-гиганты. Сегодня мы познакомимся с другой группой хулиганов – с бойкими и твердыми характером (т.е. корой) планетами земного типа.

Планеты земной группы – это четыре планеты Солнечной системы: Меркурий, Венера, Земля и Марс. А так же те экзопланеты (планеты, не входящие в состав Солнечной системы), которые схожи по свойствам с этими четырьмя крепышами.

Согласно многим космогоническим теориям, в любой звездной системе, так же, как и в Солнечной, твердотельные планеты меньших размеров расположены во внутренней области системы, низкоплотные планеты-гиганты – во внешней, а разделяет их пояс астероидов (но о них, а так же других малых небесных телах звездных систем, мы поговорим в другой раз).

Планеты земной группы состоят преимущественно из тяжелых элементов: кислорода, кремния, железа, магния, алюминия и др. Их строение тоже схоже. В него всегда входят следующие элементы: ядро в центре, состоящее из железа с примесью никеля (в случае родной Земли оно делится на внешнее и внутреннее ядро); мантия в промежуточном слое, состоящая из силикатов (обширная группа минералов со сложным химическим составом); кора (также состоит из силикатов и является твердой оболочкой планеты). Подробнее о свойствах и принципах формирования этих слоев мы говорили во второй статье о планетах.

Вне Солнечной системы, которая является лишь одним из детских планетарных садов, полным-полно других районов и кварталов (других звездных систем), и вообще других городов (других галактик) со своими районами и множеством детских садов внутри них. Другими словами, во Вселенной множество других галактик со своими звездными системами, в состав которых входят свои планетарные системы. Планеты других звездных систем называются экзопланетами. Обнаружить их сложно даже с современным уровнем техники из-за малой светимости и сравнительно малых размеров по сравнению со звездами. Поэтому первыми были обнаружены ледяные и газовые гиганты. Уже позднее были обнаружены меньшие по размеру небесные тела – т.н. суперземли и миниземли.

Суперземли получили свое «звездное» наименование благодаря исключительно своей массе, а не приближенностью к звезде-воспитательнице или каких-либо иных признаков. В этот класс планет входят планеты с массой, превышающей массу Земли в 1-10 раз (по некоторым версиям в 5-10 раз), но значительно уступающей массе газовых гигантов. Граница между суперземлями и газовыми гигантами, подобными Нептуну, нечеткая, и оценивается примерно в 10M⊕. Суперземли формируются преимущественно у звезд небольшой массы – менее 1Mʘ, т.е. относящихся к оранжевым и красным карликам. Массы этих звезд варьируются от 0,31Mʘ до 084Mʘ. Кроме того, все обнаруженные суперземли вращаются вокруг звезд, чьи орбиты обеднены металлами (элементами тяжелее водорода и гелия).

По физическим характеристикам элиту детсадовской группы – суперземли – можно разделить на следующие подгруппы: основной костяк из планет земного типа (имеющие железное ядро, покрытое скальными породами); шестерки-мининептуны (планеты переходного типа между планетами земного типа и планетами-гигантами) и слезливые океаниды (или планеты-океаны); таких же привилегированные, но отщепенцы – углеродные планеты с совершенно иным химическим составом. Рассмотрим их все по-отдельности, начиная с мининептунов.

Мининептуны также носят кличку «газовые карлики». Это переходное звено между газовыми гигантами наподобие Нептуна и Урана и землеподобными скалистыми планетами. Они всегда меньше по массе, чем Уран. Они имеют скалистые ядра, окруженные толстыми оболочками из легких веществ – мантией из воды и аммиака, плавно переходящей в атмосферу из водорода и гелия. Мининептуны формируются на значительном удалении от своих звезд - за границей снеговой линии (места, где температура при удалении от звезды становится достаточно низкой, чтобы простые летучие соединения переходили в твердое состояние). Благодаря отсутствию плотной атмосферы мининептуны могут быть классифицированы и как океаниды. К мининептунам также относятся т.н. мегаземли. Так называются экзопланеты, чья масса превосходит земную в 10 и более раз. Однако, это прозвище связано с ошибкой в определении массы свежеоткрытойэкзопланетыKepler-10, которая после проверки оказалась меньше изначально предполагаемой. Однако, термин «мегаземля» к тому моменту так плотно укоренился, что им часто называют мининептунов. Кроме того, в недалеком будущем такие планеты действительно могут быть обнаружены.

Океаниды, или планеты-океаны – это планеты, состоящие преимущественно изо льда, скалистых пород и металлов. При достаточно близком расположении к горячей звезде-воспитательнице эти планеты начинают жаловаться и рыдать водой, формируя водные океаны из растапливаемого льда. Они могут быть целиком покрыты океаном слез глубиной до 100км (точное значение зависит от радиуса планеты). На такой большой глубине вода более не может оставаться в жидком состоянии из-за колоссального давления, и образует особые формации льда, не встречающиеся на Земле, такие как лед V, VI и VII. Океаниды формируются на достаточном удалении от родительской звезды и со временем могут мигрировать ближе к ней по газопылевому протопланетному облаку. Это такие планеты, чья протопланетная масса достаточно большая, чтобы расчистить свою орбиту и не быть поглощенной соседним газовым гигантом, но недостаточная , чтобы принять водород и гелий из окружающего пространства и стать газовым гигантом. Масса таких планет составляет 6-8 земных масс.

Про углеродные планеты мы поговорим чуть ниже, т.к. они входят и в другую классификацию планет земного типа.

Миниземли – это подготовительная группа планетарного детсада, которая состоит из планет, гораздо менее массивных, чем Земля или Венера. В Солнечной система к таким карапузам относятся Марс и Меркурий. В данный момент не существует открытых экзопланет, относящихся к этому классу из-за сложности их обнаружения. В отличие от карликовых планет, она способна расчистить свою орбиту от других тел, т.е. карликовая планета – это переходный объект между малыми небесными телами и миниземлями. Для них в системе МАС (Международное Астрономическое Сообщество) отсутствует понятие верхнего предела массы (поэтому планета может быть больше или массивнее Меркурия), а нижним предел определяется гидростатическим равновесием объекта (т.е. набором характеристик, определяющим его сферическую форму).

Приведенная выше классификация – не единственная существующая. Планеты земного типа так же делятся на четыре группы по признаку их химического состава, а не по степени откормленности деликатесами детсадовского магнитно-пылевого облака (массе): железные, силикатные, безъядерные и углеродные планеты.

Железные планеты представляют собой насыщенные железом шарики с тонкой или отсутствующей мантией, вращающиеся на близких к родительской заезде орбитах. Они – это жертвы драк обычных магнитно-силикатных планет с особо массивными и дерзкими небесными телами (астероидами, например), в результате столкновения с которыми лишаются мантии. Потому, наверное, и тянутся под крыло звезды-воспитательницы. Железные планеты имеют более жесткий характер (твердость и плотность), чем другие, и обладают способностью быстро остывать после сформировавшего их конфликта, поэтому лишены выраженного магнитного поля.

Силикатные планеты – это самые обычные, среднестатистические карапузы железосиликатных планет с металлическим ядром и силикатной мантией.

Безъядерные и углеродные планеты любят играть с земными астрономами в прятки и потому являются только гипотетическим видом планет. Безъядерные планеты, предположительно, вовсе не имеют ядра. Эти бесхребетные шарики являются полной противоположностью жестким и закаленным железным планетам и состоят только из мантии. Существует два пути их формирования. Первый происходит в удаленных от родительской звезды прохладных зонах, где железо, входящее в состав такой планеты, связывается при помощи хондритов. Этим термином называют метеориты, содержащие хондры – сферические или эллиптические формы силикатного состава. Второй – при большом количестве в составе планеты свободных железа и воды, которые при взаимодействии окисляются с выделением оксидов железа и водорода. Железо не может остаться в несвязанном виде (только в виде оксидов) и опуститься к ядру. Из-за отсутствия ядра такие планеты вовсе лишены защитного магнитного поля.

Скрытники же - углеродные планеты - формируются в протопланетных дисках с высоким содержанием углерода и низким содержанием кислорода. Если Земля, Марс и Венера состоят преимущественно из кремния и кислорода, то такие планеты будут построены на базе углерода. Внутри такой планеты, предположительно, будет также располагаться железное ядро, а вот укрывать его будет слой карбидов кремния, урана и чистого углерода. Предполагается, что отдельные области таких планет будут покрыты чистыми алмазами, что делает их особенно привлекательными для поисков. Они будут укрыты атмосферой из углеводородов и диоксида углерода. При наличии воды на такой планете жизнь на ней возможна, но она будет кардинально отличаться от земной в связи с малым количеством кислорода.

Существует еще множество типов планет, но лучше уделить им полноценное внимание в следующий раз, чем обделить им по сравнению с планетами земного типа и, тем самым, сильно обидеть!Ведь недаром же говорят, что все мы – из детства. Поэтому не будем пытаться обратить наше уставшее сознание к другим планетам сейчас, но со свежими силами вернемся к ним на следующей неделе.

Планеты-4

Подумай, мы назвали все звезды и планеты, а может, у них уже были свои имена?

В последнее время мы с вами активно знакомимся с составом планетарной детсадовской группы. Активно – но все еще недостаточно плотно. Потому что до сих пор мы успели рассмотреть только две основные банды нашего детского сада– планеты-гиганты и планеты земной группы. Но среди сферических карапузов этого космического образовательного учреждения существует еще множество других шаек и формирований! Классификация любых небесных тел может основываться на совершенно различных их признаках, таких, как масса и скорость вращения, например. Поэтому сегодня мы рассмотрим основные принципы классификаций планет, коротко дадим характеристики каждой из них, а к более детальному рассмотрению каждой группы будем возвращаться в будущем.

Рассмотренные нами ранее группы экзопланет – газовые гиганты и планеты земного типа – входят в т.н. классификацию по Сударскому. Давид Сударский из Аризонского университета США выделил две этих группы планет, и, очевидно, руководствовался при работе над классификацией планет-гигантовпоговоркой «встречают по одёжке», потому что в основе его классификации планет-гигантов лежит внешний вид планет в зависимости от температуры ее внешних слоев и ее альбедо (характеристика отражательной способности поверхности). По этой системе, банда планет-гигантов делится на 5 классов, которые обозначаются римскими цифрами.

Так, к классу I относятся планеты, укутанные аммиачными облаками. Они находятся во внешней части своих звездных систем и предпочитают лютый холод – необходимое условие их существования является температура ниже -120 ̊С. Их расчетное альбедо составляет 0,57, что значительно выше альбедо Юпитера или Сатурна (0,343 и 0, 342 соответственно). Такую разницу обеспечивает наличие фосфорных соединений в атмосферах планет Солнечной системы. То есть такие планеты расположены либо на большом удалении от звезды-воспитательницы, либо находятся на попечении слабой звезды, такой, как красный карлик.

В класс II переходят планеты более горячие, чем учатся в классе I. Их температура должна быть примерно -20 ̊С. Она делает их атмосферы слишком теплыми для образования аммиачных облаков, а вот для водных облаков такая температура подходит в самый раз. Расположены такие планеты либо ближе к родительской звезде, либо принадлежат к системе звезды более сильной, чем красный карлик. Поскольку водные облака очень хорошо отражают свет, то альбедо планет-гигантов II класса, или водных гигантов, очень высокое и составляет 0,81.

Учениками класса III становятся самые позитивные планеты-гиганты, чьи атмосферы не омрачены ни единым облачком – безоблачные планеты. Температура таких планет колеблется от 80̊С до примерно 350 ̊С, что делает их слишком теплыми для образования водяного пара. На вид эти планеты голубо-синие и безликие, как Уран или Нептун. Синий цвет им предает высокая концентрация метана в атмосфере. А вот альбедо этих планет сравнительно невысокое – всего 0,12. Расположены они близко к родительской звезде (вСолнечной системы они должны были бы занимать положение Меркурия).

К классу IV относятся планеты-горячие штучки, буквально пышущие жаром: их температура превышает 630 ̊С. При такой температуре диоксид углерода отбирает позицию доминирующего газа в атмосфере у метана. Кроме него, она включает пары щелочных металлов, которые при таких температурах испаряются, что обуславливает наличие их спектральных линий в атмосфере. Отсюда и название этого класса – планеты с сильными линиями спектра щелочных металлов. Облаков там немного и состоят они из паров железа и силикатов. Альбедо таких планет крайне низкое и составляет примерно 0,03 за счет высокой способности щелочных металлов к поглощению света. Поскольку температура таких планет достаточно высока, чтобы они начали светиться, то окрашены они в серый цвет с оттенками розового. Эти планеты очень близки к своим звездам-родительницам и, как правило, являются горячими юпитерами.

Наконец, в классе V учатся самые горячие газовые гиганты с температурами от 1100̊С, или же менее массивные и плотные планеты при меньших температурах. Их горячие сердца окутывают плотные слои облаков из паров железа и силикатов, а откликается этот класс на позывной «планеты с кремниевыми облаками». Благодаря таким облакам альбедо этих планет высокое и составляет 0,55. К этому классу относятся короткопериодичные горячие юпитеры,чья зеленовато-серая шкурка будет сама светиться красно-оранжевым цветом.

Следующий способ классификации планет уже отходит от их внешнего вида в сторону их внутреннего содержимого, однако все еще базируется на данных, во многом определяющих внешний вид карапузов, а именно на их массе.

Самые тяжеловесные ребятишки из них, зачастую еще и укутанныев толстые атмосферы – это планеты-гиганты или газовые гиганты. Как видно из последнего названия, они преимущественно состоят из газов – водорода и гелия – или, в иных случаях, из т.н. «льдов», т.е. летучих веществ в определенном агрегатном состоянии – воды, метана и аммиака (ледяные гиганты). Однако, среди них встречаются и скалистые планеты, похожие на Землю.Ледяные гиганты, как правило, чуть легче и менее массивны, чем газовые, но все же намного больше Земли. Они похожи на Уран и Нептун по массе.

Третье место по массе занимают мезопланеты – планетарные тела размером меньше Меркурия, но больше Цереры (карликовая планета, расположенная в поясе астероидов). Этот термин часто используется в астрономическом сообществе и был придуман Айзеком Азимовым, американским писателем-фантастом XXв. Исходя из предположения, что массивность планеты определяется ее линейным размером или объемом, диаметр мезопланет должен составлять 1000-5000км.

Четвертое место занимает переходная планета или газовый карлик, которая носит название мини-нептун. Ее масса составляет менее 10 земных масс, но она менее массивная, чем Уран и Нептун. Под плотной водно-гелиевой атмосферой покоятся горные породы с глубокими слоями льда или жидкими океанами, состоящими из воды и аммиака.

Объекты, размером больше планеты, но меньше звезды, включают в свой список коричневые либо суб-коричневые карлики и называются планетарами. Их масса недостаточна для начала термоядерных реакций, как внутри звезды.

На пятом месте расположились суперземли – планеты земной группы, чья масса больше земной, но меньше, чем у наименьших газовых гигантов Солнечной системы - Урана и Нептуна.

Почетное место в этой классификации занимает еще один «суперский» тип планет, а именно супер-юпитеры. К ним относятся более массивные, чем Юпитер, астрономические объекты.

И, наконец, завершают этот список планеты, существенно менее массивные, чем Земля и Венера – суб-земли.

Как и любые дети, планетарные карапузы не знают покоя, и все время носятся по своим орбитам. На различиях их орбитальных режимов основывается следующая классификация.

Циркумбинарные планеты требуют к себе повышенного родительского внимания и потому вращаются сразу вокруг двух звезд. А когда два объекта планетарной массы вращаются друг вокруг друга, их называют двойной планетой.

Вызывающий имидж эксцентричных юпитеров определяется их движением вокруг родительской звезды по эксцентричной орбите. Эксцентриситет орбиты – это безразмерный показатель, определяющий величину отклонения орбиты небесного тела, вращающегося вокруг звезды, от идеально ровной окружности. Значение 0 соответствует окружности, от 0 до 1 – эллипсу, 1 – параболическая орбита и более 1 – гипербола. Таким образом, эксцентричный юпитер – это газовый гигант, вращающийся вокруг своей звезды-родительницы по очень вытянутой орбите.

Экзопланетами называются планеты, обращающиеся не вокруг Солнца, а вокруг другой звезды, остатков звезды или коричневого карлика. Внегалактическими же планетами зовутся планеты за пределами Млечного Пути.

Сказочное имя носят планеты-златовласки. Орбиты таких планет расположены в пределах обитаемой зоны звезды (о ней мы скоро поговорим). Название позаимствовано из британской сказки XIXв. «Златовласка и три медведя», по сюжету которой девочка выбирает из наборов три предмета, игнорируя слишком экстремальные и предпочитая им те, что посредине, те, что «в самый раз».

К Горячим Юпитерам относятся внесолнечные планеты, чьи характеристики сопоставимы с Юпитером, но имеющие очень высокие температуры поверхностей из-за очень близкого расположения к родительской звезде (0, 015-0,5а.е.) С Горячими Нептунами мы тоже уже знакомы – это очень близко расположенные к своей родительской звезде планеты (менее 1а.е.) с массой, подобной массе Урана или Нептуна.

Орбиты низших планет лежат в пределах орбиты Земли. Орбиты внутренних планет лежат в пределах пояса астероидов. А внешние планеты – это планеты Солнечной системы, чьи орбиты расположены за пределом пояса астероидов. Наконец, орбиты высших планет лежат за пределами орбиты Земли.

Планеты-пульсары вращаются вокруг пульсара или быстро вращающейся нейтронной звезды.

Блуждающая планеты, или планета-сирота – это гипотетический вид объектов планетарной массы, который вращается не вокруг звезды, а непосредственно вокруг галактики.

Наконец, троянские планеты – это планеты, которые вращаются по одной орбите с другой планетой.

Последний способ классификации планет базируется уже на их «уме», по которому «провожают», а именно на их составе. Конечно, он во многом определяет внешний вид планет, как состояние нашего духа определяет, например, наш стиль. И все же это более глубинная классификация, чем только по внешнему виду.

Хтонические планеты представляют собой гипотетический класс газовых гигантов, лишенных своих атмосфер из-за близкого расположения к родительской звезде, которая «сдувает» с них эту оболочку.Помимо хтонических планет есть еще один тип планет, образующихся за счет «похудения», в этот раз - белого карлика с низкой массой. Это также гипотетический вид планет, по диаметру сопоставимый с обычными водородно-гелиевыми планетами той же массы.

Углеродные планеты также являются гипотетическим классом в этот раз планет земной группы, образующихся из протопланетных дисков, богатых углеродом, но бедных кислородом.Силикатные планеты состоят в основном из силикатных пород (тогда как четыре внутренних планеты Солнечной системы основаны на кремнии). Землеподобные же планеты состоят из углеродных или силикатных пород.

Безъядерные планеты – это планеты, подвергшиеся планетарной дифференциации, но не имеющие металлического ядра. Не стоит путать их с концепцией Полой Земли, о которой мы поговорим позднее.

Пустынными планетами называют планеты с очень малым количеством осадков, где запас грунтовых вод расположен по полюсам, а все остальное пространство покрывают жаркие пустыни. Такие планеты часто описывают писатели-фантасты. Примерами тому являются планета Арракис из цикла «Дюна» Фрэнка Герберта, или планеты из саги «Звездные войны» - Татуин, Геонозис и Джакка.

Газовыми бывают и карлики (планета с низкой массой, состоящая из водорода и гелия), и гиганты (массивная планета, состоящая из тех же элементов).

Гикеаны относятся к планетам-океанам. Это гипотетические теплые или даже горячие миры, с высоким удельным содержанием водорода в недрах экзопланеты, на ее поверхности (покрытой водой) и в атмосфере, которые могут оказаться пригодны для жизни.

Ледяных гигантов не стоит путать с ледяными планетами. Первые – это гигантские планеты, преимущественно состоящие изо «льдов», т.е. летучих веществ тяжелее водорода и гелия (вода, метан и аммиак). Вторые – это планеты с ледяной поверхностью, состоящие из глобальной криосферы.

Железная планета – также теоретический вид планет, состоящих из железного ядра либо с небольшой, либо вообще с отсутствующей мантией.

Лавовые планеты теоретически покрыты лавой. Пример такой планеты – вымышленный Мустафар из вселенной «Звездный Войн». А планета-океан, напротив, по большей части покрыта водой (но не состоит преимущественно из нее, как гикеан).

Рыхлые планеты известны также как горячие Сатурны, которые при большом размере обладают очень низкой плотностью (менее 0,5 г/см³).

На этом мы заканчиваем разбор видов классификаций планет. Нам осталось лишь поговорить о планетах с точки зрения мифологии и фольклора, но это в следующий раз!

Смерть вселенной

…Мы останемся смятым окурком, плевком, в тени под скамьей, куда угол проникнуть лучу не даст. И слежимся в обнимку с грязью, считая дни, в перегной, в осадок, в культурный пласт.

И.А.Бродский

Впрочем, этот ребенок-теория входит в состав более исчерпывающей модели эволюции Вселенной. Она подразумевает деление истории развития Вселенной на эпохи. Нынешняя носит название «Эпоха звезд» и характеризуется активным рождением новых звезд. Закончится она, когда галактики исчерпают все запасы межзвездного газа (их строительного материала). Далее Вселенную ждет «эпоха распада». Если основными объектами предыдущего этапа являются звезды наподобие нашего Солнца, то новому этапу свойственны коричневые и белые карлики, а также небольшое количество нейтронных звезд и черных дыр. Подробнее эти объекты мы рассмотрим в дальнейших статьях, но всех карликов объединяет две общие черты – высокая плотность и маленький размер. Обычных звезд больше нет, так как перечисленные объекты – это конечный этап их эволюции, обусловленный массой и размером звезд. На смену главенствующего в эпоху звезд процессу горения водорода, которое теперь имеет место только внутри коричневых карликов, приходит процесс аннигиляции (процесс превращения частицы и античастицы в какие-либо иные частицы, отличные от исходных) черной материи и распад протонов. Следующий эпохой является «эпоха черных дыр», где все вещество представляет собой бульон из элементарных частиц. Механизмы этого этапа описаны в абзаце выше. Хотя возможен и другой сценарий развития событий –разогревание сверхмассивной черной дыры до планковской температуры и достижение ей планковской плотности, за которыми последует новый Большой Взрыв. И, наконец, последняя эпоха - это «эпоха вечной тьмы. Чистое время, лишенное каких-либо источников энергии. Сохранились только остаточные продукты всех предшествующих процессов: фотоны, нейтрино, электроны, позитроны и кварки.

Спасибо за чтение

Вернуться к книге