Не только факты №6
Что если бы Земля имела кольца как у Сатурна
Представить сегодня Сатурн без его громадных ледяных колец также невозможно, как и вообразить Землю с кольцами. Подождите, или все-таки возможно? И правда, посмотрите на эту красоту — иллюстратор Рон Миллер дал волю воображению и создал немыслимые картинки того, как могло бы выглядеть наше безмятежное небо, если бы Земля имела такие же кольца, что и у Сатурна.
Наиболее оптимальное место для колец — вокруг экватора Земли, поэтому их внешний вид будет зависеть от широты на которой находится смотрящий. Например, около экватора в Кито, Эквадор, вы можете рассмотреть кольца с внутреннего радиуса, на этой широте они будут выглядеть как тонкая линия, поднимающаяся прямо от горизонта. Для сравнения, около полярного круга кольца могут выглядеть как горб на горизонте. В более умеренных широтах кольца похожи на гигантские арки, вроде радуги. Эти яркие кольца не поднимаются и не садятся, а всегда находятся в одном и том же месте на небе. Их видно днем и ночью.
Кольца Земли отличаются от колец Сатурна: они состоят не из льда. Земля расположена гораздо ближе к Солнцу, чем Сатурн, поэтому излучение нашей звезды приведет к уничтожению любого льда в кольцах. Тем не менее, даже если наши кольца имеют каменную природу, они все равно будут ярко светиться на небосводе. Лунный камень в большинстве своем серый, поверхность Луны отражает вообще только 12% падающего на нее света. Но это не мешает ей чертовски ярко светиться в полнолуние.
Так насколько же яркими будут кольца Земли? Примерно 1300 Вт солнечного света на квадратный метр попадает в верхнюю часть атмосферы Земли. Если кольца отражают хотя бы 10% падающего света, то каждый квадратный метр колец будет сиять как 130-ваттная лампочка. Короче, будет ярко.
Насколько близко кольца будут расположены к Земле, и что делать с авиасообщением? Ученые из Университетской корпорации атмосферных исследований подсчитали: кольца Земли будут находится где-то над термосферой (порядка 800-1000 км). Коммерческие самолеты обычно летают на высоте до 11 км, так что тут без изменений. Причем, даже если из колец что-то «выпадет» на Землю, то сопротивление атмосферы разрушит любое небесное тело.
С ближайшей точкой разобрались, а что с внешним краем? Тут все еще проще. Любой объект, вращающийся на определенном расстоянии от Земли, известном как предел Роша, развалится на части под действием силы тяжести, а его осколки пополнят кольца. У Земли этот предел равен примерно 11 000 км от поверхности, стало быть внешние кольца Земли будут двигаться даже ближе к нашей планете, чем Луна, до которой чуть меньше 400 000 км.
В зависимости от времени суток, сезона и широты, на которой находится смотрящий, Земля может отбрасывать тень на кольца точно так же, как и сами кольца могут отбрасывать тень на Землю. Летом в Северном и зимой в Южном полушариях кольца будут отбрасывать свои тени. И это не самая приятная перспектива: из-за этого зимы в обоих полушариях могут быть холоднее и суровее, чем сейчас. С другой стороны, благодаря светимости колец полярная ночь не будет такой суровой.
В зависимости от расположения колец, спутники и космические аппараты по большей части могут вращаться под ними. Например, Международная космическая станция вращается на высоте около 400 км над поверхностью Земли, потенциально ниже колец, тогда как орбита геостационарных спутников находится на 35 000 км над поверхностью Земли, то есть за внешним радиусом колец. И это плохо: кольца будут рассеивать любые радиосигналы со спутников и космических кораблей на экваториальных орбитах. Кольца Земли будут мешать астрономам, затрудняя обзор ночного неба.
Скажете, все это фантастика? Некоторые ученые предполагают, что у Земли уже было что-то подобное. Одна из преобладающих теорий возникновения Луны утверждает, что спутник Земли возник в результате столкновения двух протопланет: новорожденной Земли и Тейи. В результате удара вокруг Земли образовалось кольцо из обломков, которое в конечном итоге «слиплось» в Луну. Конечно, в наши дни представить себе Землю в кольцах — фантастика, но возможно когда-то это было правдой.
Два способа измерить длину суток на Земле: в чем разница
Планетолог Джеймс О'Донохью рассказал о двух способах измерить длину суток на нашей планете и объяснил, почему мы в итоге выбрали самый длинный.
Сколько времени нужно Земле, чтобы совершить вращение на 360 градусов? Вы скажете «24 часа», но на самом деле потребуется ровно 23 часа 56 минут. Однако поскольку Земля постоянно движется по своей орбите вокруг Солнца, определенная точка планеты будет обращена к Солнцу прямо в конце этого цикла вращения. Для того, чтобы Солнце достигло соответствующего положения на небе, Земля по факту должна повернуться на 1 градус дальше.
Именно так люди решили измерять дни: не по точному вращению Земли, а по положению Солнца на небе. Технически эти подходы порождают два разных «типа» дня. День, измеренный по завершению вращения на 360 градусов, называется «звездным» днем. А день, основанный на положении Солнца, — «солнечным» днем. Последний на четыре минуты длиннее первого и составляет 24 часа, к которым мы привыкли.
«Солнечный день занимает 24 часа только потому, что мы движемся вокруг Солнца по орбите», — пояснил в интервью Business Insider Джеймс О'Донохью, планетолог из Японского космического агентства JAXA. «Если бы мы не вращались вокруг Солнца, оба дня были бы одинаковыми».
Ученый даже сделал специальную анимацию, чтобы показать, как это работает:
Поскольку в наших календарях мы используем солнечные дни, мы принимаем за один год 365 дней. Но на самом деле Земля совершает полный оборот (звездные сутки) 366 раз в год.
О'Донохью описывает разницу между этими двумя типами дня как вопрос выбора, какой фоновый объект мы используем в качестве основы для сравнения вращения Земли. Полный оборот относительно положения Солнца — это солнечный день. Полный оборот относительно всех других звезд, которые мы видим, — звездные сутки.
Если бы вместо этого мы использовали звездные сутки, «Солнце каждый день вставало бы примерно на четыре минуты раньше. После шести месяцев таких изменений Солнце встало бы на 12 часов раньше», поясняет ученый.
Если инопланетяне существуют, то где они: научный подход
Всё человечество, вся наша жизнь с ее устремлениями и тревогами могут оказаться лишь суетой не слишком развитых существ, за которыми с интересом следят инопланетные ученые и любители дикой природы.
С тех пор как в 1950 году Энрико Ферми на ланче с коллегами задался вопросом: «Если инопланетяне существуют, то где же они?» — благодарное человечество нашло несколько возможных решений этого парадокса. Одни считают, что жизнь на нашей планете если не уникальный, то действительно очень редкий случай и у развитых цивилизаций не остается шансов пересечься друг с другом. Другие предполагают, что встреча уже состоялась и некие необычайно разумные существа давно следят за нами, то ли изучая, то ли развлекаясь. Снисходительно и свысока — как мы за своими «меньшими братьями» где-нибудь в зоопарке или в заповеднике на задворках Галактики.
Задолго до Ферми схожим парадоксом задавался и Константин Циолковский. В самом деле, только в Млечном Пути насчитывается порядка 100 млрд звезд. Число галактик в обозримой Вселенной, по недавним оценкам астрономов из Ноттингемского университета, может превышать два триллиона. Количество подходящих для жизни планет в таком мире оказывается невообразимо велико.
Борис Штерн, ведущий научный сотрудник Института ядерных исследований РАН и Астрокосмического центра ФИАН:
Известная формула Дрейка предлагает оценить число внеземных цивилизаций в Галактике, учитывая вероятности рождения подходящей планеты, появления на ней жизни, эволюции разумных существ и т. д. По расчетам, сделанным Клаудио Макконе в 2012 году, только в Млечном Пути разнопланетных цивилизаций может быть более 11 000. Если они распределены по Галактике более или менее равномерно, то от ближайших соседей нас может отделять всего около 2600 световых лет. Но тогда...
Где они все?
Статью с таким подзаголовком в 1973 году опубликовал радиоастроном из Массачусетского технологического института Джон Болл. «Цивилизация, опередившая людей в техническом развитии на несколько эпох, с нашей точки зрения будет практически всемогущей и всезнающей», — писал ученый, сравнивая наши возможности пока с муравьиными. По его словам, мы можем не осознавать существование внеземного разума, как муравьи на Манхэттене могут быть не в курсе существования нашей цивилизации: это осознание просто находится за границей их интеллектуальных возможностей. Такая сверхцивилизация, рассуждал Болл, должна быть «гуманной», иначе, обладая возможностями уничтожить нас так же легко, как мы давим муравья на асфальте, они бы наверняка уже это сделали. Само наше появление, учитывая «всезнающие» способности инопланетян, вряд ли осталось незамеченным. Помешать мы им никак не можем, ведь мы до сих пор не смогли даже основать колонию хотя бы на Марсе. Мы для них — как для нас другие приматы, а может быть, и еще кто попроще. Нас можно просто игнорировать, а можно оберегать — и изучать.
Уравнение Дрейка
Межгалактическое соглашение
Возраст Земли составляет около 4,5 млрд лет, возраст Млечного Пути — приблизительно 13 млрд. Это дает более чем достаточно времени на то, чтобы в Галактике — если жизнь действительно распространена на планетах и даже на крупных спутниках — появились разумные существа. Развитие самой цивилизации полно рисков, но зато не требует долгого времени. «Сто лет назад мы не могли послать сигнал к соседней звезде, сегодня мы это можем, — добавляет Болл. — Инопланетная цивилизация всего на тысячу лет старше нашей сможет использовать технологии межзвездных коммуникаций... которыми мы, люди, пока не владеем». Им остается только связаться друг с другом и прийти к соглашению об охране дикой фауны вроде нас. Что-то на манер Программы ООН по окружающей среде — Межгалактическое соглашение, которое им наверняка по силам. Такие расчеты в 2016 году провел Дункан Форган, астрофизик из британского Университета Сент-Эндрюс, предложив математическую модель внутригалактических коммуникаций. Для того чтобы межцивилизационная сеть могла работать, участники ее должны, во-первых, существовать дольше, чем сигнал на скорости света проходит к соседям и обратно. Во-вторых, они должны населять подходящие области Млечного Пути, на безопасном удалении от активного ядра Галактики — где-то от 6 до 10 килопарсеков от центра (мы находимся в 8 килопарсеках). В пределах этого региона цивилизации в модели Форгана возникают равномерно, у случайных звезд, и гибнут спустя то или иное время. Если цивилизация достигает контакта с более развитой, она становится частью ее «глобального мира».
Расчеты показали, что поначалу такие связи появляются довольно медленно, однако со временем вероятность контакта быстро нарастает. Если в Галактике имеется хотя бы полтысячи планет, населенных высокоразвитыми разумными существами, то достаточно скоро они образуют несколько отдельных групп, при этом неспособных общаться друг с другом. Лишь если средний срок их жизни составляет многие миллионы лет, появляется единое сообщество, например Объединенная галактическая республика. В Галактическую империю Форган не очень верит: «Если цивилизационные группировки входят в контакт, скорее всего, у каждой из них будет свое мировоззрение, свои отличные взгляды на Вселенную, — считает ученый, — свои взгляды на права и на обязанности разумных существ и их институций». Остается надеяться, что «наши хозяева» ценят жизни и права своих младших собратьев хотя бы так же, как это стараемся делать мы.
Мы прилагаем немало усилий, чтобы сохранить исчезающие виды, но держим ситуацию под контролем и не выпускаем диких животных за пределы отведенных им ареалов. Несмотря на все «права», они слишком непредсказуемы и опасны, чтобы жить бок о бок с нами. Быть может, и нас некто держит в зоопарке «Земля» силой, по крайней мере до тех пор, пока мы не станем разумными по-настоящему. Влияние сверхразвитой цивилизации могло бы оставаться вполне незаметным, проявляясь то случайным взрывом ракеты, то внезапной неспособностью политиков договориться. Иначе почему мы до сих пор не можем основать колонию хотя бы на Марсе?
Таинственные звезды и что они производят
Тяжелые элементы, например, такие как золото, появляются в результате смерти звезд, когда они взрываются или сталкиваются. В новом исследовании ученые раскрыли источники происхождения различных элементов.
По словам астронома Карла Сагана, мы сделаны из «звездного вещества». Это красивое и даже поэтичное напоминание о том, что жизнь на Земле тесно взаимосвязана с процессами, происходящими во Вселенной на протяжении миллиардов лет.
Но какие элементы производят те или иные звезды? Этот вопрос все еще остается предметом споров. Неизвестно и то, какая доля элементов появляется при том или ином событии.
Поэтому ученые во главе с астрофизиком Чиаки Кобаяши из Университета Хартфордшира, составили особую периодическую таблицу элементов, которая основана на звездном происхождении элементов — от углерода до урана.
Оказалось, что в наших знаниях о том, откуда берется золото, есть большой пробел. Исследователи также подчеркнули, что четкое понимание происхождения элементов не только помогает нам оценить количество звездного вещества в наших телах, но и узнать больше об эволюции Вселенной.
«Звезды в современной галактике — это окаменелости, которые хранят информацию о свойствах звезд прошлого, — написали Кобаяши и ее коллеги в своем исследовании. — Этот подход называется галактической археологией и может быть применен не только к нашей галактике, но и к другим».
Большой взрыв, событие, положившее начало Вселенной, стал основным источником самых легких элементов: водорода, гелия и лития. Затем звезды начали создавать сложные тяжелые элементы, включая те, которые необходимы для образования жизни, такие как углерод, кислород и азот, а также металлы и, в частности, золото, серебро и железо.
Происхождение почти всех элементов можно проследить до нескольких источников. «Вклад каждого источника зависит от времени и окружающей среды (то есть массы и типа галактики). Следовательно, необходимо использовать модели галактической химической эволюции (GCE), чтобы оценить вклад», — объясняют ученые.
Столкновения нейтронных звезд с другими мертвыми небесными телами происходят редко, а значит в результате подобных событий производится не так много элементов, существующих во Вселенной. Но ранее ученые предполагали, что именно слияние нейтронных звезд стало самым главным источником золота во Вселенной.
Новые модели, созданные командой Кобаяши, показали, что в космосе происходило слишком мало столкновений нейтронных звезд, в результате чего не могло появиться такое количество золота, которое мы наблюдаем. Исследователи предположили, что золото производит особый тип вращающейся сверхновой звезды с сильными магнитными полями.
Возможно, в исследовании недооценивается количество столкновений нейтронных звезд, учитывая, что астрономы только начали напрямую наблюдать эти события.
Звезды, которые более чем в восемь раз массивнее Солнца, взрываются сверхновыми. В результате этого процесса появляется неон, серебро и иридий.
Более мелкие звезды, такие как Солнце, умирая, сбрасывают свои внешние слои, в результате чего Вселенная обогащается азотом, свинцом и стронцием.
Белые карлики иногда взрываются сверхновыми особого типа, что приводит к появлению марганца, железа и никеля.
Словосочетание «звездное дело» красиво и лаконично описывает все эти сложные процессы. Но за поэтичным эпитетом стоит множество увлекательных исследований, изучающих ошеломляющее разнообразие элементов, появляющихся вокруг нас.
Великий аттрактор: тайны изображения Ланиакеи
На карте «течений» в локальной Вселенной видно, как мириады галактик и целые скопления величественно движутся к местному гравитационному центру – Великому аттрактору.