Перед ставшими сегодня обыденными светодиодными лампами повсеместно использовались ртутные люминисцентные лампы. Поначалу долгие годы были лишь "трубки-палки", чаще применяемые в офисах и промышленных помещениях, а потом к ним добавились и цокольные лампочки, известные, как "энергосберегающие. Одной из главных страшилок по этим лампам всегда была содержащаяся в них ртуть. Но сколько ее там было реально?
Те самые знакомые нам с детства «большие белые
палки», лампы дневного света, которые мы так любили хуячить об столб или забор, если удавалось их найти на свалке - содержали немало ртути. ,В каждой из них - 50-100
миллиграмм ртути, и в сумме это - тонны ядовитого жидкого металла! К счастью, львиная доля таких ламп
работала не в домах граждан, а освещала предприятия, организации и прочие заведения.
И их централизованная сдача и утилизация в налажена давно и хорошо со времен СССР. Сегодня эти лампы выходят из оборота, хотя и вполне себе производятся и продаются.
Ртути, в них, кстати, производители (из бюджетных) стараются добавлять по минимуму - из соображений экономии. В результате лампы оказываются хуевыми на холоде - недостаточное количество ртути не создает нужную концентрацию паров внутри колбы, и разряд в ненасыщенной среде не возникает. Это заметно, скажем, на неотапливаемых дачах или гаражах - приедешь зимой, включишь свет, а лампа моргает, пытаясь вспыхнуть, но не может. А летом она же работает хорошо...
А вот вытесненные почти полностью LED-лампочками "энергосберегайки" (которые, как ни странно, тоже до сих пор в каком-то незначительном количестве производятся и продаются - парадокс!) - содержат ртути очень мало в силу конструкции.
В одной энергосберегающей лампе , аналоге лампы накаливания 60-100 ватт, примерно 5 миллиграмм
ртути.На пике их популярности в России продавалось около 5 миллионов таких ламп в год. А это в сумме – 25 килограмм ртути!
Конечно, ртуть в природе в любых количествах - неполезна, но 5 кг на
всю страну - капля в море. Даже если их перебить ВСЕ!
Древнейшие метеориты содержат минералы, которые старше самого Солнца. Эти "досолнечные зерна" сформировались в атмосферах умирающих звезд (красных гигантов и сверхновых) миллиарды лет назад и сохранились внутри метеоритов благодаря своей исключительной стабильности.
Анализ изотопного состава этих зерен показывает, что наша Солнечная система сформировалась из вещества как минимум семи разных звезд. Особенно интересны включения карбида кремния, чей изотопный профиль указывает на происхождение из сверхновой типа II, взорвавшейся примерно 7-8 миллиардов лет назад.
Это открытие опровергает старую гипотезу о формировании Солнечной системы из одного однородного газопылевого облака и показывает гораздо более сложную историю вещества, из которого мы состоим.
Все известные галактики, от карликовых до гигантских, демонстрируют признаки наличия сверхмассивной черной дыры (СЧД) в центре. Хотя прямые доказательства* есть лишь для 10% каталогизированных галактик, астрономы уверены: наличие центральной СЧД — это правило, а не исключение.
*Обнаружить "спящие" и менее массивные объекты такой природыкрайне трудноиз-за отсутствия активности, которая могла бы компенсировать огромные расстояния.
Эта космическая закономерность указывает на глубокую, фундаментальную связь между галактиками и их центральными "гравитационными монстрами". Но кто же является лидером в этом космическом тандеме? Отвечает ли галактика за формирование СЧД, или черная дыра вершит судьбу всей галактики?
Властелины галактической эволюции
В июне 2021 года астрономы наблюдали за галактикой со сложным названием HSC J124353.93+010038.5 (сокращенно HSC J124353), расположенной на расстоянии около 13,1 миллиарда световых лет от Земли. Ученые зафиксировали мощнейшие порывы "галактического ветра" — раскаленного газа и заряженных частиц, стремительно вырывающихся из центра галактики.
Источником этого космического урагана оказалась центральная СЧД. Механизм здесь следующий: материя, падая на черную дыру, формирует раскаленный аккреционный диск, который начинает вращаться с околосветовой скоростью. Из-за колоссального гравитационного и магнитного взаимодействия часть этой материи не поглощается черной дырой, а выбрасывается перпендикулярно диску в виде мощных струй плазмы — так называемых джетов. Эти джеты, разогретые до миллионов градусов, взаимодействуют с окружающим газом, создавая тот самый "галактический ветер", скорость которого в случае с HSC J124353 составляет более 1,8 миллиона километров в час. Этот галактический ветер приводит к разогреву окружающего газа, что фактически останавливает процесс звездообразования.
Важно отметить, что для зарождения новых звезд горячий газ необходим, но его непрерывный нагрев галактическим ветром делает сжатие газовых облаков невозможным. А без этого новые звезды не формируются или формируются запредельно медленно.
Созидательное разрушение
Однако не все черные дыры препятствуют зарождению звезд. Например, в карликовой галактике Henize 2-10, находящейся "всего" в 34 миллионах световых лет от нас, черная дыра играет прямо противоположную роль.
Механизм этого процесса элегантен: поглощая материю, СЧД позволяет части нагретого газа "сбежать" к периферии галактики. Там этот газ сталкивается с холодными газовыми облаками, передает им энергию, остывает и запускает процесс формирования новых звезд.
Возникает закономерный вопрос: почему в крупной галактике HSC J124353 галактический ветер препятствует звездообразованию, а в карликовой Henize 2-10 — наоборот, способствует ему? Все дело в масштабах и энергии. В крупных галактиках сверхмассивные черные дыры обычно имеют массу в миллиарды солнечных масс и, следовательно, генерируют более мощные выбросы. Эти мощные потоки разогревают газ по всему объему галактики, не давая ему остыть. В карликовых же галактиках черные дыры заметно меньше (в Henize 2-10 масса центральной черной дыры оценивается примерно в миллион солнечных масс). Вырывающиеся джеты имеют меньшую энергию и успевают ощутимо рассеяться еще до достижения периферии. Там разогретый, но уже не такой горячий газ, столкнувшись с холодными облаками, создает идеальные условия для запуска звездообразования.
Двойственная природа космических властителей
Эти особенности, наблюдаемые и в других галактиках разных форм и размеров, позволяют сделать вывод, что СЧД выполняют роль "вселенских регуляторов", которые:
Ограничивают рост крупных галактик, предотвращая их неконтролируемое расширение;
Помогают расти карликовым галактикам, запуская процессы звездообразования.
Такое избирательное поведение указывает на то, что именно СЧД, а не галактики, играют ведущую роль в этом космическом тандеме. Логично предположить, что сверхмассивные черные дыры появились раньше галактик, поскольку именно они контролируют звездообразование — ключевой процесс в эволюции любой галактической структуры.
Ученые из лаборатории синтетической биологии MIT создали растения, которые светятся в темноте без электричества. Они внедрили гены биолюминесцентных грибов в обычные комнатные растения, заставив их производить фермент люциферазу — тот же, что создает свечение светлячков.
Растения излучают мягкий зеленый свет, достаточный для чтения в темноте. В отличие от предыдущих попыток создания светящихся растений, новая технология не требует внешних химических веществ — все необходимое растение синтезирует само из углекислого газа и воды.
Исследователи работают над увеличением яркости свечения и созданием различных цветов. Потенциальное применение включает не только декоративное освещение, но и "живые фонари" для аварийного освещения в зданиях и создание растений-биосенсоров, светящихся при обнаружении загрязнителей.
В созвездии Тельца находится загадочная туманность IRAS 05437+2502, которая привлекает внимание астрономов своей необычной структурой. Главной особенностью этого космического объекта является яркая дуга в форме бумеранга, расположенная в ее верхней части.
Происхождение этой уникальной структуры до сих пор вызывает дискуссии в научном сообществе. Наиболее вероятное объяснение связано с воздействием звезды, покидающей туманность на колоссальной скорости — более 200 000 километров в час. Такая "звезда-беглец" могла возмутить окружающий газ и пыль, создав наблюдаемую бумерангоподобную форму.
"Астрономы обнаружили "алмазную планету", которая в пять раз больше Земли", "В космосе обнаружен алмаз размером с Землю", "Планета-алмаз — одно из чудес космоса" — такие заголовки все еще появляются в СМИ, рисуя в воображении читателей фантастические миры с сияющими алмазными горами и кристальными морями.
Особенно часто в контексте этих публикаций фигурирует экзопланета 55 Cancri e (55 Рака e), которую окрестили "алмазной планетой". Но давайте разберемся, почему существование таких планет с точки зрения науки невозможно.
Фантазии об алмазных мирах
Итак, чтобы понять, почему концепция "алмазной планеты" — это красивый миф, нужно вспомнить базовые принципы образования алмазов.
Алмаз — это кристаллическая модификация углерода, возникающая при специфических условиях. Для превращения углерода в алмаз необходимо сочетание экстремального давления (более 50 000 атмосфер) и высокой температуры (свыше 1 000 градусов Цельсия). На Земле природные алмазы формируются на глубине более 150 километров.
Теперь представим гипотетическую планету с высоким содержанием углерода. В ее недрах, где давление достигает колоссальных значений, действительно могут формироваться алмазные структуры. Однако по мере приближения к поверхности давление неизбежно падает. А без необходимого давления углерод существует в различных формах — графит, фуллерены, карбин, графен, аморфный углерод — но не в форме алмаза.
Именно поэтому полностью "алмазная планета" физически невозможна. Даже если в ядре такой планеты образуются алмазы, то на ее поверхности углерод будет существовать в иных формах, преимущественно в виде графита.
Откуда же взялся миф о том, что 55 Рака e — алмазная планета? В 2012 году астрономы установили, что эта экзопланета может быть богата углеродом. Масс-медиа подхватили эту новость, превратив "планету с высоким содержанием углерода" в "алмазную планету". Однако дальнейшие исследования показали, что даже исходное предположение о высоком содержании углерода может быть ошибочным.
Это не значит, что углеродные планеты неинтересны науке. Напротив! Планеты с высоким содержанием углерода могут существовать, и их изучение крайне важно для понимания разнообразия планетных систем во Вселенной. Просто реальность, как всегда, оказывается сложнее и интереснее простой "алмазной" фантазии.
Бывают моменты, когда Вселенная словно специально устраивает для ученых уникальные представления, позволяющие заглянуть за кулисы мироздания. Именно такой случай произошел в 1761 году, когда наблюдение за прохождением Венеры по диску Солнца помогло Михаилу Васильевичу Ломоносову сделать революционное открытие.
Прохождение Венеры по диску Солнца — одно из самых редких небесных явлений. На фоне ослепительно яркого солнечного диска появляется маленькая черная точка — планета Венера — и медленно движется по нему. Это событие повторяется дважды с интервалом в восемь лет, после чего следует перерыв более чем на столетие.
Наблюдения Ломоносова
26 мая 1761 года Ломоносов, как и многие астрономы по всему миру, готовился лицезреть это редкое явление. В то время как его коллеги в разных странах планировали использовать синхронные наблюдения для уточнения расстояния между Землей и Солнцем, русский ученый обратил внимание на необычное световое явление.
Наблюдая за тем, как Венера приближалась к краю солнечного диска, Ломоносов заметил удивительную деталь: вокруг темного силуэта планеты появилось светящееся кольцо. А когда Венера начала сходить с солнечного диска, ее край окаймлял тонкий светлый ободок.
Ломоносов понял: это свечение могло появиться только в одном случае — если у Венеры есть атмосфера. Солнечный свет, проходя через газовую оболочку планеты, преломлялся и создавал этот удивительный оптический эффект.
Значение открытия
Это открытие стало революционным для своего времени:
Впервые была обнаружена атмосфера на другой планете.
Появилось понимание, что другие планеты могут быть похожи на Землю.
Открылись новые перспективы в изучении планет Солнечной системы.
Наследие и будущие наблюдения
Сегодня мы знаем, что Ломоносов был абсолютно прав. Атмосфера Венеры не просто существует — она оказалась одной из самых плотных в Солнечной системе. Венерианская атмосфера состоит преимущественно из углекислого газа и создает на поверхности планеты чудовищное давление, в 92 раза превышающее земное.
История открытия атмосферы Венеры показывает, как внимательное наблюдение и научная интуиция могут привести к революционным открытиям. Методы, использованные Ломоносовым, легли в основу современных способов изучения экзопланет — мы до сих пор исследуем атмосферы далеких миров, наблюдая, как они влияют на проходящий через них свет.
Следующая пара прохождений Венеры по диску Солнца состоится только в 2117 и 2125 годах. Ученые уже планируют, как использовать эти события для новых исследований, продолжая традицию научных наблюдений, заложенную Ломоносовым более 250 лет назад.
В 70-е гг. XX в. многими странами, в первую очередь СССР и США, были
развернуты работы по созданию лазерных установок как мирного, так и военного
назначения.
Сотрудники Военной академии Ракетных войск стратегического назначения
(РВСН), ныне носящей имя Петра Великого, выполнили разработку индивидуального
лазерного оружия самообороны космонавта. Исследовательскую группу возглавлял
начальник кафедры, заслуженный деятель науки и техники РСФСР, доктор
технических наук, профессор, генерал-майор Виктор Самсонович Сулаквелидзе (1919
- 1984). Теоретическими и экспериментальными исследованиями поражающего
действия лазерного пистолета занимался доктор технических наук, профессор Борис
Николаевич Дуванов. Конструкцию будущего оружия отрабатывал научный сотрудник
А.В. Симонов, в испытаниях участвовали научный сотрудник Л.И. Авакянц и адъюнкт
В.В. Горев. Конструкторы ставили цель разработать лазерный пистолет, который по
весу и размерам не отличался бы от армейского огнестрельного аналога.
На первом этапе авторы будущего изобретения установили, что для вывода из
строя чувствительных элементов оптических систем неприятеля нужна не слишком
высокая энергия излучения – в пределах 1 – 10 Дж. Это объясняется тем, что глаз
и оптика фокусируют лучи, увеличивая плотность излучения в сотни и тысячи раз.
Элементами любого лазера являются активная среда, источник накачки и резонатор.
Для решения поставленной задачи требовался малогабаритный источник оптической
накачки, размещаемый в полости обоймы с патронами.
Авторы разработки решили применить одноразовые пиротехнические
лампы-вспышки, заполненные кислородом и металлом в виде фольги или порошка.
Подожженный электрической искрой, он сгорает за 5-10 мс при температуре порядка
5 тыс. градусов К. (Невольно вспоминаются пирамидки гиперболоида инженера
Гарина)). При этом все компоненты должны быть нетоксичными и не подверженными
самопроизвольному детонированию. Чтобы увеличить энергию накачки, было решено
использовать циркониевую фольгу вместо общепринятого магния, что в 3 раза
повысило удельную световую энергию. Добавки солей металла позволили
"подогнать" излучение лампы к спектру поглощения активного элемента.
Все экспериментальные работы производились непосредственно авторами
разработки. Первые самодельные лампы имели вид колбочек диаметром 1 см, внутри
находилась вольфрамо-рениевая нить, покрытая горючей пастой для поджига
пиротехнической смеси (цирконий в кислороде). Восемь ламп-вспышек размещаются в
обойме. После каждого "выстрела" израсходованная лампа сбрасывается,
как гильза, а следующая подается в осветительную камеру. Способность ослепить и
обжечь луч сохраняет на расстоянии до 20 м. Различные модификации устройства
позволяют использовать его не только для самообороны, но и в качестве
медицинского инструмента.
Работам по созданию индивидуального лазерного оружия был посвящен
учебно-популярный фильм "Опасный луч", созданный на киностудии
Министерства обороны РФ. В настоящее время лазерный пистолет хранится в Музее
истории военной академии РВСН имени Петра Великого.
Спиральная галактика с перемычкой NGC 1512, раскинувшаяся на 70 000 световых лет, находится на расстоянии около 30 миллионов световых лет от Земли в созвездии Часов.
Перед вами снимок ядра кометы Галлея (1P/Halley), размеры которого составляют примерно 8 на 15 километров. Фотография была получена 14 марта 1986 года аппаратом Европейского космического агентства "Джотто", когда он находился на расстоянии около 2 000 километров от кометного ядра.
Яркие столбы света являются результатом сублимации: солнечное тепло разогревает комету, частично превращая в газ отложения водяного льда, скрывающиеся под ее тонкой корой. Газ, вырываясь наружу, придает комете дополнительную скорость, что позволяет ей постепенно отдалиться от Солнца и вернуться в Облако Оорта.
В следующий раз комета Галлея посетит внутреннюю Солнечную систему только в 2061 году.
Звездное скопление NGC 2660 в созвездии Паруса, которое лучше всего видно на южном небе. NGC 2660 — это рассеянное скопление, тип звездного скопления, которое может содержать от десятков до нескольких сотен звезд, слабо связанных друг с другом под действием гравитации.
В начале своей истории наше Солнце тоже было частью подобного скопления, но после что-то случилось, и теперь мы находимся почти на окраине Млечного Пути.
В 1964 году советский астрофизик Николай Семенович Кардашёв (25 апреля 1932 года — 3 августа 2019 года) предложил революционный способ классификации цивилизаций, основанный на их энергопотреблении. Эта идея оказалась настолько влиятельной, что до сих пор используется учеными при обсуждении будущего человечества и поиске внеземных цивилизаций, достигших более высокого уровня развития.
По мнению Кардашева, именно количество энергии, которую цивилизация способна контролировать и использовать, определяет уровень ее технологического развития. Это логично: чем больше население и выше уровень развития технологий, тем больше требуется энергии. В своей классификации ученый выделил три типа цивилизаций, между которыми существуют колоссальные технологические различия.
Цивилизация первого типа
Такая цивилизация способна использовать все энергетические ресурсы своей планеты и получать дополнительную энергию от родительской звезды. Человечество пока не достигло даже этого уровня, хотя постепенно к нему приближается.
Мы уже научились использовать атомную энергию, развиваем технологии получения энергии от Солнца и стремимся к управляемому термоядерному синтезу, но все еще сильно зависим от ископаемого топлива.
Цивилизация второго типа
Это уже космическая сверхдержава, способная использовать всю энергию своего светила. Такая цивилизация могла бы построить гигантскую сферу Дайсона вокруг звезды, чтобы собирать почти всю ее энергию.
Такая цивилизация могла бы управлять энергией миллиардов звезд, черных дыр (создавая для этого сингулярные реакторы) и, возможно, даже манипулировать пространством и временем.
В 2015 году астрономы обнаружили необычную звезду KIC 8462852, известную как "звезда Табби", расположенную в 1 470 световых годах от Земли. Ее яркость периодически падает на целых 25% — явление, которому ученые до сих пор не могут найти однозначного объяснения. Одна из гипотез предполагает, что вокруг звезды может существовать инопланетная мегаструктура, созданная цивилизацией второго типа.
Первое упоминание о передаче фотоизображения по проводам относится
к 1843-у году. Речь идет об изобретении шотландского физика Александра Бейна.
Однако, кроме этого упоминания других свидетельств история не сохранила – Бейну
не удалось нормально синхронизировать начало отправки и начало приема
фототелеграммы, посему принято считать, что его аппарат был крайне неудачен и
практически применяться не мог. Значительно более известен в анналах истории
электрической связи итальянец Джованни Каселли, который 12 лет спустя после
Бейна, в 1855 году использовал ту же самую идею, но довел ее до ума и сделал пригодной
для эксплуатации. Трудно сказать, что сыграло бОльшую роль – назревшая
необходимость в мгновенной передаче писем с изображениями, которые почтовые
кареты везли неделями, или просто личное обаяние гениального итальянца, но
Каселли никогда не испытывал недостатка внимания со стороны власти предержащих
– его изобретению, ставшему предшественником хорошо известного всем факса,
покровительствовали и Наполеон III, и Николай I…
Основой передающего устройства, известного, как «бильд-аппарат»был медленно вращающийся от пружинного привода барабан. На него надевали
свернутый в кольцо рисунок, который требовалось передать.Но рисунок был не обычный, а нарисованный
краской на металлической фольге. Основа – металлическая фольга – проводила ток,
а линии и штрихи картинки – нет. Барабан медленно вращался, и столь же медленно
вдоль него перемещалась иголка-контакт, выполнявшая роль считывающей головки.
Там, где игла касалась фольги, возникал электрический контакт, а там, где игла
шла по краске – его не было.Эти
чередования контакта и неконтакта аппарат отправлял в проводную линию – как
некую сумасшедшую «морзянку». (Кстати, это было одним из первых подобийцифрового сигнала – чередование наличия и
отсутствия тока - то, что мы сегодня называем «нули» и «единицы».)
На другом конце линии связи это, казалось бы, хаотичное чередование
электрических импульсов принимал на первый взгляд аналогичный аппарат. И
барабан вращался, и иголка вдоль него ползла. Но вместо склеенной в виде кольца
картинки на барабан надевалось кольцо из тряпичной ленты, пропитанной раствором
железосинеродистого калия. Это вещество имело свойство менять цвет при
прохождении через него электрического тока, и иголка приемного аппарата оставляла
на ткани след. Таким образом, после того как на передающей стороне иголка
пробегала картинку, на принимающей стороне возникала ее копия на лоскутке
ткани.
Картинка была весьма примитивна-как если бы рисуночек в 3-5
килобайт растянуть на полэкрана компьютера. Но поскольку телеграф в то время уже
существовал и успешно работал, новая «фишка», резко расширяющая его возможности,
была воспринята на ура во всем мире.
Впоследствии этот предок факса неоднократно модифицировался и улучшался инженерами-связистами
всего мира. Пропал механический принцип съема информации – его заменил
фотоэлемент. Исчезла и необходимость рисовать отправляемую картинку
неэлектропроводной краской на фольге – для передачи в аппарат можно было
вставлять обычную бумагу с текстом и изображением, нарисованным обычной
типографской краской или чернилами.
Удивительно, но конструкция простейшего бильд-аппарата
была настолько проста, что его мог собрать любой школьник! Что и предлагалось
сделать в брошюрке под названием «Самодельный бильдаппарат», выпущенной в 30-е
годы ХХ века в СССР в рамках серии «Библиотека юного конструктора». На сорока
семи страничках худенькой книжечки подробно рассказывалось, как, обладая
начальными слесарными навыками на уровне школьных уроков труда, можно было
сделать «факс»!
Передающий самодельный бильд-аппарат
Приемный самодельный бильд-аппарат
Вот так в то время выглядела картинка, переданная промышленным
бильд-аппаратом – неотличимо от оригинала:
Самоделка же качеством не блистала, но в целом результат был вполне читабельным, а уж для школьной конструкции - и подавно!
На этом захватывающем снимке от космического телескопа NASA/ESA "Хаббл" запечатлен космический фейерверк — мощные биполярные джеты, вырывающиеся из области формирования молодой звезды. Эта структура, носящая название "объект Хербига-Аро 24" (HH 24), расположена в молекулярном облаке Ориона на расстоянии около 1 300 световых лет от Земли.
Каждая светящаяся струя движется со скоростью в сотни километров в секунду и простирается на расстояние около половины светового года. Джеты возникают, когда материал из аккреционного диска падает на юную звезду, а часть вещества выбрасывается вдоль линий магнитного поля.
Золотистое свечение и замысловатые структуры синего и фиолетового оттенков показывают взаимодействие раскаленного газа с окружающей космической средой, создавая одно из самых зрелищных проявлений звездного рождения во Вселенной.
Этот крупнейший спутник Нептуна хранит множество тайн, и его изучение не только приоткрывает завесу над ранней историей Солнечной системы, но и рассказывает удивительную сагу о небесном теле, прошедшем путь от независимого объекта до спутника.
Знакомство с гигантом
Тритон, открытый английским астрономом Уильямом Ласселом 10 октября 1846 года (всего через 17 дней после обнаружения самого Нептуна), является седьмым по размеру спутником в Солнечной системе.
Его средний диаметр составляет около 2 707 километров, что делает его крупнее карликовой планеты Плутон (средний диаметр около 2 377 километров).
Карликовая планета в плену
Одна из самых интригующих особенностей Тритона — его ретроградная орбита. В отличие от большинства крупных спутников, он вращается вокруг Нептуна в направлении, противоположном вращению планеты. Это необычное поведение, вместе с химическим составом поверхности, очень похожим на состав Плутона, привело ученых к выводу, что Тритон не сформировался вместе с Нептуном, а был "похищен" ледяным гигантом в процессе эволюции Солнечной системы.
Изначально Тритон, вероятно, был одной из крупнейших карликовых планет пояса Койпера — области за орбитой Нептуна, где находятся многочисленные ледяные тела, включая Плутон. Однако какое-то событие вкупе с гравитационным взаимодействием с Нептуном изменило его судьбу, превратив некогда независимое небесное тело в спутник.
Уникальная поверхность
Поверхность Тритона представляет собой удивительный ледяной мир со средней температурой -235 градусов Цельсия. Она состоит преимущественно из азотного льда с вкраплениями водяного и сухого (углекислого) льда. Наиболее загадочной особенностью является так называемый "ландшафт канталупы" или "земля дыни" — область, покрытая множеством тесно расположенных впадин, которая напоминает кожуру дыни.
Несмотря на экстремально низкие температуры, Тритон удивительно динамичный объект. На его поверхности обнаружены следы криовулканической активности — извержений жидкого азота и водно-аммиачной смеси. Космический аппарат NASA "Вояджер-2", максимально сблизившийся с Тритоном 25 августа 1989 года, зафиксировал гейзеры, выбрасывающие смесь из азота и темных частиц на высоту до восьми километров. Эти извержения постоянно обновляют поверхность спутника, делая его одним из самых геологически активных тел во внешней Солнечной системе.
Атмосфера в глубоком холоде
Удивительно, но даже при таких низких температурах Тритон обладает атмосферой (хотя и чрезвычайно разреженной), состоящей на 99,9% из азота с примесями метана и угарного газа.
На высоте от одного до трех километров над поверхностью формируются азотные облака, протяженность которых может достигать 100 километров. Атмосферное давление на поверхности составляет всего около 14 микробар — в 70 000 раз меньше земного.
Будущие исследования
После пролета "Вояджера-2" новых космических миссий к Тритону не было. Однако ученые разрабатывают планы будущих исследований этого манящего мира. Особый интерес представляет возможность существования подповерхностного океана, который, благодаря приливному нагреву* со стороны Нептуна, может оставаться жидким несмотря на запредельно низкую температуру поверхности.
*Тритон, вращаясь вокруг Нептуна, постоянно сжимается и растягивается, что делает его ядро достаточно горячими.
2 марта 1972 года и 6 апреля 1973 состоялись запуски космических аппаратов NASA "Пионер-10" и "Пионер-11" соответственно. Эти зонды стали первыми в истории аппаратами, которые не только преодолели пояс астероидов, но и посетили планеты-гиганты нашей Солнечной системы — Юпитер и Сатурн.
Организуя столь сложную миссию, NASA, конечно, рассматривало вероятность того, что что-то пойдет не по плану. Но то, что случилось с "Пионером-10" и "Пионером-11" стало странной и очень интригующей загадкой.
На расстоянии около 20 астрономических единиц (а.е.) от Солнца (одна а.е. равна среднему расстоянию между Землей и Солнцем — примерно 150 миллионов километров) с зондами начало происходить нечто странное — они демонстрировали необъяснимое торможение, словно что-то тянуло их назад к звезде.
И хотя "Пионеры" уверенно продолжали свой путь к границам Солнечной системы, игнорировать загадочную силу, которая как будто тянула их обратно к нашему светилу, было невозможно. Совпадение расстояния, на котором начала проявляться аномалия у обоих аппаратов, заставило физиков предположить, что, возможно, с нашим пониманием гравитации что-то не так.
Согласно закону обратных квадратов Ньютона, сила притяжения между телами пропорциональна их массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Проще говоря, чем дальше объект удаляется от Солнца, тем слабее должно быть его гравитационное влияние. Однако данные с "Пионеров" словно противоречили этому фундаментальному закону физики.
Некоторые ученые начали рассматривать возможность того, что странное поведение "Пионеров" указывает на необходимость пересмотра существующих физических теорий. Однако тот факт, что последующие космические аппараты не сталкивались с подобной аномалией, намекал на то, что разгадку стоит искать в другом направлении.
Спустя десятилетия команда исследователей, восстановив и проанализировав данные допплерографии и телеметрии, нашла гораздо более прозаичное объяснение. Причина крылась в особенностях конструкции самих аппаратов.
"Пионеры" были стабилизированы вращением*, их большие антенны всегда указывали на Землю. РИТЭГи (радиоизотопные термоэлектрические генераторы) — источники питания аппаратов — излучали тепло на заднюю сторону антенн. Антенны отражали и переизлучали это тепло в направлении движения корабля. Кроме того, нагретый приборный отсек располагался в передней части аппарата, что приводило к еще большему излучению тепла в том же направлении.
*Стабилизация вращением — это метод, который используется для поддержания ориентации космических аппаратов в пространстве без использования активных систем управления ориентацией, таких как двигатели или маховики.
Создаваемое фотонами давление (тот же принцип, что используется в солнечных парусах) действовало против движения, вызывая крошечное, но измеримое торможение — ту самую "аномалию Пионеров".
Стоит отметить, что аномальное торможение зондов на самом деле началось гораздо раньше и нарастало постепенно по мере их удаления от Солнца. На расстоянии около 20 а.е. эффект стал достаточно заметным, чтобы его уверенно зафиксировали приборы.
История "аномалии Пионеров" служит прекрасным примером того, как важны тщательный анализ данных и проверка всех возможных объяснений, прежде чем делать выводы о необходимости пересмотра фундаментальных законов физики. Восстановление и детальное изучение данных позволило разгадать эту космическую загадку, еще раз подтвердив надежность существующих физических теорий.
P.S. Зонды продолжают свое путешествие к границам Солнечной системы. "Пионер-10" находится на расстоянии около 20 миллиардов километров от Земли и движется в направлении звезды Альдебаран, удаленной примерно на 65 световых лет от нас. Последний слабый сигнал от "Пионера-10" был получен 23 января 2003 года. С тех пор связь с ним потеряна, скорее всего, из-за истощения энергии радиоизотопного генератора.
"Пионер-11" сейчас находится на расстоянии около 16 миллиардов километров от Земли и летит в направлении созвездия Щита. Последний раз с ним удалось связаться 30 сентября 1995 года. Официально "Пионер-11" функционально "умер" из-за недостатка энергии, но, как и его "брат", зонд продолжает путешествие.
Зонд был запущен 5 ноября 2013 года, а его выход на орбиту вокруг Красной планеты был осуществлен 24 сентября 2014 года. В апреле 2022 года связь с "Мангальяном" пропала, и после безуспешных попыток ее восстановления в октябре 2022 года Индийская организация космических исследований объявила о завершении миссии.
Протон — одна из самых стабильных частиц во Вселенной. Эти фундаментальные кирпичики мироздания настолько долговечны, что их теоретическое время жизни превышает возраст самой Вселенной.
Все видимое вещество, от кончика вашего носа до самых далеких галактик, построено из протонов, которые вместе с нейтронами образуют ядра атомов, окруженные электронами. За всю историю наблюдений ученые ни разу не зафиксировали самопроизвольный распад протона — настолько он стабилен.
Но действительно ли он вечен?
Сомнения в абсолютной стабильности протона породили одну из самых интригующих гипотез современной физики — идею о его возможном самопроизвольном распаде. Если этот краеугольный камень мироздания способен спонтанно распадаться, пусть даже через умопомрачительные 10^35 лет (единица и 35 нулей!), то это перевернет наши представления о фундаментальных законах природы. Ведь согласно Стандартной модели физики элементарных частиц — нашей лучшей на сегодня теории устройства микромира — протон считается абсолютно стабильной частицей, поскольку в этой теории строго выполняется закон сохранения барионного числа. Самопроизвольный распад* отдельного протона как раз и означал бы нарушение барионного числа.
*Распады протона во взаимодействиях, где рождаются другие барионы (семейство элементарных частиц), не нарушают этот закон сохранения.
Но как зафиксировать столь редкое событие?
Ученые строят гигантские подземные детекторы, заполненные тысячами тонн сверхчистой воды. В этих резервуарах триллионы триллионов протонов терпеливо ждут своего звездного часа. Сверхчувствительные датчики непрерывно следят за водой в надежде заметить вспышку света — потенциальные следы распада протона. Пока безуспешно, но поиски продолжаются с неослабевающим упорством.
Теории Великого объединения, стремящиеся объединить все фундаментальные взаимодействия в единую силу, предсказывают неизбежность распада протона. Более того, обнаружение распада протона могло бы пролить свет на одну из главных загадок космологии — почему во Вселенной так много вещества и так мало антивещества (барионная асимметрия Вселенной). Возможно, эта асимметрия возникла на заре существования космоса именно из-за разницы в распадах протонов и антипротонов.
Поэтому физики с таким упорством продолжают искать следы распада протона, несмотря на исчезающе малую вероятность этого события. Цена такого открытия неизмерима — оно откроет новую главу в понимании фундаментальных законов природы и прольет свет на тайны происхождения самой Вселенной.
Протон может оказаться не таким вечным, как мы думали, но разгадка его секретов сулит бессмертие для человеческого знания о Вселенной.
В 1963 году, когда черные дыры считались лишь математической абстракцией, 29-летний математик из Новой Зеландии Рой Патрик Керр совершил прорыв, который поразил научное сообщество. Он нашел точное решение уравнений Эйнштейна для вращающейся черной дыры, решив задачу, над которой безуспешно бились лучшие умы физики почти полвека.
Седовласые ученые были ошеломлены элегантностью его решения. Они проверяли и перепроверяли расчеты молодого математика, но не могли найти в них ошибки.
Выводы, следующие из этих расчетов, казались фантастикой.
Вихрь пространства-времени
Керр доказал математически, что при коллапсе массивной вращающейся звезды возникает структура, принципиально отличная от статической черной дыры. Вместо точечной сингулярности в центре образуется сингулярность в форме кольца.
Вращение черной дыры закручивает само пространство-время вокруг себя, как гигантский космический водоворот. Вблизи такого объекта ничто не может оставаться неподвижным – сама ткань реальности увлекается в это вращение.
Но самым удивительным оказалось то, что кольцеобразная сингулярность теоретически может быть... тоннелем в другую вселенную.
Портал между мирами?
По расчетам Керра, если гипотетический космический путешественник сумеет пролететь через центр этого кольца на достаточно высокой скорости, то он сможет избежать разрушительного воздействия чудовищных приливных сил.
И вместо неминуемой гибели, ожидающей в центре обычной черной дыры, смельчак мог бы вынырнуть где-то в совершенно другой области космоса – или даже в другой вселенной.
Как к таким выводам отнеслись коллеги Керра? Они были, мягко говоря, раздражены. Ученые годами "потрошили" решения новозеландского гения, надеясь найти ошибки и избавиться от того, что не укладывалось в их головах. Однако последующие проверки лишь подтверждали математическую безупречность модели.
От теории к реальности
Сегодня мы знаем, что черные дыры действительно существуют. Астрономы изучают их по косвенным признакам: аккреционные диски (те самые "кольца", которые описывал Керр), интенсивное излучение от падающей материи, гравитационные волны от их слияний и влияние на орбитальное поведение и даже форму близлежащих звезд.
В 2019 году проект Event Horizon Telescope получил первое в истории изображение тени сверхмассивной черной дыры в центре галактики M 87, а годом позже ученые получили Нобелевскую премию за исследования этих загадочных объектов.
Но вопрос "работают" ли черные дыры как порталы в другие вселенные, остается открытым. Математика допускает такую возможность, но проверить теорию экспериментально пока невозможно.
Космический тоннель, ведущий в один конец
Даже если Керр был прав, путешествие через черную дыру было бы предприятием с крайне низкими шансами на успех. Представьте: вы разгоняетесь почти до скорости света, пересекаете горизонт событий, где пространство и время искажаются до неузнаваемости, выдерживаете колоссальные приливные силы, способные растянуть ваше тело в атомную нить и... если вам каким-то чудом удастся пролететь через кольцеобразную сингулярность, то где вы окажетесь? В другой части нашей Вселенной? В параллельном мире с иными физическими законами? Куда бы вы ни попали, это будет путешествие в один конец.
Современная квантовая механика предполагает, что реальные черные дыры могут быть даже сложнее, чем предсказывает модель Керра. Квантовые эффекты, вероятно, трансформируют сингулярность во что-то еще более экзотическое.
Так что пока путешествия через черные дыры остаются уделом научной фантастики, но эта идея является научно обоснованной! Так что, возможно, через миллионы лет наши очень далекие потомки не только смогут "обуздать" черные дыры, но и составят целую карту мироздания, зная, куда какой "тоннель Керра" ведет.
В самом сердце нашей галактики Млечный Путь, на расстоянии около 25 000 световых лет от Земли, скрывается один из самых впечатляющих объектов — звезда Пистолет (официальное название V4647 Стрельца). Этот космический гигант, окруженный собственной туманностью, по своим характеристикам бросает вызов человеческому воображению.
Звезда Пистолет — очень молодое по космическим меркам светило, чей возраст составляет около четырех миллионов лет. Этот голубой гипергигант в 420 раз больше, в 125 раз массивнее и в 3,3 миллиона раз ярче нашего Солнца! Это делает Пистолет одной из самых ярких и массивных известных звезд во Вселенной. Однако увидеть ее в оптический телескоп невозможно: плотные облака межзвездной пыли, словно космический занавес, скрывают этого звездного гиганта от любознательных астрономов.
Только 10% излучения звезды Пистолет достигает Земли — и то в инфракрасном диапазоне. Именно благодаря инфракрасным телескопам ученые смогли изучить этот удивительный объект и раскрыть его тайны.
Звезда Пистолет и окружающая ее туманность, запечатленные космическим телескопом "Хаббл" / NASA/ESA
Около 6 000 лет назад звезда Пистолет породила грандиозную вспышку, в результате которой она "похудела" примерно на 10 солнечных масс. Из выброшенных газа и пыли в итоге сформировалась окружающая звезду туманность.
Будущее этого космического титана предрешено: по расчетам астрономов, не позднее чем через три миллиона лет звезда Пистолет завершит свой жизненный путь грандиозным финалом. Считается, что это будет либо вспышка сверхновой, либо еще более мощное событие — гиперновая (взрыв сверхмассивной звезды), характерная для звезд, чья масса превышает солнечную более чем в 20 раз.
Такой взрыв станет одним из самых высокоэнергетических событий во Вселенной, на короткое время затмив своим блеском миллиарды обычных звезд.
