Как долго лететь к ближайшей звезде? Часть первая:" Современные методы"
В какой-то момент жизни каждый из нас задавал этот вопрос: как долго лететь к звездам? Можно ли осуществить такой перелет за одну человеческую жизнь, могут ли такие полеты стать нормой повседневности? На этот сложный вопрос очень много ответов, в зависимости от того, кто спрашивает. Некоторые простые, другие сложнее. Чтобы найти исчерпывающий ответ, слишком многое нужно принять во внимание.
К сожалению, никаких реальных оценок, которые помогли бы найти такой ответ, не существует, и это расстраивает футурологов и энтузиастов межзвездных путешествий. Нравится нам это или нет, космос очень большой (и сложный), и наши технологии все еще ограничены. Но если мы когда-нибудь решимся покинуть «родное гнездышко», у нас будет несколько способов добраться до ближайшей звездной системы в нашей галактике.
Ближайшей звездой к нашей Земле является Солнце, вполне себе «средняя» звезда по схеме «главной последовательности» Герцшпрунга – Рассела. Это означает, что звезда весьма стабильна и обеспечивает достаточно солнечного света, чтобы на нашей планете развивалась жизнь. Мы знаем, что вокруг звезд рядом с нашей Солнечной системой вращаются и другие планеты, и многие из этих звезд похожи на нашу собственную.
Возможные пригодные для жизни миры во Вселенной
В будущем, если человечество желает покинуть Солнечную систему, у нас будет огромный выбор звезд, на которые мы могли бы отправиться, и многие из них вполне могут располагать благоприятными для жизни условиями. Но куда мы отправимся и сколько времени у нас займет дорога туда? Не забывайте, что все это всего лишь домыслы, и нет никаких ориентиров для межзвездных путешествий в настоящее время. Ну, как говорил Гагарин, поехали!
Дотянуться до звезды
Как уже отмечалось, ближайшая звезда к нашей Солнечной системе — это Проксима Центавра, и поэтому имеет большой смысл начать планирование межзвездной миссии именно с нее. Будучи частью тройной звездной системы Альфа Центавра, Проксима находится в 4,24 светового года (1,3 парсека) от Земли. Альфа Центавра — это, по сути, самая яркая звезда из трех в системе, часть тесной бинарной системы в 4,37 светового года от Земли — тогда как Проксима Центавра (самая тусклая из трех) представляет собой изолированный красный карлик в 0,13 световых лет от двойной системы.
И хотя беседы о межзвездных путешествиях навевают мысли о всевозможных путешествиях «быстрее скорости света» (БСС), начиная от варп-скоростей и червоточины до подпространственных двигателей, такие теории либо в высшей степени вымышлены (вроде двигателя Алькубьерре), либо существуют лишь в научной фантастике. Любая миссия в глубокий космос растянется на поколения людей.
Итак, если начинать с одной из самых медленных форм космических путешествий, сколько времени потребуется, чтобы добраться до Проксимы Центавра?
Современные методы
Вопрос оценки длительности перемещения в космосе куда проще, если в нем замешаны существующие технологии и тела в нашей Солнечной системе. К примеру, используя технологию, используемую миссией «Новых горизонтов», 16 двигателей на гидразиновом монотопливе, можно добраться до Луны всего за 8 часов и 35 минут.
Есть также миссия SMART-1 Европейского космического агентства, которая двигалась к Луне с помощью ионной тяги. С этой революционной технологией, вариант которой использовал также космический зонд Dawn, чтобы достичь Весты, миссии SMART-1 потребовался год, месяц и две недели, чтобы добраться до Луны.
От быстрого ракетного космического аппарата до экономного ионного двигателя, у нас есть парочка вариантов передвижения по местному космосу — плюс можно использовать Юпитер или Сатурн как огромную гравитационную рогатку. Тем не менее, если мы планируем выбраться чуть подальше, нам придется наращивать мощь технологий и изучать новые возможности.
Когда мы говорим о возможных методах, мы говорим о тех, что вовлекают существующие технологии, или о тех, которых пока не существуют, но которые технически осуществимы. Некоторые из них, как вы увидите, проверены временем и подтверждены, а другие пока остаются под вопросом. Вкратце, они представляют возможный, но очень затратный по времени и финансам сценарий путешествия даже к ближайшей звезде.
Ионное движение
Сейчас самой медленной и самой экономичной формой двигателя является ионный двигатель. Несколько десятилетий назад ионное движение считалось предметом научной фантастики. Но в последние года технологии поддержки ионных двигателей перешли от теории к практике, и весьма успешно. Миссия SMART-1 Европейского космического агентства — пример успешно проведенной миссии к Луне за 13 месяцев спирального движения от Земли.
SMART-1 использовала ионные двигатели на солнечной энергии, в которых электроэнергия собиралась солнечными батареями и использовалась для питания двигателей эффекта Холла. Чтобы доставить SMART-1 на Луну, потребовалось всего 82 килограмма ксенонового топлива. 1 килограмм ксенонового топлива обеспечивает дельта-V в 45 м/с. Это крайне эффективная форма движения, но далеко не самая быстрая.
Одной из первых миссий, использовавших технологию ионного двигателя, была миссия Deep Space 1 к комете Боррелли в 1998 году. DS1 тоже использовал ксеноновый ионный двигатель и потратил 81,5 кг топлива. За 20 месяцев тяги DS1 развил скорости в 56 000 км/ч на момент пролета кометы.
Ионные двигатели более экономичны, чем ракетные технологии, поскольку их тяга на единицу массы ракетного топлива (удельный импульс) намного выше. Но ионным двигателям нужно много времени, чтобы разогнать космический аппарат до существенных скоростей, и максимальная скорость зависит от топливной поддержки и объемов выработки электроэнергии.
Поэтому, если использовать ионное движение в миссии к Проксиме Центавра, двигатели должны иметь мощный источник энергии (ядерная энергия) и большие запасы топлива (хотя и меньше, чем обычные ракеты). Но если отталкиваться от допущения, что 81,5 кг ксенонового топлива переводится в 56 000 км/ч (и не будет никаких других форм движения), можно произвести расчеты.
На максимальной скорости в 56 000 км/ч Deep Space 1 потребовалось бы 81 000 лет, чтобы преодолеть 4,24 светового года между Землей и Проксимой Центавра. По времени это порядка 2700 поколений людей. Можно с уверенность сказать, что межпланетный ионный двигатель будет слишком медленным для пилотируемой межзвездной миссии.
Но если ионные двигатели будут крупнее и мощнее (то есть скорость исхода ионов будет значительно выше), если будет достаточно ракетного топлива, которого хватит на все 4,24 светового года, время путешествия значительно сократится. Но все равно останется значительно больше срока человеческой жизни.
Гравитационный маневр
Самый быстрый способ космических путешествий — это использование гравитационного маневра. Этот метод включает использование космическим аппаратом относительного движения (то есть орбиту) и гравитации планеты для изменения пути и скорости. Гравитационные маневры являются крайне полезной техникой космических полетов, особенно при использовании Земли или другой массивной планеты (вроде газового гиганта) для ускорения.
Космический аппарат Mariner 10 первым использовал этот метод, используя гравитационную тягу Венеры для разгона в сторону Меркурия в феврале 1974 года. В 1980-х зонд «Вояджер-1» использовал Сатурн и Юпитер для гравитационных маневров и разгона до 60 000 км/ч с последующим выходом в межзвездное пространство.
Миссии Helios 2, которая началась в 1976 году и должна была исследовать межпланетную среду между 0,3 а. е. и 1 а. е. от Солнца, принадлежит рекорд самой высокой скорости, развитой с помощью гравитационного маневра. На тот момент Helios 1 (запущенному в 1974 году) и Helios 2 принадлежал рекорд самого близкого подхода к Солнцу. Helios 2 был запущен обычной ракетой и выведен на сильно вытянутую орбиту.
Из-за большого эксцентриситета (0,54) 190-дневной солнечной орбиты, в перигелии Helios 2 удалось достичь максимальной скорости свыше 240 000 км/ч. Эта орбитальная скорость была развита за счет только лишь гравитационного притяжения Солнца. Технически скорость перигелия Helios 2 не была результатом гравитационного маневра, а максимальной орбитальной скоростью, но аппарат все равно удерживает рекорд самого быстрого искусственного объекта.
Если бы «Вояджер-1» двигался в направлении красного карлика Проксимы Центавра с постоянной скорость в 60 000 км/ч, ему потребовалось бы 76 000 лет (или более 2500 поколений), чтобы преодолеть это расстояние. Но если бы зонд развил рекордную скорость Helios 2 — постоянную скорость в 240 000 км/ч — ему потребовалось бы 19 000 лет (или более 600 поколений), чтобы преодолеть 4,243 светового года. Существенно лучше, хотя и близко не практично.
Электромагнитный двигатель EM Drive
Другой предложенный метод межзвездных путешествий — это радиочастотный двигатель с резонансной полостью, известный также как EM Drive. У предложенного еще в 2001 году Роджером Шойером, британским ученым, который создал Satellite Propulsion Research Ltd (SPR) для реализации проекта, двигателя в основе лежит идея того, что электромагнитные микроволновые полости позволяют напрямую преобразовывать электроэнергию в тягу
Если традиционные электромагнитные двигатели предназначены для приведения в движение определенной массы (вроде ионизированных частиц), конкретно эта двигательная система не зависит от реакции массы и не испускает направленного излучения. Вообще, этот двигатель встретили с изрядной долей скепсиса во многом потому, что он нарушает закон сохранения импульса, согласно которому импульс системы остается постоянным и его нельзя создать или уничтожить, а только изменить под действием силы.
Тем не менее последние эксперименты с этой технологией очевидно привели к положительным результатам. В июле 2014 года, на 50-й конференции AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference в Кливленде, штат Огайо, ученые NASA, занимающиеся передовыми реактивными разработками, заявили, что успешно испытали новую конструкцию электромагнитного двигателя.
В апреле 2015 года ученые NASA Eagleworks (часть Космического центра им. Джонсона) заявили, что успешно испытали этот двигатель в вакууме, что может указывать на возможное применение в космосе. В июле того же года группа ученых из отделения космических систем Дрезденского технологического университета разработала собственную версию двигателя и наблюдала ощутимую тягу.
В 2010 году профессор Чжуан Янг из Северо-Западного политехнического университета в Сиань, Китай, начала публиковать серию статей о своих исследованиях технологии EM Drive. В 2012 году она сообщила о высокой входной мощности (2,5 кВт) и зафиксированной тяге в 720 мн. В 2014 году она также провела обширные испытания, включая замеры внутренней температуры со встроенными термопарами, которые показали, что система работает.
По расчетам на базе прототипа NASA (которому дали оценку мощности в 0,4 Н/киловатт), космический аппарат на электромагнитном двигателе может осуществить поездку к Плутону менее чем за 18 месяцев. Это в шесть раз меньше, чем потребовалось зонду «Новые горизонты», который двигался на скорости 58 000 км/ч.
Звучит впечатляюще. Но даже в таком случае корабль на электромагнитных двигателях будет лететь к Проксиме Центавра 13 000 лет. Близко, но все еще недостаточно. Кроме того, пока в этой технологии не будут расставлены все точки над ё, рано говорить о ее использовании.
Ядерное тепловое и ядерное электрическое движение
Еще одна возможность осуществить межзвездный перелет — использовать космический аппарат, оснащенный ядерными двигателями. NASA десятилетиями изучало такие варианты. В ракете на ядерном тепловом движении можно было бы использовать урановые или дейтериевые реакторы, чтобы нагревать водород в реакторе, превращая его в ионизированный газ (плазму водорода), который затем будет направляться в сопло ракеты, генерируя тягу.
Ракета с ядерным электрическим приводом включает тот же реактор, преобразующий тепло и энергию в электроэнергию, которая затем питает электродвигатель. В обоих случаях ракета будет полагаться на ядерный синтез или ядерное деление для создания тяги, а не на химическое топливо, на котором работают все современные космические агентства.
По сравнению с химическими двигателями, у ядерных есть неоспоримые преимущества. Во-первых, это практически неограниченная энергетическая плотность по сравнению с ракетным топливом. Кроме того, ядерный двигатель также будет вырабатывать мощную тягу по сравнению с используемым объемом топлива. Это позволит сократить объемы необходимого топлива, а вместе с тем вес и стоимость конкретного аппарата.
Хотя двигатели на тепловой ядерной энергии пока в космос не выходили, их прототипы создавались и испытывались, а предлагалось их еще больше.
И все же, несмотря на преимущества в экономии топлива и удельном импульсе, самая лучшая из предложенных концепций ядерного теплового двигателя имеет максимальный удельный импульс в 5000 секунд (50 кН·c/кг). Используя ядерные двигатели, работающие на ядерном делении или синтезе, ученые NASA могли бы доставить космический аппарат на Марс всего за 90 дней, если Красная планета будет в 55 000 000 километрах от Земли.
Но если говорить о путешествии к Проксиме Центавра, ядерной ракете потребуются столетия, чтобы разогнаться до существенной доли скорости света. Потом потребуются несколько десятилетий пути, а за ними еще много веков торможения на пути к цели. Мы все еще в 1000 годах от пункта назначения. Что хорошо для межпланетных миссий, не так хорошо для межзвездных.
Продолжение Следует.......
Space Invaders
Какого цвета космос?
В нашем восприятии романтический оттенок космического пространства чаще всего располагается в сине-голубой цветовой палитре. Во многом это связано с тем, что именно этих цветов недостает в нашей земной жизни — мало в ней синих и голубых предметов. Но подняв взор вверх мы видим бескрайнее голубое небо. Оно для нас — проявление космоса. И чем глубже в него уходит наш пытливый взгляд, тем более темные и насыщенные оттенки мы ассоциируем с ним на более далеких расстояниях от Земли.
Когда угасает вечерняя заря, мы видим умопомрачительный градиент цветовых переходов от бирюзового (у самого горизонта) до глубокого ультрамарина в зените. Это для нас цвет космоса — великое множество не поддающихся словесному описанию оттенков от бирюзового и изумрудного до темно-синих и фиолетовых глубин.
Вместе с этим, сказать, какого цвета загораются звезды в этой вечерней мгле, на это уже не все из нас способны. Некоторые люди отчетливо определяют цвета лишь у самых ярких звезд. Некоторым требуется подсказка — “Смотри, вот эта звезда голубая, а та — красная. А над нами сияет желтая — Капелла” — “О! И правда. Никогда раньше не замечал, что они разноцветные!”
Да, многие люди даже и не думали, что у каждой звезды свой цвет.
Но для слабых звезд это уже не работает. Какого цвета едва видимые глазом звезды, или хотя бы звезды средней яркости, большинство людей уже не скажут. И только астрономы — не теоретики, а практики — имеющие в зачете тысячи бессонных ночей обладают этой суперспособностью — видеть какого цвета практически все звезды — даже самые слабые. Но стоит добавить, что при наблюдении звезд в телескоп их цвета видны более отчетливо.
Какие из них преобладают — Красные, синие, может быть желтые?
Кстати, зеленых звезд, почему-то во вселенной нет. Хотя, некоторые из них могут таковыми казаться — за счет цветовой иллюзии. Например, при наблюдении двойной звезды Альбирео в созвездии Лебедя одна из звезд этой двойной системы может показаться зеленоватой, но это спровоцировано близостью более яркой оранжевой звезды. На самом деле показавшаяся зеленой звездочка голубая.
Есть еще и белые звезды. И может показаться, что они бесцветны. Но на самом деле они просто не имеют светового перевеса в какую либо сторону — в синюю или красную — в своем спектре, и лишь нашему глазу кажутся белыми. Максимум их цветового излучения приходится на середину воспринимаемого нами диапазона цветов.
Строго говоря, любой цвет во Вселенной — очень субъективная характеристика. Вселенная ничего не знает о цветах, равно как и о нотах. Светит и звучит как ей представляется возможным, не думая о гармоничности конечного результата. Но поскольку все эталоны наших ощущений черпаются из созерцания окружающего мира, то сегодняшний скриншот вселенского величия воспринимается нами как пример красоты и гармонии, к чему мы сами неустанно стремимся в создаваемых нами картинах, конструкциях, музыке и литературных произведениях — даже в них мы описывает Вселенную, как предел совершенства.
Будьте осторожны!
Вселенная очень изменчива. И завтра она без предупреждения изменить свой облик, порушив тем самым все ваши идеалы. не привязывайтесь к ним.
Звезды не всю жизнь такого цвета, какого мы видим на небе сегодня. иногда эти перемены довольно скоротечны. и внимательный наблюдатель может в пределах одной своей человеческой жизни увидеть как звезда меняет свой цвет. Иногда даже многократно.
В первую очередь это касается переменных звезд — как физически меняющих яркость, так и затменных, где она звезда экранирует своим телом свет другой звезды, и если их спектры, то цветовой акцент для земного наблюдателя может заметно измениться — буквально на несколько часов или суток.
Бывают вспышки новых и сверхновых звезд. В этом случае цвет звезды меняется кардинально и молниеносно.
В истории известны случаи, когда светила себе и светила звезда каким-то постоянным своим цветов. И вдруг стала светить совершенно другим — назад не вернулась — так и осталась своем новом оттенке.
Из-за этой постоянной изменчивости очень трудно сказать, каких звезд больше — голубых, белых, желтых, оранжевых или красных. За время свой жизни звезды проходят практически сквозь весь диапазон видимых от инфракрасного на этапе конденсации межзвездного газа, прежде чем зажечься синим огнем новорожденно светила. По мере выгорания водорода в недрах звезды, её температура понижается — звезда белеет, потом желтеет. Все оранжевые или красные гиганты — старые звезды.
Не все звезды стартуют из “синей зоны”. Карлики — типа нашего Солнца — с самого начала были белыми или желтыми. И с годами (миллиардами лет) лишь все более желтеют. Но их светимость относительно мала — они не определяют цвет Вселенной.
Интересно, что в большинстве Галактики звезды разного цвета не распределены равномерно и имеют свои зоны обитания. Синие и голубые (молодые) звезды преимущественно живут в спиральных рукавах. Желтые, оранжевые и красные (старые) сосредоточены ближе к галактическому ядру. Но, конечно, это не жесткое разделение. И звезды самых разных спектров присутствуют во всех галактических зонах. Просто в на периферии галактического диска больше молодых звезд, а в центре — старых. Кстати, такая тенденция в чем-то свойственна и земным городам. Не зря Галактику иногда называют “звездным городом”.
Может быть, при взгляде с Земли в сторону галактического ядра мы будем видеть больше красных и старых звезд, а оглянувшись в сторону галактической окраины увидим преимущественно молодые — голубые и белые?
На самом деле — нет. Возможно, при исследовании полной статистики с включением в неё самых слабых и многочисленных звезд, такая тенденция и обнаружится. но глазом мы видим в основном самые близкие к нам звезды, и в этой небольшой наблюдаемой глазом зоне пока еще не проявляется описанное распределение звезд по цветам. И на летнем небе (северного полушария) обращенном в сторону центра Галактики, и на зимнем небе, обращенном во внешние области нашего “звездного города” красных, оранжевых, желтых, белых и голубых звезд примерно поровну. Вот синие — действительно редкость — и там и тут. Это потому, что ярко-выраженным синим оттенком для нашего глаза обладают исключительно горячие и молодые звезды, температуры поверхностей которых превышают 20 тысяч градусов (у Солнца только 5,5 — это для сравнения) — такие звезды должны быть очень массивны, что редкость само по себе, и стадию синей звезды проходят довольно быстро.
И вообще яркие звезды — с высокой абсолютной светимостью — долго не живут. Миллионы лет — вот характерный срок жизни крупной звезды. Но всякая мелочь, типа нашего Солнца — может жить в тысячу раз дольше — миллиарды лет. и они — это звезды карлики — могут преспокойно тлеть своим желтым цветом стабильно разбодяживая глобальный оттенок Вселенной своим низкотемпературным спектром.
Но только ли звезды определяют цвет Вселенной?
Звезды порождают львиную долю излучения во Вселенной. Фактически все во вселенной пронизано звездным светом. Планеты, кометы, туманности — газовые и пылевые — видны нам лишь потому, что отражают, переизлучают или поглощают свет порожденный звездами.
Есть горячие туманности, которые еще не остыли после взрыва звезды, породившей их. Но по сути своей они представляют собой верхние слои умершей звезды — ту её часть, которая избежала гравитационного коллапса — не превратилась в белый карлик, нейтронную звезду или черную дыру. Фактически их можно назвать частью звезды, которая избрала иную судьбу. И свет от этих туманностей в какой-то мере тоже является звездным светом. Ну, немного другой его разновидности.
Слабо тлеют в инфракрасном диапазоне сжимающиеся протозвездные облака — глазом их свечение не видно — даже в телескоп. Их видят только радиотелескопы и инфракрасные телескопы, работающие в дальнем конце инфракрасной зоны шкалы электромагнитных излучений. Когда-нибудь из этих облаков уплотняющегося водорода образуются новые горячие звезды, они зальют свои светом окружающее их космическое пространство, которое по мере разбегания фотонов прочь будет окрашиваться все далее в оттенок этих звезд. Но пока вклад в глобальный цвет Вселенной от таких межзвездных облаков практически нулевой.
Светятся своим собственным светом аккреционные диски вокруг черных дыр и нейтронных звезд. Их температуры очень высоки, а спектры как правило лежат далеко в ультрафиолетовых областях, и даже в рентгене — глазу они недоступны, хотя в фильмах нередко рисуют их ядовито-оранжевыми тонами. Наверное какая-то часть их излучения лежит и в видимом глазом отрезке спектра. Весь вопрос в том — какая? Это явно не оранжевая гамма. Но — если вообразить космонавта, пролетающего поблизости от черной дыры, окруженной таким диском — лучше ему не смотреть на это вселенское чудовище без специального защитного фильтра.
Я перечислил практически все источники видимого света во Вселенной — наши электрические лампочки, лесные пожары и раскаленную лаву истекающую из жерла вулканов, грозовые молнии давайте исключим, как не совсем небесную иллюминацию.
Что еще я не упомянул?
Метеоры и болиды врезающиеся с космическими скоростями в атмосферу Земли (наверняка и других планет тоже) создают красивую иллюзию падающих звезд. Они бывают самых разных оттенков — от глубоко красных до ослепительно-фиолетовых. Кстати вот среди них попадаются и зеленые — прямо буквально изумрудные. но тут все зависит от минерального состава космического камешка, встретившегося нам на орбите Земли.
Можно вспомнить и о полярных сияниях, которые во-первых являются исключительно небесным явлением, поскольку порождаются солнечным и (наверняка) звездными ветрами, заряженные частицы которых по силовым линиям магнитных полей планет попадают в атмосферы полярных регионов, ионизируя молекулы газов этих атмосфер. В какой-то мере они тоже — звездный свет, так как основная доля энергии, участвующая в порождении таких сияний — это энергия звезды, создающей этот поток заряженных частиц. Во-вторых, полярные сияния обнаружены в атмосферах планет гигантов Солнечной системы. Наверное они есть и на внесолнечных планетах. И разнообразие их оттенков даже на Земле довольно велико, что уж говорить о возможном разнообразии их цветов где-то еще во Вселенной.
К сожалению или к счастью, но вклад метеоров, болидов и полярных сияний в излучение вселенной крайне мал. И здесь я упомянул о них лишь ради того, чтобы хоть что-то противопоставить гегемонии звездного света. Увы, но серьезно противопоставить ей совершенно нечего.
Сейчас самое время вернуться к туманностям, которые хоть и являются слабосветящимися, отражающими или переизлучающими звездный свет, но очень разнообразными по своему виду, чего не скажешь о звездах, которые для наблюдателей Земли всего лишь точки.
Будет интересным отметить, что большинство туманностей состоят из водорода — первозданного материала всей вселенной. Даже планетарные туманности — остатки погибших, сбросивших свою оболочку звезд — тех, что практически истратили свой водород, тоже состоят из водорода. Это может кого-то удивить, но ведь звезда сбрасывает лишь поверхностные слои, а смерть её наступает из-за истощения водородных запасов в ядре звезды. Во внешних её слоях водорода еще хватает, да только использовать — как то переместить более легкий химический элемент с поверхности в ядро — против конвективных потоков — звезда уже никак не может.
Поэтому из туманностей отживших свое звезд предыдущих поколений могут формировать новые звезды следующих поколений — изначально богатые более тяжелыми элементами периодической системы Менделеева. Но все-таки основная доля в составе даже таких туманностей — водород.
Вселенная буквально заполнена водородом. Внутренние пространства галактик и даже межгалактическая среда заполнены этим элементом. Другое дело, что плотность его может быть очень невысокой — от нескольких атомов или молекул на кубический сантиметр — в межзвездном пространстве, то нескольких молекул или атомов в на кубический метр — в межгалактическом. Но как бы то не было, а водород наполняет всё Мироздание.
Сам по себе он невидим. особенно — молекулярный. Это просто темнота, если говорить о холодном водороде.Его можно детектировать наблюдая Вселенную в радиодиапазоне на длине волны 21 см, но вряд ли тут можно говорить о цвете. Однако, вблизи (близость тут относительная — тоже космическая) ярких и горячих — молодых — звезд водород ионизируется. И тогда он сам начинает светиться в линии Hα (Аш-альфа) — это основная спектральная линия в излучении Вселенной. И вот тут оказывается, что вся Вселенная светится глубоким красным цветом. Можно, наверное назвать его бордовым. И это повсеместный её оттенок.
Всюду, где еще происходит звездообразование в водородных туманностях — а это постоянный процесс в спиральных рукавах большинства галактик — где молодые синие, голубые звезды пронизывают пространство своими лучами, чувствительные астрокамеры видят беспрерывное волокнистое темно-красное свечение водорода. Оно охватывает галактики целиком. Оно наполняет весь пролившийся по земному небу Млечный путь. Оно обволакивает целые созвездия — Орион тому яркий пример. И если звезды на картине Вселенной — лишь тонкие мазки, то тусклое свечение водородных облаков — холст, на котором все нарисовано, и из которого все состоит.
Возможно это будет для кого-то крушением иллюзий. Но Космос, Вселенная, Метагалактика, все Мироздание — они красные. Не синие, голубые, ультрамариновые, как мы привыкли видеть на популярных картинках, столь часто встречающихся в сети Интернет. Глубокий темно-красный цвет — будто кровь Вселенной, которая струится по её жилам, перетекая из одной артерии в другую, чтобы где-то дать жизнь новой звезде и проявиться пронзительно-синим, голубым, белым или желтым — это уж как придется. Но исходный — непроявленный — цвет Вселенной — красный.
К этому открытию добавляет силы красное доплеровское смещение спектров в излучении разбегающихся прочь галактик. Вселенная неумолимо расширяется. И хотя относительно геометрии этого расширения нет еще однозначного понимания — во всяком случае в любительской астрономической среде, но за счет огромных скоростей и увеличения расстояния между галактиками, наиболее далекие из них кажутся нам несколько более красными — чем дальше от нас галактика, тем она краснее. Это сказывается не каких-то отдельных составляющих её объектов, а всего излучения достигающего нас.
Самые далекие из наблюдаемых галактики — находящихся буквально на горизонте видимой части Вселенной — исключительно красные, а скорость разбегания у них близка к световой — относительно нашего Млечного пути. А поскольку чем дальше мы смотрим, тем больше галактики мы видим, то мы в конечном итоге упираемся в сплошное красное зарево переднего края Вселенной, которое огненным фронтом рождает новое пространство на своем пути для возможности своего расширения в грядущее.
Это удивительная иллюзия, согласно которой воображаемый наблюдатель смотрящий на нас из тех дальних миров видит, как мы, объятые пламенем столкновения материи и её отсутствия расширяем его Мир. И ничего кроме красного цвета в нашей галактике он не увидит. хотя мы по прежнему наблюдаем в ней полную разнообразия цветовую палитру.
Из всего этого можно сделать вполне ожидаемый вывод: В нашем мире все относительно — и пространство, и время, и даже цвет, которым нарисована картина Мироздания. И она будет очень и очень разная для каждого наблюдателя и одновременно героя этого полотна.
В завершении статьи я оставляю Вам, мои невероятно целеустремленные читатели — дочитавшие до конца — музыкальную иллюстрацию: мой альбом 2017 года «Старгейзер», для которого я вчера создал новую обложку — несколько лет он существовал с другой — менее научно обоснованной. В процессе обдумывания дизайна CD альбома «Старгейзер» и родилась эта статья. Слушайте и читайте под музыку.
Космический телескоп «Джеймс Уэбб» сфотографировал Юпитер
На опубликованном широкоугольном снимке Уэбб отчетливо увидел полярные сияния на Юпитере и его слабые кольца, которые в миллион раз тусклее планеты. В кадр также попал крошечный спутник газового гиганта — Амальтея (яркая точка слева).
Работа камеры ближнего инфракрасного диапазона NIRCam.
(Источник: NASA, ESA, CSA, Jupiter ERS Team, Judy Schmidt)
Поиграем в бизнесменов?
Одна вакансия, два кандидата. Сможете выбрать лучшего? И так пять раз.
Уникальность разумной жизни на Земле
Сторонникам водно-углеродного шовинизма посвящается.
Условия для существования известной нам формы жизни на Земле совершенно уникальны: это и местонахождение Солнечной системы в области нашей галактики без активного звездообразования, и выгодное расположение орбиты Солнца относительно плоскости галактики, стабильность излучения самого Солнца, местоположение нашей планеты в Солнечной системе и другие факторы. Такое впечатление, что кто-то специально поместил Солнечную систему в безопасное место на Млечном пути.
Наша галактика неоднородна, в ней есть совершенно разные условия для возникновения и существования жизни, точно так же как нашей намного более изученной солнечной системе, есть совершенно разные условия. Есть планеты земного типа, есть газовые гиганты, есть пояс жизни, где вода защищенная атмосферой, может находиться в жидком состоянии, и есть места, где жидкая вода невозможна. Так же как в Солнечная система имеет пояс Златовласки, область, где вода может присутствовать в жидком виде, что-то подобное есть и в нашей галактике.
Место на коротационном торе.
Наш дом – Россия Млечный путь, имеет спиральную структуру которая при этом вращается. А любой, вращающийся объект имеет две скорости: угловую и линейную. Если в твердых телах линейные скорости растут пропорционально удалению от центра вращения, имея одинаковую угловую скорость. То в спиральных галактиках линейная скорость вращающихся частей, остается практически одинаковой, 220-230 км/с, а это значит, что угловая скорость падает по мере увеличения расстояния от центра. Поскольку спиральные ветви нашей галактики представляют собой волны плотности, распространяющиеся по звездному скоплению галактического диска, то угловая скорость вращения таких спиральных волн, постоянна. На определенном расстоянии от центра галактики линейная скорость объектов, равна скорости этих волн плотности. Это место в галактике называется коротационной окружностью (от англ. corolation - совместное вращение). Эта зона имеет определенные размеры, примерно равные 700 световым годам и образует коротационный тор. Все объекты этого тора имеют свои свойства и совершают вращение в совершенно особых условиях. Именно, на оси этого тора, что по ширине, что по толщине, находится Солнце.
Что означает наше место в коротационном торе, а то что Солнцу не приходится проходить через опасные рукава Галактики.
Сейчас, Солнце вместе с системой планет располагается между спиральными рукавами Персея и Стрельца и медленно движется по направлению к рукаву Персея. Причем "время жизни" Солнечной системы (4,6х109) по порядку величин равно времени, которое она проводит в пространстве между спиральными рукавами (7,8х109 лет). Другие звезды, а также их планеты вне коротационного тора, подвергаются гораздо большему риску от последствий взрывов сверхновых, так как они чаще проходят через спиральные рукава.
Условия образования звезд в зоне коротации и вне ее совершенно различны. Звезды образуются из межзвездного газа, который, вращаясь вместе с галактическим диском, имеет всюду, за исключением зоны коротации, угловую скорость, отличную от угловой скорости дифференциально вращающегося диска. В гравитационном поле спиральных рукавов межзвездный газ ускоряется. Возникает явление, которое называют галактической ударной волной: на внутренней кромке рукавов образуется спиралевидная полоса сжатого межзвездного газа, в которой собственно и рождаются звезды. Вполне понятно, что в зоне коротации рукава галактик вращаются синхронно с межзвездным газом, т.е. относительного движения почти нет, и ударной волны не образуется. Таким образом, образование звезд в зоне коротации и вне ее, происходит в разных условиях. То есть, Солнце уже уникально тем, что образовалось совершенно по другому.
Инородное происхождение Солнечной Системы.
Млечный Путь не похож на другие спиральные галактики. Вместо, аккуратного плоского диска, наша галактика искажена. Примерно 10 млрд. лет назад, в результате слияния Млечного Пути с «галактикой-сосиской» "Гайя-Энцелад" добавились по крайней мере восемь шаровых скоплений с 50 миллиардами солнечных масс звёзд, газа и темной материи. В общем, есть такой факт водородной ряби и утолщений Млечного пути чужеродными элементами. Солнце находится на расстоянии 26 тысяч световых лет от центра Галактики, где амплитуда деформации очень мала. Изгиб особо не влияет на ее траекторию движения. А вот звездам которые находится дальше не так повезло. Их будет так изгибать что они увидят ядро галактики. Если ближних к ядру от излучений ядра, не защищает пыль и газ, то дальних начинает мотать по вертикали, лишая защиты от жесткого излучения ядра.
Возможно, что при прохождении через Млечный Путь других галактик, на коротационную окружность нашу Солнечную систему занесли извне. Среди ближайших соседей на десятки парсек, нет звезд того же состава и возраста. Такое впечатление, что Солнце кто-то аккуратно вмонтировал на ее место. Известных родственников нашего Солнца, родившихся с ним из одного протозвездного облака просто нет в природе. [Fe/H] (или металличность) нашего Солнца равна 0, а возраст 5 млрд лет. На графиках видно на сколько это редкое соотношение
Точное место на эклиптике Млечного пути.
В коротационной окружности Солнечная система расположена точно в галактической плоскости (эклиптике) отклоняясь от нее на 210 световых лет по вертикали с периодичностью 67 миллионов лет.
Колеблясь вместе с изгибом Млечного Пути. Не совпадение эклиптики Солнечной системы с эклиптикой галактики, выдает ее инородное происхождение. Солнечная система крутится перпендикулярно галактической плоскости.
Что означает столь центровое место на эклиптике. Собранные космическими миссиями Voyager, ученые смогли построить модель магнитного поля в окрестностях Солнечной системы. Это поле защищает Солнечную систему от галактических излучений. Магнитное поле Земли защищает ее от излучений Солнца. Но есть и третий совершенно неизученный уровень. Ученые впервые сделали фото магнитного поля вокруг чужой галактики, но я подозреваю что подобное магнитное поле нашей галактики защищает эклиптику от внегалактических излучений. Неслучайно, с периодичностью в 67 млн лет происходят массовые вымирания. Может быть, Солнечная Система выходит за пределы тени туманностей Стрельца или из областей наивысшей напряженности магнитного поля. Чем глубже находится объект в магнитном поле, тем больше защита. Наибольшая интенсивность галактического магнитного поля, находится в плоскости эклиптики, там где солнечная Система.
Защита Солнечной Системы от излучений галактического ядра туманностями Стрельца.
Самый большой космический объект звездного неба - Млечный путь в разрезе. На втором месте по величине, галактика Андромеды. И в самом толстом месте Млечного пути, мы должны увидеть громадный объект размером и светимостью с Луну - Центр нашей галактики. Сам он скрыт туманностями Стрельца и веден только в нескольких диапазонах.
Впрочем, если бы мы увидели ядро Галактики, то нас бы не было. Оно светит коротковолновым излучением в гамма и рентгеновском диапазоне. Все живое просто бы умерло. Вне коротационной окружности любое место галактики двигаясь с различием угловой и линейной скоростей, будет постоянно менять свое расположение относительно облаков пыли, подвергаясь выжиганием жесткими излучениями от ядра галактики. Даже, на коротационной окружности, надо иметь такое место, которое будет прикрыто от излучений галактического ядра, как минимум последние два миллиарда лет. Много ли таких мест? Думаю мало. Может только одно в галактике. И именно в этом месте помещена наша Солнечная Система.
Удивляет, точное совпадение видимых угловых диаметров Солнца, Луны и Галактического ядра.
Двойники Солнца.
Со времен Джордано Бруно в научной популярной и прочей литературе, встречается мнение, что Солнце рядовая звезда, каких в нашей галактике миллиарды и на многих из них есть жизнь. Некоторые ученые, делают расчеты типа формулы Дрейка, со многими неизвестными прогнозируя вероятность возникновения других цивилизаций.
N — количество разумных цивилизаций, готовых вступить в контакт;
R — количество звёзд, образующихся в год в нашей галактике;
f_p — доля солнцеподобных звёзд, обладающих планетами;
n_{e} — среднее количество планет (и спутников) с подходящими условиями для зарождения цивилизации;
f_{l} — вероятность зарождения жизни на планете с подходящими условиями;
f_{i} — вероятность возникновения разумных форм жизни на планете, на которой есть жизнь;
f_{c} — отношение количества планет, разумные жители которых способны к контакту и ищут его, к количеству планет, на которых есть разумная жизнь;
L — время жизни такой цивилизации (то есть время, в течение которого цивилизация существует, способна и хочет вступить в контакт).
Во только в этой формуле не хватает множества переменных. Не всякие звезды годятся на роли колыбели разума. Высокоразвитая жизнь у молодых звезд практически исключена. В шаровых скоплениях, состоящих из самых старых звезд в Галактике, не смогли открыть ни одной планеты. Чем звезды были менее богаты тяжелыми элементами, тем более каменистые у них планеты. А раз так то в них нет железного ядра для создания магнитного поля. Не годятся двойные звезды у планет слишком большой эксцентриситет. Если звезда слишком маленькая, то зона жизни на ней слишком близко к звезде, а значит планета в приливной ловушке. К тому же красные карлики слишком неспокойны. Если звезда большая, то она мало живет. Искать надо желтые карлики, а они оказались редкостью.
До недавнего времени ученые не умели измерять яркость звезд с очень высокой точностью. Существовали лишь теории, что Солнце - это обычный желтый карлик по параметру звездной активности. Однако измерения космического телескоп Кеплер показали, что это не совсем так. В среднем желтые карлики более «шумные», чем наше Солнце. Этот факт, стал одной из главных причин, почему телескопу Кеплер не удалось пока найти у желтого карлика достоверный аналог нашей Земли. Двойником Солнца, называют звезды, температура поверхности которых не отличается от солнечной более, чем на 100 Кельвинов, металличность и сила тяжести не отличается от солнечной более, чем на 0.1 деление на логарифмической шкале этих параметров. Из 60 исследованных звезд, по многим параметрам похожих на солнце, самым близким двойником является, 18-ая Скорпиона, находится в 45,7 световых лет от нас. Шар радиусом 14 парсек содержит примерно 1000 звезд. Следующая ближайшая звезда двойник солнца HD 2071 в 89 световых годах. Это уже 28 парсек, в шаре 28 парсек, примерно 3000 звезд. То есть плотность двойников солнца в нашей галактики порядка 1 солнце на 1000 звезд. С учетом красных и коричневых карликов, которых непрерывно открывают последние годы, плотность двойников солнца еще ниже, одна звезда похожая на Солнце на пару тысяч других звезд. Но большинство из них или моложе Солнца, или старей.
Но даже ближайший двойник Солнца, звезда 18 Скорпиона, моложе нашего солнца на 1,7 миллиарда лет. На Земле 1,7 миллиарда лет назад, в конце палеопротерозоя только появились первые эукариоты, клетки с ядрами. Одно радует, цианобактерии, уже могли совершить «кислородную катастрофу» — глобальное изменение состава атмосферы Земли, произошедшему в самом начале протерозоя.
Так что на планетах 18 Скорпиона, если там есть двойник земли, в лучшем случае можно будет ходить только в противогазах. Но никакой жизни там нет. Рано еще.
Редкое происхождение Солнечной системы.
То есть, сам одиночный желтый карлик, достаточно редкая звезда. Двойники Солнца — штучные экземпляры. Но все, на самом деле еще хуже. Новое исследование соотношения изотопов радиоактивных элементов, которые содержатся в метеоритах (вещество, из которого образовалась Солнечная Система) говорит о большом избытке радиоактивных элементов по сравнению с другими звездными системами. Подобный избыток может объясняться тем, что Солнечная Система образовалась не из вещества сверхновых – результата коллапса массивных звезд, а является продуктом более редкого события – слияния нейтронных звезд. Так, если частота вспышек сверхновых в нашей галактике оценивается, как одна в 100 лет, то случай слияния нейтронными звездами является в тысячу раз более редким – примерно один раз в 100 тысяч лет. Мы внуки слияния двух нейтронных звезд, дети черной дыры которая облучила предсолнечную туманность, то есть потомки довольно редкого события. Именно им объясняется непохожесть нашего Солнца на своих соседей ни возрастом, ни металличностью, ни количеством радиоактивных элементов.
Из за того что мы продукт слияния нейтронных звезд, у предсолнечной небулы была высокая металличность, которая дала планетам земной группы железные яйца ядра, которые в свою очередь дали Земле магнитное поле защищающее от излучений Солнца. Причем, несмотря на то что у Венеры такое же ядро, тем не менее магнитного поля нет. Венера в приливной ловушке. А значит ее металлическое ядро не вырабатывает магнитного поля. Нужно не только иметь очень редкое происхождение. Но и самой планете занять определенное место в этой Солнечной Системе.
Оценка числа звезд, с таким же расположением, как наша Солнечная Система.
Наша Галактика содержит, по современной оценке, от 200 до 400 миллиардов звёзд. Но в коротационном торе приблизительно 320 млн звезд. Из них в плоскости эклиптики, где то 40 млн звезд. Из них двойников солнца около 40 000. На коротационной окружности не все места пригодны для жизни, надо затенение туманностями от излучений ядра, поэтому поделим на десять, остается 4 000 звезд. Возраст обитаемой системы не может быть меньше 4 млрд лет (2 млрд на стабилизацию системы и 1 млрд на органический синтез 1 на эволюцию до хотя бы динозавров) и не больше 6 млрд (из-за начала увеличения самой звезды) около 25% то есть всего 1000 звезд.
Вероятность наличия планеты земного типа в условно обитаемой зоне можно оценить (исходя из данных космического телескопа "Кеплер" ) до 5%, остается около 50 звезд с планетами, а размер примерно с Землю (из-за размера атмосферы и парниковых эффектов) ещё около 20% итого набегает, что то вроде 10 планет на всю Галактику. А ведь есть и другие ограничения, кто то недостаточно металличен, кто то попал в приливную ловушку как Венера. Необходимо условие существования крупного спутника, существование газовых гигантов на внешних орбитах систем, для чистки системы от кометного и астероидного мусора. Скорей всего таких мест в галактике только одно и это наша Солнечная Система. Но пусть их 10. Реально средние расстояния между этими 10 обитаемыми планетами на торе около 7000 световых лет - добраться сложновато.
А ведь на эти 10 планет, еще есть условие существования крупного спутника, и возможно существование газовых гигантов на внешних орбитах систем, для чистки системы от кометного и астероидного мусора.
А уж есть учесть происхождение Солнца из нейтронных звезд. То сам шанс появления такой звезды в таком удачном месте, равен нулю. А сколько еще есть уникальностей о которых мы еще даже не подозреваем.
Уникальность нашей Галактики.
Есть еще одна область уникальности, сравнение галактик. Но исследование окружающих галактик, довольно молодая область астрофизики. Тут слишком мало материалов для сравнения. Тем не менее, самая исследованная галактика во Вселенной – Млечный путь, весьма непохожа на окружающие ее галактики. Предварительные результаты, полученные при помощи обзора неба Satellites Around Galactic Analogs (SAGA) Survey, указывают на то, что галактики-спутники Млечного пути намного более "спокойные", по сравнению с другими системами сравнимой светимости и состава. Многие галактические спутники этих «галактик-сестер» активно рождают новые звезды, однако галактики-спутники Млечного пути демонстрируют относительно низкую звездообразовательную активность в сравнении с другими спиральными галактиками. Тут пока можно только гадать.
Уникальность Земли.
Несмотря на громадный рост числа новооткрытых экзопланет, около 5000 на сегодняшний день. Ничего подобного Земле, еще не найдено. Нет сомнений, что когда-нибудь найдут что то похожее. Вот только кроме размеров планеты, практически нулевого эксцентриситета орбиты орбиты, расстояния до солнца, нахождение в зоне Златовласки и параметров солнца. Что бы на планете смогла развиваться жизнь, должна совпасть еще куча других факторов. Одним из самых главных является металличность, довольно редкое явление в нашей Галактике. И не просто достаточное количество веществ, отличных от гелия и водорода, а одновременно с выполнением кучи других условий.
Земля уникальна среди внутренних планет Солнечной Системы не только наличием жизни, но и самым «крупным» спутником (в относительном размере) среди всех 8 планет. Наличие крупного спутника в системе Земли вероятно приводит к мощному приливному разогреву недр нашей планеты. Следствием этого является подержание металлического ядра в жидкой форме, что приводит к образованию мощного магнитного поля. Это поле защищает нашу планету от космической радиации. Из всех четырех внутренних планет, подобное поле кроме Земли наблюдается лишь на Меркурии (в этом случае оно вероятно поддерживается приливными силами Солнца). Другим важным следствием приливного разогрева Земли вероятно является глобальная плитовая тектоника, которая приводит к постоянным процессам обмена вещества между поверхностью и мантией. Глобальная плитовая тектоника не наблюдается на других планетах Солнечной Системы.
Причем жизнь на Земле существует довольно долго, но для нас важна разумная жизнь. Даже на нашей планете, она существует микроскопический срок, на несколько порядков меньший, чем само существование жизни. Мы не можем предположить какие условия нужны возникновении этого разума из обычной жизни. А как этому разуму преодолеть мальтузианскую ловушку вечного средневековья. Сколько могли существовать австралийские аборигены, замерев на одном уровне развития, миллионы или пока не вымерли бы. Говорят, что 70000 лет назад человечество почти вымерло, осталось несколько семей. Любая случайность, могла прервать их существование. И пришлось бы ждать десятки миллионов лет, пока новая лысая обезьяна не займется проституцией, которая сделала из обезьяны человека. Человек стал прямоходящим, чтобы приносить вкусности самкам в обмен на секс. (А. Марков "Эволюция человека").
За пределами обзора осталось куча уникальностей. К примеру, есть гипотеза, что планеты-гиганты образуются в далеких областях протопланетного облака и затем медленно мигрируют к звезде, вычищая по дороге планетную систему от планет земного типа, встречающихся на пути .
Остается непонятным, почему этот механизм не сработал в солнечной системе и Юпитер не переместился к Солнцу, зачистив по пути планеты земной группы. А ведь он возник в 4 раза дальше, и за 700000 лет по спиральной траектории встал на свое место. Почему он остановился? Говорят его движение прервал Сатурн, то есть чтобы систему не зачистили надо 2 планеты-гиганта. Уж сколько таких планет-гигантов, вблизи своих звезд было открыто. В тех солнечных системах, нет планет земных групп. Все зачищено в ноль. В то же время, роль планет гигантов в чистке системы от мусора неоценима. Любая крупная жизнь в грязной системе постоянно бы вымирала.
Итого.
Место солнца уникально в нашей галактике. В центре коротационной зоны, прямо на эклиптике, закрыто от излучения ядра галактики туманностями. Само солнце тоже уникально, уникальный продукт слияния двух нейтронных звезд с наиболее высокой металличностью среди окрестных звезд. И такая уникальность обеспечивается уникальностью земли с уникальным расположением в водном поясе, с уникально большим спутником. Так и мерещится, в этом какой то в этом замысел сверхсущества. Найти такое место в галактике, запихнуть туда на специальное место звезду отличающуюся от соседей, да и в самой солнечной системе немало потрудится.