От кварка до квазара: 6 фактов о космосе, которые знает далеко не каждый

Астрономия становится всё более популярной темой, на что указывают миллионные просмотры научно-популярных лекций в YouTube. Наука о Вселенной вновь стала обязательной дисциплиной в старших классах средней школы и одним из любимых факультативных предметов во всех классах без исключения. Но те, кому выпало преподавать астрономию, а также те, кто увлёкся ею как хобби, нуждаются в кратком и точном описании астрономических терминов и понятий.

Книга российского астронома и просветителя Владимира Сурдина «Понятный Космос: от кварка до квазара» – это настольная энциклопедия, которая погрузит читателя в мир современной астрономии и астрофизики, звёзд, планет, галактик и других небесных объектов. Издание в основном рассчитано на школьников, студентов, учителей и журналистов. Однако многие её статьи привлекут внимание продвинутых любителей астрономии и даже профессиональных астрономов и физиков, поскольку большинство данных приведено на начало 2021 г.

Делимся шестью интересными фактами из книги.

Галактика

Всего в Галактике порядка 300 млрд звёзд, большая часть которых образует диск, вращающийся вокруг центра её масс. Это все звёзды, видимые на небе невооружённым глазом или в небольшой телескоп, а также большая масса межзвёздного газа, пыли и тёмной материи неизвестной пока природы. Звёздный диск – наиболее яркая структурная часть Галактики; он виден невооружённым глазом как светлая полоса Млечного Пути (именно поэтому иногда Галактику называют «Млечный Путь»). В диске Галактики выявлены области повышенной концентрации вещества – спиральные рукава. 

Изображение чёрной дыры с одного из снимков Nasa. Источник

Развитие идеи о чёрных дырах

Известный английский геофизик и астроном Джон Мичелл первым предположил: в природе могут существовать столь массивные звёзды, что даже луч света будет не способен покинуть их поверхность. Мичелл рассчитал: если бы звезда с массой Солнца имела радиус не более 3 км, то даже частицы не могли улететь далеко от такой звезды. Поэтому такая звезда казалась бы издалека абсолютно тёмной. Во второй раз учёные «столкнулись» с чёрными дырами уже в начале XX в., когда Альберт Эйнштейн создал релятивистскую теорию гравитации – общую теорию относительности (ОТО), а немецкий астроном Карл Шварцшильд (1873–1916) в декабре 1915 г. нашёл первое точное решение уравнений ОТО, описывающее невращающуюся чёрную дыру.

Одна из чёрных дыр, предположительно находящаяся в центре шарового скопления 47 Tucanae (примерно в 15000 световых годах от Земли). Источник

Свойства чёрной дыры

Вблизи чёрной дыры время течёт медленнее, чем вдали от неё. Если удалённый наблюдатель бросит в сторону чёрной дыры зажжённый фонарь, то увидит, как он будет падать всё быстрее и быстрее, но затем, приближаясь к поверхности Шварцшильда, начнёт замедляться, а его свет будет тускнеть и краснеть (поскольку замедлится темп колебания всех атомов и молекул). С точки зрения далёкого наблюдателя фонарь практически остановится и станет невидим, так и не сумев пересечь поверхность чёрной дыры. Но если бы наблюдатель сам прыгнул туда, он за короткое время пересёк поверхность Шварцшильда и упал к центру чёрной дыры, будучи при этом, к сожалению, разорван её мощными приливными гравитационными силами, возникающими из-за разницы притяжения на разных расстояниях от центра.

Несмотря на масштабные возможности современных телескопов, многое по-прежнему остаётся вне зоны их внимания. Источник

Почему нельзя увидеть чёрную дыру в телескоп

Если бы мы могли наблюдать в телескоп за звездой в момент её превращения в чёрную дыру, то сначала увидели, как она всё быстрее сжимается, но по мере приближения её поверхности к гравитационному радиусу сжатие начинает замедляться, пока не остановится совсем. При этом приходящий от звезды свет будет слабеть и краснеть, пока окончательно не потухнет. Это происходит потому, что в борьбе с силой тяжести фотоны теряют энергию и им требуется всё больше времени, чтобы дойти до нас. Когда поверхность звезды достигнет гравитационного радиуса, покинувшему её свету потребуется бесконечное время, чтобы достичь любого наблюдателя, даже расположенного сравнительно близко к звезде (и при этом фотоны полностью потеряют свою энергию). Следовательно, мы никогда не дождёмся этого момента и тем более не увидим того, что происходит со звездой под горизонтом событий. Но теоретически этот процесс исследовать можно.

Сравнение трёх изображений с разницей в четыре года показывает, как уровень солнечной активности вырос от почти минимального до почти максимального за одиннадцатилетний солнечный цикл звезды. Источник

Маундеровский минимум

Между 1645 и 1715 гг. на диске Солнца почти отсутствовали пятна. Это явление впервые описал английский астроном Э. У. Маундер. Хотя тёмные области на звезде были открыты в 1610 г. и систематически наблюдались даже в самые первые, примитивные телескопы, в период маундеровского минимума было лишь несколько сообщений об их появлении, и каждый раз опытные наблюдатели воспринимали это как редчайшее событие. Любопытно, что в это же время наблюдались сильные холода: период с 1550 г. до 1850 г. известен как Малый ледниковый период в Европе.

Хронология истории Вселенной. (Июнь 2009 г.). NASA / Научная группа WMAP. Источник

Антропный принцип

Согласно антропному принципу, все свойства нашей Вселенной (даже ещё не открытые) должны не противоречить существованию в ней тех объектов, которые нам уже известны, в том числе и человека. При этом имеются в виду самые фундаментальные свойства: трёхмерность пространства, заряды и массы элементарных частиц, относительная сила физических взаимодействий и т. п.

Похожие материалы:  От принудительного рабства до истории, над которой плакал весь мир: как биография Деборы Фельдман вдохновила Netflix на мини-сериал

Понравился материал? Читайте книгу и узнаете больше интересных фактов о космосе и неизведанных далях!