Ответ на пост «Факты о космосе, от которых становится не по себе»
Интересный (и относительно малоизвестный среди неспециалистов) факт состоит в том, что, несмотря на огромные масштабы космоса, если бы у нас был подходящий двигатель и подходящая защита от излучения и столкновений с космической пылью, то одной человеческой жизни было бы вполне достаточно, чтобы долететь до другого конца нашей галактики или даже до другой галактики! Но вот только если потом таким же образом вернуться обратно на Землю, то окажется, что там прошли сотни тысяч лет...
(Напомню, что размер нашей галактики в поперечнике - около 90 тыс. световых лет, то есть свету нужно лететь 90 тысяч лет, чтобы её пересечь; а расстояние до галактики Андромеды, которая изображена на фото выше, составляет около 2,5 млн. световых лет.)
Всё дело в релятивистском эффекте замедления времени (https://ru.wikipedia.org/wiki/Замедление_времени). Этот эффект приводит к тому, что на космическом корабле, который летит с большой скоростью относительно Земли, время идёт совсем не так, как на Земле.
Конкретно, предположим, что у нас есть космический корабль, который может лететь с постоянным ускорением (в своей системе отсчета), равным ускорению свободного падения на поверхности Земли. Это, кстати, очень удобно, поскольку экипаж тогда будет ощущать обычную для нас силу тяжести во время всего полёта. Уже через два года (с точки зрения наблюдателя на Земле, на самом корабле пройдёт меньше полутора лет) скорость такого корабля относительно Земли составит 90% скорости света. Когда на Земле пройдёт 10 лет (на корабле за это время пройдёт 3 года), скорость корабля относительно Земли уже будет 99,5% от скорости света.
Так вот, оказывается, что за то время, пока на Земле пройдёт 45 тысяч лет, корабль пролетит примерно 44999 световых лет (поскольку почти всё время он будет двигаться относительно Земли со скоростью, близкой к скорости света), а экипаж корабля постареет всего лишь на 11 лет!
Если теперь развернуть корабль на 180 градусов и начать тормозить с тем же ускорением, то за следующие 45 тыс. лет (с точки зрения наблюдателя с Земли) корабль сбросит свою скорость, оказавшись на другом конце галактики. При этом для экипажа пройдёт всего лишь 22 года. Так что всего за 44 года (для тебя самого) можно слетать на другой конец галактики, посмотреть там какую-нибудь планету, а потом вернуться на Землю. Правда, на Земле за это время пройдёт 180 тыс. лет, и она вряд ли будет похожа на ту Землю, которую ты покидал.
Можно таким образом и в соседнюю галактику слетать. Например, как я упоминал выше, расстояние до галактики Андромеды составляет около 2,5 млн. световых лет (свет летит туда два с половиной миллиона лет). Но для экипажа нашего корабля пройдёт всего лишь около 30 лет, пока корабль будет туда лететь. А за 60 лет (для экипажа) можно даже слетать туда и вернуться обратно на Землю. Но вот только на Земле пройдёт 5 миллионов лет...
Конечно, это всё, в любом случае, из разряда не особо научной фантастики, поскольку такой двигатель, который мог бы годами выдавать постоянное ускорение в 1g, очень сложно себе представить (хотя есть некоторые идеи, например, использовать для этого небольшие искусственные чёрные дыры: https://arxiv.org/abs/0908.1803). А еще сложнее себе представить защиту, которая могла бы спасти корабль и экипаж, движущиеся на скорости, близкой к скорости света, от столкновений с космической пылью и излучения.
(Все вычисления, результаты которых я привёл в посте, вполне стандартны, каждый может их воспроизвести самостоятельно, воспользовавшись соответствующими уравнениями из теории относительности: https://ru.wikipedia.org/wiki/Релятивистское_равноускоренное_движение.)
Космические туннели и железо на голову или зачем нам космодром «Восточный»
На днях меня попросили проконсультировать инфографику РИА Новости, посвященную первому пуску с космодрома "Восточный". И там будет одно серьезное упрощение из-за ограничений формата материала. На самом деле, космодром "Восточный" нужен нам не из-за того, что большинство гражданских запусков происходит с космодрома "Байконур". Но, чтобы объяснить, зачем он нам нужен, придется рассказать, почему орбиту космического аппарата можно сравнить с туннелем, а также объяснить, что за "железо" падает с неба, и на кого оно падает.
Туннель в небе
Физика орбитального движения совершенно не интуитивна. Она скорее противоположна тому, что представляет себе обычный человек. И даже хорошие фильмы, вроде бы стремящиеся к реалистичности, дают совершенно неверное представление о том, как летают спутники и космические корабли. Помните "Гравитацию", в которой лихо перелетали от "Хаббла" к МКС, а затем к китайской станции? Даже если отбросить разницу в высоте орбит, один параметр орбитального движения убивает даже малейший шанс на такие перелеты. Этот параметр называется "наклонение орбиты".
Наклонение орбиты - это угол между плоскостью орбиты спутника и плоскостью экватора (для спутника Земли)
Например, для случая "Гравитации" картинка будет такая:
И тот факт, что плоскости орбит совсем не совпадают - это еще не беда. Настоящая беда в том, что для низкой круговой орбиты (а "Хаббл", МКС, "Тяньгун" и масса прочих спутников - это низкая круговая орбита) изменение наклонения очень дорого. Чтобы "повернуть" орбиту на 45° нам придется изменить свою скорость примерно на 8 км/с, столько же, сколько нам понадобилось для выхода на орбиту. А изменение скорости - это трата топлива и сброс ступеней. То есть, если ракета массой 300 тонн выводит на орбиту 7 тонн, то после изменения наклонения на 45° останется всего 150 килограмм. Фактически, каждый орбитальный аппарат летит внутри невидимого туннеля, диаметр которого зависит от его способности изменять свою скорость. Поэтому при запуске спутников их стараются вывести сразу на нужное наклонение.
Проторенные дороги
А какое наклонение используется для существующих орбитальных аппаратов? На орбите Земли сейчас много спутников:
Если приглядеться, то видно, что на каких-то орбитах спутников больше. Вот картина, показывающая движение спутников относительно Земли:
Геостационарная орбита (зеленый). Это круговая орбита с высотой 36 000 км и наклонением 0°. Спутник на ней находится над одной точкой земной поверхности, поэтому на картинке правильная геостационарная орбита обозначена зеленой точкой. Зеленые петли - это неисправные спутники или такие, у которых закончилось топливо. Геостационарная орбита находится под возмущающим воздействием Луны, и нужно тратить топливо просто для того, чтобы оставаться на месте. На этой орбите обитают телекоммуникационные спутники, которые приносят прибыль, поэтому свободные места на ней найти уже трудно.
Орбиты ГЛОНАС/GPS (синий и красный). Эти орбиты имеют высоту примерно 20 000 километров и наклонение в районе 60°. Как ясно из названия, на них находятся навигационные спутники.
Полярные орбиты (желтый). Эти орбиты имеют наклонение в районе 90° и высоту обычно не больше 1000 км. В этом случае спутник будет пролетать над полюсами каждый оборот и будет видеть всю территорию Земли. Отдельным подвидом таких орбит являются солнечно-синхронные орбиты с высотой 600-800 км и наклонением 98°, на которых спутники пролетают над разными участками Земли примерно в одно и то же местное время. Эти орбиты востребованы для метеорологических, картографических и разведывательных спутников.
Кроме этого, надо отметить орбиту МКС с высотой 450 км и наклонением 51,6°.
Бессердечная география
Ну, хорошо, с наклонениями мы разобрались, скажет читатель. А причем тут космодром? Дело в том, что есть такой неприятный физический закон:
Начальное наклонение орбиты не может быть меньше широты космодрома.
Почему так? Все становится понятней, если нарисовать траекторию спутника на карте Земли:
Если мы, стартовав с Байконура, начнем разгоняться на восток, то получится орбита с наклонением широты Байконура, 45° (красная). Если мы начнем разгоняться на северо-восток, то самая северная точка орбиты будет севернее Байконура, то есть наклонение будет больше (желтая). Если мы попробуем схитрить и начнем разгоняться на юго-восток, то получившаяся орбита все равно будет иметь самую северную точку севернее Байконура и, опять же, большее наклонение (синяя).
А вот такая орбита невозможна физически, потому что не проходит через центр масс Земли. Точнее, она невозможна для полета с выключенным двигателем. Вы сможете какое-то время находиться на такой орбите с включенным двигателем, но топливо кончится очень быстро.
Таким образом, если мы хотим запускать спутники на геостационарную орбиту не с экватора, нам надо каким-то образом обнулять наклонение орбиты, расходуя топливо. Именно эти расходы и объясняют, почему одна и та же ракета "Союз-2.1а" успешно выводит спутники на геостационарную орбиту с космодрома Куру около экватора, но не используется для этих задач с Байконура.
Россия - северная страна. И если на полярные орбиты и орбиты ГЛОНАСС можно спокойно запускать спутники с Плесецка, который расположен на широте 63°, то для геостационарной орбиты чем южнее расположен космодром, тем лучше. И тут вступает в силу вторая проблема - не любая территория подходит для космодрома.
Ступенью по кумполу
Все современные ракеты при запуске спутника сбрасывают отработанные ступени и головные обтекатели, которые падают на Землю. Если место падения находится в другой стране - приходится договариваться с этой страной по каждому пуску. Поэтому, например, минимальное наклонение космодрома Байконур не 45°, а 51°, потому что иначе вторая ступень будет падать в Китай:
А по месту падения первой ступени приходится договариваться с Казахстаном и платить за использование этих районов. Иногда возникают проблемы, и запуск спутников откладывается. Районы падения приходится отчуждать немаленькие:
И в европейской части России хороших мест для космодрома нет. Я поигрался с картами, на Кавказе можно извернуться и пытаться запускать из района Моздока, но и тогда придется стараться, чтобы вторые ступени не упали в Казахстан. Если запускать ракету из Крыма, то первая ступень будет падать в населенные районы около Ростова-на-Дону, а вторая ступень будет опять же норовить упасть в Казахстан. И это не учитывая проблемы с инфраструктурой в обоих вариантах. На этом фоне посмотришь на доступные наклонения для космодромов США и пожалеешь о бессердечности физики с географией.
Но ведь у нас тоже есть восточное побережье. И, если мы разместим космодром там, то можно будет найти глухие районы для падения отработанных ступеней для самых востребованных наклонений: 51,6° (на МКС и геостационарную орбиту), 64,8° (ГЛОНАСС, некоторые спутники зондирования Земли), 98° (на полярную орбиту).
Еще раз тезисно
Космодром Восточный даст нам возможность запускать полезные нагрузки на геостационарную орбиту и к МКС без необходимости согласования этих запусков с другими странами и выплат им за использование районов отчуждения. Он расположен в южной части страны и обеспечивает начальное наклонение орбиты не хуже Байконура. Стартовый комплекс для новой ракеты-носителя "Ангара" нерационально строить на Байконуре (еще раз, согласование пусков и районы падения), но с Восточного она обеспечит не меньшую грузоподъемность.
Приятная мелочь: новый стартовый комплекс с башней обслуживания, как в Куру, позволит запускать западные полезные нагрузки, которые должны устанавливаться на ракету-носитель в вертикальном положении.
Бонусом также идут развитие инфраструктуры, толчок к развитию территории, наукоград и прочее.
Источник: http://lozga.livejournal.com/111549.html
Куда и с какой скоростью мы летим
Начало -- http://pikabu.ru/story/_5070492
Итак, Земля вращается вокруг своей оси, и если вы не находитесь на одном из полюсов, то вращение Земли заставляется вас перемещаться в пространстве со скоростью 265 метров в секунду (пример для Москвы), даже если вы просто сидите и читаете Пикабу. Это первый верктор движения.
==================================
Второе направление движения -- это движение вокруг Солнца. Планета Земля вращается вокруг Солнца со скоростью 30 километров в секунду.
==================================
Третье направление движения -- это движение нашей солнечной системы вокруг центра нашей Галактики (Млечный Путь, если кто не знал). Наша солнечная система движется со скоростью 230 километров в секунду
==================================
Четвёртое. Так, наша Галактика и Галактика Андромеды, два массивных объекта Местной группы галактик, гравитационно притягиваются и движутся навстречу друг к другу со скоростью около 100-150 км/сек, причем основной компонент скорости принадлежит нашей галактике. Поперечная составляющая движения точно не известна, и беспокойства о столкновении преждевременны. Дополнительный вклад в это движение вносит и массивная галактика M33, находящаяся примерно в том же направлении, что и галактика Андромеды. В целом скорость движения нашей Галактики относительно барицентра Местной группы галактик около 100 км / сек примерно в направлении Андромеда/Ящерица (l = 100, b = -4, α = 333, δ = 52), однако эти данные еще весьма приблизительны. Это весьма скромная относительная скорость: Галактика смещается на собственный диаметр за две-три сотни миллионов лет или, очень примерно, за галактический год.
.
Если измерить скорость Галактики относительно удаленных скоплений галактик, мы увидим иную картину: и наша галактика, и остальные галактики Местной группы совместно как некоторое целое движутся в направлении большого скопления Девы примерно со скоростью 400 км/сек. Это движение также обусловлено гравитационными силами.
==================================
Пятое. Фоновое реликтовое излучение определяет некоторую выделенную систему отсчёта, связанную с всей барионной материей в наблюдаемой части Вселенной. В каком-то смысле движение относительно этого микроволнового фона - это движение относительно Вселенной в целом (не нужно путать это движение с разбеганием галактик!). Определить это движение возможно, измерив дипольную температурную анизотропию неравномерность реликтового излучения в разных направлениях. Такие измерения показали неожиданную и важную вещь: все галактики в ближайшей к нам части Вселенной, включая не только нашу Местную группу, но и скопление Девы и другие скопления, движется относительно фонового реликтового излучения с неожиданно большой скоростью. Для Местной группы галактик она составляет 600-650 км / сек с апексом в созвездии Гидра (α=166, δ=-27). Выглядит это так, что где-то в глубинах Вселенной существует еще необнаруженный огромный кластер многих сверхскоплений, притягивающий материю нашей части Вселенной. Этот гипотетический кластер был назван Великим Аттрактором.
Что находится за пределами нашей Вселенной?
Многие слышали, что диаметр видимой Вселенной составляет 93 млрд световых лет и видели картинки, изображающие нашу Вселенную также как на изображении внизу. При этом у большинства возникает вопрос, а что же находиться дальше, за пределами этой сферы? Давайте разберёмся в этом вопросе вместе.
Единой точки зрения, является ли Вселенная действительно бесконечной или она конечная в пространстве и объёме, не существует. Однако, мы можем рассмотреть наиболее правдоподобные теории об этом.
Имеет ли Вселенная границы?
Несмотря на множество исследований, учёные до сих пор не вполне уверены, бесконечна ли наша Вселенная или просто она очень велика. Чтобы определиться между этими двумя вариантами, астрономы смотрят на кривизну пространства-времени на масштабах всей Вселенной. На столь больших масштабах она говорит о самой форме нашей Вселенной, и если она геометрически совершенно плоская, то она может быть по-настоящему бесконечной.
Текущие наблюдения и измерения кривизны Вселенной показывают, что она на 99,99% плоская. Можно подумать, будто это означает, что Вселенная бесконечна, но всё не так просто. Даже в случае плоской Вселенной космос необязательно должен быть бесконечно велик. Если, например, взять поверхность цилиндра, она геометрически является плоской, ведь параллельные линии на её поверхности не пересекаются, но при этом цилиндр имеет конечный размер. Также может быть и со Вселенной, то есть она может быть плоская, но одновременно замкнутая в саму себя и иметь ограниченный объём.
А если граница есть, то что за ней?
Если эти границы существуют и Вселенная имеет ограниченный объём, то точного понимания, что за ними, у нас нет, и, скорее всего, никогда не будет. Но существует целый ряд теорий, объясняющих, что находится за пределами нашей Вселенной.
Согласно одной из них, за пределами нашей Вселенной может существовать так называемая “супер” Вселенная. То есть такое пространство вне нашей Вселенной, которое простирается бесконечно и, в котором наша Вселенная может расширяться вечно. А на расстоянии сотен миллиардов световых лет от нас могут быть другие вселенные, похожие на нашу. На этом моменте возникает вопрос: почему же мы тогда их не видим?
Наиболее вероятным объяснением этого является то, что эти вселенные находятся настолько далеко, что к тому времени, когда их свет достигнет Земли, он может потерять столько энергии, что мы физически не сможем его заметить, или вообще наша Вселенная может погибнуть, если она не вечна, к тому времени, когда этот свет достигнет нас.
Согласно другой теории: за пределами нашей расширяющейся Вселенной существует другая пространственно-временная вселенная, с большим количеством измерений, в которой наша Вселенная расширяется. Поскольку эта вселенная имеет высшее измерение, то мы не можем его увидеть, выявить или постичь.
Одним словом, существует много похожих теорий о том, что же может быть за пределами нашей Вселенной, если эти пределы есть, и все они сводятся к тому, что за пределами либо другая, бОльшая вселенная, либо там абсолютное ничто, которое и описать то невозможно, ведь там отсутствует само пространство.
Видимый край Вселенной?
На этом фото можно увидеть галактику, обнаруженную, как говорят: на краю Вселенной. Но на каком краю? На видимом краю Вселенной.
Край видимой Вселенной — это сфера с центром в месте нахождения наблюдателя (в данном случае на Земли). Радиус этой сферы можно определить по времени, за которое свет мог дойти до нас со времени Большого Взрыва. Вообще-то, расстояние от Земли до края видимой Вселенной должно составлять около 13,7 миллиардов световых лет, но поскольку за время полёта фотонов к нам Вселенная продолжала расширяться, то расстояние составляет около 46-47 миллиардов световых лет.
И каждое место во Вселенной имеет свой видимый сферический край Вселенной, достижимый для наблюдения. Также мы не можем увидеть, что находится за этим краем, но согласно космологическим принципам, там должно находиться такое же пространство как наше, такие же звёзды и галактики, как те, что окружают нас.
Ставьте плюс, чтобы видеть в своей ленте больше статей о космосе и науке!
А если хотите больше, то вот мой тг канал о космосе, весь движ там)CosmoVision
Титан без облаков.
Смотрим Титан в инфракрасном свете.
Напомню, что Титан:
1.Крупнейший спутник Сатурна и второй по величине спутник в Солнечной системе.
2.Единственное, кроме Земли, тело в Солнечной системе, для которого доказано стабильное существование жидкости на поверхности.
3.Единственный спутник Сатурна, обладающим плотной атмосферой.
Сможете найти на картинке цифру среди букв?
Справились? Тогда попробуйте пройти нашу новую игру на внимательность. Приз — награда в профиль на Пикабу: https://pikabu.ru/link/-oD8sjtmAi