Серия «Устройство Вселенной»

Многие из нас задавались вопросом — где же начинается космос? Казалось бы, ответ прост — на высоте 100 километров над уровнем моря.

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.

Физическое обоснование

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.

Международное признание

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.

Отсутствие четкой физической границы

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:

• Международного космического права;

• Регулирования космической деятельности;

• Регистрации авиационных и космических рекордов;

• Планирования космических миссий;

• Разработки космических аппаратов.

Подводя итоги

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.

Читайте также:

• 100 лет назад Эдвин Хаббл изменил наше понимание Вселенной.

• Откуда мы знаем, что Млечный Путь — спиральная галактика?

• Ученые обнаружили новую форму кислорода.

Солнце - наш космический маяк, источник жизни и центр Солнечной системы. Каждый день мы видим его на небе, но часто ли мы задумываемся о том, что ждет нашу звезду в далеком будущем? Как ученые могут предсказать судьбу светила, которое будет сиять еще миллиарды лет? Давайте отправимся в увлекательное путешествие по времени и узнаем, какое будущее уготовано нашему Солнцу.

Звездная эволюция: ключ к пониманию

Астрономы изучают жизненные циклы звезд уже много десятилетий. Наблюдая за звездами разных возрастов и масс, ученые составили детальную картину звездной эволюции.

Большинство звезд, включая наше Солнце, проводят большую часть своей жизни на так называемой "главной последовательности". Это стабильный период в жизни звезды, когда она сжигает водород в своем ядре, превращая его в гелий. На диаграмме Герцшпрунга — Рассела, которая показывает соотношение между яркостью и температурой звезд, главная последовательность выглядит как диагональная полоса.

Солнце - типичный представитель звезд главной последовательности средней массы. Изучая звезды, похожие на Солнце, но находящиеся на разных этапах эволюции, астрономы могут предсказать, что произойдет с нашим светилом в будущем. Это похоже на то, как мы можем предсказать будущее развитие ребенка, наблюдая за людьми разного возраста.

Возраст и состав Солнца: космические часы

Определение и уточнение возраста Солнца — одна из важнейших задач астрофизики. Ученые используют несколько методов, чтобы точно установить, сколько лет нашему светилу:

Анализ химического состава

Исследуя спектр солнечного света, астрофизики могут определить, какие элементы присутствуют в Солнце и в каких пропорциях. С течением времени состав звезды меняется, поэтому это дает ключ к определению ее возраста.

Гелиосейсмология

Изучение колебаний поверхности Солнца позволяет заглянуть в его недра и получить информацию о внутренней структуре, которая меняется с возрастом.

Изотопный анализ

Большинство астероидов сформировалось одновременно с Солнечной системой. Измеряя соотношение различных изотопов в образцах астероидного вещества (включая метеориты, которые являются фрагментами астероидов, достигшими Земли), ученые могут определить возраст Солнечной системы и, следовательно, Солнца.

Сравнение с другими звездами

Наблюдая за звездами, похожими на Солнце, но находящимися на разных этапах эволюции, астрономы могут уточнить оценку возраста нашего светила.

Комбинируя эти методы, ученые пришли к выводу, что Солнцу около 4,6 миллиарда лет. Это действительно середина жизненного пути для звезды такой массы, как наше Солнце.

Солнцеподобные звезды обычно проводят на главной последовательности около десяти миллиардов лет. Это означает, что у нашего светила в запасе примерно пять миллиардов лет стабильной жизни, прежде чем начнутся драматические изменения.

Интересно отметить, что состав Солнца также дает нам информацию о формировании всей Солнечной системы. Например, наличие определенных тяжелых элементов указывает на то, что наше Солнце является звездой второго поколения, или звездой населения I, сформировавшейся из остатков предыдущих звезд. Следовательно, вся Солнечная система — продукт "переработки" древних звезд.

Компьютерное моделирование: виртуальное путешествие в будущее

Современные суперкомпьютеры позволяют создавать сложные модели звездной эволюции. Ученые "запускают" виртуальное Солнце и наблюдают за его изменениями на протяжении миллиардов лет, учитывая все известные физические процессы.

Эти модели учитывают множество факторов:

• Ядерные реакции в центре Солнца;

• Перенос энергии от ядра к поверхности;

• Изменения в химическом составе;

• Гравитационное сжатие и расширение;

• Потеря массы через солнечный ветер.

Компьютерные симуляции позволяют ученым "увидеть" будущее Солнца во всех деталях, от постепенного увеличения яркости до драматических изменений в конце жизни звезды.

Что ждет Солнце в будущем?

Ближайшие пять миллиардов лет: медленное нагревание

Солнце будет постепенно становиться ярче и горячее. Его светимость будет увеличиваться примерно на 10% каждый миллиард лет. Это приведет к серьезным изменениям на Земле задолго до финальных стадий эволюции звезды. Уже через миллиард лет океаны могут начать испаряться, а атмосфера - улетучиваться в космос.

Красный гигант: грандиозное расширение

Примерно через 5-7 миллиардов лет Солнце исчерпает запасы водорода в ядре и начнет расширяться, превращаясь в красный гигант. Его размер увеличится в сотни раз, а внешние слои охладятся и покраснеют. На этой стадии Солнце может поглотить ближайшие планеты, включая Меркурий, Венеру и, возможно, Землю.

Планетарная туманность: космический фейерверк

В конце жизни Солнце сбросит внешние слои, образуя красивую планетарную туманность. Это будет похоже на гигантский космический фейерверк, видимый на огромных расстояниях. Сброшенное вещество обогатит межзвездную среду элементами, которые могут стать строительным материалом для новых звезд и планет.

Белый карлик: долгое угасание

Финальная стадия - Солнце станет плотным белым карликом размером примерно с Землю. Этот небольшой, но очень горячий объект будет медленно остывать в течение триллионов лет, постепенно угасая и превращаясь в черный карлик - холодный, темный остаток некогда яркой звезды.

Заключение: наше место во Вселенной

Хотя будущее Солнца может казаться далеким, понимание его эволюции критически важно для науки. Это знание помогает нам лучше понять нашу планету, Солнечную систему и место человечества во Вселенной.

Изучение судьбы Солнца - яркий пример того, как наблюдения, теоретическая физика и компьютерное моделирование объединяются, чтобы заглянуть в будущее, отстоящее от нас на миллиарды лет. Оно напоминает нам о грандиозных масштабах космоса и времени, в которых существует наша цивилизация.

Пока Солнце продолжает свой неспешный танец в космосе, мы, его дети, продолжаем исследовать и восхищаться чудесами Вселенной, частью которой являемся.

Читайте также:

• Галактика GS-NDG-9422 — ключ к разгадке тайны первых звезд Вселенной.

• Поразительное видео демонстрирует рождение молекулы воды на наноуровне.

• «Джеймс Уэбб» обнаружил галактику, которая ставит под сомнение наши представления о ранней Вселенной.

На расстоянии около 5 200 световых лет от Земли раскинулась величественная туманность Розетка (NGC 2237) — одна из самых впечатляющих звездных "фабрик" нашей Галактики. Здесь, в огромном облаке газа и пыли диаметром 130 световых лет, рождаются настоящие звездные гиганты.

Изображение было получено 12 апреля 2010 года космической обсерваторией Европейского космического агентства (ESA) "Гершель", и на нем запечатлен один из самых активных регионов звездообразования в туманности Розетка.

Наиболее яркие области на снимке — это своеобразные "коконы" из газа и пыли, где развиваются массивные протозвезды. Каждый такой зародыш эволюционирует в звезду, которая будет как минимум в десять раз массивнее нашего Солнца. В верхней части изображения (отмечена на снимке ниже) видны небольшие светящиеся пятна — это звездные зародыши меньшей массы, находящиеся на раннем этапе развития.

Короткая, но яркая жизнь

Судьба таких космических гигантов предопределена их массой. В отличие от солнцеподобных звезд, живущих миллиарды лет, эти титаны проживут "всего" несколько миллионов лет. Объясняется это просто: чем массивнее звезда, тем быстрее она расходует свое термоядерное топливо. Когда оно закончится, каждая из этих звезд встретит свой конец в грандиозном взрыве сверхновой.

Однако гибель этих звезд станет началом нового цикла звездообразования. Вспышки сверхновых обогатят окружающее пространство тяжелыми элементами и создадут ударные волны, которые сожмут соседние облака газа и пыли, запуская формирование следующего поколения звезд. Так, в бесконечном танце созидания и разрушения, Вселенная поддерживает вечный круговорот звездной жизни.

Читайте также:

• 100 лет назад Эдвин Хаббл изменил наше понимание Вселенной.

• Астрономы ожидают уникфальную вспышку новой T Северной Короны.

• «Джеймс Уэбб» обнаружил зрелую спиральную галактику в ранней Вселенной.

Колесо Телеги (ESO 350-40) — одна из самых впечатляющих галактик в наблюдаемой Вселенной. Эта удивительная космическая структура, напоминающая гигантское колесо со спицами, находится в созвездии Скульптора на расстоянии около 500 миллионов световых лет от Земли.

Своими размерами она превосходит наш Млечный Путь почти в полтора раза — ее диаметр достигает колоссальных 150 000 световых лет.

История этой линзовидной галактики не менее захватывающая, чем ее внешний вид.

Изначально Колесо Телеги была обычной спиральной галактикой, но примерно 200-300 миллионов лет назад произошло драматическое событие — небольшая галактика-спутник буквально пронзила Колесо Телеги насквозь.

Это столкновение породило мощнейшую гравитационную ударную волну, которая прокатилась по всей галактике. Двигаясь на колоссальной скорости, волна сжимала газ и пыль, запуская процесс взрывного звездообразования вокруг центральной части.

В центре ESO 350-40 расположено яркое ядро, наполненное раскаленной космической пылью. Вокруг него сформировалось характерное кольцо, содержащее несколько миллиардов молодых звезд.

Сейчас астрономы наблюдают удивительный процесс — галактика постепенно возвращается к своей первоначальной форме; ее характерные "спицы колеса" начинают трансформироваться в рукава.

Детали этого космического великолепия удалось рассмотреть благодаря космическому телескопу NASA "Джеймс Уэбб". Цветное изображение было обнародовано 2 августа 2022 года.

Читайте также:

• Астрономы ожидают уникфальную вспышку новой T Северной Короны.

• «Джеймс Уэбб» обнаружил зрелую спиральную галактику в ранней Вселенной.

• Ганимед: ледяной гигант с водяным сердцем.

Гамма-всплески (далее ГВ) — масштабные и наиболее яркие события во Вселенной, представляющие собой выброс колоссального количества энергии в виде гамма-излучения.

ГВ могут различаться в зависимости от продолжительности и количества высвобождаемой энергии, поэтому их делят на два вида: короткие ГВ и длинные ГВ.

Короткие ГВ

События такого рода наиболее высокоэнергетические. Они продолжаются от нескольких миллисекунд до двух секунд. К появлению коротких ГВ приводит слияние компактных, но при этом чрезвычайно массивных объектов, таких как пара нейтронных звезд, нейтронная звезда и черная дыра и, возможно (пока лишь теоретически), пара черных дыр. Несмотря на непродолжительность короткого ГВ, за этот промежуток времени высвобождается больше энергии, чем наше Солнце сгенерирует за всю свою жизнь.

Длинные ГВ

Продолжительность событий такого формата составляет от двух секунд до нескольких часов. Длинные ГВ связаны с такими катастрофическими событиями, как вспышки сверхновых (взрывы массивных звезд). Вспышка сверхновой приводит к появлению нейтронной звезды, но если исходная звезда была достаточно массивной, то сжатие не останавливается и зарождается черная дыра.

Оба типа ГВ имеют крайне высокую энергию и сопровождаются яркими послесвечениями в других диапазонах электромагнитного излучения, таких как рентгеновское, видимое и радиоизлучение. Исследование ГВ помогает ученым лучше понять устройство и эволюционный механизм Вселенной.

Читайте также:

• Эта Киля: звезда, устроившая космический фейерверк.

• Последние вздохи красного гиганта: что происходит со звездой R Зайца?

• Галактика GS-NDG-9422 — ключ к разгадке тайны первых звезд Вселенной.