Зачем человечество изучает далёкие космические объекты? Что астрономия даёт людям? На этот вопрос отвечает Ольга Касьяновна Сильченко, доктор физико-математических наук, заместитель директора по научной работе государственного астрономического института имени П.К. Штернберга.
А теперь подробнее. В галактике Млечный путь, по оценкам астрономов, как минимум триллион планет. Условия на этих планетах (давление, температура, химический состав атмосферы, скорость ветра и так далее) могут быть самыми разными. Но при этом у абсолютно всех планет есть одна общая черта: почти* все они имеют форму шара. Но почему? Почему не бывает планет случайной формы? Или в форме кольца?
Планеты Солнечной системы (в масштабе)
* Справедливости ради стоит сразу сказать: далеко не все планеты представляют собой совершенный, идеальный шар. Например, спутник Сатурна Пан имеет форму... «правильного пельменя»! Об этом и о других удивительных исключениях из правила мы поговорим ниже.
А сплюснутость Юпитера видна даже в школьный телескоп. Он сплюснут, потому что вращается очень быстро - сутки на Юпитере длятся всего 10 часов! Пять часов ночь и пять часов день...
Кстати, наша с вами Земля тоже не правильный шарик. На языке науки её форма называется «эллипсоид вращения», а ещё более точно – «геоид».
Впервые понятие геоида в науку ввёл ещё знаменитый немецкий математик Карл Фридрих Гаусс. Геоид тоже слегка сплюснутый (хотя и не так сильно, как Юпитер), а ещё как бы «примятый», со своего рода «волнами» на поверхности. Связано это с особенностями строения нашей планеты – её масса распределяется (как на поверхности, так и глубоко внутри) неравномерно, отсюда и отклонения от идеальной математически правильной формы. Для школьной географии такими отклонениями можно пренебречь – но вот, скажем, для точной работы GPS-навигатора они исключительно важны!
Однако в целом, если не углубляться в подробности, и Юпитер, и Земля – «круглые». Как и все остальные планеты во Вселенной. Почему? И ладно бы все объекты во Вселенной были бы круглые. Но это не так! Скажем, многие астероиды и ядра комет обладают совершенно неправильной формой – они напоминают не мячики, а причудливой формы булыжники...
Ядро кометы Чурюмова-Герасименко. Ну и где тут "универсальная" шарообразность?
Звёзды тоже могут быть неправильной формы: да, наше с вами Солнце – «шарик», а вот, скажем, звезда Шелиак (она же Бета Лиры) имеет крайне причудливый вид: вытянутый шар, от которого тянется «рукав», закрученный в спираль.
Звезда Шелиак (вид в телескоп и реконструкция)
А звезда VFTS 352 из Большого Магелланова облака и вовсе выглядит как раскалённая «гантель».
Звезда VFTS 352 из Большого Магелланова Облака
А вот планеты – шарики. Все! Почему?
Внимание, правильный ответ: потому что наша планета – капля.
«Что?! – скажете вы, – какая такая капля? Во-первых, капля – она сверху остренькая. Как слеза. А во-вторых, капля бывает только у воды или другой жидкости. А Земля – она сделана из гранита и базальта. А они – твёрдые!».
Мда. А ведь так хотелось обойтись без длинных объяснений...
Начнём с «во-первых». Характерную вытянутую форму «слезы» капля воды приобретает, когда стекает по поверхности, или же только-только начинает падать – скажем, с листа дерева после дождя. Но вот во время свободного падения капли воды (или любой другой жидкости) имеют форму шарика, иногда слегка неправильного, сплюснутого... Совсем как планеты...
Капли дождя в полёте
Но почему капля приобретает именно шарообразную форму?
Как известно, капля воды состоит из молекул. Движущихся крохотных частичек. Молекул в капле непередаваемо много – примерно 40 секстиллионов. Вот столько:
40 000 000 000 000 000 000 000
Эти молекулы связаны между собой особыми силами – силами молекулярного сцепления. На поверхности воды образуется как бы натянутая «плёнка» из сцепленных друг с другом молекул. А дальше происходит нечто необыкновенное. Каждая из молекул как бы «стремится» к тому, чтобы тратить на поддержание связей с другими молекулами как можно меньше сил. Само собой, молекулы не являются живыми – но в данном случае ведут себя совсем как живые. Это явление можно описать языком дифференциальных уравнений, то есть высшей математики. Но, подозреваю, что такое объяснение вам не очень «зайдёт». Попробуем объяснить нагляднее и понятнее.
Возьмём детей из одного школьного класса – допустим, 30 человек. Вы можете даже уговорить своих одноклассников на такой «эксперимент» на школьном дворе. Будет весело, обещаю. Пускай они все возьмутся за руки и встанут в хоровод – как на новогоднем празднике, «вокруг ёлочки». И начнут двигаться, желательно как можно быстрее. Главное – не расцеплять руки! Если мы посмотрим на этот хоровод сверху, то убедимся, что он образует почти идеальный круг.
Остановите хоровод и расставьте детей так, чтобы они образовали НЕ круг. Скажем, треугольник. Или квадрат. Или даже пятиконечную звезду. Руки при этом НЕ расцепляем! А теперь отдадим команду – снова начинаем движение! Быстрее, ребята, быстрее!
Сохранит ли детский хоровод форму треугольника? Или квадрата? Нет! Как только он придёт в движение, буквально через пару-тройку секунд снова станет «кругленьким», «без углов». Происходит это потому, что каждый ребёнок в цепочке стремится тратить при движении как можно меньше сил, найти максимально комфортное положение. Примерно то же самое происходит при взаимодействии молекул воды внутри капли – и, если на неё не действуют никакие посторонние силы, она обязательно примет шарообразную форму.
Теперь «во-вторых». Да, «снаружи» наша Земля твёрдая. Она из камней, скал и так далее. Но «твёрдая снаружи» вовсе не означает «твёрдая внутри»! Планета Земля начала формироваться больше 4 с половиной миллиардов лет назад. Крохотные частички пыли, из которых состояла окружающая совсем молодое Солнце туманность, слипались в комочки, комочки – в комки побольше, ещё больше, ещё... Образовывались неправильной формы «булыжники» – многие из них дожили до наших дней, это те самые астероиды и ядра комет. Но многие сталкивались друг с другом, «сцеплялись», образуя всё более и более крупные небесные тела... Будущая Земля (учёные говорят «Протоземля») медленно росла, «пухла» в самом прямом смысле этого слова!
Шли тысячи лет. Земля стала настолько большой, что верхние её слои стали сильно, очень сильно давить на находящиеся в глубине. Как при игре в «кучу малу» на перемене – пока играет только 3-4 ребёнка, всем весело и хорошо. А если вдруг в кучу малу собрался весь класс? Тогда тем, кто окажется в самом низу, на полу, придётся очень даже несладко, правда? Вот и Протоземля – давление в её центре поднималось всё выше. А когда поднимается давление – обязательно поднимается температура, это обыкновенная школьная физика. 100 градусов, 500, 1000... Входящие в состав «булыжников» материалы начинают плавиться. Сперва олово, цинк, затем алюминий, кремний... При температуре +1800 градусов начинает плавиться железо. Жидкая зона начинает расширяться – более лёгкие материалы (алюминий, кремний) стремятся подняться «наверх», а более тяжёлые (железо, никель) – опуститься «вниз», к центру. И в какой-то момент оказывается, что вся Протоземля превратилась в гигантскую «каплю» из расплавленных железа и никеля, покрытую тонкой «корочкой» из силикатов и других лёгких соединений! А капля у нас приобретает форму... ну вы поняли.
Протоземля (рисунок художника)
Само собой, на этом история возникновения Земли не заканчивается. Земля продолжала расти, она сталкивалась с другими небесными телами, иногда очень крупными... Давление на глубине стало настолько огромным, что в самом центре планеты образовалось твёрдое железное ядро. Раскалённое до температуры +6500 градусов, это жарче, чем поверхность Солнца! Но всё-таки твёрдое. Вокруг твёрдого ядра находится жидкое ядро из расплавленных железа и никеля. Именно благодаря такому сложно устроенному ядру, кстати, у нашей планеты возникло магнитное поле... Выше жидкого ядра располагается вязкая мантия, а на самой поверхности – тонкая твёрдая кора.
Все другие планеты формировались схожим образом. Какие-то из них оказались больше Земли (как Юпитер), какие-то – меньше (как Меркурий или Марс). Какие-то из них остались активными (как Земля и Венера), какие-то уже давно остыли, «умерли» (снова как Марс или Меркурий) Но все они так или иначе проходили через «капельную», «полужидкую» фазу развития – и стали круглыми «шариками».
Вопрос: почему мелкие астероиды и ядра комет сохранили древнюю «неправильную» форму?
Тот самый спутник Сатурна Пан
Ответ: потому что они не смогли набрать достаточно большую массу, «не доросли». Температура внутри у них просто не смогла подняться до такой степени, чтобы горные породы внутри начали плавиться. Вот и всё.
* А теперь что касается «почти». (Помните, в начале статьи мы написали что почти все планеты имеют шарообразную форму?)
Бывают и исключения. Например, планету Хаумеа назвать шарообразной трудно, и расположена она, кстати, в нашей Солнечной системе!
Хаумеа
Её диаметр – всего 100 километров, тем не менее у малютки есть два спутника и целая система колец. Хаумеа, как и наша Земля, является спутником Солнца. Период её обращения вокруг Солнца – около 282 земных лет.
Почему эта планета такой странной формы? Все дело в том, что она вращается с очень большой скоростью. Это самый быстро вращающийся объект Солнечной системы из известных сегодня! Период обращения Хаумеа вокруг своей оси – меньше четырёх земных часов. Скорость настолько велика, что планету «сплющило». Учёные предполагают что когда-то в планету врезался астероид и увеличил скорость её вращения вокруг своей оси.
Сравнительные размеры Хаумеа и её спутников
Кстати, кольца и спутники Хаумеа состоят из той же породы, что и сама планета. Это подтверждает теорию с астероидом. Возможно, спутники и кольца – это обломки планеты.
Планета Хаумеа была открыта в 2003 году сразу двумя командами астрономов. До сих пор идут споры, кто же её открыл. Названа планета в честь гавайской богини плодородия. В любительские телескопы эту планету увидеть нельзя: она очень маленькая, и находится в поясе Койпера, за орбитой Плутона.
Как получилось так, что многие люди считают, что Земля плоская, несмотря на огромное количество научных доказательств её шарообразной формы, включая наблюдения за кораблями, исчезающими за горизонтом, и фотографии Земли из космоса, а также данные из географии, астрономии и физики, подтверждающие кривизну пространства?
Взять с собой побольше вкусняшек, запасное колесо и знак аварийной остановки. А что сделать еще — посмотрите в нашем чек-листе. Бонусом — маршруты для отдыха, которые можно проехать даже в плохую погоду.
Насколько важна математика в астрономии? Как с помощью математики астрономы узнают о космических объектах и явлениях, которые они не могут увидеть? Какие нерешённые задачи есть в астрономии и астрофизике? Почему нейтронная звезда – математический объект?
Об этом рассказывает Антон Бирюков, астрофизик, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории космических проектов Государственного астрономического института имени П.К. Штернберга.
Всю жизнь я мечтала о путешествии в Скандинавию, чтобы увидеть Полярное Сияние своими глазами, и никогда даже не смела себе представить, что когда-то это чудо произойдет прямо перед моим нынешним домом, в самом сердце Европы.
Скажу честно, я совсем не следила за новостями последнее время и вообще не знала, что грядет подобное событие. В пятницу вечером, отдыхая на диване после напряженного дня и без особого интереса листая ютуб, наткнулась на чей-то стрим по теме северного сияния и подумала "а дай-ка выйду из дома на поле, оценю обстановку".
Пошла с телефоном в руках, ничего не увидела, да еще и работающий на поле фермер на тракторе ослеплял прожектором. На всякий случай сделала пару тестовых снимков на телефон. Пришла домой, смотрю телефонофотки на полной яркости и вижу что-то зеленое светится на небе - обалдеть! Было решено срочно хватать в руки камеру, широкоугольный объектив, штатив и бежать снова на поле.
так всё начиналось.. потом я решила пройти чуть дальше к следующему полю без деревьев.
тут как раз видно прожектор фермера, а за ним в 20 километрах аэропорт Дюссельдорфа, то есть поле наше перед домом не очень-то и темное. именно поэтому я совсем не ожидала что-то увидеть. Но вдруг началось представление.
Я просто фанат цвета и мои ощущения в этот момент просто не передать словами.
Внизу оранжевая луна над горизонтом, чтобы понимать масштаб представления. По технике у меня тут полный 35мм формат и 14мм объектив.
Предвещая вопросы - да, эти фото конечно же обработаны, да, в оригинале было не так светло и красочно, как на фото с 10-секундной выдержкой, но блин! Я стояла, задрав голову и не верила, что это происходит со мной.
Финальный аккорд цвета, через 15 минут всё почти закончилось.
Маленькое таймлапс-видео из снятых кадров. Таймлапс не планировался, только к середине съемки поняла что было бы неплохо запечатлеть движение света, ибо ну очень красиво. Получилось несколько милых кусочков =)
Северное сияние 10-11 мая 2024, 23:34 - 01:11 (CEST)
Благодарю за внимание!
________________ Прошу прощения, если что-то не так оформила, это мой первый пост здесь, так сказать на волне эйфории =)
Незапланированный пост, но очень красивый и столь логичный после прошлого рассказа о солнечном затмении. Можно сказать, срочно в номер. При моем явном уклоне в научпоп я просто не мог не написать хоть что-нибудь о самой мощной геомагнитной буре за последние 20 лет и вызванном ей северном сиянии, которое можно было видеть в минувшую пятницу в небе Ванкувере, равно как и по всей Канаде и плоть до Гавайев, Калифорнии и даже Мексики.
Время от времени в Ванкувере можно видеть северные сияния (или аврору от лат. Aurora Borealis). Ну как видеть — в основном в соцсетях потому как камера на длинной выдержке над горизонтом в северном направлении видит их отлично, а вот невооруженный глаз — так, еле-еле. Но вот так, чтобы выйти на улицу, задрать голову, а оно везде — это действительно уникальное и выдающееся событие.
Самое удивительное, что все шоу проходило не над горизонтом на севере, но прямо над головой. Я бы даже сказал чуть юго-западнее зенита. И если бы длинные «лучи» не доходили до самого горизонта, где я его и ожидал, то мог и пропустить, так и не задрав голову вверх.
Для невооруженного глаза цвета не были такими же яркими как на фото, хотя никакой цветокоррекции кроме контраста делать и не пришлось. Поэтому если кто-то не знал что сегодня сильная солнечная буря (вернее сегодня она дошла до Земли) то вполне могли подумать что это просто облака странной формы.
Кому-то на небе явился уже целый… ангел.
Ангел, впрочем, быстро стал птицей Феникс, ну или чем только он не становился.
Северные сияния вызываются солнечными вспышками, то есть выбросами миллиардов тонн плазмы из внешних слоев атмосферы нашей звезды.
Корональная масса распространяется в космосе со скоростью от 250 до 3,000 км/с и обычно ей требуется от 15–18 часов и до 5 дней, чтобы достичь Земли. Здесь те низкозаряженные частицы, которые смогли пробиться через магнитное поле Земли (обычно возле полюсов), вызывают возбуждение молекул кислорода и азота. Ионизация кислорода происходит на большей высоте (около 100км) и вызывает зеленое свечение, а азота — ниже (от 80 до 100км) и имеет фиолетовый цвет. Взаимодействие с гелием или водором может добавалять к сиянию красный и розовый оттенок, а также как на цвет влияет то, на какой высоте присходит столкновени частиц, но главные цвета все-таки именно зеленый и фиолетовый.
В этот раз солнечная буря в виде нескольких выбросов корональных масс (всего 16), самая мощная из которых произошла 8 мая 2024 года. Их источником стало пятно на Солнце под номером 136643 и по размеру в 17 раз больше Земли. Магнитной буре, которую она взывала в атмосфере Земли была присвоена максимальная, 5-я категория (G5) и полярные сияния можно было наблюдать там где они вообще редкость — на Гавайях, в Калифорнии, Мексике и, соответственно, все вокруг. В последний раз такая мощная магнитная буря была зафиксирована, ни много ни мало, более 20 лет назад — в октябре 2003 года.
Солнечная буря продлилась до 11 мая и вероятность полярного сияния оставалась высокой на протяжении всех выходных. Но попытки застать его в лучших условиях на следующую ночь уже таких результатов не принесли.
Магнитная буря на Земле впервые за 20 лет достигла высшего уровня G5
В последние дни космическое сообщество наблюдало за серией мощных солнечных вспышек, которые могут привести к сильным магнитным бурям на планете Земля. Эксперты предупреждают, что предстоящая магнитная буря может достигнуть самого высшего уровня по шкале индекса G.
Причины и механизмы происхождения
Солнечные вспышки — это внезапные всплески излучения из-за высвобождения магнитной энергии, накопленной в атмосфере Солнца. Эти мощные энергетические процессы способны испускать огромное количество заряженных частиц, которые, достигая земной магнитосферы, вызывают магнитные бури.
Ожидаемые последствия
Магнитные бури могут оказывать серьезное влияние на работу спутников, систем связи и навигации, а также на электросети. Чрезвычайно мощные бури способны даже вызвать перебои в электроснабжении и повредить космические аппараты.
Не могу не поддержать волну своими снимками полярного сияния. Вид из Ростова-на-Дону в 1 час 23-26 минут. Впервые удалось взглянуть на нереальное для нас явление.
Сначала небо начало слегка розоветь. Сильнее и сильнее, пока не не накрыло с головой. Чуть выше горизонта зелёная полоска, которую приняли за застветку города. Но сравнив с предварительной фотографией до сияния застет не обнаружен. Значит это часть сияния.
Потом розовое. Исчезло. И вновь появилось, озарив полянку. Начало меняться, переливаться, перетекать. То там, то тут светлые столбы. Родовые, немного голубого.
Невооружённым глазом видно, но с помощью камеры удалось заснять то, что видно было очень плохо. Везде выдержка 8 секунд, iso 1600, 12mm.
Первое из дошедших сияний ушло на запад и затухло. На фото сильнейшее, ушло на восток, закрыв всё небо.