Позитроний — самый легкий "атом" во Вселенной. В отличие от обычных атомов, он состоит не из ядра и электронов, а представляет собой связанную пару электрона и его античастицы — позитрона.
Это невероятно короткоживущая система: просуществовав всего 142 наносекунды, электрон и позитрон аннигилируют, превращаясь во вспышку гамма-излучения. Но за это мгновение позитроний ведет себя как настоящий атом — может поглощать и испускать фотоны, переходить между энергетическими уровнями и даже образовывать "молекулы" с другими атомами.
В 1951 году физик Мартин Дойч впервые экспериментально обнаружил позитроний, изучая излучение радиоактивного изотопа натрия-22. Измеряя спектр гамма-излучения, он заметил характерные линии, которые могли появиться только при аннигиляции связанной пары электрон-позитрон.
Сегодня физики используют позитроний как уникальную лабораторию для изучения квантовой электродинамики и поиска "новой физики" за пределами Стандартной модели.
Сегодня сутки на Земле, смена которых обеспечивается оборотом планеты вокруг своей оси, длятся 24 часа (23 часа 56 минут и 4 секунды, если быть точнее). Но так было не всегда. В ходе уникальных исследований ученые выяснили: в далеком прошлом продолжительность суток на нашей планете была короче современных почти на четверть.
Роль удивительных хранителей времени досталась... кораллам. При росте эти морские животные формируют известковый скелет, в котором образуются тончайшие годовые кольца, похожие на кольца деревьев. Но самое интересное, что в скелете кораллов образуются не только годовые, но и суточные кольца роста. В современных кораллах за год образуется 365 суточных колец, но когда ученые исследовали ископаемые кораллы возрастом около 400 миллионов лет, они обнаружили нечто поразительное — за один годовой цикл формировалось в среднем 390 суточных колец! Это открытие стало первым прямым доказательством того, что в древности сутки на Земле были короче. Но кораллы оказались не единственными свидетелями изменения скорости вращения нашей планеты.
Лунный дирижер времени
Ключевую роль в истории земных суток сыграла Луна. Гравитационное притяжение нашего спутника вызывает приливы и отливы на Земле. Это постоянное движение водных масс создает приливное трение, которое постепенно замедляет вращение планеты. В результате такого взаимодействия Луна получает дополнительный импульс и медленно удаляется от Земли примерно на 3,8 сантиметра в год.
И именно благодаря этому древнему танцу Земли и Луны ученые получили еще одно удивительное свидетельство изменения продолжительности земных суток. На дне древних морей* сохранились уникальные слоистые отложения. Ритмичное чередование приливов и отливов создавало в осадочных породах последовательные слои — своеобразные отметки времени в каменной летописи Земли. Изучая количество приливных слоев в годовых отложениях и зная законы небесной механики, ученые смогли определить, как менялась продолжительность суток на разных этапах истории нашей планеты.
*Речь идет о морях, существовавших на Земле сотни миллионов лет назад, когда материки имели совсем другие очертания, а в водах только начинала зарождаться сложная жизнь.
Молекулярные часы в горных породах
В 2019 году ученые обнаружили, что приливные силы вызывают тончайшие изменения в структуре некоторых минералов. Эти едва уловимые перестройки на молекулярном уровне сохраняются в кристаллах как своеобразные "отпечатки времени", которые можно расшифровать с помощью современных технологий. Такой метод не только подтвердил результаты предыдущих исследований, но и позволил получить более точные данные о продолжительности суток в различные геологические эпохи.
Благодаря этим разнообразным методам исследований ученые установили, что:
1,4 миллиарда лет назад земные сутки длились всего около 18 часов;
620 миллионов лет назад сутки длились примерно 21,9 часа;
400 миллионов лет назад сутки длились около 22,7 часа;
70 миллионов лет назад, во времена динозавров, продолжительность суток составляла уже примерно 23,5 часа.
Взгляд в прошлое и будущее
Анализ изменений продолжительности суток позволил ученым не только реконструировать историю Земли, но и лучше понять множество важных процессов: от эволюции климата до формирования магнитного поля. Эти исследования показывают, насколько тесно связаны все компоненты нашей планеты — от движения небесных тел до микроскопических изменений в кристаллах минералов.
Более того, даже сейчас, в наши дни, процесс замедления вращения Земли продолжается. Каждое столетие продолжительность суток увеличивается примерно на 1,8 миллисекунды. И хотя это изменение настолько мало, что мы его не замечаем в повседневной жизни, сверхточные атомные часы способны уловить этот неумолимый ритм трансформации нашей планеты.
Земля — это динамическая система, находящаяся в постоянном развитии. Каждое мгновение в недрах планеты, в океанах и атмосфере происходят сложнейшие процессы, меняющие облик нашего мира. И чем глубже мы погружаемся в изучение прошлого Земли, тем яснее осознаем, насколько удивителен и хрупок этот голубой шар, который мы называем своим домом.
В 1645 году голландский астроном и картограф Михаэль Флоран ван Лангрен ввел обычай давать лунным кратерам названия в честь королей и других выдающихся людей. Естественно, составляя карту земного спутника, астроном уделил пристальное внимание первым, чтобы как следует выслужиться.
Шесть лет спустя итальянский астроном и теолог Джованни Баттиста Риччоли решил отказаться от обычая Флорана ван Лангрена и составил свою лунную карту, в которой использовал исключительно имена великих астрономов. Этот подход дошел до наших дней, был дополнен и в итоге превратился в руководство для Международного астрономического союза (МАС).
Сегодня МАС дает названия лунным кратерам в честь ушедших из мира живых ученых, исследователей, художников, американских астронавтов и советских космонавтов.
20 августа 1977 года был запущен космический аппарат NASA «Вояджер-2», а 5 сентября того же года стартовал его близнец — «Вояджер-1». Изначально их главной целью было изучение планет-гигантов Солнечной системы, и с этой задачей они справились блестяще, совершив настоящую революцию в планетологии.
Сегодня оба "Вояджера" продолжают свой путь к границам нашей звездной системы. В момент написания статьи "Вояджер-1" находится на расстоянии более 24,9 миллиарда километров от Земли, а "Вояджер-2" от нашей планеты отделяют более 20,9 миллиарда километров. Для сравнения: среднее расстояние между Землей и Плутоном составляет 5,9 миллиарда километров.
Вечный путь в бесконечность
Примерно через 30 000 лет оба аппарата окончательно покинут Солнечную систему, выйдя за пределы гелиосферы, где влияние солнечного ветра и магнитного поля нашей звезды станет пренебрежимо малым. И после этого начнется бесконечное путешествие "Вояджеров" по Млечному Пути.
В условиях космического вакуума эти аппараты не подвержены коррозии, механическому износу или разрушению от воздействия атмосферы и погодных условий. Вероятность их столкновения с каким-либо объектом ничтожно мала – менее 0,0000001%, что объясняется фактом доминирования пустоты в межзвездном пространстве.
По расчетам ученых, "Вояджеры" могут путешествовать столько же, сколько будет существовать наша Галактика. Это означает, что эти рукотворные зонды, вероятно, переживут не только своих создателей, но и саму Землю, которой примерно через пять миллиардов лет предстоит встреча с расширяющейся оболочкой умирающего Солнца.
Путь к звездам
До 2030 года оба аппарата окончательно израсходуют энергию своих радиоизотопных генераторов и замолчат навсегда. Но даже после этого они продолжат свой путь через космос как безмолвные послы человечества.
На борту каждого "Вояджера" находится золотая пластинка — своеобразное послание внеземным цивилизациям. На них записаны звуки Земли (шум ветра, пение птиц, китовые песни и многое другое), приветствия на 55 языках мира, музыка разных народов и изображения, рассказывающие о жизни на нашей планете, ее природе и достижениях человечества. Защищенные от космической радиации, эти золотые пластинки способны сохранить послание земной цивилизации на протяжении миллиардов лет.
"Вояджер-1" движется в направлении звезды Глизе 445 и достигнет ее окрестностей примерно через 40 000 лет, пролетев на расстоянии около 1,6 световых лет от красного карлика. "Вояджер-2" не направляется к какой-то конкретной звезде, но в будущем его путь пересечется с некоторыми светилами. Примерно через 42 000 лет он пройдет на расстоянии 1,7 световых лет от звезды Росс 248, а через 296 000 лет окажется на расстоянии 4,3 световых лет от Сириуса — самой яркой звезды земного неба.
Эти два космических путешественника символизируют лучшее в человечестве — нашу способность мечтать, исследовать и создавать. Даже если так случится, что однажды наша цивилизация исчезнет, "Вояджеры" будут продолжать нести сквозь звездную бесконечность память о тех, кто однажды поднял глаза к небу и решил сделать невозможное возможным.
Потрясающий снимок одной из ближайших к нам галактик — Большого Магелланова Облака. Несмотря на статус "карликовая", эта галактика является весьма внушительной — в ней насчитывается около 30 миллиардов звезд.
Большое Магелланово Облако — верный спутник нашего Млечного Пути. Оно расположено на расстоянии "всего" 163 000 световых лет от нас. По космическим меркам это совсем рядом, буквально на пороге нашего галактического дома.
Но что делает этот снимок по-настоящему уникальным, так это то, что он был сделан не профессиональными астрономами, а любителями. Группа энтузиастов работала над этим проектом на протяжении нескольких месяцев в 2018-2019 годах. Общая длительность экспозиции составила целых 1 060 часов!
Результат их кропотливого труда — детальнейшее изображение, на котором можно рассмотреть многочисленные яркие молодые звезды, огромные облака светящегося газа и темные прожилки пыли. Это великолепное доказательство того, что настоящая страсть и упорство позволяют добиваться поразительных результатов даже в такой сложной области как астрономия.
Именно эта высота официально признана международным сообществом как граница между атмосферой Земли и космическим пространством. Но почему именно 100 километров? Давайте вместе с вами разбираться в этой увлекательной истории.
История появления границы
Все началось в 1940-х годах, когда венгерско-американский инженер и ученый-механик Теодор фон Ка́рман (11 мая 1881 года — 6 мая 1963 года) проводил расчеты поведения летательных аппаратов на больших высотах. Именно его математические выкладки легли в основу определения границы космоса, которая теперь носит его имя — линия Ка́рмана.
Суть расчетов Кармана заключалась в следующем: с увеличением высоты воздух становится все более разреженным. На определенной высоте атмосфера становится настолько тонкой, что крылья самолета уже не могут создавать достаточную подъемную силу. Чтобы не упасть, летательному аппарату необходимо двигаться с первой космической скоростью — 7,91 километра в секунду. На такой скорости он уже не летит как самолет, а движется вокруг Земли как спутник.
Математическое обоснование
Карман рассчитал, что эта критическая точка находится на высоте около 100 километров. Именно здесь плотность атмосферы падает настолько, что для создания достаточной подъемной силы требуется скорость, равная первой космической. Это делает классический аэродинамический полет в общем-то невозможным.
В 1957 году Международная авиационная федерация (FAI) официально приняла высоту 100 километров над уровнем моря как рабочую границу между земной атмосферой и космосом. Это решение стало фундаментальным для международного космического права и определило принципы регулирования космической деятельности.
Разные подходы к определению границы
При общем признании стандарта в 100 километров существуют и другие подходы к определению границы космоса. Например:
NASA и Военно-воздушные силы США исторически считают границей космоса высоту 80 километров, хотя официально США, как и большинство стран, признают международный стандарт в 100 километров. Такое расхождение связано с тем, что на высоте 80 километров уже появляются первые признаки космического пространства, и американские пилоты, поднявшиеся на эту высоту, становятся кандидатами в астронавты.
Некоторые ученые предлагают установить границу на высоте 150 километров, где плотность атмосферы становится практически неощутимой.
Важно понимать, что линия Кармана — это условная граница. В реальности четкой физической границы между атмосферой и космосом не существует. Атмосфера постепенно становится все более разреженной с увеличением высоты, и этот процесс происходит плавно, без резких переходов.
Более того, высота, на которой атмосфера становится слишком разреженной для аэродинамического полета, может варьироваться в зависимости от:
Солнечной активности;
Времени года;
Географического положения;
Геомагнитных условий.
Практическое значение
Определение границы космоса имеет важное практическое значение для:
Граница в 100 километров является условной, но она служит важным ориентиром в космической деятельности человечества. Линия Кармана — это не произвольно выбранная высота, а результат серьезных научных расчетов, учитывающих физические особенности полета на больших высотах.
В будущем, с развитием технологий и углублением нашего понимания верхних слоев атмосферы, определение границы космоса может измениться. Но пока линия Кармана остается общепринятым стандартом, символической дверью в бескрайние просторы космоса.
Представьте: вы наблюдаете за чем-то необычным в небе, что никогда раньше не видели. Этот объект движется не так, как все известные небесные тела, имеет странную форму и явно пришел к нам из глубин космоса. А теперь представьте, что у вас есть всего один шанс узнать, что это такое. И этот шанс — догнать его.
Именно такую невероятную задачу поставили перед собой авторы Проекта Лира (англ. Project Lyra). Их цель кажется фантастической — отправить космический аппарат вдогонку за Оумуамуа, первым известным межзвездным объектом, посетившим нашу Солнечную систему.
Космическая игра в догонялки
Объект Оумуамуа (что в переводе с гавайского означает "посланник, прибывший первым издалека") был обнаружен в 2017 году. Сначала, основываясь на изменениях яркости объекта, астрономы решили, что этот межзвездный гость имеет форму сигары. Однако более поздние исследования показали, что Оумуамуа скорее похож на блин или диск. Это уточнение лучше объясняет загадочное поведение объекта: его колебания яркости, необычное ускорение при удалении от Солнца и отсутствие газового хвоста, характерного для комет. Блиноподобная форма может работать как естественный солнечный парус, позволяя объекту "ловить" давление солнечного света.
Оумуамуа мчится сквозь космос со скоростью 26 километров в секунду. Хотя это медленнее рекордных 95 километров в секунду, которые развивает зонд NASA Parker Solar Probe возле Солнца, догнать межзвездный объект все равно невероятно сложно — ведь он постоянно удаляется от нас. Но ученые не намерены упускать уникальный шанс изучить первого известного путешественника, который сформировался в другой звездной системе.
Как догнать неуловимое?
Представьте, что вы пытаетесь догнать пулю, выпущенную несколько лет назад. Именно такой вызов стоит перед инженерами, которые, несмотря на всю сложность задачи, предлагают несколько смелых решений:
Использование гравитационного ускорения: космический аппарат будет набирать скорость, пролетая рядом с массивными небесными телами. Особая роль отводится Солнцу и Юпитеру — их мощные гравитационные поля помогут придать зонду необходимое ускорение.
Применение солнечного паруса, превращающего свет нашей звезды в движущую силу.
Разработка ядерных двигателей — эта технология пока существует только в теории, но может стать ключом не только к встрече с Оумуамуа, но и к межзвездным путешествиям.
Даже если все получится, миссия займет не просто долгое, а очень долгое время. По расчетам ученых, даже при использовании самых передовых технологий зонду потребуется от 26 до 28 лет, чтобы достичь Оумуамуа. Но награда стоит ожидания — впервые в истории человечество сможет изучить объект из другой звездной системы.
Это будет не просто научное достижение. Разработанные для Проекта Лира технологии могут открыть новую главу в освоении космоса, позволив человечеству всерьез задуматься о полетах за пределы Солнечной системы.
Больше чем наука
Проект Лира — это вызов человеческой изобретательности, демонстрация нашей готовности сделать первый шаг к межзвездным путешествиям. Это история о том, как загадочный космический объект заставил нас задуматься о новых технологиях и подтолкнул к следующему большому шагу в космической эре.
И кто знает — может быть, когда-нибудь мы не только догоним Оумуамуа, но и отправимся к его родной системе.
Взгляните на ночное небо. То, что мы видим невооруженным глазом – лишь крохотная часть величественной картины космоса. Но благодаря современным телескопам у нас есть возможность заглянуть гораздо дальше, в самое сердце нашей Галактики – область столь удивительную, что она способна посоперничать с человеческим воображением.
Перед вами уникальное составное изображение центра Млечного Пути. Оно напоминает картину импрессиониста, где красные, фиолетовые и золотистые краски сливаются в космическую симфонию цвета. Но это не художественный вымысел – это реальное изображение, полученное путем объединения данных с нескольких самых мощных телескопов современности:
Космический телескоп "Хаббл" (NASA/ESA);
Рентгеновская обсерватория "Чандра" (NASA);
Инфракрасный телескоп "Спитцер" (NASA);
Very Large Telescope (ESO) в чилийской пустыне Атакама.
Что мы видим?
На расстоянии около 27 000 световых лет от Земли скрывается один из самых загадочных регионов известной нам Вселенной. Здесь, в центре Млечного Пути, космос демонстрирует свою завораживающую мощь:
В самом центре притаилась сверхмассивная черная дыра Стрелец A* – космический колосс, масса которого в 4,3 миллиона раз превышает массу Солнца.
Раскаленные газовые облака, температура которых достигает миллионов градусов.
Древние звездные скопления, где звезды расположены так тесно, что расстояние между некоторыми из них составляет всего несколько световых дней.
Нейтронные звезды — космические маяки, которые при среднем диаметре в 30 километров имеют массу, сопоставимую с массой Солнца, а порой и больше.
Молодые и чрезвычайно горячие сверхмассивные звезды, чье излучение разогревает окружающее пространство.
Изучение галактического центра — это ключ к пониманию эволюции галактик, природы черных дыр и фундаментальных законов Вселенной. Каждый сеанс наблюдения за этим регионом нашего галактического дома позволяет ученым делать открытия, но и обеспечивает их новыми загадками на десятилетия вперед.
Изображение, которое вы видите, – это результат десятилетий развития науки и технологий, труда множества ученых и инженеров. Оно напоминает нам, что космос был, есть и всегда будет источником удивления и вдохновения для всего человечества.
Свет, который мы видим на этом изображении, начал свое путешествие к Земле во времена последнего ледникового периода. За эти тысячелетия исчезли древние цивилизации, были построены и разрушены империи, а он все летел сквозь космическую тьму к нашим глазам. И прямо сейчас, в бескрайних глубинах Млечного Пути, может зарождаться новая звезда – ее первый свет достигнет Земли лишь тогда, когда наша нынешняя история станет такой же далекой, как для нас сегодня – эпоха мамонтов.
