Глава I Космос вокруг нас. От большего – к меньшему
Есть только две бесконечные вещи:
Вселенная и человеческая глупость.
Хотя насчет Вселенной я не уверен.
Космос – поистине бескрайнее пространство. Вселенная и космические тела настолько огромны, что это может не укладываться в голове. Только представьте, в глубинах космического вакуума кружат планеты и звезды, по сравнению с которыми Земля – крошечная песчинка. Давайте вместе совершим космическое путешествие сквозь Вселенную к нашей планете. Вперед!
Световой год – это сколько? О космических расстояниях
Насколько именно велика Вселенная и измерима ли она, мы не знаем. В космологии есть понятие Метагалактики, или наблюдаемой Вселенной. Это та доля космического пространства с планетами и звездами, свет от которых «добрался» до нашей планеты с момента Большого взрыва. Ученые вычислили размер наблюдаемой Вселенной:
• Радиус (от центра Земли до наиболее удаленного объекта) – 46,5 миллиарда световых лет.
• Диаметр (от одной крайней точки Метагалактики до противоположной) – 93 миллиарда световых лет.
Галактика М82, в ней идет активное образование «новорожденных» звезд
Пожалуй, нам, чья жизнь длится до 100 земных лет, трудно даже вообразить столь гигантские масштабы. Если измерять космические дистанции в привычных километрах, ничего не стоит потеряться в многочисленных нулях. Для того чтобы сократить их, ученым пришлось трансформировать километры в новые единицы измерения.
Так появились понятия «световой год» и «парсек». Световой год – это расстояние, которое луч света преодолевает за 1 земной год. Он составляет 9 461 000 000 000 (9,461 триллиона) километров. Другой астрономический показатель – парсек, название которого образовано от двух понятий – «параллакс» и «секунда». Парсек (пк) равен 3,26 светового года.
Для удобства расчетов внутри нашей Солнечной системы ввели так называемую астрономическую единицу (АЕ). Это примерное расстояние от Земли до Солнца, составляющее 150 миллионов километров.
Пульсары – это нейтронные звезды, испускающие из полюсов пучки радиоизлучения с бешеной скоростью и вращающиеся вокруг собственной оси со скоростью до 700 оборотов в секунду
Звезды нашей галактики Млечный Путь вращаются вокруг галактического центра. Те звезды, что расположены ближе к нему, совершают оборот быстрее, примерно за 10 миллионов лет. Дальние, например наше Солнце, облетают центр галактики за 180 миллионов лет.
«А как насчет космических путешествий, которые пророчили писатели-фантасты всех времен?» – спросите вы. Дело в том, что самый скоростной объект, созданный современной наукой, – Parker Solar Probe (солнечный зонд им. Паркера). Если бы звук существовал в вакууме, мы с вами услышали бы, как он свистит, пролетая на скорости свыше 252 000 км/ч. Это в целых 100 раз быстрее пули! Но даже на такой скорости дорога до ближайшей к Земле звезды после Солнца – Проксима Центавра – заняла бы 19 000 лет. Пока никто не спешит отправляться так далеко, ведь единственное, что ждет экипаж в пути, – это смерть от старости.
Галактики: виды, формы, состав
Звезды и планеты не летают в космосе сами по себе. Они вместе с космической пылью и газами образуют скопления, а те, в свою очередь, – галактики. Американский астрофизик Эдвин Хаббл (1889–1953) предложил разделить все галактики на группы.
Эллиптические (E 0—E 7). Они имеют шарообразную или приплюснутую форму. В эллиптических галактиках нет явного ядра, а звезды распределены равномерно. Цифра показывает степень уплощения: E 0 практически шарообразны, E 7 напоминают «блинчики».
Спиральная галактика, расположенная на расстоянии множества световых лет от Земли
В одну эллиптическую галактику входит более триллиона звезд. Чтобы вы оценили размеры, вспомните: Млечный Путь вмещает всего около 100 миллиардов звезд!
Галактика IC 1101 – лидер среди галактических гигантов. В ней скопилось 100 триллионов звезд! Если наложить IC 1101 на Млечный Путь, она покроет и его, и три соседние галактики вместе с пространством между ними.
Линзообразные (S 0). Эти галактики имеют форму диска с выпуклостью в центре.
Спиральные галактики «закручены» в спираль и по форме напоминают водяную воронку в сливе раковины.
• Sa, Sb, Sc, Sd – спиральные галактики, состоящие из выпуклости в центре и внешнего диска, содержащего рукава – «щупальца» спиральных галактик. Буква показывает, насколько плотно расположены рукава: у Sa рукава частые, у Sd – редкие.
• SBa, SBb, SBc, SBd – спиральные галактики с перемычкой, в которых центральная выпуклость пересекает яркий бар, от которого отходят рукава.
Наиболее именитые представители спиральных галактик – Млечный Путь и Туманность Андромеды. В рукавах спиральных галактик зарождаются новые, молодые звезды.
Неправильные, или иррегулярные галактики (Irr) не могут отнести ни к одной из групп. Например, структура галактик Irr I содержит остатки спирали, а Irr II имеют совершенно неправильную форму.
Самая тяжелая
Звезда R136a1 в туманности Тарантула является самой массивной и яркой в истории астрономии – ее масса составляет 256 масс Солнца, а светимость превышает солнечную почти в 10 миллионов раз
Сам Хаббл считал эту последовательность эволюционной, т. е. развитие шло от эллиптических к спиральным галактикам. Современные ученые утверждают обратное: в ранней Вселенной преобладали спиральные и неправильные галактики, а позднее в результате их слияния зародились эллиптические.
Имя нашей галактики – Млечный Путь. Это спиральная галактика диаметром 100 000–120 000 световых лет. Вдумайтесь: луч света, движущийся со скоростью 300 тысяч км/с, пересечет ее лишь спустя 100 тысяч лет. Трудно представить? Тогда возьмите за ориентир знакомый объект – Солнце. Так вот, Млечный Путь больше Солнца в 3 триллиона раз!
Жизнь звезды
Чем больше и массивнее звезда, тем короче ее жизнь. Ведь ей приходится расходовать больше энергии, чем звездам-малышкам, а из-за этого топливо расходуется быстрее. Например, η Киля выделяет в несколько миллионов раз больше энергии, чем Солнце. Ей потребуется всего пара миллионов лет, чтобы «прожить» свой век и взорваться. Солнце же спокойно просуществует еще несколько миллиардов лет
В центре нашего «звездного острова» расположено ядро, а вокруг него витают в вакууме звезды и раскаленные газы. Вокруг ядра есть как минимум пять спиральных рукавов: рукав Лебедя, рукав Персея, рукав Стрельца, рукав Центавра и рукав Ориона, в котором и расположена Солнечная система.
Дотянуться до звезды: мерцающие гиганты и карлики
А вы хоть раз замирали от восторга под необъятным звездным небом? Давайте разберемся, что же такое звезда и почему одни звезды кажутся крупными, а другие едва различимы.
Звезда по сути – громадный газовый шар. Именно звезды источают свет в космическом пространстве. Но не все они одинаковы. Давайте «пробежимся» по звездному пути от самых крупных его представителей к звездам-крошкам. Размеры некоторых огромны даже по космическим меркам, поэтому для удобства будем рассматривать параметры звезд в сравнении с нашим родным Солнцем.
Из чего состоит звезда
Звезда состоит из водорода и гелия (примерно 3/4 водорода и 1/4 гелия), а также незначительной примеси других элементов
Гипергиганты. Здесь название говорит само за себя. К числу самых массивных и ярких звезд относится звезда VY Большого Пса. Это крупнейшая звезда из созвездия Большой Пёс. Радиус звезды равен 1800–2100 радиусов Солнца, а светимость превышает солнечную в 270 000 раз. Однако, несмотря на внушительные размеры и ослепляющую яркость, увидеть VY Большого Пса без телескопа нельзя.
Красные сверхгиганты. Самый крупный представитель этой группы – UY Щита. Радиус светила превышает солнечный в 1700 раз, а масса – в 40. Для пущей наглядности представьте, что центр звезды совмещен с центром Солнца. В этом случае габариты UY Щита вышли бы за пределы Солнечной системы. Антарес – второй по величине красный сверхгигант. Его радиус больше радиуса Солнца в 800 раз, а масса – в 17. Антарес можно увидеть невооруженным глазом в момент его противостояния с Солнцем. Кроме огромного размера звезда отличается яркостью, которая в 65000 раз превосходит солнечный свет.
Гиганты. На расстоянии 800 световых лет от нашей планеты расположен голубой гигант Альтинак из созвездия Орион. По космическим меркам это молодая звезда, но Альтинак – «малыш» по возрасту, а отнюдь не по размерам. Он превосходит габариты Солнца в 18 раз, а светимость – в 35000 раз. Еще одно «детище» Ориона – умирающая звезда, красный гигант Бетельгейзе. Он практически не уступает по яркости и массивности своему собрату. А его объем и того больше: радиус космического тела варьируется от 950 до 1200 радиусов Солнца.
Субгиганты. Звезды, обладающие меньшим радиусом и светимостью, чем обычный гигант того же спектрального типа.
Карлики. Эта группа светил наиболее доступна нашему разуму, ведь один из карликов освещает Землю с небосвода. Звезда по имени Солнце – желтый карлик, его диаметр – 1 392 000 метров (109 диаметров Земли), а масса – 1,9855×1030 кг (332 940 масс Земли). Самая близкая звезда к Солнечной системе – Проксима Центавра, красный карлик со слабым свечением. Ее размер и масса достигают не более трети солнечных.
Звезды и планеты – не одно и то же?
Планеты Солнечной системы знакомы каждому со школьной скамьи. О других планетах мы знаем не так много. Дело в том, что, в отличие от ярких звезд, их не так-то просто обнаружить даже через мощный телескоп. Но с развитием технологий ученым все же удалось найти планеты вне Солнечной системы. Их стали называть экзопланетами.
Сколько лет, сколько зим
Из-за огромного расстояния между звездами и Землей мы видим их такими, какими они были когда-то раньше. К примеру, Солнце находится от нас в 8,5 световой минуты, а значит, когда мы смотрим на него, то видим его таким, каким оно было 8,5 минуты назад. Если взять звезду Проксиму Центавра, то ее мы видим такой, какой она была 4,24 года назад
В настоящее время открыто более 2000 экзопланет. Некоторые из них состоят из газа, как Юпитер, иные напоминают Землю, а на некоторых, возможно, существует жизнь. Например, на экзопланете Кеплер 186-F допускается наличие жизни. Эта планета по размерам лишь чуть-чуть превосходит Землю. Расстояние до нее – 558 световых лет. Экзопланета Глизе 832-С, расположенная в 15 световых годах, также потенциально пригодна для жизни, но она больше Земли в пять раз. Размер экзопланеты Кеплер 78-B почти аналогичен размеру Земли, но планета вращается в 90 раз ближе к своей звезде. Из-за этого температура на ее поверхности составляет от 1,5 до 3000 °C.
Самая древняя из известных экзопланет – Каптейн-B из системы красного карлика в 13 световых годах от нас. Ее возраст составляет (только задумайтесь!) 11,5 миллиарда лет. Самая горячая из известных экзопланет – WASP‑33B, температура ее поверхности составляет около 3200 °C. В 2013 году ученые заявили об открытии самой крохотной планеты, Кеплер‑37b, которая по своим габаритам близка к размеру Луны.
Космическая пыль – это частицы, которые «парят» в космическом пространстве. Эти частицы могут состоять всего из нескольких молекул, а могут достигать размера 0,2 мкм. Около 60 тонн космической пыли ежедневно оседает на поверхности Земли
Так в чем же разница между звездами и планетами? Первоочередное и самое главное отличие звезд от планет – в способности самостоятельно излучать свет и тепло: звезды могут, планеты – нет. Планеты лишь отражают свет от других светил.