Как устроена Вселенная

Как устроена Вселенная
Брайан Хейбл

Новые миры, планеты и звезды, невидимые пространства и черные дыры. Все это – наша Вселенная. Простейшие и одноклеточные, кварки, адроны и нейтрино – это тоже все наша Вселенная. Миллиарды галактик и солнечных систем. Не может быть, что бы мы были одни во Вселенной. Хотите узнать еще больше? Тогда эта книга – для вас!

Брайан Хейбл

Как устроена Вселенная

Глава 1. Что мы знаем о нашей Вселенной?

1.1. Общие сведения о Солнечной системе и о месте планеты Земля в ней

Наша Вселенная – такая необъятная, неизведанная и прекрасная. Что мы знаем о ней? Да в сущности, практически ничего. Все наши исследования и убеждения – всего лишь предположения, возможно, мы видим лишь оболочку, доступную нашему глазу, а на самом деле, всё совершенно иначе?

В школе нас учат тому, что Земля вращается вокруг Солнца, как и остальные восемь планет, однако даже наша Солнечная система устроена намного сложнее. Поэтому, пожалуй, стоит начать с самого начала – с места нашей родной планеты в необъятной Вселенной.

Земля вращается не только вокруг Солнца, из-за чего сменяются времена года, но и вокруг своей оси, сменяя день ночью. Но даже в этой прописной истине не всё так просто: Земля вращается вокруг Солнца не ровно 365 дней, а 365 суток, 25 минут и 9 секунд. И этот остаток – 25 минут и 9 секунд – стал причиной введения високосного года, поскольку за четыре года этотостаток образует целые сутки – так появилось 29 февраля.

Интересный факт: многие народы когда-то использовали лунный календарь, так в месяце было 28 дней, а самих месяцев было ровно 13. Ориентироваться по луне было весьма удобно: возрастающая луна – начало месяца, полнолуние – середина месяца, а убывание – конец месяца. Но позже от этого отказались, поскольку число 13 укоренилось в фольклоре как несчастливое, а затем христианство и вовсе наложило черную печать на него, поскольку это число обозначало количество чертей в каждом кругу ада, отсюда и пошло выражение «чертова дюжина».

Так же лунный календарь, несмотря на свое якобы очевидное удобство, (ведь месяц длился ровно 4 недели) имел свой недостаток: год был равен только 364 дням, так накапливалось еще больше лишнего времени. В итоге получается, что за 34 года лунного календаря накапливается один лишний год. Сначала календарь продлили до 29 (короткий месяц) и 30 дней (длинный месяц), но позже и вовсе отказались от этой идеи.

Итак, возвращаясь к основной теме, Земля – самая тяжелая по массе и плотности планета так называемой земной группы, в которую входят, кроме Земли, Меркурий, Венера и Марс. Их также называют внутренними планетами, поскольку с одной стороны располагается гигант Солнце, а с другой окружены газовыми планетами-гигантами: Юпитером, Сатурном, Ураном и Нептуном.

Также Земля вращается по прецессионной оси. Слово «прецессия» звучит страшно, но на самом деле это простейшее физическое явление, которое мы довольно часто наблюдаем в быту. Например, если запустить волчок, то сначала он крутится идеально ровно, а со временем начинает замедляться, раскачиваясь из стороны в сторону, и движется по спирали. Это явление и называется прецессия.

Поскольку в космосе действуют другие законы тяготения, прецессия Земли зависит от притяжения Солнца и Луны, которые раскачивают ее ось. Касательно нашей планеты это физическое явление называют по-другому – «предварение равноденствий». Оно именуется так потому, что из-за него весеннее равноденствие каждый год начинается немного раньше. К тому же прецессия – это одна из причин того, что климат на Земле со временем меняется, по этой же причине созвездия смещаются. По прогнозам ученых, через полторы тысячи лет созвездие Ориона сместится настолько сильно, что с Северного полушария его уже будет не видать, а через 6 тысяч лет одно из самых узнаваемых созвездий – Большая медведица – будет освещать ночью южное полушарие Земли.

Представьте себе: Земля движется вокруг Солнца со скоростью примерно 30 километров в секунду! Именно поэтому ей удается преодолеть расстояние в 150 миллионов километров всего за один год. К тому же Земля движется по эллиптической кривой, так же, как и все планеты. Ни одна известная планета не описывает идеальный круг относительно своей Звезды.

Все планеты нашей Солнечной системы особенные, не похожи на другие. Они формировались в разное время и в разных условиях. Сначала посмотрим на структуру нашей системы в общем, затем перейдем к частному.

Солнце – центр тяжести, который объединяет вокруг себя множество небесных тел: большие планеты и их спутники, астероиды, карликовые планеты, кометы и космические туманности. 75 процентов нашей звезды состоит из водорода, еще 7 из гелия, а 22 – из множества различных элементов, таких как железо, никель, азот, кремний, кислород, неон – именно они делают Солнце таким, какое оно есть сейчас.

По астрономической спектральной классификации звезд Солнце относится к типу «желтый карлик» – небольшая звезда, основным источником энергии которой является термоядерный синтез водорода и гелия. Именно этот синтез и дает желтый цвет.

Солнце сформировалось, по подсчетам ученых, примерно четыре с половиной миллиарда лет назад, после чего за несколько миллионов лет образовалась Солнечная система в своем первоначальном виде.

Первая планета – Меркурий, самая маленькая среди основных планет Солнечной системы. Названная в честь римского бога торговли, она находится так близко к нашей Звезде, что один круг Меркурия вокруг Солнца занимает всего 88 земных суток. Традиционно считается, что Меркурий – синяя планета, однако последние снимки с неискаженным, насколько возможно, изображением показывают, что ранние фотографии не отображали цветовую гамму и показывали планету сине-серой, а на самом деле она весьма пёстрая, с желтыми и голубыми пятнами, а также на ней очень много кратеров. Почти всю массу и объем планеты составляет жидкое железное ядро, покрытое каменными породами. Жизнь на Меркурии невозможна, поскольку температура на поверхности планеты колеблется от +430 до -180 градусов по Цельсию, а также там совершенно нет воды.

Венера – вторая планета от Солнца, не менее интересна. Люди наблюдают ее с начала веков. Эта планета единственная была названа в честь бога женского пола из всех основных планет Солнечной системы. Также Венеру называют «Утренней зарей», поскольку она часто появляется утром на небосводе (в северном полушарии летом) и, отражая свет Солнца, сияет как Звезда. Однако она более заметна, поскольку находится достаточно близко к Земле. Несмотря на привычное толкование Венеры как желто-оранжевой планеты, на самом деле такой цвет создается отражением Солнца от ее поверхности, а сама она перламутрово-серая из-за плотных туч, заполнивших всю атмосферу.

На этой планете совершенно нет воды, она состоит из жидких металлов, которые держит очень сильное атмосферное давление, превышающее земное в 92 раза. Также интересно и то, что Венера вращается вокруг своей оси с востока на запад, хотя другие планеты вращаются с запада на восток. Одни сутки на Утренней заре равны 172 земным суткам, а один оборот по почти идеально круглой орбите равен 220 земным суткам. Средняя температура на Венере примерно +475 градусов по Цельсию – это больше, чем на Меркурии, несмотря на то, что он находится ближе к Солнцу.

А вот на Марсе не так жарко. Воинственная красная планета, которую, как и Венеру, мы можем наблюдать на земном небосводе, всегда была предметом исследований, легенд, а позже и описывалась в художественной литературе. Планета не намного больше Меркурия и также состоит в основном из каменных пород, разбавленных металлом (в основном железом). На Марсе очень холодно не только из-за удаленности от Солнца, но также из-за остывшего ядра. Средняя температура -50 градусов по Цельсию, однако на экваторе днем примерно +20. Атмосфера очень слабая и состоит в основном из углекислого газа, а время вращения вокруг своей оси – чуть больше земных суток (24 часа и 39 минут). По орбите Марс движется 668 марсианских суток. Поскольку на Марсе есть вода в форме ледников, многих ученых и любителей интересует вопрос: «Есть ли жизнь на Марсе?». Множество преданий гласило о «Богах с красной планеты», многие любители и некоторые профессионалы предполагают, если раньше ядро было горячим, жизнь на планете вполне могла существовать. Также при исследованиях были выдвинуты предположения, что атмосфера на Марсе была ранее более плотной и там даже шли дожди.

Затем, между Марсом и Юпитером, находится Пояс астероидов. Есть две главные версии его происхождения, официальная и альтернативная, однако обе они достаточно правдоподобны. Первая версия – сила притяжения Юпитера настолько велика, что он за миллиарды лет собрал множество космического материала, среди которого были его спутники, а также астероиды и космическая пыль. Что большинство из них, постоянно сталкиваясь, вышли на собственную орбиту, используя магнетизм Солнца и Юпитера, который не позволяет астероидам разлететься по космосу.

Вторая версия появления Пояса астероидов гласит, что когда– то между Марсом и Юпитером была еще одна планета, названная по традиции в честь греческого божества – Фаэтон. Также она имеет второе название – планета Ольберса, в честь ученого, который открыл множество объектов Пояса астероидов, таких как Церера, Веста, Паллада и Гигея (они являются самыми большими астероидами в системе и сначала считались полноценными планетами). Предполагается, что планета Фаэтон разрушилась под влиянием магнитного поля Юпитера и образовала Пояс астероидов. В пользу этой версии говорит то, что у Пояса собственная орбита, и он находится как раз на том месте, где должна быть планета, согласно системе Тициуса-Боде, которая заключается в том, что все планеты расположены в определенной геометрической прогрессии. В нее идеально вписывается вся Солнечная система, кроме Пояса астероидов.

Сейчас вторая версия считается несостоятельной по нескольким причинам, главная из которых состоит в следующем: суммарная масса всех астероидов составляет лишь 4 процента массы Луны, то есть на полноценную планету такой объем не тянет. Но на на смену этой версии идет другая набирающая популярность теория: планета начала образовываться, однако из-за огромного влияния Юпитера развалилась еще на начальной стадии. Из этого получается, что Фаэтон – не более, чем протопланета, то есть планета, которая не сформировалась окончательно и состоит из одного ядра.

Юпитер – самая большая планета в Солнечной системе. Классифицируется как газовый гигант, который собрал вокруг себя 67 спутников, самые известные из которых: Европа, Ио, Ганимед, Каллисто. Большая часть Юпитера (82 процента) состоит из водорода и дополняется гелием, метаном и аммонием, однако в составе есть и вода, но ее очень мало, меньше процента. Юпитер в 11 раз больше Земли, а один круг его вращения вокруг Солнца составляет 12 земных лет.

Эта планета известна и наблюдаема с давнейших времен, ее отлично видно на небосводе, и еще древние шумеры включали ее в свою мифологию и фундамент астрономических наблюдений. Знаменитый ученый Карл Саган выдвинул предположение, что на Юпитере может существовать жизнь на основе аммиака (из которого состоят облака на планете), поскольку жизнь в земном понимании маловероятна – на планете практически нет воды, атмосферы и твердой оболочки. Также на Юпитере часто происходят такие природные явления как грозы и молнии.

Отдельно стоит обратить внимание на спутник Юпитера – Европу, ее исследуют множество ученых, начиная с Галилео Галилея, который ее открыл. Европа немного меньше Луны по размерам, а ее ядро состоит из жидкого железа. Все дело в том, что на этом молодом спутнике очень много воды. Поверхность Европы идеально круглая и ровная из-за льда, который покрывает почти всю ее поверхность. Многими астрономами разрабатывается теория, что внутри спутника теплый океан, в котором, теоретически, может существовать хотя бы примитивная жизнь. Европа – первая открытая человеком планета, на которой есть большое количество воды, однако точный ее состав пока что не известен.

Сатурн знаменит своими кольцами, образованными из камня и льда, а также необычным полярным сиянием. Планета, названная в честь римского бога плодородия, вторая по величине в Солнечной системе после Юпитера, также относится к классификации «газовый гигант» и больше Земли в 10 раз. Поскольку поверхность Сатурна почти полностью из водорода, у него нет твердой поверхности, а внешняя оболочка планеты состоит из облаков, газа и жидких металлов. Несмотря на то, что Сатурн меньше Юпитера всего на 19 процентов, плотность планеты с кольцами меньше плотности Земли, однако это позволяет Сатурну весить больше нашей планеты в 94 раза.

Сатурн обращается вокруг Солнца за 30 земных лет, и его легко увидеть на ночном небе Земли, поскольку он ярче, чем наиболее близкие звезды. Что касается его колец, то единого мнения, как они образовались, нет. Самая популярная теория – распад спутника с жидкой структурой. Благодаря силе магнетизма, он остался на свой орбите, но в виде льда и пыли, а не цельного объекта.

Следом за Сатурном расположился еще один газовый гигант – Уран. Он знаменит не только своим небесно-голубым цветом (в честь чего он и получил имя греческого бога неба), но и тем, что это первая планета, открытая с помощью телескопа. Случилось это знаменательное событие в 1781 году – тогда впервые со времен античности была открыта новая планета. Уран – третья планета из серии «газовых гигантов», имеет 27 спутников и также систему колец на орбите. Примечателен он еще и тем, что ось планеты не вертикальна, а практически полностью горизонтальна, в отличие от остальных планет, поэтому Уран можно сравнить с катящимся по орбите шаром.

Голубизну Урану придает водород и гелий, которые составляют 90 процентов планеты (из них водород – 83. Есть и вода в форме льда, но ее очень мало. Примечательным является и то, что вокруг оси Уран вращается 17 с половиной земных часов, а вот вокруг Солнца – 84 года: 42 года он в тени от Солнца, и 42 – на свету.

Интересный факт: первоначальное название Урана было «Звезда Георга» в честь короля Георга III, который правил в то время, как был открыт Уран, однако это название прижилось только в Британии, и то на первые 70 лет. После этого название официально сменили.