Маркус Чаун - Твиты о вселенной

• Название: Твиты о вселенной
• Автор: Маркус Чаун
• Жанр: Науки о космосе
• Год: 2013
• ISBN: 978-5-9963-1151-4

Маркус Чаун и Говерт Шиллинг, известные журналисты и популяризаторы науки, приглашают читателя на уникальную экскурсию по Вселенной, во время которой они в непринужденной форме ответят на самые принципиальные вопросы, связанные с окружающим нас миром. Начиная с самых простых: «почему ночью небо темное? почему звезды мерцают? что такое метеориты?», они внедрятся в круг самых сложных проблем космологии — как зарождалась Вселенная, как появляются сверхновые звезды, что такое квазары и черные дыры, что было до Большого взрыва, одни ли мы во Вселенной. Самые интересные и животрепещущие «макропроблемы» современного естествознания представлены авторами в сжатой форме «микроблогов», в точности, как в социальной сети «Твиттер», откуда и берет название эта увлекательная и информативная книга.

---

Миссии Аполло обнаружили важную информацию. Луна состоит из материала, подобного мантии Земли. Лунные скалы содержат намного меньше воды, чем скалы на Земле.

1975. Вильям Хартманн и его коллеги предложили теорию гигантского столкновения. Вскоре после своего формирования Земля столкнулась с небесным телом с массой Марса (его назвали Тейя).

Из-за своей тяжести железное ядро Тейи попало в центр Земли. Расплавленная мантия выплеснулась в космос. Сформировалось кольцо вокруг Земли.

Кольцо остывающих осколков соединилось в Луну: она была в 10 раз ближе, чем сегодня, в 10 раз больше и вызывала в 1000 раз большие приливы.

Теория объясняет, почему Луна походит на мантию Земли; почему не имеет железного ядра; почему она настолько сухая (вода улетучилась при супергорячем агрессивном ударе).

Кроме большой Луны, возможно, также сформировались меньшие луны, которые позже столкнулись с большой. Этим можно объяснить толстую корку на обратной стороне Луны.

Проблема теории: Тейя не разрушила Землю. Это означает, что она должна была врезаться в нашу планету с необъяснимо малой скоростью.

Объяснение Ричарда Готта и Эда Белбруно: Тейя и Земля факт чески имели общую орбиту, подобно тому, как «троянские» астероиды Юпитера сегодня входят в его орбиту.

Так верить этому или нет? Возможно, когда-то у Земли был собрат, ярко светившийся в ночном небе!

Если Тейя сформировалась в устойчивой «точке Лагранжа», на 60° впереди или позади Земли на ее орбите, и была из нее выбита, то она могла медленно приближаться к Земле.

Энергия, теряемая во взаимодействии с приливами, постепенно уменьшала энергию Луны на орбите, сдвигая ее к существующему местонахождению. Сегодня Луна по-прежнему отступает на 4 см в год.

Проведем урок по внеземной жизни. Климат Земли устойчивым для жизни сохраняет большая Луна. Ее появление потребовало уникальных условий. Поэтому жизнь на других планетах может оказаться редкостью.

Космос

33. Как там — в космосе?

В космосе никто не услышит твой крик. Это потому, что звук — колебания воздуха, а в космосе нет воздуха для создания колебаний.

В космосе лазерные лучи невидимы (извините, фанаты «Звездных Войн»). Это потому, что свет от лазерного луча «рассеивает» в ваш глаз пыль в воздухе.

В космосе невообразимый холод. Это потому, что там очень мало атомов, которые взаимодействуют (сталкиваются) с вами и таким образом передают теплоту.

В самом деле: межпланетное пространство содержит около 10 частиц на см3 (в хорошем земном вакууме их 100 000, а в воздухе на уровне моря — 30 млрд млрд).

Существенно, что если нет частиц воздуха, которые уносили бы избыточное тепло, перегрев так же вероятен, как замерзание. Скафандры должны быть и с подогревом, и с охлаждением.

В космосе, где нет воздуха, чтобы дышать, астронавты должны носить свои собственные запасы воздуха с собой на спине, обычно в баллонах, подобных тем, какие используются в аквалангах.

В космосе нет давления. Мы живем под давлением 50-км столба воздуха (2 слона!). Костюмы астронавтов должны находиться под Давлением.

Если космонавты не будут похожи на символ шин компании Мишлен, «пухлого человека-шину», азот будет выделяться в их кровь в виде пузырьков (азотный наркоз — «кесонная болезнь»), и это Убьет космонавтов.

В космосе вы невесомы. На орбите вы находитесь в постоянном падении к Земле (но никогда не достигаете ее!). В «свободном падении» вы не чувствуете силы тяжести.

В космосе существует постоянная опасность радиации, идущей от Солнца и других областей космоса (космические лучи). Магнитное поле Земли создает «зонтик» для Земли.

Астронавты часто сообщают о наблюдаемых своеобразных вспышках света. Предполагается, что это высокоскоростные субатомные частицы проходят через жидкость глазного яблока.

Космическая радиация — основная опасность при освоении человеком космического пространства. В путешествии на Марс астронавты подвергаются ее воздействию на протяжении 6 месяцев.

Складывается впечатление, что люди не были созданы для космоса?!

34. Как ракета работает в космосе, когда нет ничего, что бы ее толкало?

Ключевой факт: в соответствии с третьим законом движения Ньютона, на каждое действие есть равная и противоположная реакция (противодействие).

Это, безусловно, верно, когда вы бежите. Ноги давят назад на землю (действие) и земля выталкивает вас вперед (реакция).

Но, вопреки ожиданиям, чтобы получить такую реакцию, необязательно отталкиваться от чего-то внешнего.

Представьте, что вы застряли на санках в середине прекрасного скользкого (без трения) катка. Как вы можете сдвинуться в сторону?

Предположим, в санях (аккуратно) сложены кирпичи. Толкните их один раз. Так же, как вы толкаете их прочь, они толкают вас назад (реакция). Сани движутся.

На этом построен принцип ракеты. Газы выбрасываются назад на высокой скорости. Ракета реагирует движением вперед. Совершается действие, порождающее реакцию. Все очень просто.

Так как ракета выбрасывает «реактивную массу», она становится легче; таким образом, ее выхлоп становится все более эффективным при движении ракеты вперед.

Эффект реактивного движения был впервые описан глухим русским учителем Константином Циолковским в его «ракетном уравнении».

Проблема: даже самое лучшее ракетное топливо не годится для того, чтобы поднять свой собственный вес плюс вес ракеты на орбиту Земли.

Решение Циолковского: создание многоступенчатой ракеты. Часть ракеты отбрасывается на определенной высоте. Ракета становится легче, и ей проще подняться на орбиту.

Использование одноразовых ракет подобно поездке на машине в городе и возвращению домой только с 4 шинами и рулем, поел чего необходимо заново построить автомобиль для следующей поездки.

НАСА выбрасывает большую часть Космического шаттла, и приходится заново его строить для каждого полета. Это одна из причин, почему каждый запуск стоит около $0,5 млрд.

Чтобы ракета работала наиболее эффективно — по крайней мере в космосе — нужна высокая скорость выхлопа благодаря чему потребуются меньшие массы топлива.

Сегодняшнее «химическое» топливо неэффективно. Альтернативная ракета будет использовать аннигиляцию материи и антиматерии.

Такой космический корабль будет обеспечивать громадный толчок для данной массы, поэтому вес топлива на борту будет минимальным.

Солнце

35. Имеет ли Солнце поверхность?

Солнце это гигантский светящийся газовый шар, так что он не имеет твердой поверхности, как Земля. Но так, конечно, кажется на первый взгляд. Почему?

Солнечную «поверхность», или фотосферу, к которой солнечные лучи с большим трудом пробиваются из глубин Солнца, легко найти.

Представьте себе людную улицу. Движение медленное. Нужно зигзагообразно огибать препятствия (людей). Двигаться прямо не получается. То же самое происходит со светом, испускаемым Солнцем.

Фотон (частица света), выходящий из ядра Солнца, проходит только 1 см до рассеяния в другом направлении на препятствии (например, электроне).

При движении в прямом направлении путешествие фотона от центра до поверхности заняло бы только 2 секунды. Но зигзаги пути так извилисты, что путешествие занимает 30 000 лет!

Поэтому сегодняшнему солнечному свету около 30 000 лет. Он возник на пике последнего ледникового периода.

Если бы вызванный ядерными реакциями пожар произошел 29 000 лет назад, мы бы не знали о нем еще 1000 лет.

На самом деле Солнцу требуются миллионы лет, чтобы потерять все запасенное тепло. Благодаря его большой мощности нам некоторое время ничего не грозит.

В итоге, через 30 000 лет фотоны, испускаемые с поверхности Солнца, летят по прямой к Земле со скоростью 300 000 км/с.

При такой скорости необходимо всего 8,3 мин, чтобы покрыть 150 млн км до Земли, (поэтому, если бы Солнце внезапно исчезло,! мы бы не знали об этом 8,3 мин).

Фотосфера Солнца — это место, где фотоны переходят от движения по зигзагообразному пути к движению по прямой линии, или «прекращают ходить и начинают летать».

Хотя фотосфера не является твердой поверхностью, она достаточно резкая, из-за чего Солнце похоже на диск (если смотреть через безопасный фильтр).