Читать книгу: «Популярная астрофизика. Философия космоса и пятое измерение», страница 3

Желтые карлики – не желтые

Желтые карлики – это весьма распространенный тип звезд. Они имеют массу от 84 до 115 % от массы Солнца.

Свет желтых карликов – белый. Почему же Солнце для нас светит то желтым, то оранжевым на рассвете и алым на закате? Все дело в рассеивании частиц атмосферой.

Белый свет, как мы помним из курса школьной физики, – это смешение всех цветов, что хорошо видно по радуге.

Белый свет, испускаемый Солнцем, рассеивается по-разному, в зависимости от его положения на горизонте.

Синие фотоны рассеиваются быстрее. И когда Солнце находится низко над горизонтом, синие фотоны не проходят атмосферу, поэтому Солнце кажется нам красным.

Что ждет солнце в будущем

Живут желтые карлики в среднем 10 миллиардов лет. После чего превращаются в красных гигантов: резко увеличиваются в габаритах и сбрасывают лишнее вещество.

Крупные звезды делают это эффектно – резкой вспышкой. Такие астрономические события называются «взрыв сверхновой». Происходит резкий всплеск светимости, после этого оболочка сбрасывается, а в этом месте возникает туманность.

Солнцу не хватает массы, чтобы взорваться, как сверхновая, поэтому отход оболочки произойдет более спокойным путем. По факту, на этой стадии жизнь звезды, по терминологии астрофизиков, прекращается.

Белые карлики составляют до 10 % от общего числа звезд в нашей галактике. Масса белых карликов сравнима с солнечной, только они очень компактны: их радиус почти в 100 раз меньше, чем радиус нашего Солнца. Вещество получается очень плотным.

Закат солнца. Навечно

Солнце станет белым карликом. Что это за тип звезды и возможна ли рядом с ней жизнь? Примерно через 5 миллиардов лет Солнце превратится в красного гиганта. На этой стадии Солнце будет раздуваться в размерах, пока не поглотит несколько ближайших планет, включая Землю.

Причина такого раздувания – выгорание вещества. У Солнца уже не получается соблюдать баланс температуры и давления, чтобы сохранять свои границы.

ИНТЕРЕСНЫЙ ФАКТ

Во времена неандертальцев в небе светили два Солнца. 70 тысяч лет назад люди могли наблюдать удивительное зрелище – в небе горели сразу две звезды.

Второй звездой в небе Земли оказалась звезда Шольца. 70 тысяч лет назад эта звезда максимально приблизилась к нашей Солнечной системе.

Звезда Шольца – небольшая звезда, так называемый красный карлик, масса которого в 8 раз меньше Солнца. «Второе Солнце» светило не очень ярко, гораздо слабее Луны. Жаль, что люди тогда не могли ни писать, ни рисовать и не оставили потомкам воспоминаний об этом событии. Спустя несколько тысяч лет Солнце и звезда Шольца разлетелись.

После этого красный гигант сбросит часть вещества (по прошествии некоторого времени издалека это будет выглядеть как туманность). По оценкам Ричарда Погге, профессора астрономии из Университета штата Огайо, Солнце потеряет 28 % своего вещества. И после этого превратится в белого карлика. Мы можем прогнозировать, что будет с нашим Солнцем. И даже немного заглянуть в будущее, причем не только в теории, но и на практике.

Туманность «Улитка» – ближайшая к нашей Солнечной системе. Находится в 650 световых годах. Правда, где ученые разглядели улитку, не совсем понятно. В соцсетях фото туманности окрестили «Глаз Бога», что гораздо ближе по ассоциации, на мой взгляд.

Туманность «Улитка» образовалась после гибели звезды, похожей на наше Солнце. Она взорвалась, как сверхновая, и сбросила оболочку, которая и образовала туманность. Появилась туманность 10 600 лет назад. Наши предки наверняка видели в небе гигантскую вспышку. Возможно, в течение месяца их ночи были гораздо светлее, почти как белые ночи. В диаметре «Улитка» растянулась на два с половиной световых года. От звезды же в центре остался простой белый карлик, который практически невидим.

Подобная судьба постигнет и Солнце. Наша звезда сбросит оболочку, оставив в центре белого карлика.

Из чего состоят белые карлики

Масса белых карликов сравнима с солнечной, только они очень компактны: их радиус почти в 100 раз меньше, чем радиус нашего Солнца. Вещество белого карлика получается очень плотным. Аналогов ему не найти на нашей планете.

По оценкам доктора философии и популяризатора астрономии Стивена П. Марана, игральный кубик из этого вещества весил бы аж 2,5 тонны! До нейтронной звезды или черной дыры, конечно, далеко. Но это одно из самых плотных веществ во Вселенной. Белый карлик так уплотняется, потому что гравитация максимально сдавливает вещество. Вещество похоже на обычное, звездное, но давайте вспомним, что это звезда на поздней стадии эволюции, когда много вещества выгорело. И здесь происходит сдвиг в сторону более тяжелых элементов.

Маленькие белые карлики буквально являются гелиевыми шариками. «Гелиевыми шариками» становятся звезды, которые на основной стадии были меньше Солнца в два раза и более. Их массы и температуры не хватает для запуска термоядерных реакций. Поэтому в их составе – компактный гелий, оставшийся после того, как прогорел весь водород. Солнце же будет относиться к белым карликам второго типа, которые обогащены углеродом и кислородом.

Может ли существовать жизнь на планетах в системах с белым карликом

Теоретически может. Для этого планета должна быть очень близка к своей звезде. Белый карлик, хоть и является тусклой звездой, продолжает излучать тепло и свет. Представьте себе головешки в потухшем костре. Еле тлеют, но дают немного света и тепла, если сесть максимально близко и протянуть ладони. Такая же история и с белым карликом.

Самое дальнее теоретическое расстояние, при котором жизнь возможна, – это 0,02 астрономических единицы (1 а. е. равна расстоянию от Солнца до Земли). То есть как минимум в 50 раз ближе расстояния от Земли до Солнца. Это даже намного ближе, чем расстояние до Меркурия. Конечно, при этом приливные силы будут высокими, на подобных планетах жить будет крайне некомфортно. Однако вероятность этого крайне мала, ведь перед белым карликом следует стадия красного гиганта. В этот момент звезда «съедает» ближайшие планеты. А на отдаленных планетах жизнь в системах с белым карликом невозможна – слишком холодно.

Гипотетически возможный сценарий: белый карлик подхватит планету-изгоя (отдельные планеты, которые путешествуют по галактике в гордом одиночестве). И уже там разовьется жизнь. Вероятность такого сценария крайне мала. Но и Вселенная настолько огромна, что есть шанс перебрать все возможные варианты.

Черный карлик

Любопытно, но белый карлик – это еще не финал эволюции звезды солнечного типа. По оценкам ученых, после того как все вещество белого карлика окончательно выгорит, он превратится в черного карлика. Черный карлик – это объект, который практически не испускает свет, но недостаточно массивный для того, чтобы стать черной дырой.

Черные карлики – объект гипотетический. Они пока не появились, ведь для их появления нужно свыше 10 триллионов лет. А наша Вселенная существует всего 13,7 миллиарда лет.

Глава 4
Луна – наш спутник

Луна – уникальный объект в Солнечной системе. Ни у одной из планет Солнечной системы нет такого массивного спутника, как у нашей Земли. Земля тяжелее Луны в 80 раз. А, к примеру, Марс тяжелее своего спутника Фобоса почти в 60 миллионов раз!

Сила тяжести на Луне в 6 раз слабее земной. Атмосферы практически нет. Такому небольшому объекту трудно удержать атмосферу, поскольку ее постоянно атакует солнечный ветер. Да и защитного магнитного поля на Луне нет. Однако Луна оказывает важное влияние на нашу планету.

Луна – спутник, как будто идеально созданный для того, чтобы на Земле появилась жизнь. И чтобы жизнь чувствовала себя максимально комфортно. По размеру Луна не больше и не меньше, чем нужно. И находится на удобном для нас расстоянии.

Дело в том, что Луна оказывает дополнительное стабилизирующее воздействие на земную ось. Это означает, что без Луны у нас не было бы настолько стабильного климата: Солнце грело бы то экватор, то Северный и Южный полюса. А именно ровный стабильный климат важен для появления сложных форм жизни. Перефразируя Вольтера, можно сказать, что «если бы не было Луны, ее следовало бы придумать».

Однако Луна с нами, увы, не навсегда. Наш спутник улетает от нас. Когда Юлий Цезарь смотрел на Луну, она была примерно на 80 метров ближе к Земле, чем сейчас. Луна удаляется от Земли со скоростью 3,8 сантиметра в год. Это вполне обычное явление. Когда-то, по одной из гипотез астрофизиков, Меркурий мог быть спутником Венеры, а потом от нее улетел и превратился в отдельную планету.

Через несколько миллиардов лет мы потеряем наш спутник. С другой стороны, землянам будет уже все равно. Как я писал в главе про Землю, в этот момент Солнце будет превращаться в красного гиганта и человечеству придется либо исчезнуть, либо продолжить жить в других звездных системах.

При этом на Луне есть вода! Правда, хранится она тут в виде льда. Залегает он на глубине, потому что на поверхности быстро испарится под воздействием солнечного света. Впрочем, ученые не исключают и наличие льда на поверхности Луны – она может находиться на полюсах. Лунные ледники могут обеспечить водой первых колонистов. А в дальнейшем, возможно, помогут посадить тут растения.

ИНТЕРЕСНЫЙ ФАКТ

На обратной стороне Луны нет равнин или больших участков, куда не падали бы метеориты. Вся поверхность дальней от нас стороны Луны испещрена кратерами.

Во многом это связано с тем, что ближняя сторона Луны была защищена от ударов метеоритов самой Землей. Еще одна гипотеза: Земля дала искажение траекторий метеоритов, после которых они как раз и попали в Луну.

Многие метеориты, которые падали на Луну и образовывали кратеры, до Земли не добрались бы и просто сгорели в атмосфере. Но самый удивительный факт про Луну: когда-то мы с ней обменялись веществом. Точнее, не с ней, а с другим космическим объектом, из-за которого она появилась. Это научная гипотеза еще одной из космических катастроф, которая помогла появиться жизни на Земле.

4,5 миллиарда лет назад в Землю врезалась планета Тейя

Тейя была одной из планет Солнечной системы размером с Марс, но с меньшей плотностью. В какой-то момент она сошла с орбиты (по другой версии, она делила орбиту с Землей), и планеты столкнулись. Такой сценарий был вполне возможен на заре Солнечной системы. В изложении этой истории я буду опираться на данные американского Института планетологии, откуда я и взял основные факты и цифры.

Хорошо, Тейя столкнулась с Землей. Но возникают два логичных вопроса. Есть ли явные следы воздействия Тейи? Например, какой-нибудь гигантский каньон или мегакратер. Я вот в детстве столкнулся с огромной железякой – и до сих пор у меня шрам на полноги. Не могло же это пройти бесследно для нашей планеты! Второй логичный вопрос: а куда делась Тейя после столкновения? Давайте разберемся.

Остался ли кратер от столкновения земли с тейей

Нет, потому что удар привел к разжижению Земли до самых глубин. Столкновение с планетой – это совсем не то же самое, что удар астероида, который оставляет кратер. Крупные астероиды в диаметре редко превышают десятки километров. А Тейя размером с Марс – это 6800 км в диаметре!

По мнению ученых, после удара Земля какое-то время была окутана гигантским облаком раскаленного пара. Со стороны у нашей планеты были видны кольца, как у Сатурна. У него такое же происхождение колец, и со временем они исчезнут. При такой схеме через 4,5 миллиарда лет не будет никаких следов от столкновения с Тейей.

Есть лишь один важный фактор – тектоника плит. Континенты поэтому и дрейфуют постоянно, что это столкновение нарушило устойчивое положение первого земного материка. Он раскололся – и теперь континенты плавают. Всего у нашей планеты 8 крупных плит и 10 средних, и они находятся в постоянном движении. Аналогичных процессов тектоники плит мы не видим на других планетах. Почему же они есть на Земле? С помощью компьютерного моделирования также подтверждается, что целостная плита раскололась из-за столкновения.

Куда делась Тейя?

Точнее, не Тейя сама по себе, а некий общий с Землей комок вещества, который превратился в наш спутник.

От удара по тогда еще совсем молодой Земле часть вещества испарилась и была выкинута в космическое пространство. А из части оставшегося облака образовалась Луна. Все кратеры, которые мы фиксируем на поверхности Луны, появились гораздо позже столкновения. Большую часть вещества составила Тейя, которая уменьшилась после столкновения. А с Земли был захвачен поверхностный слой магмы. По шагам это могло выглядеть примерно так:

Железное ядро Тейи слилось с ядром Земли. А поверхностное, более легкое вещество улетело. Это хорошо подтверждается химическим анализом грунта Луны и ее плотностью: железа у нее явно не хватает. И это сыграло огромную роль в появлении жизни на Земле. Ведь именно сильное железное ядро нашей планеты экранирует опасное космическое излучение, которое губительно для всего живого.

Таким образом, Тейя «поделилась» с нами железом, сделав Землю более эффективной и удобной для появления жизни. Ну, а Луне свое магнитное поле не так уж и нужно.

Почему луна всегда повернута к земле только одной стороной

Вы когда-нибудь задумывались, почему Луна всегда повернута к Земле только одной стороной? Ведь это довольно странно, на первый взгляд. Многие небесные тела не только летают по своим орбитам, но еще и крутятся вокруг своей оси. А у Луны период вращения вокруг оси синхронизирован с периодом вращения вокруг Земли. Поэтому мы видим только одну сторону нашего спутника.

Дело в том, что Луна не идеальный шар, она немного вытянута. Если бы Луна была идеальным шаром, период ее вращения вокруг оси не совпадал бы с периодом вращения вокруг Земли. Но поскольку она вытянутая, то устойчивое положение Луны на орбите выглядит так:

Если Луна попытается повернуться относительно этого устойчивого положения, силы притяжения стремятся вернуть ее обратно.

Гравитация тянет чуть сильнее за «горбик», который ближе к поверхности Земли. И таким образом возвращает Луну обратно к устойчивому положению. Почему же вытянулась Луна? Почему она не идеальный шар?

Потому что миллионы лет на нее воздействовало притяжение Земли, которое понемногу ее вытягивало. Луна тянет Землю (и меняет ее форму, создавая приливы и отливы) с помощью силы гравитации. Земля аналогично притягивает Луну.

Этот эффект синхронизации периодов вращения небесных тел называется «приливным захватом». До того как Земля взяла Луну в «приливной захват», наш спутник поворачивался и другой стороной.

ИНТЕРЕСНЫЙ ФАКТ

В 1950-е гг. США хотели сбросить на Луну ядерную бомбу. Звучит на первый взгляд как абсурд: кого они намеревались уничтожить на спутнике Земли?

Оказалось, что американцам не давало покоя, что СССР обходит их в космосе. Советский Союз первым искусственный спутник запустил, потом человека в космос отправил. И ВВС США готовили проект: сбросить на Луну ядерную бомбу, чтобы это было видно с Земли. Это должно было напугать СССР и поднять патриотический дух американского народа.

Мощность бомбы была всего 1,5 килотонны. Это в 15 раз меньше, чем атомная бомба «Толстяк», которую сбросили на Нагасаки. Но планировали впечатлить не яркостью взрыва. По расчетам, бомба должна была поднять пылевое облако, которое будет заметно с Земли.

В 1959 году проект закрыли. Главная причина: в 1959 году начал действовать мораторий на ядерные испытания. Испугались, что при запуске может что-то пойти не так и ущерб будет причинен самим американцам. К тому же американцы опасались, что радиоактивное заражение помешает будущей колонизации Луны.

Глава 5
Ресурсы луны. Что из полезных ископаемых можно найти на спутнике земли?

Ресурсы луны. Что из полезных ископаемых можно найти на спутнике земли?

США регулярно заявляет о своих планах наладить на Луне добычу полезных ископаемых. Последний раз это сделал экс-президент страны Дональд Трамп весной 2020 года. Китай и Россия также не скрывают своего интереса к спутнику Земли. Однако стоит ли овчинка выделки? Какие полезные ископаемые есть на Луне?

Для начала сразу отбросим нефть. Она требует органики, а жизни на Луне никогда не было. Минералы же требуют более масштабных геофизических процессов, которых нет на Луне. Поэтому речь пойдет о более простых элементах.

В 2025 году американцы снова хотят высадиться на Луну. В проект будет вложено 35 миллиардов долларов. Впрочем, он постоянно откладывается, а деньги надо отбивать.

Сейчас в отношении космоса действуют правила, принятые ООН в 1979 году. Согласно резолюции ООН, космос является всеобщим достоянием. Даже Зимбабве может претендовать на свой лунный участок. Если сумеет построить ракету, разумеется.

Из чего состоит лунный грунт

Как показали исследования, лунный грунт богат кислородом, из-за этого много элементов существует в виде оксидов. Больше всего в лунном грунте кремния. Этим Луна похожа на Землю: кремний составляет до 30 % и земной коры. Затем идут алюминий и кальций. Алюминий добывать на Луне и привозить на Землю – не самая экономически мудрая идея. Возможно, в будущем алюминий понадобится для организации производства на самой Луне. А пока его можно довольно дешево добывать и тут.

На следующем месте – железо. Из особо ценного – титан. В некоторых частях титана в разы больше, чем в земном грунте. Титан – ценный металл, ведь он сравним по прочности со сталью, только в полтора раза легче. И не ржавеет.

Состав лунного грунта очень близок к земному. Он на 20 % больше насыщен алюминием, чем земная кора. Зато здесь меньше железа. Железо, как мы помним, в большом количестве осталось на Земле после столкновения с Тейей.