Wino1

Wino1

пикабушник
поставил 3650 плюсов и 500 минусов
отредактировал 0 постов
проголосовал за 0 редактирований
37К рейтинг 78 подписчиков 1212 комментариев 99 постов 71 в горячем
782

Каково это — жить в звездном кластере?

Тридцать тысяч ярких солнц сияли с потрясающим душу великолепием, еще более холодным и устрашающим в своем жутком равнодушии, чем жестокий ветер, пронизывавший холодный, уродливо сумрачный мир.

Каково это — жить в звездном кластере? Космос, Вселенная, Звёзды, Кластер, Длиннопост, Млечный путь

Наша планета находится на периферии Млечного Пути, в месте, которое еще не является звездным вакуумом, если так можно выразиться, но концентрация светил здесь весьма низкая. В итоге, до ближайшей звезды от нас — несколько световых лет, а на ночном небе можно насчитать не более 6 тысяч звезд (в любом из полушарий).


Но есть места, где звезд гораздо, гораздо больше. Это — звездные скопления, или кластеры. Что, если бы наше Солнце находилось в таком скоплении? Тогда бы наше небо выглядело весьма необычно (для нынешних нас, само собой). Команда астрономов, сотрудничающих с Astronomy Magazine, решила показать, на что может быть похоже — жить на планете, чья система находится внутри звездного скопления.


В качестве примера выбрано скопление 47 Тукана (NGC 104). От нас это скопление находится в 17 тысячах световых лет, а его диаметр составляет всего 120 световых лет (в то время, как диаметр галактик составляет многие тысячи световых лет).

Каково это — жить в звездном кластере? Космос, Вселенная, Звёзды, Кластер, Длиннопост, Млечный путь

В скоплении 47 Тукана — 570 тысяч звезд, и все они находятся в относительной близости друг от друга. Вероятно, у некоторых из этих звезд есть планеты, и вот модель вида на небо с одной из таких планет. В этом скоплении наша планета была бы окружена несколькими сотнями звезд, на квадратный световой год (несколько тысяч звезд на квадратный парсек). Это в несколько тысяч раз более высокая звездная плотность, чем в нашей локации. Среднее расстояние от звезды до звезды в этом случае составляло бы 0,05 световых года.

Каково это — жить в звездном кластере? Космос, Вселенная, Звёзды, Кластер, Длиннопост, Млечный путь

По словам специалистов, с такой планеты можно видеть более 130 тысяч светил, освещающих планету в 20 раз ярче, чем нашу Землю освещает Луна, в ночное время.

https://habr.com/ru/post/226127/

Показать полностью 2
278

Мегаструктуры будущего: сфера Дайсона, звёздный двигатель и «бомба из чёрной дыры»

Мегаструктуры будущего: сфера Дайсона, звёздный двигатель и «бомба из чёрной дыры» Космос, Вселенная, Сфера Дайсона, Черная дыра, Звезда, Длиннопост

Некоторые футурологи и фантасты, далёкие от физиологии, любят помечтать о том, что в будущем у людей будет вооооот такой большой мозг. Но есть одна проблемка: человеческий мозг — главный потребитель энергии в организме. И при его сегодняшнем размере он уже требует ого-го сколько. Так что у наших потомков не будет большущих мозгов, они их просто не прокормят. Аналогичная проблема встаёт и перед любой цивилизацией, достигшей определённого уровня технического развития. Дальнейший прогресс требует всё больше энергии, а имеющиеся источники либо с трудом покрывают потребности, либо вообще не в состоянии дать нужное количество ватт — даже атомная энергетика, а в перспективе и термоядерная. К тому же принято считать, что всем цивилизациям свойственно расширять своё жизненное пространство, а значит и энергия им понадобится не только на домашней планете.


Какие источники энергии могут быть у цивилизаций, стоящих на гораздо более высокой ступени развития, чем мы? Под катом — описание трёх интересных концепций: сфера Дайсона, звёздный двигатель и «бомба из чёрной дыры».


Сфера Дайсона


Начнём с самой известной — и самой утопичной амбициозной — концепции из этой тройки.


Идея в том, чтобы использовать в качестве источника энергии саму звезду. К примеру, наше Солнце (жёлтый карлик) излучает 3,828⋅10 26 Вт энергии. Это эквивалентно 4,74⋅10 18 взрывов боеголовок по 250 Кт каждая. Овердофига.


В 1937-м был опубликован научно-фантастический роман «Создатель звёзд» Олафа Стэплдона, из которого физик-теоретик Фримен Дайсон почерпнул и популяризировал идею мегаструктуры — сферы, полностью закрывающей звезду на расстоянии планетной орбиты, чтобы поглощать и использовать всю излучаемую энергию. Это с лихвой покрыло бы потребности мощнейшей цивилизации с многотриллионным населением.

Мегаструктуры будущего: сфера Дайсона, звёздный двигатель и «бомба из чёрной дыры» Космос, Вселенная, Сфера Дайсона, Черная дыра, Звезда, Длиннопост

Впрочем, у идеи сферы Дайсона было и есть немало критиков, которые приводят справедливые аргументы в пользу технической нереализуемости и логической и социальной бессмысленности такой мегаструктуры.


Во-первых, для создания такой структуры придётся извести на стройматериалы целую планету.


Во-вторых, строительство сферы предполагает создание огромных производственных мощностей и средств доставки, не говоря уже об источниках энергии для этого.


В-третьих, любая жёсткая структура (сферическая, кубическая, какая угодно) будет неизбежно разрушена многочисленными астероидами и кометами либо центростремительным ускорением — сфера Дайсона должна вращаться, чтобы компенсировать гравитационное притяжение звезды.


В качестве альтернативы единой жёсткой мегаструктуре можно использовать рой из квадриллионов дешёвых спутников с зеркалами, отражающими солнечный свет на приёмники-коллекторы, которые будут преобразовывать его в электричество. Возможно, КПД системы будет не столь высоким, как у монолитной конструкции, но и инженерная сложность создания роя на много порядков ниже. Скажем, богатый минералами и металлами Меркурий можно превратить в источник материалов, благо низкая гравитация, очень разреженная атмосфера и близость к Солнцу делают его идеальным летающим месторождением. Сборку спутников-зеркал можно организовать в космосе, отправляя их на орбиты по мере готовности.

Мегаструктуры будущего: сфера Дайсона, звёздный двигатель и «бомба из чёрной дыры» Космос, Вселенная, Сфера Дайсона, Черная дыра, Звезда, Длиннопост

Где взять энергию для таких колоссальных объёмов добычи и производства? Выход только один: использовать всю ту же энергию Солнца, благо на Меркурии её немало. Процесс добычи, переработки и производства нужно максимально автоматизировать. Первые спутники можно пускать на орбиту вокруг Меркурия, чтобы они увеличивали выработку энергии и помогали наращивать производительность.


Даже если удастся с помощью такого роя спутников-зеркал собирать хотя бы 1 % излучаемой энергии Солнца, этого количества нам хватит не просто для того, чтобы прекратить транжирить ископаемые материалы для производства энергии, а позволит реализовать проекты, по масштабу превосходящие сам рой — к примеру, создание межзвёздного транспорта.


Бомба из чёрной дыры


Чёрные дыры можно по праву назвать крупнейшими аккумуляторами энергии во Вселенной. Правда, сегодня достать эту энергию невозможно, поскольку чёрная дыра не просто аккумулятор, а пылесос, поглощающий всё вокруг. И всё же существует идея создания мегасооружения, которая, в теории, позволит извлекать из чёрной дыры гигантские объёмы энергии. Нюанс в том, что из-за этого мегасооружения ЧД превращается в бомбу колоссальной мощности, которая может взорваться при ошибке.


Некоторые чёрные дыры не статичны, а вращаются вокруг своей оси. Какие-то даже с частотой в миллионы оборотов в секунду. Современная физика гласит, что в центре любой чёрной дыры находится гравитационная сингулярность — бесконечно малая точка с нулевой поверхностью, в которой сконцентрирована вся масса объекта.

Мегаструктуры будущего: сфера Дайсона, звёздный двигатель и «бомба из чёрной дыры» Космос, Вселенная, Сфера Дайсона, Черная дыра, Звезда, Длиннопост

В случае вращающейся чёрной дыры сингулярность тоже вращается — вместо точечной сингулярности мы говорим о кольцеобразной сингулярности, с нулевой толщиной и площадью поверхности.


Гравитационное поле чёрной звезды так велико, что искажает окружающее пространство-время, а вращение создаёт дополнительные возмущения. Возникает так называемая эргосфера — эллиптическая область вокруг чёрной дыры между горизонтом событий и пределом статичности. Все объекты, попадающие внутрь эргосферы, начинают неизбежно вращаться вместе с чёрной дырой. Кроме того, внутри эргосферы уже возникают частичные искажения пространства-времени.

Мегаструктуры будущего: сфера Дайсона, звёздный двигатель и «бомба из чёрной дыры» Космос, Вселенная, Сфера Дайсона, Черная дыра, Звезда, Длиннопост

С помощью вращения чёрная дыра передаёт свою кинетическую энергию всем объектам, попадающим в эргосферу. И именно на этом основана идея извлечения энергии, объём которой может на много порядков превышать объёмы, снимаемые со звезды роем спутников-зеркал.


Динамические процессы внутри эргосферы можно представить в виде водоворота, возникающего вокруг сливного отверстия. Вращение эргосферы приводит и к вращению магнитосферы вокруг чёрной дыры. Поэтому любой объект или частица, попав в эргосферу, получат большое ускорение. И оно может быть так велико, что поможет… вылететь из эргосферы, причём с гораздо большей кинетической энергией, чем при попадании внутрь. Своеобразный эффект пращи.


Представим, что какая-нибудь высокоразвитая цивилизация нашла быстровращающуюся чёрную дыру и построила вокруг неё сферическую оболочку из зеркал, обращённых внутрь. Оболочку сплошную, как каноническая сфера Дайсона. Благо, чёрные дыры намного меньше звёзд, так что и оболочку построить несравненно проще. Теперь открываем в ней отверстие и запускаем внутрь пучок электромагнитных волн. Эти волны получают с помощью эргосферы ускорение и вылетают наружу, отражаются от зеркала, возвращаются в эргосферу, ещё больше ускоряются, опять вылетают, отражаются, возвращаются, ускоряются, и т. д. (какая-то часть волн будет потеряна из-за падения на горизонт событий). Каждое попадание излучения в эргосферу приводит его экспоненциальному усилению. Это так называемый эффект рассеивания с помощью сверхизлучения, впервые предсказанный советским физиком Яковом Зельдовичем.


Если в какой-то момент открыть часть оболочки вокруг чёрной звезды, то мы сразу получим мощнейший исходящий пучок энергии. Закинули внутрь порцию энергии, а обратно получили во много раз больше. Тем, кто вспомнит про незыблемый закон сохранения энергии и перпетуум мобиле, сразу ответим, что никакого чуда тут нет: усиление волн в эргосфере приводит к замедлению вращения чёрной дыры.


Теоретически, такая мегаструктура способна стать для своих создателей практически неиссякаемым источником энергии.


А при чём тут бомба?


Если вовремя не выпустить энергию из оболочки, та рано или поздно взорвётся. Сверхмассивная чёрная дыра может исторгнуть из себя столько энергии, сколько выделяется при взрыве сверхновой.


Звёздный двигатель


Звёзды не стоят на месте, они вращаются вокруг центров своих галактик, по пути испытывая гравитационное воздействие друг друга. И хотя мы этого не замечаем, звёзды вместе со своими планетами мчатся в пустоте с гигантскими скоростями, за секунду пролетая тысячи километров.

Мегаструктуры будущего: сфера Дайсона, звёздный двигатель и «бомба из чёрной дыры» Космос, Вселенная, Сфера Дайсона, Черная дыра, Звезда, Длиннопост

Путешествуя вокруг центра галактики, звёздные системы могут попадать в неприятности. Например, пролететь неподалёку от взорвавшейся сверхновой. Или пересечь зоны, наполненные астероидами. Или вообще попасть в гравитационный плен какой-нибудь крупной звезды. Впрочем, даже если астрономы смогут спрогнозировать неприятную встречу, которая произойдёт через миллион лет, то что нам делать?


Любой здравомыслящий человек скажет: «Выкинуть чушь из головы и наслаждаться своей коротенькой жизнью». Вполне справедливо, ведь никто не знает, что будет с человечеством через миллион лет, и мы-то уж точно ничего не можем поделать с движением нашей звезды.


Однако если мы станем гораздо более развитой цивилизацией — способной построить нечто, сравнимое со сферой Дайсона, — то наши потомки вполне могут отнестись к этому иначе. Например, захотят изменить траекторию движения Солнечной системы, чтобы направить её по более благоприятному маршруту. То есть построят звёздный двигатель, который за счёт излучаемой звездой энергии скорректирует вектор её полёта.


Самый простой вариант — двигатель Шкадова. По сути, это параболический солнечный парус, построенный рядом с Солнцем. Парус будет отражать излучаемые звездой фотоны, создавая реактивную тягу, начнёт менять траекторию полёта. А чтобы факел не сжигал проходящие через него планеты, — например, Землю, — отражатель нужно разместить вне плоскостей их орбит. В случае с Солнечной системой это означает, что вектор движения Солнца окажется направлен так, что звезда постепенно покинет Млечный Путь.

Мегаструктуры будущего: сфера Дайсона, звёздный двигатель и «бомба из чёрной дыры» Космос, Вселенная, Сфера Дайсона, Черная дыра, Звезда, Длиннопост

В теории, гравитационное притяжение должно компенсироваться давлением излучения, а значит отражатель должен быть очень лёгким, то есть тонким — микронной толщины. Параболическая форма нужна для того, чтобы собирать отражённые фотоны в направленный факел, иначе реактивной тяги будет недостаточно для изменения траектории звезды, сила тяги у такого двигателя и без того невысока. Практически гомеопатическая.

Мегаструктуры будущего: сфера Дайсона, звёздный двигатель и «бомба из чёрной дыры» Космос, Вселенная, Сфера Дайсона, Черная дыра, Звезда, Длиннопост

Поэтому летом этого года профессор Мэтью Каплан предложил идею другой конструкции звёздного двигателя. Эта работа была опубликована в рецензируемом научном журнале Acta Astranautica: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S00945... ( pdf).


В отличие от пассивного двигателя Шкадова, двигатель Каплана является настоящим активным термоядерным двигателем гигантского размера

Мегаструктуры будущего: сфера Дайсона, звёздный двигатель и «бомба из чёрной дыры» Космос, Вселенная, Сфера Дайсона, Черная дыра, Звезда, Длиннопост

Скорость истечения реактивной струи должна составить около 1 % скорости света. А второй луч должен быть направлен в противоположную сторону, толкая само Солнце. Чем питать такой «турбонаддув»? По мнению автора, решение этой проблемы состоит из двух частей.


Во-первых, двигатель может с помощью мощного электромагнитного поля всасывать водород и гелий, испускаемые Солнцем в виде «солнечного ветра». Однако этого объёма вещества не хватит для работы двигателя. Поэтому с помощью описанного выше роя спутников-зеркал можно фокусировать отражённый солнечный свет в точке на поверхности звезды прямо напротив двигателя, что приведёт к локальному перегреву и выбрасыванию миллиардов тонн вещества Солнца. Звезде это не навредит, она достаточно велика.


Выброшенное вещество можно также собирать и разделять на гелий и водород, чтобы было чем питать колоссально прожорливый термоядерный звёздный двигатель. «Противолуч», который не позволяет двигателю врезаться в Солнце, представляет собой струю водорода, который выбрасывается с большой скоростью благодаря электромагнитному ускорителю.

Мегаструктуры будущего: сфера Дайсона, звёздный двигатель и «бомба из чёрной дыры» Космос, Вселенная, Сфера Дайсона, Черная дыра, Звезда, Длиннопост

Для сравнения, двигатель Шкадова способен сдвинуть Солнце на 100 световых лет за 320 млн лет, а двигатель Каплана — менее чем за 2 млн лет. Это уже может увести наш дом подальше от сверхновой. При желании, таким образом можно путешествовать между звёздами, сокращая дальность перелёта на кораблях и колонизируя галактику. Или вообще переехать, скажем, в Андромеду: за 10 млн лет двигатель способен вывести Солнечную систему из нашей галактики.


Как вы понимаете, такая мегаструктура, как звёздный двигатель — это удел цивилизаций, у которых горизонт планирования измеряется целыми эпохами. Впрочем, как и в случае с предыдущими двумя постройками.

https://habr.com/ru/company/mailru/blog/482268/

Показать полностью 9
1077

Небесная механика наглядно

Небесная механика наглядно Космос, Вселенная, Небесная механика, Компьютерное моделирование, Длиннопост

Давайте представим, что нам нужно запустить футбольный мяч на орбиту Земли. Никакие ракеты не нужны! Хватит горы, высотой 100 километров и недюжинной силы. Но насколько сильно нужно пнуть мяч, чтобы он никогда больше не вернулся на Землю? Как отправить мяч в путешествие к звёздам, имея только грубую силу и знание небесной механики?


Сегодня в программе:


Бесконечные возможности одной формулы

Как взять энергию у Юпитера

Откуда у планет берутся кольца

Как математика помогла открыть Нептун


Благо, мы живём в век компьютерных технологий. Нам не нужно забираться на высокую гору и пинать мяч со всей силы, всё можно смоделировать! Давайте приступим.


Одна формула


Та самая, известная с уроков физики и астрономии:

Небесная механика наглядно Космос, Вселенная, Небесная механика, Компьютерное моделирование, Длиннопост

Показывает, насколько сильно будут взаимодействовать тела, в зависимости от их масс, расстояния между ними и гравитационной постоянной G.


Я написал программу, в которой можно расставлять шарики, взаимодействующие друг с другом силами гравитации, при этом у каждого шарика есть своя масса, скорость и координаты. Для наглядности шарики оставляют за собой след.


Давайте поставим большой и массивный голубой шар(Землю) и маленький красный мячик недалеко от него. Запускаем симуляцию:

Небесная механика наглядно Космос, Вселенная, Небесная механика, Компьютерное моделирование, Длиннопост

Он упал!


Для выхода на орбиту нужна скорость, чтобы шарик падал и все время промахивался мимо Земли. Но КАКАЯ скорость? И снова школьные знания приходят на помощь:


Минимальная скорость, необходимая для выхода на орбиту Земли называется первой космической скоростью.


Для Земли она равна 7.91 км/с. А для симуляции её можно легко вычислить:

Небесная механика наглядно Космос, Вселенная, Небесная механика, Компьютерное моделирование, Длиннопост

Разгоняем мячик и смотрим результат

Небесная механика наглядно Космос, Вселенная, Небесная механика, Компьютерное моделирование, Длиннопост

Полёт нормальный!


Шарик описывает окружность с Землёй в центре. Что будет, если придать ему чуть больше скорости? Сейчас проверим:

Небесная механика наглядно Космос, Вселенная, Небесная механика, Компьютерное моделирование, Длиннопост

Теперь форма орбиты эллиптическая, можно выделить 2 очень важные точки — апогей и перигей.


Апогей — это точка, в которой мячик максимально удалён от Земли.


Перигей — наоборот, самая близкая к Земле точка.


При увеличении начальной скорости перигей не меняется, а вот апогей становится всё дальше, и в конце концов имеет бесконечное расстояние до Земли. Тут мы вплотную приблизились к понятию второй космической скорости. Это скорость, которую надо придать шарику, чтобы он преодолел гравитацию Земли и улетел бороздить просторы вселенной. Для земли она равна 11.2 км/с.


Интересный фокус: если мы умножим первую космическую скорость на √2, то получим вторую космическую.


Умножили. Запустили. Получили:

Небесная механика наглядно Космос, Вселенная, Небесная механика, Компьютерное моделирование, Длиннопост

Он улетел безвозвратно! Кстати, теперь он имеет параболическую орбиту. А если запустить шарик ещё сильнее, получим гиперболу. Интересно получается, везде нас преследует математика.


При этом формула остаётся всё той же. Окружность превращается в эллипс, эллипс в параболу, а парабола в гиперболу из-за вытягивания орбиты(увеличения эксцентриситета).


Как взять энергию у Юпитера?


Давайте расширим нашу модель, добавим Солнце, заставим Землю крутиться вокруг него.

Небесная механика наглядно Космос, Вселенная, Небесная механика, Компьютерное моделирование, Длиннопост

Представим, что мячу нужно придать такую скорость, чтобы он улетел за пределы Солнечной системы — третью космическую скорость. В реальном мире она равна 16.7 км/с. К сожалению, эта скорость слишком большая, боюсь, нам не хватит сил…


Постойте! А что, если забрать немного скорости у какого-нибудь массивного тела, например, Юпитера. Мы можем подлететь к чему-то очень массивному и совершить гравитационный манёвр. При пролёте мимо Юпитера силы гравитации взаимно притягивают мячик и газовый гигант, но масса мячика настолько мала, что почти никак не влияет на движение Юпитера, а сам Юпитер разгоняет пролетающее мимо тело до высоких скоростей.


Меньше слов — больше дела:

Небесная механика наглядно Космос, Вселенная, Небесная механика, Компьютерное моделирование, Длиннопост

Момент гравитационного манёвра — шарик подлетел к Юпитеру.

Небесная механика наглядно Космос, Вселенная, Небесная механика, Компьютерное моделирование, Длиннопост

Ура! Мы получили скорость, достаточную для выхода из Солнечной системы, при этом ничего не потратили. Правда, Юпитер стал двигаться чуть медленнее, но мы этого точно не заметим.


Все космические аппараты, запущенные человеком за пределы солнечной системы («Вояджеры» 1 и 2, «Пионеры» 10 и 11, «Новые горизонты») использовали именно такой способ для ускорения.


Увеличиваем масштаб!


Я добавил трение частиц, чтобы, сталкиваясь, они передавали часть энергии друг другу. Также я ввёл силу нормальной реакции, теперь частицы уважают своё личное пространство, отталкивая от себя других.


Поставим случайную генерацию шариков и зададим им случайное направление и скорость. Пусть их будет, допустим, 100 штук.

Небесная механика наглядно Космос, Вселенная, Небесная механика, Компьютерное моделирование, Длиннопост

Полный хаос, каждая частица движется куда хочет, но всё же силы гравитации берут своё, и начинают образовываться скопления шариков:

Небесная механика наглядно Космос, Вселенная, Небесная механика, Компьютерное моделирование, Длиннопост

И через некоторое время получается большое тело, состоящее из 99 шариков и один-единственный шарик, обращающийся вокруг него:

Небесная механика наглядно Космос, Вселенная, Небесная механика, Компьютерное моделирование, Длиннопост

При другом запуске получилось следующее:

Небесная механика наглядно Космос, Вселенная, Небесная механика, Компьютерное моделирование, Длиннопост

Два массивных тела, обращающихся вокруг общего центра масс. Если представить, что эти два объекта — звёзды, то мы получили двойную звезду. Интересно, что примерно половина звёзд в нашей галактике — двойные. Если бы у нашего Солнца была звезда — компаньон, то в небе мы могли бы наблюдать такую картину:

Небесная механика наглядно Космос, Вселенная, Небесная механика, Компьютерное моделирование, Длиннопост

Откуда у планет берутся кольца?


Основная причина появления колец — это разрушение спутников, подлетевших слишком близко к планете, а точнее, пересёкших предел Роша. В таком случае приливные силы, вызываемые гравитацией планеты, становятся больше сил, удерживающих спутник целым, и он разрывается на много частей, оставляя после себя кольцо, которое опоясывает планету. Давайте смоделируем эту ситуацию:

Небесная механика наглядно Космос, Вселенная, Небесная механика, Компьютерное моделирование, Длиннопост

Спутник чуть дальше предела Роша, он вращается вокруг планеты по стабильной круговой орбите. Но что будет, если сгенерировать его чуть-чуть ближе к планете?

Небесная механика наглядно Космос, Вселенная, Небесная механика, Компьютерное моделирование, Длиннопост

Спутник разлетелся на множество маленьких частей, которые образовали кольца вокруг планеты. Так же и в реальном мире. Тритон (спутник Нептуна) постепенно приближается к планете, и через 2 миллиарда лет будет разорван, а у Нептуна появятся кольца больше, чем у Сатурна.


Как открыли Нептун и при чём здесь математика?


Раз уж зашла речь о Нептуне, давайте поговорим о его открытии. «Планета, открытая на кончике пера» имеет массу, а значит, действует на объекты вокруг. Астрономы 19 века заметили изменения в орбите Урана, его орбита отличалась от расчётной, видимо, что-то влияло на него. Орбита Урана имела возмущения:

Небесная механика наглядно Космос, Вселенная, Небесная механика, Компьютерное моделирование, Длиннопост

Это утрированная модель показывает, как неизвестное тело за Ураном влияло на его орбиту. Астрономам оставалось только вычислить положение тайной планеты и посмотреть в телескоп. Действительно, планета Нептун оказалась именно там, где её и предсказывали!

Небесная механика наглядно Космос, Вселенная, Небесная механика, Компьютерное моделирование, Длиннопост

Заключение


Конечно, эта симуляция не обобщает все законы и явления, происходящие в космосе, например, здесь не учитывается теория относительности Эйнштейна, так как скорость частиц далека от скорости света. Но есть ещё много интересных вещей, которые можно реализовать в этой симуляции. Попробуйте сами! Понадобится только Python3 и библиотека Pygame.

https://habr.com/ru/post/494546/

Показать полностью 18
395

Грядущее галактическое столкновение Млечного Пути уже рождает новые звезды

Грядущее галактическое столкновение Млечного Пути уже рождает новые звезды Космос, Вселенная, Галактика, Млечный путь, Звёзды, Столкновение галактик, Длиннопост

Окраины Млечного Пути являются домом для самых старых звезд галактики.

Но астрономы обнаружили нечто неожиданное в этом сообществе небесных пенсионеров: скопление молодых звезд.


Еще более удивительным является то, что спектральный анализ показывает, что эти молодые звезды имеют внегалактическое происхождение. Звезды, по-видимому, образовались не из материала Млечного Пути, а из двух близлежащих карликовых галактик, известных как Магеллановы Облака. Эти галактики сталкиваются с нашей собственной. Открытие предполагает, что поток газа, выходящий из галактик, примерно вдвое меньше, чем тот, что врезался в Млечный путь, как считалось ранее.


«Это маленькое скопление звезд — в общей сложности менее нескольких тысяч — но оно имеет большое значение за пределами своей локальной области Млечного пути», — говорит первооткрыватель Адриан Прайс-Уилан, научный сотрудник Центра вычислительных систем Института Флатирон в Нью-Йорке. (Кластер также носит его имя: Price-Whelan 1.)

Грядущее галактическое столкновение Млечного Пути уже рождает новые звезды Космос, Вселенная, Галактика, Млечный путь, Звёзды, Столкновение галактик, Длиннопост

Идентифицировать скопления звезд сложно, потому что наша галактика полна лучистых сфер. Некоторые звезды могут показаться близко друг к другу на небе, но на самом деле они находятся на совершенно разных расстояниях от Земли. Другие звезды могут временно соседствовать друг с другом, но двигаться в противоположных направлениях. Чтобы определить, какие звезды на самом деле сгруппированы вместе, требуется большое количество точных измерений.


А.Прайс-Уилан начал с последних данных, собранных космическим кораблем Gaia, который измерил и структурировал расстояния и движения 1,7 миллиардов звезд. Он искал в наборе данных Gaia очень синие звезды, которые редко встречаются во вселенной, и обнаружил скопления звезд, движущихся рядом с ними. После перекрестного сопоставления и удаления известных кластеров один остался.


Обнаруженный кластер сравнительно молод, ему 117 миллионов лет, и он находится на окраине Млечного Пути. «Это действительно очень далеко», — говорит А.Прайс-Уилан. «Это дальше, чем любые известные молодые звезды в Млечном Пути, которые обычно находятся на диске. Так что я сразу же сказал: «Священный дым, что это?»


Скопление расположено в области около реки газа, названной Магеллановым потоком, который формирует самый дальний край Большого и Малого Магеллановых Облаков и достигает Млечного Пути. Газ в потоке не содержит много металла, в отличие от газов во внешних пределах Млечного Пути. Дэвид Нидевер, доцент кафедры физики в Университете штата Монтана в Бозмане, провел анализ содержания металлов в 27 самых ярких звездах в скоплении. Как и в Магеллановом потоке, звезды содержат скудные уровни металла.

Исследователи предполагают, что кластер, образованный в виде газа из Магелланова потока, прошел через газы, окружающие Млечный путь. Этот проход создал силу сопротивления, которая сжала газ Магелланова Потока. Это сопротивление, наряду с приливными силами от гравитационного рывка Млечного Пути, сжало газ достаточно, чтобы вызвать формирование звезды. Со временем звезды приблизились к окружающему газу и присоединились к Млечному Пути.


Присутствие звезд представляет уникальную возможность. Измерение расстояния газа от Земли является хитрым и неточным, поэтому астрономы не были уверены, как далеко Магелланов поток от Млечного пути. Расстояние звезд, с другой стороны, сравнительно тривиально. Используя текущие положения и движения звезд в скоплении, исследователи предсказывают, что край Магелланова потока находится на расстоянии 90 000 световых лет от Млечного пути. Это примерно половина ранее предсказанного расстояния.


«Если Магелланов поток будет ближе, особенно ведущая рука, ближайшая к нашей галактике, то он, вероятно, будет включен в Млечный путь раньше, чем предсказывает текущая модель», — говорит Д.Нидевер. «В конечном итоге этот газ превратится в новые звезды на диске Млечного Пути. Сейчас наша галактика расходует газ быстрее, чем пополняется. Этот поступающий дополнительный газ поможет нам пополнить этот резервуар и убедиться, что наша галактика продолжает процветать и формировать новые звезды».


Обновленное расстояние до Магелланова потока улучшит модели расположения Магеллановых облаков, говорит А.Прайс-Уилан. Усовершенствованные числа могут даже разрешить спор о том, проходили ли Магеллановы Облака через Млечный путь раньше. Поиск ответа на этот вопрос поможет астрономам лучше понять историю и свойства нашей галактики.

https://habr.com/ru/post/483386/

Показать полностью 1
30

Астрономы получили прямое изображение планетной системы солнцеподобной звезды

Астрономы получили прямое изображение планетной системы солнцеподобной звезды Космос, Вселенная, Звездная система, Экзопланеты, Длиннопост

Астрономы получили первый в истории снимок молодой солнцеподобной звезды, вокруг которой обращаются две гигантские экзопланеты. Прямые снимки экзопланетных систем крайне редки и до сих пор астрономам не удавалось напрямую увидеть более одной планеты, обращающейся вокруг похожей на Солнце звезды. Подобные наблюдения могут помочь понять, как образовались и эволюционировали планеты Солнечной системы. Статья опубликована в The Astrophysical Journal Letters.


С момента открытия первой планеты за пределами Солнечной системы прошло почти тридцать лет, однако прямые изображения астрономы стали получать совсем недавно. На сегодняшний день существует лишь несколько десятков подобных снимков, так как с технической точки зрения это очень трудная задача, которая требует использования самых совершенных инструментов. При этом прямые наблюдения крайне удобны для изучения атмосфер экзопланет, так как они дают больше информации об их составе, и, как следствие, для оценки потенциальной обитаемости небесных тел.


С помощью VLT Европейской Южной обсерватории Александр Бон (Alexander Bohn) из Лейденского университета вместе с коллегами получил первый прямой снимок планетной системы у солнцеподобной звезды. TYC 8998-760-1, чей возраст составляет всего 17 миллионов лет, расположена примерно в 300 световых годах от Земли в созвездии Мухи. Вокруг нее вращаются два газовых гиганта, которые гораздо массивнее, чем гиганты Солнечной системы: масса внутренней планеты превосходит массу Юпитера в 14 раз, а внешней — в 6 раз. Небесные тела находятся на расстояниях примерно 160 и 320 астрономических единиц (одна астрономическая единица равна среднему расстоянию от Земли до Солнца) — гораздо дальше от своей звезды, чем Юпитер и Сатурн от Солнца.

Астрономы получили прямое изображение планетной системы солнцеподобной звезды Космос, Вселенная, Звездная система, Экзопланеты, Длиннопост

Открытие позволяет ученым взглянуть на планетную систему, которая похожа на нашу, но находится на гораздо более ранней стадии эволюции. Дальнейшие наблюдения этой системы, в том числе и строящимся телескопом ELT, поможет выявить и взаимодействия между этими двумя молодыми планетами и проверить, образовались ли они сразу на своих нынешних орбитах или мигрировали.

https://nplus1.ru/news/2020/07/22/first-shot

Показать полностью 1
109

Рекордное падение яркости Бетельгейзе объяснили охлаждением фотосферы

Рекордное падение яркости Бетельгейзе объяснили охлаждением фотосферы Космос, Вселенная, Звёзды, Астрономия, Галактика, Длиннопост

Астрономы предложили новое объяснение рекордному падению блеска красного гиганта Бетельгейзе в конце 2019 — начале 2020 года. По их мнению, это связано с процессами во внешних слоях звезды, такими как образование огромных пятен или общее падение температуры фотосферы, и не может быть объяснено влиянием пылевых облаков. Статья опубликована в журнале The Astrophysical Journal.



Красный сверхгигант Бетельгейзе находится на расстоянии 600-700 световых лет от Земли в созвездии Ориона. Масса звезды составляет от 9,5 до 20 масс Солнца, если ее поместить в центр Солнечной системы, то границы Бетельгейзе достигнут орбиты Марса или даже Юпитера. Возраст звезды составляет около восьми миллионов лет, считается, что в ближайшие десять тысяч лет произойдет гравитационный коллапс ядра и Бетельгейзе взорвется как сверхновая II типа.


В период с ноября 2019 года по март 2020 года Бетельгейзе прошла рекордно глубокий минимум своего блеска за всю историю фотоэлектронных наблюдений. Ее видимая звездная величина упала с 0,6 до 1,6. Предполагалось, что это свидетельствует о готовности звезды взорваться, однако уже в апреле 2020 года ее яркость восстановилась. Была выдвинута гипотеза, подтвержденная данными наблюдений, что потускнение сверхгиганта объясняется внешними причинами — пылевыми облаками.


Группа астрономов во главе с Тавиши Дхармавардены (Thavisha Dharmawardena) из Института астрономии имени Макса Планка выдвинула другую версию. Ученые проанализировали данные наблюдений за звездой, полученные в период с 2007 по 2020 год при помощи радиотелескопа APEX и инфракрасного телескопа JCMT. Выяснилось, что потускнение Бетельгейзе наблюдалось и в субмиллиметровом диапазоне длин волн — светимость звезды снизилась на 20 процентов.

Такие результаты, по мнению авторов, нельзя объяснить пылью, которая практически не поглощает излучение в субмиллиметровом диапазоне. Численное моделирование показывает, что основной вклад в потускнение звезды должны были вносить процессы, идущие в ее фотосфере, например образование огромных пятен, покрывающих около половины видимого диска звезды, которые примерно на 400 кельвин холоднее, чем остальная фотосфера. Альтернативные идеи предполагают общее снижение температуры фотосферы Бетельгейзе примерно на 200 кельвин или уменьшение радиуса звезды примерно на 10 процентов.


Однако, как отметил астрофизик Сергей Ламзин из ГАИШ МГУ в беседе с N+1, влияние пыли на яркость звезды нельзя полностью исключать. «Колебания Бетельгейзе не сферически-симметричные. Из-за этого возникает неоднородное распределение температуры фотосферы звезды, сопровождаемое истечением вещества из вышележащих слоев с разной интенсивностью. Там где звездный ветер мощнее, пыли образуется больше, что и приводит к наблюдаемой асимметрии пылевой оболочки звезды в целом» , — сказал Ламзин.

https://nplus1.ru/news/2020/07/01/betelgeise-dark-problem

Показать полностью
58

Нестабильная массивная голубая звезда исчезла в карликовой галактике

Нестабильная массивная голубая звезда исчезла в карликовой галактике Космос, Вселенная, Звёзды, Астрономия, Галактика, Длиннопост

Анализ данных многолетних наблюдений за карликовой галактикой Кинмана позволил астрономам зафиксировать случай исчезновения в ней массивной яркой голубой переменной звезды. Она могла либо сколлапсировать в черную дыру без взрыва сверхновой, либо превратиться в звезду с более низкой светимостью, сообщается на сайте Европейской южной обсерватории.


Исследование массивных звезд позволяет ученым разобраться в целом ряде тем в астрофизике, таких как звездный нуклеосинтез или связь между сверхновыми и гамма-всплесками. Одной из интересных задач является исследование эволюции массивных звезд в средах с низкой металличностью, таких как карликовые галактики. Численные моделирования предсказывают, что некоторые очень массивные звезды с низкой металличностью могут в финале своей жизни превратиться в нестабильные яркие голубые переменные, а затем взорваться как сверхновые с образованием компактного объекта — нейтронной звезды или черной дыры. Чтобы подтвердить и дополнить эту гипотезу, необходимы новые данные, так как имеющихся на сегодняшний день данных наблюдений недостаточно.


Группа астрономов из Ирландии, США и Чили во главе с Эндрю Алланом (Andrew Allan) из Тринити-колледжа опубликовала результаты наблюдений за карликовой галактикой Кинмана (или PHL 293B), которая располагается в 75 миллионах лет от Солнца в созвездии Водолея, относится к классу BCD-галактик и имеет малую металличность. Наблюдения за PHL 293B проводились в 2019 году при помощи приемников ESPRESSO и X-shooter, установленных на телескопах комплекса VLT (Very Large Telescope) в Чили.

Нестабильная массивная голубая звезда исчезла в карликовой галактике Космос, Вселенная, Звёзды, Астрономия, Галактика, Длиннопост

Более ранние спектроскопические наблюдения за галактикой Кинмана, проводившиеся в период с 2001 по 2011 год, указывали на наличие в ней нестабильной яркой голубой переменной звезды, которая генерировала мощный отток вещества. Однако новые наблюдения не выявили никаких признаков существования звезды. Используя новые данные наблюдений, а также архивные данные, полученные при помощи наземных обсерваторий и космического телескопа «Хаббл», астрономы промоделировали возможные процессы, которые привели к исчезновению звезды.

Оказалось, что существует два возможных сценария произошедшего. Предполагается, что изначально звезда была в фазе сильной вспышки, имела светимость в 2,5−3,5 миллионов Солнц и эффективную температуру 6000−6800 кельвин, а скорости потери массы звездой и звездного ветра оцениваются в 0,005−0,020 масс Солнца в год и 1000 километров в секунду соответственно. Затем звезда могла либо сколлапсировать в черную дыру без взрыва сверхновой, либо превратилась в звезду с более низкой светимостью, возможно окруженную толстой пылевой оболочкой.


Ожидается, что дальнейшие наблюдения за звездой, в том числе при помощи будущего телескопа ELT (Extremely Large Telescope), позволят разобраться в ее эволюции. Кроме того, ученые надеются отыскать новые подобные объекты в ходе анализа архивных данных наблюдений наземных обзоров неба, что поможет лучше разобраться в эволюции массивных звезд на заключительных стадиях их жизни.

https://nplus1.ru/news/2020/06/30/black-hole-or-dust

Показать полностью 1
113

Астрономы объяснили наклон орбиты Деймоса кольцом вокруг древнего Марса

Астрономы объяснили наклон орбиты Деймоса кольцом вокруг древнего Марса Космос, Вселенная, Солнечная система, Марс, Фобос, Деймос, Длиннопост

В прошлом вокруг Марса могло существовать кольцо, сообщается в статье, принятой к публикации в Astrophysical Journal Letters. Оно было сформировано протолуной планеты, из которой потом развился современный Фобос, ближний спутник Марса. Если предположение ученых верно, то астрономы, наконец, смогут объяснить наклон орбиты Деймоса, второго спутника Красной планеты. 

Долгое время астрономы думали, что две луны Марса, Фобос и Деймос, открытые в 1877 году, когда-то в прошлом были астероидами, которые позже попали в гравитационную ловушку Красной планеты. Однако их орбиты находятся почти в той же плоскости, что и экватор Марса, а значит, они сформировались одновременно с ним. Примечательно, что орбита внешней луны, Деймоса, наклонена на два градуса. На первый взгляд, такое отклонение кажется незначительным, однако, по мнению ученых, это нетипично для лун и аномалия свидетельствует о бурных процессах в прошлом.

Наиболее популярная теория говорит о том, что Фобос и Деймос сформировались в результате столкновения Марса с крупным небесным телом. Однако масса лун намного меньше той, что предсказывают модели. В то время как одна из гипотез объясняет это тем, что в прошлом в системе существовали и другие спутники, другая говорит о том, что потеря массы произошла из-за того, что протофобос несколько раз разрушался, формируя вокруг Марса кольцо, после чего его остатки слипались снова. 

Матия Цук (Matija Cuk) из Института SETI вместе с коллегами с помощью компьютерной симуляции решила проверить вторую гипотезу и определить, как выглядел Фобос в прошлом и сколько циклов разрушения он мог пережить. В своей работе исследователи исходили из предположения, что луны Марса находились в орбитальном резонансе 3:1, что могло бы объяснить наклон орбиты. Астрономы рассмотрели в модели два спутника: Деймос с его текущей массой и протолуну с массой от 1 до 100 масс Фобоса.

Выяснилось, что для того, чтобы повлиять на наклон Деймоса, в прошлом Фобос должен был быть примерно в 20 раз больше, чем сейчас. В таком виде протолуна существовала три миллиарда лет назад, пока не пережила два цикла разрушений. Сначала Фобос мигрировал во внешнюю часть кольца вокруг Марса, где вступил с Деймосом в орбитальный резонанс и в результате гравитационных взаимодействий вытолкнул его на новую орбиту. При этом сам протофобос начал двигаться к поверхности Марса и был впоследствии разорван на куски. Одна часть обломков упала на поверхность планеты, в то время как другая сформировала кольцо. Со временем часть камней и пыли слиплась, сформировав новую луну, а после процесс повторился.

В пользу результатов, полученных астрономами, говорит возраст лун. По оценкам, Деймосу несколько миллиардов лет, в то время как Фобосу может быть всего 200 миллионов. Кроме того, несколько лет назад астрономы заметили, что спутник теряет высоту из-за гравитационного взаимодействия с Красной планетой, и пришли к выводу, что совсем скоро (по астрономическим меркам) Фобос достигнет предела Роша и распадется на части, сформировав новое кольцо.

Теории о возрасте Фобоса, возможно, удастся проверить уже в ближайшие годы, так как японское космическое агентство JAXA планирует отправить на Фобос в 2024 году космический корабль, который соберет образцы грунта и доставит их на Землю. 

https://nplus1.ru/news/2020/06/03/phobos-to-ring

Показать полностью
69

Вселенная десяти измерений: как представить дополнительные измерения

В своей самой распространенной модификации теория струн утверждает, что Вселенная существует в десяти измерениях, но шесть из них мы не способны воспринять. На что эти дополнительные измерения могут быть похожи?

Вселенная десяти измерений: как представить дополнительные измерения Космос, Вселенная, Измерения, Длиннопост

Когда кто-то говорит «другие измерения», чаще всего думаешь о таких вещах, как параллельные Вселенные, — альтернативные реальности, существующие параллельно нашей, в которых мир устроен несколько или совсем иначе. Однако реальность измерений и роль в устройстве Вселенной сильно отличаются от такого популярного понимания.

В двух словах: измерения — это разные грани того, что мы воспринимаем как реальность. Мы прекрасно осведомлены о трех пространственных измерениях, с которыми сталкиваемся и в которых живем каждый день. Они определяют длину, высоту и глубину всех объектов во Вселенной (и соответствуют осям координат x, y, z).

Однако некоторые ученые считают, что, помимо трех видимых измерений, могут существовать и другие. Согласно основам теории струн, Вселенная существует в десяти разных измерениях. Таким образом, эти разные аспекты определяют фундаментальные силы природы и все элементарные частицы во Вселенной.

Начнем по порядку. Первое измерение, как мы уже отметили, определяет длину (ось x). Одномерный объект удобно описать прямой линией, существующей только в рамках понятия длины и не имеющей других отличительных черт. Если добавить к нему второе измерение — ось y, или высоту, — получится двумерный объект (например, квадрат).

Вселенная десяти измерений: как представить дополнительные измерения Космос, Вселенная, Измерения, Длиннопост

Третье измерение характеризует глубину (ось z) — оно придает всем объектам понятие площади и поперечного сечения. Идеальным примером будет куб: он существует в трех измерениях — у него есть длина, высота и глубина, а значит, и объем.

Четвертым измерением считается время, и это уже можно назвать классическим, общепринятым его пониманием. Это неотделимая часть пространственно-временного континуума. Оно определяет свойства всей известной материи в любой момент времени. Наряду с тремя другими измерениями, чтобы определить положение объекта во Вселенной, необходимо знать его позицию во времени. Итак, эти четыре измерения определяют нашу реальность — Вселенную, к которой мы привыкли и которую в той или иной мере понимаем.

Помимо вышеописанных измерений, существуют еще семь, которые не так явны, но все еще могут восприниматься по прямому воздействию на Вселенную и реальность, какой мы ее знаем. Другие, дополнительные измерения связаны с более глубокими возможностями. Физики сталкиваются с серьезными вопросами, пытаясь объяснить их взаимодействия с четырьмя «основными» измерениями.

Вселенная десяти измерений: как представить дополнительные измерения Космос, Вселенная, Измерения, Длиннопост

Согласно теории суперструн, в пятом и шестом измерениях возникает понятие возможных миров. Если бы мы могли воспринимать пятое измерение, то увидели бы мир, несколько отличающийся от привычного нам. Мы бы смогли измерить сходство и различия между возможными мирами и нашим.

В шестом измерении мы бы увидели плоскость возможных миров, где могли бы сравнить и определить расположение всех возможных вселенных, начавшихся при тех же самых условиях, что и наша (то есть Большой взрыв). Теоретически если бы нам удалось овладеть пятым и шестым измерениями, можно было бы перемещаться в прошлое или в разные вариации будущего.

В седьмом измерении у нас бы появился доступ к возможным мирам, которые зародились при иных изначальных условиях. Тогда как в пятом и шестом измерениях изначальные условия были теми же, а последствия отличались, в этом измерении все иное с самого начала времен. Восьмое измерение также открывает доступ к плоскости таких возможных вселенных, каждая из которых началась при отличных условиях. Эти вселенные ветвятся бесконечно, из-за чего их и называют бесконечностями.

В девятом измерении у нас появляется возможность сравнивать истории всех возможных вселенных, зародившихся при всех возможных законах физики и изначальных условиях. Наконец, в десятом измерении мы оказываемся в точке, где открыто все возможное и вообразимое. Сверх этого такие ограниченные существа, как мы, ничего вообразить не в состоянии, что делает это измерение естественным ограничением того, что мы можем постичь в этом плане.

Вселенная десяти измерений: как представить дополнительные измерения Космос, Вселенная, Измерения, Длиннопост

Существование этих дополнительных шести измерений, которые мы не можем воспринять, необходимо для теории струн: они естественным образом вытекают из математических расчетов и моделей теории, а значит, описывают Вселенную в рамках этой теории. Тот факт, что мы воспринимаем только четыре измерения пространства-времени, можно объяснить одним из двух механизмов: либо дополнительные измерения компактифицированы в очень малых масштабах, либо мы живем в трехмерном подмногообразии — своего рода бране, ограничивающем все известные частицы, не считая гравитацию (теория бран).

Если дополнительные измерения действительно компактифицированы, они должны существовать в виде так называемых многообразий Калаби — Яу. Несмотря на то что они недоступны для восприятия нашими органами чувств, в таком случае они определяли бы образование Вселенной с самого начала. Именно поэтому ученые считают, что взгляд в прошлое при помощи телескопов и наблюдения света из ранней Вселенной, вероятно, поможет им увидеть, как существование этих дополнительных измерений могло повлиять на эволюцию космоса.

Будучи одним из кандидатов в теорию всего, рассуждая о том, что Вселенная состоит из десяти измерений (или больше — в зависимости от того, о какой именно теории идет речь), теория струн пытается примирить Стандартную модель физики частиц с Общей теорией относительности (теорией гравитации). По сути, это попытка объяснить и описать, как взаимодействуют все известные силы Вселенной и как могут быть устроены другие возможные вселенные.

https://www.google.com/amp/s/naked-science.ru/article/nakedscience/vselennaya-desyati-izmereniy?amp

Показать полностью 3
Отличная работа, все прочитано!