Движение Солнечной системы вокруг центра Галактики
Вселенная — это непрерывное движение. Все, начиная от элементарных частиц, и заканчивая скоплениями галактик, находится в постоянном движении.
Солнечная система — не исключение из правил; она движется вокруг центра Млечного Пути.
Земля: колыбель жизни
Земля – единственная известная нам живая планета. Оптимальное расстояние от светила – не слишком жарко и не слишком холодно, наличие жидкой воды и атмосферы – эти факторы стали благоприятными условиями для возникновения и развития жизни на нашей планете. Но так ли это просто – тепло, свет, воздух, вода – и появляются живые организмы? Что нужно, чтобы там, где нет ни одной живой клетки, вдруг взялся организм, пусть даже – простейший?
У наших предков ответ на этот вопрос был простым: все живое создал бог. Вплоть до XIX века «божественная» теория была основной. Революцию в этом вопросе произвел Чарльз Дарвин, опубликовав в 1859 году свою книгу «Происхождение видов путем естественного отбора», где описал процесс эволюции земной жизни. В отличие от других эволюционистов, Дарвин сумел доказать реальность изменчивости видов в природе, благодаря его работе сошли на нет идеи о строгом постоянстве видов. Однако на вопрос «откуда взялась первая живая клетка» четкого, доказанного ответа нет до сих пор. Попробуем разобраться – почему этот вопрос так сложен и что говорят о возникновении жизни современные ученые.
Во времена Дарвина еще не существовало ни микробиологии, ни микроэлектроники, и живую клетку представляли довольно просто: некая оболочка с водой и протоплазмой внутри:
Появление такой клетки в океане из неживых материалов считалось простым процессом, для которого не требуется каких-то особых условий, нужны только вода, солнечный свет, тепло, воздух – и появляется простейшая жизнь.
В наши дни известно, что внутри даже самой простейшей живой клетки происходит множество биологических процессов. Для её функционирования нужны белки и аминокислоты, которые представляют собой весьма непростые молекулярные структуры, каждая из которых не является живой, вместе они обеспечивают рост, движение, метаболизм и размножение:
Каждый компонент этой фабрики сделан из больших сложных молекул, и наиболее многочисленные из них – это белки. Молекула белка состоит из сотен (!) более мелких молекул, называемых аминокислотами. В живых организмах обнаружено 20 типов аминокислот, и они образуют более 100 тысяч различных типов белков с определенной химической структурой:
Формирование белка начинается, когда строго определенные аминокислоты собираются в единую цепочку – это процесс, который часто сравнивают с группировкой букв в осмысленные слова и предложения:
Если все эти отдельные «строительные блоки» расположены правильно, то цепочка сворачивается в белок, полностью готовый для выполнения своей функции в клетке:
Но если хоть одна аминокислота находится не на своем месте, то цепочка не сворачивается и распадается:
Простейшая живая клетка содержит как минимум 300 типов белков, а также механизмы, необходимые для жизнедеятельности, роста и размножения, а также хранения и обработки генетической информации:
Отдельно стоит сказать о генетической информации: она представляет собой, выражаясь современным языком, системные файлы.
И вся эта сложнейшая структура должна была каким-то образом появиться в земном океане. Как же это произошло?
Сейчас все ученые единодушны в том, что вероятность случайного стечения обстоятельств, благоприятных для появления стольких сложных молекул и механизмов, крайне мала – куда меньше одной даже квадриллионной доли. Но все же она не равна нулю, поэтому официальная, материалистическая теория гласит: за миллиард-то лет такие условия могли возникнуть, и находящиеся в мировом океане аминокислоты соединились в белки, из которых случайным образом образовались живые клетки со всеми своими механизмами питания, преобразования энергии и размножения.
Есть в наши дни и очень уважаемые ученые, которые склоняются к мысли, что подобная цепь случайностей в реальном мире невозможна, и дело не обошлось без вмешательства Высшего разума. Наконец, существует и третья версия, предполагающая, что жизнь впервые появилась не на Земле, а на других планетах, где, возможно, ушли целые десятки миллиардов лет, пока совпали в моменте условия, необходимые для появления живой клетки – а уже впоследствии «семенами жизни» была засеяна наша планета.
Спор ученых мы оставим в стороне, ведь задача автора этой статьи – просто раскрыть вопрос: что было нужно для того, чтобы появился первый живой, хотя бы одноклеточный, организм.
Эволюция
Итак, с помощью Высшего разума или без оного (здесь каждый вправе решать сам) – на Земле, приблизительно 3,5 млрд. лет назад – появились живые микроорганизмы.
Первые из них были анаэробными – таким не требуется кислород для биохимических реакций, а энергию они получают в результате не окисления, а других химических реакций. В то время только такие организмы и могли выжить на Земле: атмосфера нашей планеты в том периоде эволюции – раннем архейском – почти не содержала кислорода и состояла из аммиака, метана, азота, водорода и водяного пара, углекислого газа, хлора, с примесью сероводорода и ничтожным процентом кислорода:
Из-за высокого содержания углекислого газа воздушная оболочка молодой Земли была намного плотнее нынешней, а вода, которой было еще совсем немного и которая собиралась в небольших водоемах, была кислой, соленой и очень горячей – 80-90° C. Как ни странно, именно в этих условиях зародилась жизнь:
По мере остывания атмосферы водяной пар из неё конденсировался, проливаясь на землю обильными дождями – так на нашей планете стал расти океан. Биосфера была сконцентрирована в прибрежной зоне,
а суша и огромный объем океана оставались совершенно безжизненными. В той микро-природе, занимавшей лишь узкую прибрежную полосу, еще не существовало падальщиков, и все погибшие существа скапливались на дне океана – именно из этих скоплений спустя сотни миллионов лет сформировались месторождения нефти.
Около 2,4 млрд лет назад произошло событие, благодаря которому на Земле впоследствии появилась вся известная нам природа и сложные формы жизни, а именно: некоторые бактерии освоили кислородный фотосинтез, то есть реакцию с поглощением углекислого газа и выделением кислорода. В результате бурного развития этих бактерий за считанные десятки миллионов лет (короткий по меркам эволюции срок) концентрация кислорода в атмосфере выросла примерно в тысячу раз и осталась на этом уровне; до прежних ничтожных величин она не опустилась больше никогда. Биосфера необратимо стала кислородной.
Поскольку для анаэробных организмов кислородная среда является агрессивной, то архейская эпоха закончилась глобальным вымиранием, известным как «кислородная катастрофа»: большая часть того, что биосфера Земли наработала за миллиард лет, погибло. Выжили в основном те, кто успел создать защищающие от кислорода ферменты – но как раз эти оставшиеся бактерии дали начало тысячам форм новых, куда более сложных живых существ.
Рост кислорода в атмосфере привет к исчезновению парникового газа – метана, т.к. этот газ окисляется с выделением углекислоты и воды, что, в свою очередь, привело к значительному снижению температуры на Земле. Следствием этого похолодания было гуронское оледенение – самый масштабный ледниковый период в истории нашей планеты, начавшийся 2.1 млрд лет назад и продолжавшийся целых 300 млн лет. Светимость Солнца в ту эпоху была на 30% ниже современной, поэтому ледники, согласно раскопкам, доходили порой даже до экватора:
Жизнь, однако, смогла сохраниться, несмотря на холод. А на суше, всё еще безжизненной, в этот период формировались континенты, залежи металлических руд и горных пород.
Солнце постепенно становилось ярче, льды отступили, но еще 500 млн лет назад земная суша выглядел так же, как сегодня – марсианская пустыня:
Тогда известных нам континентов еще не существовало, на Земле был один материк – Пангея (название придумал и опубликовал Альфред Вегенер в 1912 году), а примерно 200 млн лет назад гигантский континент раскололся, образовав Лавразию и Гондвану:
которые в меловом периоде (около 65 млн лет назад) распались на знакомые нам материки.
Движение тектонических плит продолжается, и через миллионы лет материки на нашей планете будут выглядеть иначе, чем теперь.
Время явной жизни на Земле началось приблизительно 540 млн лет назад, с так называемого «кембрийского взрыва». Прибрежная полоса океана тогда была населена малоподвижными и мягкотелыми существами, которые питались плавающими в воде питательными частицами и не имели ни скелета, ни панциря – эти приспособления были просто не нужны, т.к. хищников еще не существовало.
Однако к концу кембрия появились первые хищники, и беззащитным созданиям пришлось быстро и срочно меняться: приобретать скелет, мышцы и панцирь. Кембрийский взрыв послужил толчком для развития всего многообразия жизни на Земле.
Жизнь на суше началась с лишайников в прибрежной зоне к концу кембрия, а лесами Земля стала порастать в карбонский период (358 – 298 млн лет назад). Они состояли в основном из древовидных папоротников, и тогда еще не было организмов, умеющих разлагать древесину - поэтому массивные стволы не сгнивали, а их многокилометровые завалы впоследствии превратились в залежи каменного угля:
Первые земноводные, такие, как акантостега, вышли на сушу в пермском периоде (298 – 252 млн лет назад),
который закончился самым массовым вымиранием за всю историю многоклеточной жизни. Погибло до 96% морской и до 73% наземных видов животных. Сегодня рассматривается несколько возможных причин той катастрофы:
- усиление вулканической активности в Сибири;
- внезапный выброс метана со дна моря (вследствие приобретения некоторыми животными способности перерабатывать органику с большим выделением метана);
- столкновение Земли с астероидом диаметром в несколько десятков километров;
- падение процента кислорода в атмосфере;
- резкое увеличение температуры и сухости климата.
Однако последующий триасовый период (252 – 201 млн лет назад) быстро компенсировал потери, даже более того: жизнь вышла на новый уровень. Впервые умеренные широты поросли лесами (хвойными и папоротниковыми), появились лягушки, а после – первые черепахи, как морские, так и сухопутные; крокодилы, в эволюционную гонку ворвались предки динозавров – архозавры:
В океане утвердился ихтиозавр,
а воздушную среду стали осваивать птерозавры:
В конце триасового периода появились и первые млекопитающие, внешне напоминающие землеройку:
Триасовый период закончился так же, как и начался: крупным вымиранием. Исчезло около ¾ всех наземных и морских видов, в основном это были крупные рептилии, земноводные, панцирные существа (однако черепахи, живущие в норах, сумели пережить катастрофу, как и многие млекопитающие).
Возможно, вымирание было связано с геологическими процессами, которые привели к расколу Пангеи на части – это произошло как раз в конце триаса. Вымирание многих видов способствовало господству в следующем, юрском периоде, самых популярных древних животных – динозавров:
Их было очень много: больших и маленьких, травоядных и хищников, и жили они на всех континентах, не исключая Антарктиды, т.к. холодный нынче материк в ту пору еще не откололся от Австралии и не уплыл на полюс, да и климат на Земле был теплее. По этой карте можно представить себе все многообразие этих животных, которым посвящено столько фильмов и книг:
К концу мелового периода (66 млн лет назад) наша планета значительно преобразилась: появились травянистые растения, значения которых несправедливо недооценивают: именно корни простой травы формируют дерн: слой земли, который укрепляет почву, предотвращая её размытие и разрушение, а также обеспечивает испарение влаги при её избытке и накопление – при недостатке. Без травянистых растений у нас бы до сих пор росли только деревья-гиганты и мхи с лишайниками, а никаких злаков, ягод и овощей не существовало бы.
Эра динозавров окончилась новой катастрофой: существующая экосистема была разрушена, и снова произошло массовое вымирание большой части существующих на Земле животных. Причина той катастрофы, как и других, точно неизвестна, существуют лишь несколько гипотез:
- падение на Землю крупного метеорита – и выбрасывание в результате столкновения миллиардов тонн пепла и сажи, что привело к острой нехватке солнечного света и тепла;
- усиление вулканической активности, которое привело к вулканической зиме;
- резкое охлаждение океана;
- скачок магнитного поля Земли;
- изменение уровня кислорода в атмосфере.
Не исключено, что имело место и несколько причин сразу.
После мел-палеогенового вымирания биосфера Земли стала другой, благоприятной для развития млекопитающих и птиц, причем предками птиц сегодня многие ученые считают динозавров.
Земля, наконец, стала приобретать современный вид, а вскоре появился и человек.
Мы видим, что эволюция – процесс длительный и трудный. На Земле жизнь сумела сохраниться благодаря сразу нескольким чисто астрономическим причинам. Четыре из них – известные и очевидные: оптимальная температура поверхности, сила тяготения, наличие жидкой воды и атмосферы. Но есть еще три, о которых редко упоминают в научно-популярных и художественных фильмах о поисках экзопланет, но которые ничуть не менее важны:
1. Притяжение Луны.
По сравнению с абсолютным большинством других спутников Луна весьма велика по отношению к своей притягивающей планете: её диаметр – больше четверти Земного, а масса составляет 1/81 часть от массы Земли. Тогда как, например, Ио – крупнейший спутник в Солнечной системе, хоть и на 230 км превосходит в диаметре нашу Луну, но по отношению к своей центральной планете – Юпитеру – Ио чрезвычайно мал: он в 39 раз меньше газового гиганта. То же самое относится и к остальным спутникам, исключая разве что Харон, спутник Плутона. Но Плутон теперь считается одной из карликовых планет.
Поэтому влияние притяжения Луны на Землю очень существенно: оно удерживает земную ось под наклоном к плоскости орбиты под практически постоянным углом в 23.5 градуса в течение миллиардов лет. Благодаря Луне климат Земли не подвергается глобальным изменениям. Последние исследования показали, что без лунного притяжения земная ось отклонилась бы на 85 градусов! То есть Земля оказалась бы в «лежачем» положении, как Уран.
Постоянно отклоняясь, ось Земли существенно меняла бы климат планеты: наступили бы серьезные перепады температур, значительные остывания поверхности зимой и нагревания летом, сильнейшие ветры – и в результате у живых организмов просто не было бы столько времени для постоянного развития и совершенствования. Жизнь на Земле так и осталась бы на уровне микроорганизмов.
2. Мощное магнитное поле Земли, защищающее нашу атмосферу от разрушения её солнечным ветром.
Не будь у Земли этого «щита», её атмосфера давно бы истощилась:
3. Озоновый слой в земной атмосфере.
Второй «щит» земной жизни, без которого её не существовало бы никогда. Разве что какие-нибудь микробы под поверхностью.
Эти жизненно важные факторы придется учитывать при поисках экзопланет, похожих на Землю, иначе может получиться, как с Венерой: вместо рая будущие астронавты найдут преисподнюю.
Однако сложная история земной эволюции, сопоставление всех факторов, которые поспособствовали сохранению и развитию жизни на нашей планете, заставляет задуматься: а, может, Земля – одна из самых чудесных планет во Вселенной?
Вероятно, где-то еще существует жизнь – хотя, очень может быть, что она очень далеко, но когда-нибудь человек найдет живую планету. Хотелось бы только, чтобы к тому времени он духовно подрос и научился ценить природу собственного мира…
А мы продолжим наше путешествие: в следующий раз мы отправимся на Луну.
Если понравилась публикация - делитесь в соцсетях, подписывайтесь, пишите комментарии и заходите на мой канал "Космическое путешествие" на Яндекс Дзен.
Ссылка на эту мою статью на Яндекс Дзен.
Венера: от тропического рая к преисподней
О самой яркой и красивой утренней и вечерней звезде на земном небосводе знали с глубокой древности. Правда, многие народы тогда – в частности, римляне, египтяне, греки – считали, что это две разных планеты, утром появляется одна, а вечером – другая, и называли их разными именами. Другие же, даже более ранние цивилизации – древние шумеры, майя – знали, что это одна и та же планета.
Долгое время Венера считалась планетой, очень похожей на Землю. Еще Ломоносов в 1761 году, наблюдая прохождение Венеры между Солнцем и Землей, в момент схождения планеты с солнечного диска заметил вокруг неё светящийся ободок, и записал вывод, что «планета Венера окружена знатною воздушною атмосферою, таковой (лишь бы не большею), каковая обливается около нашего шара земного...»
Не имея возможности разглядеть поверхность нашей ближайшей соседки в телескопы из-за плотного слоя облаков, ученые считали, что атмосфера Венеры, подобно земной, состоит из азота и кислорода, а её климат, учитывая близость к Солнцу, представляет собой аналог мезозойской эры Земли – жаркий и влажный. Океаны, тропические леса, гигантские ящеры, а, возможно, и более развитые животные – всё это представлялось совершенно реальным вплоть до середины XX века.
В 1961 году в СССР был снят фильм «Планета бурь» по одноименной повести Александра Казанцева, где космонавты, отправившиеся на Венеру, нашли её именно такой: много воды, богатая растительность и звери, похожие на динозавров.
Только когда появились радиотелескопы, представления о Венере стали меняться. Было установлено, что Венера вращается гораздо медленнее Земли: венерианские сутки длятся больше года.Также выяснилось, что планета вращается по часовой стрелке, т.е. в обратном направлении, с востока на запад. Если бы она вращалась так же, как Земля, то почти всегда была бы повернута к Солнцу одной и той же стороной, а благодаря своему обратному вращению Венера подставляет Солнцу то один, то другой бок, меняя их через каждые 117 земных суток.
Но главное: были сделаны измерения температуры планеты и получена ошеломляющая цифра: 326 градусов по Цельсию (микроволновые наблюдения Майера). Правда, результаты исследований противоречили друг другу: наблюдения, сделанные А. Д. Кузьминым, показали гораздо более низкие температуры.
Выяснить точно, что из себя представляет наша соседка, можно было только одним способом: отправить на Венеру зонд, который сумел бы произвести прямые измерения ее характеристик.
Этой работой занялся Советский Союз. Первые три попытки окончились неудачей; наконец, 18 октября 1967 года зонд под названием «Венера-4» вошел в атмосферу планеты. Конструкторы аппарата еще питали довольно оптимистические надежды: он строился из расчета температуры 270° С, состава атмосферы на 80-85% – из азота, была даже предусмотрена возможность приводнения. На всякий случай зонду добавили запас прочности, позволяющий выдержать давление до 20 атмосфер.
В результате аппарат из алюминиевого сплава на высоте 28 км над поверхностью прекратил передачу данных, ведь температура за бортом составляла уже 262 °C, а давление — 18 атмосфер. Тем не менее капсула успела передать на Землю первые прямые измерения температуры, давления, плотности и провела 11 автоматических химических экспериментов для анализа атмосферы. Обнаружилось, что атмосфера Венеры на 95% состоит из углекислого газа, и в сочетании с данными, полученными американским зондом «Маринер-5», было установлено, что давление на поверхности намного выше ожидаемого: от 75 до 100 атмосфер.
Эти открытия означали, что все представления о Венере как о «запасной планете», пригодной для жизни землян, можно было выбросить на помойку. Для многих ученых всего мира это стало тяжким разочарованием, а руководитель проекта Александр Бабакин сказал тогда: «Мы осиротели... Мы одни в нашей Солнечной системе, совсем одни!»
Теперь ученые продолжили исследования Венеры для того, чтобы найти ответ на вопрос: почему же планету, которая произошла из того же облака газов и пыли, что и Земля, находящуюся на благоприятном для возникновения жизни расстоянии от Солнца, – постигла столь печальная участь? Что, как говорится, «пошло не так»?
Первым аппаратом, благополучно спустившимся на поверхность Венеры (и вообще первым в мире устройством, достигнувшим поверхности другой планеты), был зонд «Венера-7». Он был построен уже с учетом вновь открывшихся реалий: корпус - из титанового сплава, рассчитанный на давление до 180 атмосфер и перегрузку свыше 300 единиц, улучшенная теплоизоляция позволяла аппарату функционировать на поверхности планеты - при максимальном давлении и внешней температуре до 530°С - в течение не менее 30 минут. Увы, аппарат смог передать только температуру поверхности, которая оказалась равной 475±20°С, давление – 90±15 атмосфер.
Только 5 марта 1982 года, с зонда "Венера-14" было получено цветное панорамное изображение венерианского пейзажа:
Раскаленная пустыня, плотное, абсолютно непрозрачное небо, состоящее из углекислого газа – ни звезд, ни Солнца, ни теней. Только ядовитые сернокислые облака, рассеянный красноватый свет повсюду и ни капли воды. Воображаемый когда-то рай оказался преисподней.
Углекислая атмосфера Венеры действует подобно стеклу в теплице: она, пропуская свет, задерживает тепло - и создает такой сильный парниковый эффект, что свинец на поверхности планеты - плавится, а горы - светятся в темноте:
Однако анализ заборов грунта, сделанные «Венерой-14», показал, что порода поверхности планеты – аналог земного океанического базальта.
Этот факт подтвердил теорию о том, что когда-то на Венере были океаны, но потом исчезли, испарились. И все же – почему образовавшиеся от испарений облака водяного пара не задержали воду на Венере, как задерживают её на Земле? Для ответа на этот вопрос нужны были новые исследования.
В XXI веке ученые стали располагать технологиями, позволяющими «увидеть» поверхность Венеры, не спускаясь на столь негостеприимную планету и не жертвуя зондом – к тому же ни один из аппаратов не смог проработать на Венере больше двух часов. 9 ноября 2005 года запущен зонд «Венера-экспресс», обладающий новейшим оборудованием: с помощью инфракрасного излучения зонд может «заглянуть» под плотные облака и, оставаясь на безопасной для своей работы высоте, передать на Землю подробное изображение венерианской поверхности:
Впервые ученые могут составить трехмерную карту Венеры.
Но это далеко не все возможности аппарата: исследуя атмосферу нашей соседки, «Венера-экспресс» открыл в ней частицы гелия, водорода и кислорода, улетающие в космическое пространство. Их немного, но раз процесс продолжается до сих пор – значит, раньше элементов, из которых состоит вода, было гораздо больше – еще одно подтверждение, что миллиарды лет назад на Венере были океаны.
Почему же частицы водяного пара улетают в космос?
Еще в далеком 1962 году американская АМС «Маринер-2» выяснила, что Венера не имеет магнитного поля. Ученые считают, что оно не может образоваться из-за слишком медленного вращения планеты.
На Земле магнитное поле образуется из-за довольно быстро вращающегося железного ядра, и именно оно защищает нашу атмосферу от «сдувания» в космическое пространство солнечным ветром. Если бы не мощный магнитный «щит» Земли, наша атмосфера могла бы заметно «похудеть». Венера же – не окружена магнитосферой, поэтому верхние слои её воздушной оболочки вместе с частицами водяного пара постоянно улетучиваются:
Так за миллиарды лет почти вся вода, существовавшая когда-то на Венере, сначала испарилась, а затем улетела в космос, выталкиваемая давлением солнечного ветра.
Следующий вопрос – откуда в атмосфере Венеры взялось так много углекислого газа?
«Венера-экспресс», заглядывая пучком инфракрасных лучей под облака. Установил, что 85% поверхности Венеры – горы и долины, каменные глыбы и кратеры – состоят из лавы. Получается, что когда-то на Венере разом происходило извержение тысяч вулканов. Что могло спровоцировать такое явление?
Дело в том, что кора этой планеты, в отличие от земной, цельная. Земная кора состоит из нескольких тектонических плит,
и наибольшая сейсмическая активность наблюдается именно в тех районах, где плиты сходятся или расходятся, высвобождая накопившийся в недрах жар.
На Венере же, благодаря отсутствию тектоники, в течение миллионов лет жар все накапливался, пока наконец давление пылающей мантии планеты не достигло критической величины: тогда лава стала неудержимо извергаться по всей поверхности, перемалывая кору и высвобождая триллионы тонн углекислого газа. А поскольку углекислый газ сравнительно тяжелый, то он и обволок в конце концов планету, создав ту самую плотную оболочку, которую мы наблюдаем теперь.
Новейший аппарат сделал еще одно удивительное открытие: в атмосфере нашей соседки, несмотря на крайне медленное вращение самой планеты, бушуют сильнейшие ураганы, скорость которых достигает 100 м/с. По сравнению с такими ветрами любой, даже самый страшный ураган на Земле (около 40 м/с) покажется легким бризом. Вот изображение двух огромных торнадо, бушующих на южном полюсе Венеры:
Происхождение столь мощных бурь ученые объясняют постоянным образованием очень горячего пара в атмосфере, которая намного плотнее земной.
Венеру, несмотря на её враждебный нрав, продолжают изучать. Считается, что она может содержать множество тайн о природе жизни на Земле. Может быть, именно Венера в прошлом послужила инкубатором земной жизни? Часть астробиологов уверены, что так и было.
Может ли Землю в будущем ждать такая же участь?
Пожалуй, что копией Венеры Земля не станет: благодаря тектонике коры нашей планеты вряд ли на Земле возможны столь мощные извержения лавы: жар от ядра постепенно высвобождается через щели между плитами, что остужает нашу планету. А, значит, на Земле не будет такой плотной углекислой атмосферы.
Однако, если Солнце когда-нибудь станет ближе, а Земля будет вращаться гораздо медленнее и потеряет свое магнитное поле, то, возможно, через миллиарды лет наша планета будет похожа на венерианскую пустыню.
Но до того времени у нас целые миллиарды лет в запасе.
Продолжим путешествие: следующая остановка - Земля и благодаря чему на ней смогла появиться жизнь.
Если понравилась публикация - ставьте лайк, делитесь в соцсетях и подписывайтесь, заходите на мой канал "Космическое путешествие" на Дзене.
Этот загадочный Меркурий
Меркурий без преувеличения можно назвать самой загадочной планетой Солнечной системы. Он до сих пор мало изучен из-за своей близости к Солнцу: дело в том, что любой аппарат, отправленный к Меркурию, неминуемо попадает в гравитационную воронку, создаваемую Солнцем:
– и, чтобы подлететь к планете на близкое расстояние, межпланетным станциям приходится совершать несколько гравитационных маневров:
Поэтому о Меркурии до недавнего времени знали совсем мало. С Земли планета видна только при наступлении сумерек, на восходе и на закате, причем Меркурий нельзя увидеть в тот момент, когда он подходит ближе всего к нашей планете:
Вплоть до 1965 года считалось, что он обращается вокруг Солнца подобно Луне вокруг Земли – всегда повернут к светилу одной и той же стороной, поскольку период его обращения вокруг своей оси равен меркурианскому году – 88 земных суток.
Данное заблуждение было связано с тем, что наиболее благоприятные условия для наблюдения Меркурия повторяются через период, примерно равный шестикратному периоду вращения этого небесного тела (352 суток). Из-за этого получалось так, что в различное время наблюдался приблизительно один и тот же участок поверхности Меркурия.
Такое положение вещей никого не удивляло: ясно же, что близкое и огромное Солнце должно своим притяжением тормозить вращение планеты, в то время как скорость движения Меркурия по орбите, согласно второму закону Кеплера, - самая высокая – из-за той же близости к светилу:
Недаром Меркурий назван именем быстроногого древнеримского бога, покровителя торговли и путешествий! Скорость его движения вокруг Солнца – 47,36 км/с - поэтому и по земному небосводу он движется быстрее всех других планет. Для сравнения: скорость перемещения Земли по своей орбите – 30 км/с.
В середине 60-х годов XX века, когда были изобретены радиотелескопы, астрономы наконец выяснили, что на самом деле за год Меркурий поворачивается вокруг своей оси на полтора оборота, а не на один, меркурианские сутки равны 58 земным. Такое соотношение периодов вращения вокруг оси уникально в солнечной системе: получается, что если бы мы оказались на Меркурии в какой-то определенной точке, когда планета проходит перигелий (максимально приближается к Солнцу), и увидели бы на черном небе планеты Солнце, то через год в этой точке будет холодная меркурианская ночь. Нам бы понадобился еще год, чтобы снова дождаться дня.
Орбита Меркурия – сравнительно вытянутый эллипс (эксцентриситет 0,205), и в перигелии планета в целых полтора раза ближе к Солнцу, чем в афелии. Этот факт является причиной другого феномена Меркурия: скорость его движения вокруг Солнца в перигелии начинает обгонять скорость вращения вокруг оси. В результате на Меркурианском небосводе можно увидеть Солнце, движущееся в обратном направлении! Только на этой планете бывают восхода и два заката:
По тем же причинам звезды на черном небосводе Меркурия движутся втрое быстрее, чем Солнце. Например, если звезда взошла одновременно с нашим светилом,
то она еще до полудня скроется за горизонтом, и успеет взойти еще раз до того, как Солнце сядет:
Первым аппаратом, отправленным к Меркурию для изучения этой удивительной планеты, стал американский «Маринер-10», старт которого состоялся 3 ноября 1973 года. 29 марта 1974 года «Маринер-10» пролетел мимо Меркурия на расстоянии 703 км, 21 сентября он удалился до 48 069 км, а 16 марта 1975 года приблизился на расстояние всего в 327 км, что ниже орбиты МКС.
«Маринер» отправил на Землю более 2000 снимков, на основании которых была составлена карта 40-45% поверхности Меркурия – ученые увидели, что она очень схожа с поверхностью Луны, так же кратерирована. Были впервые измерены дневная и ночная температуры (+187°С и -183°С соответственно, позже эти данные были скорректированы), а также было обнаружено магнитное поле планеты, которое оказалось в 100 раз слабее земного, но все же оно достаточно сильно, чтобы отбивать солнечный ветер.
Раньше считалось, что Меркурий не должен обладать магнитным полем вовсе, поскольку он гораздо меньше Земли и должен уже сильно остыть – а магнитное поле, как известно, образуется за счет вращения расплавленного железного ядра планеты. На сегодняшний день остается открытым вопрос: расплавлено ли ядро Меркурия, как ядро Земли?
Магнитное поле Меркурия тоже необычно: его ось не совпадает с осью планеты, центр магнитного момента почему-то сдвинут:
Также «Маринер» выяснил, что Меркурий, несмотря на не такую уж маленькую силу тяготения (38% от земной) практически лишен атмосферы – имеется только крайне разряженная оболочка, в основном – из гелия. Этот факт, впрочем, вполне объясним: из-за медленного вращения Меркурия вокруг своей оси ночная половина планеты успевает остыть до экстремально низких температур, при которых газы обращаются в жидкое и твердое состояние.
Кроме того, была измерена плотность поверхности и рассчитана средняя плотность планеты. Оказалось, что Меркурий при небольшой плотности своей поверхности имеет среднюю плотность, почти что равную земной: 5,43 грамма на куб. см (средняя плотность Земли – 5,52 г на куб. см). Так был установлен еще один необычный факт: у Меркурия очень большое ядро, диаметр которого должен составлять около 3600 км, в то время как сама планета имеет диаметр всего в 4878 км. Ни одна из 4-х планет земной группы не обладает столь внушительным ядром:
Ученые стали предполагать, что прежде Меркурий был больше и потерял часть своей поверхности из-за столкновения с каким-нибудь небесным телом.
Так или иначе, стало очевидно, что у Меркурия много загадок – и для дальнейшего его изучения уже в нашем столетии была запущена АМС «Мессенджер». Стартовав 3 августа 2004 года, она достигла орбиты Меркурия только через 6,5 лет – 18 марта 2011 года, сделав во время полета несколько гравитационных маневров:
Для сравнения: полет станции «Новые горизонты» к куда более далекому Плутону продолжался 9,5 лет.
«Мессенджер» сделал новые открытия:
Во-первых, был определен химический состав планеты и обнаружено большое количество серы (1-4% от массы планеты) и калия (до 0,24%). Но при такой близости к Солнцу этих летучих элементов должно было быть значительно меньше! Стало быть, раньше их было еще больше – но для этого планета должна была находиться дальше от Солнца.
Так теория столкновения Меркурия с астероидом или другой планетой получила продолжение и развитие: ученые считают, что раньше Меркурий находился где-то между Марсом и Юпитером, а после катастрофы, в результате которой он потерял значительную часть своей оболочки – был отброшен ближе к Солнцу.
Во-вторых, «Мессенджер» обнаружил на дне кратеров Меркурия слабые блики, похожие на отражения света от поверхности водяного льда.
На планете, где дневная температура, по современным данным, превышает отметку в 400 градусов Цельсия, трудно было предположить наличие воды. Однако это не так уж невероятно, если вспомнить, что ось вращения Меркурия не наклонена по отношению к орбите, как на Земле:
Меркурий, подобно Юпитеру, вращается «прямо» - а, значит, на полярные области солнечные лучи круглый год падают под крайне низким углом и могут очень слабо разогревать поверхность. Поэтому на планете вполне можно предположить наличие воды, особенно на дне кратеров.
Для ответа на все эти вопросы – о наличии воды, о химическом составе, о температуре ядра планеты, о происхождении и истории Меркурия – в 2018 году была отправлена еще одна АМС – «БепиКоломбо». Это совместный проект Европы и Японии; прибытие аппарата к Меркурию ожидают в 2025 году. Для экономии топлива «БепиКоломбо» совершит целых девять гравитационных маневров: 1 раз у Земли, дважды – у Венеры и 6 раз у самого Меркурия, поэтому станции предстоит такой долгий полет. Аппарат оснащен всеми необходимыми инструментами, которых не было у «Мессенджера» – в частности, «БепиКоломбо» сможет дать точный ответ на вопрос, есть ли на Меркурии вода, и даже измерить ее количество.
Может быть, новая миссия к Меркурию раскроет нам тайны этой планеты. Но не исключено, что астрономы получат новую порцию загадок.
Если понравилась статья - подписывайтесь, делитесь публикацией, заходите на мой канал на Дзене "Космическое путешествие".
Ссылка на эту мою статью на Яндекс Дзен: Этот загадочный Меркурий.
Звезда по имени Солнце: все самое интересное о нашем светиле
Звезда, подарившая Земле жизнь. Главный Бог почти всех древних цивилизаций: Ра у египтян, Ярило – у славян, Гелиос – у греков, Аполлон – у римлян, – так как люди с давних времен осознавали, что именно благодаря теплу и свету, посылаемому Солнцем, на нашей планете растут деревья и травы, хлеба и цветы, живут разные звери, птицы и люди.
Многие века наше светило было загадкой. Вплоть до XX столетия оставался открытым главный вопрос: откуда берется энергия, которую излучает Солнце?
В 40-х годах XIX века был сформулирован закон сохранения энергии:
Энергия не возникает и не исчезает, она может превращаться из одного вида в другой, а также передаваться от одного тела к другому.
Тогда и возник вопрос об источнике энергии звезд, который прежде был полной тайной.
Английский физик Роберт Майер предполагал, что Солнце разогрето ударами метеоритов, но в Солнечной системе, как оказалось, нет такого количества падающего вещества.
Теория немецкого ученого Генриха Гельмгольца заключалась в том, что наша звезда нагревается за счет сжатия, под воздействием собственной гравитации. Однако произведенные расчеты показали, что в этом случае Солнце должно было сжаться за несколько миллионов лет – а ученые доказывают, что светило «работает» уже никак не менее 4,5 миллиардов лет.
В 1903 году Пьер Кюри обнаружил выделение тепла радиоактивными элементами, в связи с этим Джеймс Джинс выдвинул гипотезу, что звезды вырабатывают энергию за счет радиоактивного распада, но выходило, что в недрах звезды слишком мало радиоактивных элементов.
Наконец, в 1920-м году верный механизм энерговыделения – превращение водорода в гелий – предложил Артур Эддингтон:
Первоначально гипотеза Эддингтона выглядела сомнительной: в начале XX века еще не были рассчитаны температуры внутри звезд, и предполагалось, что ядро Солнца раскалено недостаточно для протекания термоядерной реакции. Кроме того, было непонятно, как именно происходит превращение атомов водорода в атомы гелия. Только к 1939 году трое ученых: Ханс Бете, Карл Вайцзеккер и Чарльз Критчфилд независимо друг от друга открыли два пути превращения водорода в гелий, которые происходят в звездах, а в 1941 году Мартин Шварцшильд рассчитал модель Солнца с термоядерным источником энергии и смог теоретически предсказать некоторые наблюдаемые свойства Солнца — таким образом, теория термоядерного синтеза в недрах звезд.
Итак, при давлении в 2 квадриллиона (2х10 в 15-й степени) Па и 15 млн градусов по Цельсию в центре Солнца ядра атомов водорода протоны сливаются друг с другом и в ходе цепочки термоядерных реакций превращаются в ядра атомов гелия. Так рождаются кванты электромагнитного излучения – фотоны.
Путешествие фотонов сквозь недра Солнца к его поверхности продолжается долгие сотни тысяч лет, они проходят зону лучистого переноса энергии, где температура плазмы постепенно падает до 2 млн градусов, затем попадают в конвективную зону, где происходит циркуляция горячего газа и в результате перемешивания плазмы энергия переносится к поверхности светила – подобно тому, как это происходит в кастрюле с кипящей водой.
Наконец, фотоны покидают звезду, отправляясь в космос. Каждую секунду в пространство уходит такое количество джоулей электромагнитной энергии, которое в 200 триллионов раз превышает энергию, вырабатываемую за секунду всеми электростанциями мира.
На Землю солнечный свет попадает спустя 8 минут, путь фотонов до Марса занимает 12 минут 41 секунду, до Юпитера – уже 43,3 минуты, а до Нептуна – 4 часа 10 минут! Расстояние между планетами увеличивается в геометрической прогрессии по мере удаления от Солнца.
Кроме необходимой нам для жизни энергии тепла и света, Солнце испускает и невидимые человеческому глазу ультрафиолетовые, а также рентгеновские лучи, избыток которых уничтожил бы всё живое на Земле – но от смертоносной радиации нас защищает озоновый слой, находящийся в стратосфере нашей планеты на высоте от 12 до 50 км. Довольно высокая концентрация озона, молекулы которого состоят из трех атомов кислорода, поглощает бо́льшую часть опасных ультрафиолетовых лучей.
Наша звезда, считающаяся по общей классификации всего лишь желтым карликом, имеет диаметр, в 109 раз больше земного, а именно – 1 392 700 км, и огромную массу, в 330 тыс. раз превосходящей массу Земли. Соответственно, Солнце обладает такой колоссальной гравитацией, что удерживает вокруг себя космические тела на расстоянии приблизительно
14 960 000 000 000 км, или
около 100 тыс. а.е., или
более светового года, т.к. один световой год равен 63 240 а.е.
Как и все планеты, наше светило вращается вокруг своей оси, совершая полный оборот за 25 земных суток. Для такого гиганта, как Солнце, это очень быстрое вращение. А, поскольку в недрах звезды температура достигает 15 млн градусов, то атомы водорода и гелия теряют свои электроны, и раскаленный газ превращается в электропроводящую среду – плазму. Так вращение Солнца порождает электрический ток и очень мощное магнитное поле.
Солнце вращается неравномерно: вблизи экватора вращение быстрее, чем вблизи полюсов. Это искривляет линии магнитного поля, они скручиваются в жгуты и эти жгуты всплывают из глубин звезды наружу:
В областях концентрации магнитных потоков конвекция газов затрудняется, в результате температура плазмы понижается на 1000-1500 градусов, - и на фоне остальной сияющей фотосферы эти участки выглядят темными пятнами:
Впервые солнечные пятна наблюдал в телескоп Галилео Галилей – в начале XVII века.
Следующий слой над фотосферой Солнца называется хромосферой, и виден он только во время полных солнечных затмений, когда Луна загораживает яркое сияние фотосферы. Выше хромосферы простирается солнечная корона – чрезвычайно разряженный газ, нагретый почти до 2 млн градусов.
Из короны постоянно истекает поток ионизированных частиц гелиево-водородной плазмы, называемый солнечным ветром. Когда эти частицы сталкиваются с магнитным полем Земли (над земными магнитными полюсами), мы можем наблюдать полярные сияния:
На картинке видно, что овалы полярных сияний возникают над полюсами, потому-то это красивое явление можно наблюдать в высоких северных или южных широтах – как правило, выше 60о. Мне доводилось наблюдать сияния зеленого цвета на 65.5 градусов северной широты (Якутия).
Но бывает, что солнце выбрасывает в космос часть своей корональной массы – миллиарды тонн заряженной плазмы. Как это происходит?
Еще с древности люди во время затмений наблюдали над хромосферой выступы разнообразной формы. Это – протуберанцы, гигантские петли магнитного поля, по которым течет раскаленная плазма.
В активных областях содержатся огромные запасы магнитной энергии, которая иногда может выделяться в виде взрыва – это и есть солнечная вспышка. Иногда вспышка сопровождается выбросом протуберанца в межпланетное пространство, а в короне распространяется ударная волна, и тогда в космос устремляется сгусток из миллиардов тонн плазмы. Это и есть геомагнитная буря, или – корональный выброс массы:
Обычно эти вспышки и выбросы – невелики, но случаются и очень мощные солнечные вспышки, которые выводят из строя электрооборудование – как это произошло в 1989 году в Канаде, и целый город (Квебек) на сутки остался без электричества. Та буря была довольно сильной, полярные сияния можно было увидеть даже во Флориде и в Симферополе.
А в далеком 1859 году произошло несколько выбросов корональной массы подряд, и все потоки плазмы устремились к Земле. Даже тогда эта геомагнитная буря имела весьма ощутимые последствия: по всей Европе и Америке отказали телеграфные провода, полярные сияния были необычайно красочными и их наблюдали над Карибами, над Гавайскими островами; а над Скалистыми горами свечение было настолько ярким, что золотоискатели встали и начали готовить завтрак, думая, что наступило утро.
Случись такое явление в наши дни – последствия даже страшно представить. Современный мир серьезно зависит от электричества: это не только освещение и электроприборы, но и навигация, и управление самолетами, и энергосистемы в больницах – трудно вообразить, что буря подобной мощности обошлась бы без жертв. Кроме того, могли бы сгореть множество трансформаторов, на замену которых ушли бы долгие месяцы и огромные деньги. Вероятно, существенная часть нашей промышленности, банковская система – просто остановились бы; не работало бы диспетчерское и навигационное оборудование, спутники, связь и всё, что связано с электросетями. Нам пришлось бы на какое-то время учиться жить, как наши предки в XIX веке – такую власть имеет Солнце над человеческой цивилизацией. Похоже, древние люди были не так уж неправы, считая наше светило богом – мы действительно бессильны перед его могуществом.
Сегодня ученые наблюдают за Солнцем, чтобы, насколько это возможно, предсказать его активность – это всё, что человек может сделать. Остается надеяться, что в ближайшие десятилетия Солнце не сделает нам сюрприза, аналогичного корональному выбросу 1859 года.
Зато в наши дни люди с удовольствием наблюдают другое событие, которого в древности не на шутку боялись: солнечное затмение. Наша планета получила от Вселенной уникальный подарок: спутник Земли – Луна – во столько же раз меньше Солнца, во сколько раз ближе он находится. Поэтому, когда Луна встает между Солнцем и Землей, она своим видимым диском полностью закрывает солнечный, оставляя видимой лишь корону:
Это интересное природное явление длится всего несколько минут, но запоминается на всю жизнь: вдруг, посреди бела дня, наступают сумерки, лунный диск на небе быстро движется, постепенно закрывая солнце, от которого остается одна корона, обрамляющая черный круг. Становится почти темно, даже птицы затихают… а люди с интересом смотрят на Солнце через специальные очки или закопченные стекла. На потемневшем небе можно разглядеть даже некоторые звезды – конечно, если стоит ясная погода. Наконец, Луна начинает отходить в сторону, и через пару минут день возвращается. Вот как выглядело затмение в Новосибирске 1 августа 2008 года, которое довелось наблюдать и мне:
Астрономы используют затмение для того, чтобы лучше изучить наше светило, в частности – собрать данные о солнечной короне и хромосфере, чего в обычных условиях сделать невозможно. Например, в 1868 году астроном Пьер Жансен смог во время затмения без проблем изучить хромосферу звезды, благодаря чему был открыт новый химический элемент – гелий.
Прежде, когда Луна находилась ближе к Земле, она должна была заслонять солнечный диск вместе с короной – значит, во время тогдашнего солнечного затмения наступала настоящая ночь. А спустя примерно 600 млн лет, по расчетам ученых, Луна отойдет настолько далеко от Земли, что уже вовсе не будет заслонять собою Солнце, и затмения прекратятся.
Солнце тоже не останется навечно неизменным: примерно через 5 млрд лет (по космическим меркам – не так много, по человеческим – не одна вечность) «топливо» нашего светило закончится, реакции термоядерного синтеза в недрах Солнца станут невозможны, и оно начнет перерабатывать водород, содержащийся во внешних слоях. Ядро, в котором прекратится выработка энергии, начнет сжиматься под воздействием собственного тяготения. Этот процесс будет сопровождаться выделением дополнительной энергии и тепла, в результате чего Солнце раздуется до размеров красного гиганта. По расчетам астрономов, его диаметр увеличится в 300 раз по сравнению с нынешним. Наша звезда поглотит и Меркурий, и Венеру, а Земля станет непригодной для жизни, т.к. будет просто выжжена лучами слишком близкого Солнца.
Зато на других планетах солнечной системы климат изменится, станет значительно теплее, и, возможно, люди переселятся на один из спутников Юпитера или Сатурна. Если, конечно, доживут до того времени. Кто знает…
Если понравилась статья и вы интересуетесь космосом - подписывайтесь, делитесь публикацией и заходите на мой канал на Дзене "Космическое путешествие".
Ссылка на эту мою статью на Яндекс Дзен: Звезда по имени Солнце
Астрономы создали классификацию планетных систем
Астрономы создали классификацию планетных систем
Наша Солнечная система обладает весьма выверенным и интуитивно понятным строением. Рядом с Солнцем находятся небольшие скалистые планеты, затем следуют крупные газовые гиганты, а за ними находящиеся на еще более далеких орбитах ледяные гиганты.
Однако, уже вскоре после открытия первых экзопланет, стало понятно, что подобная конфигурация вовсе не является типичной. Исследователи обнаружили множество систем, совершенно не похожих на нашу. Наиболее распространенным вариантом оказались системы, напоминающие «горошины в стручке», в которых планеты по своим размерам и массе похожи на соседей.
В попытке разобраться в ситуации швейцарские астрономы разработали методику определения различий и сходств между планетами одних и тех же систем. Исследование показало, что существует не две, а четыре основные системные архитектуры. Они получили название «похожие», «упорядоченные», «антиупорядоченные» и «смешанные».
К «похожим» относятся системы, в которых планеты имеют примерно одинаковую массу. По мнению ученых, они формируются из маломассивных протопланетых дисков вокруг звезд с небольшим количеством тяжелых элементов. Классическим примером «похожей» системы является знаменитая Trappist-1.
«Упорядоченные» системы — это те, в которых масса планет имеет тенденцию увеличиваться с удалением от звезды. Такой является наша Солнечная система. В «антиупорядоченных» системах все наоборот, масса планеты уменьшается с удалением от звезды. Ученые считают, что эти архитектуры формируются из массивных протопланетных дисков вокруг звезд, содержащих большое количество тяжелых элементов.
К «смешанным» относятся системы, в которых массы компонентов сильно различаются от планеты к планете. Они возникают из протопланетных дисков среднего размера.
Стоит отметить, что результаты исследования удивили астрономов. На наиболее распространенные «похожие» системы приходится восемь из десяти известных нам систем. Наиболее же редко встречающимся классом оказались именно «упорядоченные» системы вроде Солнечной.