Чем отличается вселенная от галактики: В чем разница между галактикой и вселенной. И что в конце концов находится внутри другого?

Что такое галактика

Узнав масштабы нашей вселенной люди осознали, что Земля не является центром мироздания. Уяснив, что даже громадная Солнечная система не весь мир, воображение зашкалило. Ведь все звёзды, что мы можем наблюдать, только малая часть огромнейшего образования – галактики.

Содержание страницы:

Галактика — гигантское космические скопление звезд, газа и пыли, удерживаемые силами гравитации. Все объекты, входящие в состав галактики обращаются вокруг общего центра масс. Чаще всего это гигантское ядро, которое находится в центре, состоящее из черной дыры.

С появлением телескопа «Хаббл» астрономы начали наблюдения за далекими галактиками. Наблюдаемая часть Вселенной содержит их не менее 100 млрд. штук! Они распределены хаотично – есть районы сосредоточения плотных групп галактик, есть совсем пустынные области. Массы галактик колеблются от 10⁷ до 10¹² масс нашего Солнца. Диаметры их составляют от 16 тыс. до 800 тыс. световых лет.

Галактические объединения и состав галактик

Галактики состоят всего из трех компонент:

Тёмная материя, составляет основную часть массы
Межзвездный газ и пыль, которого 10 – 30%
Звёзды, черные дыры, нейтронные звезды, планеты, астероиды и прочая мелочь общей массой около 1%

Около 95% галактик собраны в группы. Минимальные группы насчитывают всего несколько десятков объектов, а большие — десятки тысяч. Сотни галактик объединяются в скопления, а тысячи – в сверхскопления.

Структура

Ядро. Обычно подразумеваются активные ядра в самом центре. В ядрах галактик живут огромные чёрные дыры.
Диск. В этом тонком слое сконцентрировано наибольшее количество галактических объектов (звезд, газа, пыли).
Балдж. Это яркая внутренняя часть в центре. Буквально означает «вздутие».
Гало. Это название внешнего сфероидального компонента. Между ним и балджем нет чёткой границы.
Спиральный рукав. Представляет собой плотную структуру, в состав которой входят молодые звёзды и межзвёздный газ.
Бар. Перемычка в виде плотного вытянутого образования. Состоит из межзвёздного газа и звёзд.

Виды галактик

Эллиптические. У них нет дисковой составляющей, или же она малоконтрастна.
Спиральные. Имеют спиральные ветви, реже выраженные в кольца.
Линзообразные. Отличаются от спиральных только отсутствием чёткого спирального рукава. Процент межзвёздного газа в них мал, поэтому темп образования новых звезд в них низок.
Неправильные. Имеют клочковатую, изорванную структуру. Содержат в себе до 50% межзвездного газа.

Столкновения

Столкновения галактик не редкий случай во Вселенной. С большой долей вероятности, и наш Млечный Путь испытал подобное около 2 млрд. лет назад. Поскольку расстояния между объектами очень велики, то при соприкосновении лишь некоторые из звёзд реально сталкиваются. Галактики имеют различные скорости, поэтому и процесс столкновения происходит всегда по-разному. Зачастую это переходит в слияние галактик, или они пролетают сквозь друг-друга.

Как они произошли

Есть две разных версии происхождения галактик:

Образование из малых объектов. Вначале образовались области неоднородной материи массой около 1 млн. солнечных. Постепенно они сливались и создавали более крупные образования, набирая массу сотен миллиардов звёзд. После этого происходило объединение галактик в группы и скопления.
Образование из крупных объектов. После Большого взрыва в пространстве происходило сильное расширение, «растягивающее» крупные образования. Из них получались «листы» плотной материи, из которых рождались шаровые скопления.

Как изучают галактики

Великий Кант уже в 1755 году предвидел, что галактика может состоять из огромного количества звёзд и вращаться. У. Гершель в 1780 году подтвердил эту гипотезу. Он произвёл систематический подсчёт видимых светил, и на основе наблюдений ему удалось составить трёхмерную структуру Млечного Пути.

А в 1936 году галактики были классифицированы Э. Хабблом. Этой классификацией пользуются и ныне. Ему также удалось определить расстояние до Туманности Андромеды, правда, с большой погрешностью. Но главное, что было им установлено что Вселенная не ограничена Млечным Путём.

Используя эффект Доплера (точнее, его следствие — красное смещение) в спектрах галактик установлено, что все наблюдаемые галактики – за исключением ближайших – удаляются от нас.И чем больше удалённость наблюдаемого объекта, тем выше его скорость. Из этого может следовать только одно: в очень далёком будущем остальные галактики и звёзды просто исчезнут из виду, так как свет от них уже не будет до нас долетать. А наша галактика сольется с Туманностью Андромеды.

Разница между Галактикой и Вселенной — Разница Между

Разница Между 2022

Ключевая разница: Группа многочисленных звезд, пыли, планет и других межзвездных объектов, связанных гравитационной силой, известна как Галактика. Вселенная состоит из всего, что существует в форме ма

Содержание:

Ключевая разница: Группа многочисленных звезд, пыли, планет и других межзвездных объектов, связанных гравитационной силой, известна как Галактика. Вселенная состоит из всего, что существует в форме материи или энергии. Самая маленькая крошечная частица песка также является частью Вселенной, и аналогично самая большая Галактика также является частью Вселенной.

Вы когда-нибудь жаждали телескоп? Или астронавты и астрономы очаровывают вас больше, чем врачи и инженеры? Если да, то, конечно, вы любопытны ко Вселенной и всем ее компонентам. Эти термины звучат завораживающе, но иногда нам может быть трудно их различать. Галактика и Вселенная иногда могут упоминаться как одна вещь, поскольку мы и наше окружение — это часть Вселенной, а также Галактика, известная как Млечный Путь. Тем не менее, они оба отличаются друг от друга. Давайте поймем разницу между ними.

Коллекция, состоящая из звезд, пыли, планет и другой межзвездной материи, связанных гравитацией, называется Галактикой.

Галактика может содержать любое количество элементов. Например, маленькая галактика может состоять из нескольких тысяч звезд, тогда как большая галактика может содержать в себе миллиарды звезд. Млечный Путь — пример Галактики; это Галактика, которая состоит из нашей Земли и Солнца. Астрономы могут предоставить информацию только об известных и наблюдаемых галактиках во Вселенной. Тем не менее, могут быть различные другие галактики, присутствующие во всей Вселенной. Есть в основном три типа галактик

1. Спирали: эти галактики немного сплюснуты, и их эллипсоидальные системы поддерживаются случайными движениями, проявляющимися звездами. В таких галактиках диск содержит звезды, планеты, пыль и газ. Все они вращаются вокруг галактического центра и регулярно.

2. Эллиптические: они имеют сравнительно более сплюснутые диски и также поддерживаются вращением. Они также известны как дисковые галактики. Считается, что гигантские эллиптические галактики имеют длину около двух миллионов световых лет.

3. Нерегулярные: форма этого типа Галактики очень отличается от эллиптической и спиральной и не имеет какой-либо правильной формы или структуры.

Общая светимость Галактики может быть напрямую связана с общим количеством звезд, присутствующих в Галактике. Галактики излучают непрерывный спектр энергии, и поэтому эти спектры очень полезны для понимания этих галактик. Есть бесчисленные Галактики, которые существуют во Вселенной, которая нам известна. Галактики, которые содержат менее миллиарда звезд, называются «Малыми галактиками». Галактики могут встречаться поодиночке или парами. Галактики, которые находятся рядом друг с другом, также влияют друг на друга. Галактики внутри групп имеют тенденцию взаимодействовать друг с другом и могут даже сливаться под воздействием интерактивной гравитации

Астрономы, как правило, считают, что галактики образовались после космического явления, известного как «Большой взрыв». Это явление считается ответственным за создание Вселенной.

Считается, что это произошло почти от 10 до 20 миллиардов лет назад. Считается, что пузырь, который был очень горячим и плотным, взорвался, а затем взорвались частицы, образовавшие различные астрономические объекты. Название некоторых из галактик: Млечный Путь, Андромеда, Сигарная Галактика и Кометная Галактика.

Вселенную можно понимать как огромное пространство, настолько обширное, что оно содержит все, что существует. Насколько велика Вселенная? Трудно ответить, и астрономы всегда пытаются исследовать эту конкретную тему. Считается, что после взрыва Bing Bang была создана Вселенная, и с тех пор она постоянно движется.

Вселенная состоит из существующей материи и энергии. Ученые считают, что Вселенная расширяется, и это свидетельствует о феномене Бинг-Банг, который произошел почти 13,7 миллиардов лет назад. Ученые также могут определить, приближается ли объект к Земле или удаляется с помощью электромагнитного спектра объекта. Сдвиг в спектре используется для такого рода расчетов.

Таким образом, мы можем сказать, что Вселенная — это надмножество, которое содержит все существующие элементы. Он также состоит из всех галактик. Поэтому галактики являются лишь одним из компонентов всей Вселенной.

КАКИЕ БЫВАЮТ ГАЛАКТИКИ | Наука и жизнь

Этот «звездный водоворот» — спиральная галактика М51 в созвездии Гончих Псов.

Схема классификации галактик, по Хабблу (1925 год).

Галактика NGC 4314 (созвездие Водолея).

Неправильные галактики: слева — Большое Магелланово Облако, справа — Малое Магелланово Облако.

Огромная эллиптическая галактика в созвездии Девы — радиоисточник Дева А. Это почти шаровая галактика. По всей вероятности, очень активная — виден выброс яркой струи вещества.

Галактика NGC 4650 А (созвездие Кентавра). Расстояние до нее 165 миллионов световых лет.

Газовая туманность (М27), которая находится в нашей Галактике, но очень далеко от нас — на расстоянии 1200 световых лет.

Перед вами не галактика, а туманность Тарантул 30 Золотой Рыбы — известная достопримечательность Большого Магелланова Облака.

‹

›

«Давным-давно, в далекой-далекой галактике…» — этими словами обычно начинаются фильмы известного сериала «Звездные войны». А представляете ли вы, как велико количество таких «далеких-далеких» галактик? Например, галактик, которые мы видим как точку ярче 12

m, известно около 250. Галактик, блеск которых еще слабее — до 15^m, — около 50000. Число тех, которые могут быть сфотографированы лишь очень мощным, например 6-метровым, телескопом на пределе его возможностей, — многие миллиарды. С помощью космического телескопа их можно увидеть еще больше. Все вместе эти звездные острова и есть Вселенная — мир галактик.

Люди, живущие на Земле, поняли это далеко не сразу. Сначала им предстояло открыть собственную планету — Землю.

Потом — Солнечную систему. Затем - собственный звездный остров — нашу Галактику. Мы называем ее — Млечный Путь.

Еще через какое-то время астрономы обнаружили, что у нашей Галактики есть соседи, что туманность Андромеды, Большое Магелланово Облако, Малое Магелланово Облако и многие другие туманные пятнышки — это уже не наша Галактика, а другие, самостоятельные звездные острова.

Так человек заглянул за пределы своей Галактики. Постепенно выяснилось, что мир галактик не только поразительно велик, но и разнообразен. Галактики резко различаются размерами, внешним видом и числом входящих в них звезд, светимостью.

Основоположником внегалактической астрономии, которая занимается этими вопросами, по праву считают американского астронома Эдвина Хаббла (1889-1953). Он доказал, что многие «туманности» на самом деле — другие галактики, состоящие из множества звезд. Изучил более тысячи галактик, определил расстояние до некоторых из них. Среди галактик выделил три основных типа: спиральные, эллиптические и неправильные.

Теперь мы знаем, что

спиральные галактики встречаются чаще других. Более половины галактик — спиральные. К их числу относятся и наш Млечный Путь, и галактика в Андромеде (М31), и галактика в Треугольнике (М33).

Спиральные галактики очень красивы. В центре - яркое ядро (большое тесное скопление звезд). Из ядра выходят спиральные, закручивающиеся вокруг него ветви. Они состоят из молодых звезд и облаков нейтрального газа, в основном — водорода. Все ветви — а их может быть одна, две или несколько — лежат в плоскости, совпадающей с плоскостью вращения галактики. Поэтому галактика имеет вид сплющенного диска.

Астрономы долгое время не могли понять, почему галактические спирали, или, как их еще называют, рукава, так долго не разрушаются. По этому вопросу было много разных гипотез. Сейчас большинство исследователей галактик склоняются к мнению, что галактические спирали представляют собой волны повышенной плотности вещества.

Они подобны волнам на поверхности воды. А те, как известно, при своем движении не переносят вещество.

Чтобы появились волны на спокойной поверхности воды, достаточно бросить в воду хотя бы небольшой камень. Возникновение спиральных рукавов, вероятно, тоже связано с каким-то толчком. Это могли быть перемещения в самой массе звезд, населяющих данную галактику. Не исключена связь с так называемым дифференциальным вращением и «всплесками» при звездообразовании.

Астрофизики довольно уверенно говорили о том, что именно в рукавах спиральных галактик сосредоточена основная масса недавно родившихся звезд. Но тут стали появляться сведения о том, что рождение звезд, возможно, происходит и в центральных областях галактик (см. «Наука и жизнь» № 10, 1984 г.). Это прозвучало как сенсация. Одно из таких открытий сделано совсем недавно, когда с помощью космического телескопа имени Хаббла сфотографировали галактику NGC 4314 (фото внизу).

Галактики, именуемые эллиптическими , по внешнему виду существенно отличаются от спиральных. На фотографиях они выглядят как эллипсы с разной степенью сжатия. Среди них есть галактики, похожие на линзу, и почти шаровые звездные системы. Встречаются и гиганты, и карлики. Примерно четверть из наиболее ярких галактик относят к числу эллиптических. Для многих из них характерен красноватый цвет. Долгое время астрономы считали это одним из свидетельств того, что эллиптические галактики в основном состоят из старых (красных) звезд. Последние наблюдения космического телескопа Хаббла и инфракрасного телескопа «ISO» опровергают эту точку зрения (см. «Наука и жизнь» №№ 1 и 2, 1999 г.).

Среди эллиптических галактик есть такие интересные объекты, как шаровая галактика NGС 5128 (созвездие Кентавра) или М87 (созвездие Девы). Они привлекают к себе внимание как мощнейшие источники радиоизлучения. Особая загадка этих и нескольких спиральных галактик — их ядра. Что сосредоточено в них: сверхмассивные звездные скопления или черные дыры? По мнению некоторых астрофизиков, спящая черная дыра (или несколько черных дыр), возможно, притаилась в центре нашей Галактики, окутанном облаками непрозрачной межзвездной материи, или, например, в Большом Магеллановом Облаке.

Единственными источниками информации о процессах, идущих в центральных областях нашей и других галактик, до последнего времени были наблюдения в радио- и рентгеновских диапазонах. Например, чрезвычайно интересные данные о структуре центра нашей Галактики получил с помощью российских орбитальных обсерваторий «Астрон» и «Гранат» коллектив ученых во главе с академиком Р. Сюняевым. Позднее, в 1997 году, с помощью инфракрасной камеры американского космического телескопа имени Хаббла астрофизики получили снимки ядра эллиптической галактики NGС 5128 (радиогалактика Кентавра А). Удалось обнаружить находящиеся от нас на расстоянии 10 миллионов световых лет отдельные детали (размером порядка 100 световых лет). Раскрылась впечатляющая картина буйства горячего газа, крутящегося вокруг какого-то центра, возможно, черной дыры. Однако не исключено, что чудовищная активность ядер галактик, подобных этой, связана с иными бурными событиями. Ведь в истории жизни галактик много необычного: они сталкиваются, а иногда даже «пожирают» друг друга.

Наконец обратимся к третьему (по классификации Хаббла) типу галактик — неправильным (или иррегулярным). Они отличаются хаотической, клочковатой структурой и не имеют какой-либо определенной формы.

Именно такими оказались две самые близкие к нам сравнительно небольшие галактики — Магеллановы Облака. Это спутники Млечного Пути. Они видны невооруженным глазом, правда, только на небе Южного полушария Земли.

Вы, наверное, знаете, что Южный полюс мира не отмечен на небе какой-либо заметной звездой (в отличие от Северного полюса мира, рядом с которым сейчас расположена a Малой Медведицы — Полярная звезда). Магеллановы Облака помогают определить направление на Южный полюс мира. Большое Облако, Малое Облако и Южный полюс лежат в вершинах равностороннего треугольника.

Две самые близкие к нам галактики получили свое название в честь Фернана Магеллана в XVI веке по предложению Антонио Пигафетты, который был летописцем знаменитого кругосветного путешествия. В своих записях он отмечал все необычное, что происходило или наблюдалось во время плавания Магеллана. Не оставил без внимания и эти туманные пятна на звездном небе.

Хотя неправильные галактики — самый немногочисленный класс галактик, исследование их очень важно и плодотворно. Особенно это относится именно к Магеллановым Облакам, которые привлекают особое внимание астрономов прежде всего потому, что они почти рядом с нами. До Большого Магелланова Облака менее 200 тысяч световых лет, до Малого Магелланова Облака еще ближе — около 170 тысяч световых лет.

Астрофизики постоянно обнаруживают в этих внегалактических мирах что-нибудь очень интересное: уникальные наблюдения вспышки сверхновой звезды в Большом Магеллановом Облаке 23 февраля 1987 года. Или, например, туманность Тарантул, в которой за последние годы сделано множество удивительных открытий.

Несколько десятков лет назад один из моих учителей, профессор Б. А. Воронцов-Вельяминов (1904-1994), прилагал огромные усилия к тому, чтобы привлечь внимание своих коллег к взаимодействующим галактикам. В те времена эта тема многим астрономам казалась экзотикой, не представляющей особого интереса. Но вот спустя годы стало ясно, что работы Бориса Александровича (и его последователей) - исследования взаимодействующих галактик - открыли новую, очень важную страницу в истории внегалактической астрономии. И сейчас уже никому не представляются экзотикой не только самые причудливые (и не всегда понятные) формы взаимодействия галактик, но даже и «каннибализм» в мире гигантских звездных систем.

«Каннибализм» — взаимное «поедание» галактик друг другом (их слияние при тесных сближениях) — запечатлен на фотоснимках. По одной из гипотез, «каннибалом» может стать наш Млечный Путь. Основанием для такого предположения стало открытие в начале 90-х годов карликовой галактики. В ней всего несколько миллионов звезд, а находится она на расстоянии 50 тысяч световых лет от Млечного Пути. Эта «малышка» не такая уж юная: она возникла несколько миллиардов лет назад. Чем закончится ее долгая жизнь, пока сказать трудно. Но не исключена возможность того, что она когда-нибудь сблизится с Млечным Путем, и он ее поглотит.

Подчеркнем еще раз, что мир галактик необыкновенно многообразен, удивителен и во многом непредсказуем. А любители астрономии смогут следить за новостями внегалактической астрономии, которая сейчас стремительно развивается. Так что ждите новую информацию, новые фотографии самых необыкновенных галактик.

Живая Вселенная: Как образовались галактики?

КАК ОБРАЗОВАЛИСЬ ГАЛАКТИКИ — АСТРОНОМЫ ОБЪЯСНЯЮТ «КАМЕРТОН ХАББЛА»

Впервые получено объяснение того разнообразия галактик, которое мы наблюдаем во Вселенной. Ученые д-р Эндрю Бенсон (Dr Andrew Benson) из Калтеха и д-р Ник Деверо (Dr Nick Devereux) из Университета Аризоны Эмбри-Риддл проследили эволюцию галактик в течение более чем 13 млрд лет жизни Вселенной до настоящего дня. Эти результаты опубликованы в ежемесячных записках Королевского Астрономического Общества.

Галактики — собрания звезд, планет, газа и пыли, составляют большинство видимых объектов Вселенной. Наименьшие из них содержат несколько миллионов, а наибольшие — триллионы (миллионы миллионов) звезд.

Американский астроном Эдвин Хаббл в 30х годах XX века разработал таксономию галактик, которую потом стали называть «последовательность Хаббла» (прим. перев. — а по-моему, «камертон Хаббла» лучше). Существуют всего три основные формы — спиральные, где материал закручивается в спиральные рукава, лежащие в одной плоскости с относительно небольшим ядром, пересеченные спирали, где рукава прикрепляются к перемычке, проходящей через центр ядра, и эллиптические, где звезды распределены равномерно по всему объему, не образуя рукавов или диска. Для сравнения, галактика, в которой мы живем, Млечный Путь, содержит от двухсот до четырехсот миллиардов звезд и классифицируется как пересеченная спираль.

Объяснение последовательности Хаббла — сложная проблема. Совершенно понятно, что различные типы галактик эволюционировали по-разному, но как именно — никто объяснить не мог.

Бенсон и Деверо обработали данные от инфракрасного обследования всего неба на волне 2 микрона (2MASS) с помощью своей сложной компьютерной модели GALFORM, чтобы восстановить теорию эволюции Вселенной на промежутке более чем 13 млрд лет. К их удивлению, вычисления показали не только различные формы галактики но и их относительные числа.

“Мы были совершенно шокированы тем, что наша модель предсказала количество и распределение галактик по типам”, говорит Деверо. “Это действительно увеличило мою уверенность в модели”, добавляет Бенсон.

Модель астрономов базируется на модели Вселенной под названием «Холодной Темной Материи Лямбда’. Здесь Лямбда — загадочный компонент «темная энергия», который, как считается сейчас, составляет около 72% всего космоса, а 23% — холодная темная материя. Всего 4% Вселенной состоит из видимой «барионной» материи, содержащейся в звездах и планетах.

Считается, что галактики могут быть внедрены в очень большие гало из темной материи, и, как утверждают, Бенсон и Деверо, что это очень важно для их эволюции. Модель предполагает, что конечный результат определяет число слияний этих гало — эллиптические галактики получаются при многочисленных слияниях, а галактики с диском могли вообще не подвергаться слияниям. Пересеченная спираль нашего Млечного Пути может означать, что у него была сложная эволюция, с несколькими поглощениями малых галактик, из которых по крайней мере одно привели к появлению центральной перемычки.

“Новые результаты устанавливают четкое направление для следующих исследований. Теперь наша цель — сравнение предсказаний модели со снимками наиболее удаленных галактик, полученных Хабблом и новым телескопом Джеймса Уэбба (JWST)”, говорит Деверо.

Комментарий доктора Майкла: ну что, вот вам и динамика развития и эволюции галактик — они рождаются из бесформенных облаков материи, где гравитация центра — ядра постепенно сбивает вещество в красивые рукава (де-факто, кстати, мы здесь видим пресловутые гравитационные волны). Затем спиральная галактика начинает поглощать своих мелких соседей, разрывая их на части — такие остатки мы наблюдаем в окрестностях Млечного Пути в виде, например, Большого и Малого Магеллановых Облаков. Если «повезет», то одна или несколько галактик-карликов будут втянуты в ядро большой, образовав перемычку (помните: остатки поглощенной Млечным Путем галактики в Большом Псе). Вот, и наша Галактика сейчас находится именно на этом этапе. Но это еще не все. Через 3 млрд лет мы сойдемся в смертельной схватке с Туманностью Андромеды. Может быть после этого столкновения, может еще позже образуется эллиптическая большая галактика (помните серию Хабблкаста про Галактику-Монстра NGC1132?). И финальный шаг — эта галактика выровняет свою форму почти в идеальную сферу. Все. Конец эволюции. Если рядом не будет больше никого, кого можно было бы поглотить, галактика продолжит свое существование в виде туманного шара.

Что и требовалось доказать.

Почти пусто: астрономы выяснили, сколько во Вселенной материи

Сколько в космосе материи? Ответ на этот вопрос искали и нашли астрономы из США и Египта, опубликовавшие результаты своих исследований в научном журнале Astrophysical Journal.

Космос как винегрет

Из чего состоит Вселенная? Разумеется, в ней есть звезды и планеты. А еще межзвездный газ, которого примерно столько же, сколько звезд (по массе). На бескрайних просторах между галактиками изредка встречаются атомы межгалактического газа. Изредка-то изредка, однако в сумме это вещество весит вчетверо больше, чем звезды и межзвездный газ вместе взятые. Но и это далеко не основной ингредиент космического салата. Ученые уже несколько десятилетий знают о существовании еще одного компонента — темной материи. Это вещество не наблюдается ни в какие телескопы, но более чем ярко проявляет себя своей гравитацией. Под дудку его тяготения пляшут и звезды в галактиках, и галактики в скоплениях.

Существование темной материи — доказанный факт, он надежно установлен несколькими способами. Но вот вопрос, из чего она состоит, спорный. Несомненно, некоторую ее часть составляют привычные астрономам объекты, такие как черные дыры, коричневые карлики, холодный газ и так далее. Просто они слишком далекие и тусклые, чтобы земные телескопы могли их разглядеть. Эта часть темной материи называется барионной — в честь барионов, то есть класса частиц, к которому относятся протоны и нейтроны. Именно из протонов и нейтронов состоят атомные ядра, а потому к барионной материи относится все знакомое нам обычное вещество.

Реклама на Forbes

Однако большинство специалистов склоняются к мысли, что львиная доля темной материи не может состоять из атомных ядер. После Большого взрыва просто не могло образоваться столько барионов, говорят они и приводят весьма убедительные расчеты. Так что предполагается, что большая часть темной материи состоит из неизвестных частиц, еще не открытых физиками-экспериментаторами. Эта загадочная субстанция вполне логично называется небарионной темной материей. Подчеркнем, что небарионная природа подавляющей части темной материи еще не доказана. Но эта гипотеза настолько авторитетна, что включена в господствующую модель Вселенной (ΛCDM-модель).

Однако и это еще не все. Главный ингредиент «космического винегрета» — темная энергия, ускоряющая расширение Вселенной. Существование этого дополнительного ускорения — хорошо проверенный факт, за открытие которого Брайан Шмидт и Адам Рисс в 2011 году удостоились Нобелевской премии по физике. А вот о природе вызывающей его темной энергии ученые продолжают спорить. Большинство экспертов считают, что это некое свойство вакуума или же пронизывающее пространство поле. Встречаются, однако, и более экзотичные версии.

Божественные пропорции

Сколько в мире барионной материи (то есть видимой и некоторой части темной), небарионной темной материи и темной энергии? В каких пропорциях смешан этот салат? Это важный вопрос, от которого зависит, например, как расширяется Вселенная и как образовались галактики и их скопления.

Для начала поясним, как сравнивают материю с энергией. Дело в том, что в любой массе заключена энергия, количество которой можно вычислить по знаменитой формуле Е = mc². И, между прочим, это количество впечатляет: в одном грамме вещества заперто около двадцати килотонн в тротиловом эквиваленте. Пересчитав массу в энергию, космологи выясняют вклад барионного вещества, небарионной материи и темной энергии в полную энергию Вселенной. Такие расчеты проводились неоднократно и разными способами. Но авторы новой статьи использовали собственный путь.

Как взвесить Вселенную

Когда мир был юным, вещество было рассеяно по пространству гораздо более равномерно, чем сейчас. Под действием собственной гравитации оно стянулось в галактики и их скопления. Этот процесс очень сильно зависел от количества материи во Вселенной. Чем больше вещества (барионного и небарионного вместе взятого), тем чаще должны встречаться скопления галактик и тем более высокую массу они должны иметь. Исследователи смоделировали на компьютере образование скоплений галактик при разном количестве материи во Вселенной и сравнили результаты с данными наблюдений.

Это не новый метод, и он успел хорошо зарекомендовать себя. Но авторы внесли в него важное изменение. Они разработали и применили процедуру, которая помогает понять, принадлежит ли та или иная галактика к скоплению. Это непростой вопрос, поскольку при взгляде с Земли мы видим не трехмерную картину, а плоскую. Звездная система, которая кажется нам принадлежащей к кластеру, может на самом деле находиться перед ним или за ним.

Используя свой алгоритм, ученые индивидуально вычисляли массу каждого скопления. Этим их исследование отличается от работ предшественников, в которых использовалась средняя масса многих скоплений. Кроме того, астрономы опирались на собственный каталог скоплений галактик GalWCat19. В нем перечислены более 1800 кластеров, в которые входит в общей сложности более 38500 галактик. Свой каталог авторы сформировали по данным крупнейшего обзора SDSS, выбирая самые яркие и близкие скопления. Особенно важно, что они близкие. Их свет путешествовал до Земли не более 2,5 млрд лет. Это позволяет не делать поправку на расширение Вселенной и те перемены, которые могли произойти в этих кластерах со временем.

Наш мир пуст

Завершив расчеты, исследователи получили, что вся материя в целом (видимое вещество, барионная часть темной материи и ее небарионная часть вместе взятые) обеспечивают только 31% всей энергии во Вселенной. Остальные 69% приходятся на таинственную темную энергию. Отметим также, что, хотя из расчета авторов это и не следует, ранее было установлена доля привычной нам барионной материи среди всей материи Вселенной — она составляет всего 20%.

Результаты авторов не очень отличаются от данных, полученных другими методами. Некоторые измерения отводят темной энергии чуть большую долю космического пирога — более 70%. Другие останавливаются на 68%. Но так или иначе именно это загадочное нечто — по-прежнему самый большой резервуар энергии в космосе.

Совпадение результатов, полученных разными способами, — хорошее свидетельство их надежности. Другими словами, похоже, что Вселенная действительно устроена именно так.

Авторы приводят выразительный пример. Представим, что вся материя, в том числе и та, которая обычно считается небарионной, состоит из водорода. Сколько понадобилось бы атомов, чтобы обеспечить ее наблюдаемое количество? В среднем всего шесть атомов на кубический метр пространства. Для сравнения: в стакане воды больше атомов, чем стаканов воды в Мировом океане.

Считанные атомы на кубический метр — это не просто вакуум. Это настолько глубокий вакуум, что его создание лежит далеко за границами технических возможностей человечества. Если усреднить космос, получится пустота. Звезды, планеты и мы сами существуем только потому, что материя не рассеяна по пространству равномерно, а собрана в плотные комки, разделенные пустынными безднами. Возможно, понимание этого факта поможет человечеству осознать свою уникальность в космосе и еще раз удивиться чуду научного познания, позволяющего на основе наблюдений и компьютерных моделей постигать устройство мироздания.

Космические деньги: почему бизнесмены инвестируют в безвоздушное пространство

8 фото

о чем рассказали на «Космической лекции» в Сириусе

Гость «Сириуса» Олег Станиславович Угольников, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник ИКИ РАН, председатель Центральной предметно-методической комиссии по астрономии Всероссийской олимпиады школьников выступил с лекцией 13 июня. Он поведал о парадоксальных различиях звездных скоплений, навсегда прославившем себя астрономе, который не хотел путать кометы с галактиками, о том, как в китайских летописях отыскали взрыв сверхновой, и о том, что общего у тона свистка поезда с измерением межгалактических скоростей.

Французский астроном и две противоположности

Давным-давно французский астроном Шарль Мессье изучал кометы. В 1774 году он составил каталог из более 100 туманностей, галактик и скоплений, определив их расположение, чтобы не спутать эти неподвижные объекты с тем, что искал. Не мудрствуя лукаво и не желая тратить чересчур много времени на придумывание названий, Мессье присвоил белым неподвижным пятнышкам на небе номера, которым предшествовала «М» – первая буква его фамилии. Тогда он не мог даже догадываться, что его система просуществует много столетий и ляжет в основу межзвездной номенклатуры, когда возможности астрономии превзойдут самые смелые мечты естествоиспытателей того времени.

Со временем усовершенствованные телескопы позволили ученым «разбить» туманные облачка из Каталога Мессье на отдельные яркие точки, разглядев в них звезды. Многие из замеченных Мессье астрономических объектов оказались звездными скоплениями (Уильям Гершель когда-то назвал их «звездными кучами»), которые астрономы разделили на две группы: шаровые и рассеянные. Самое знаменитое из шаровых скоплений – скопление М13 в созвездии Геркулеса. В очень ясную ночь люди с хорошим зрением могут различить его невооруженным глазом.

В шаровом скоплении М13 (NGC 6205) около 300 000 звезд. Источник: HST LS/Giuseppe Donatiello

Рассеянные скопления очень молодые, в них меньше тысячи звезд. Как правило, все звезды в этих группах формируются из одного газопылевого облака и имеют одинаковый возраст. Они слабо держатся вместе гравитационными силами. Шаровые скопления, наоборот, очень старые, в них больше 500 000 звезд.

Но почему во Вселенной есть только эти две противоположности – и никаких промежуточных объектов? Ответ очень логичен: это связано с эволюцией звезд. Когда-то в галактике было много строительного материала, и там интенсивно образовывались большие звездные скопления. Потом материала было меньше, и сейчас они образуются совсем маленькие. Поэтому сейчас мы можем наблюдать только мелкие рассеянные скопления, которые образуются прямо сейчас, и самые старые, которые не рассыпались с тех пор. Чтобы не распасться за такое долгое время, им нужно было быть очень большими, чтобы гравитация удерживала их вместе. Поэтому скопления четко разделяются на две группы, которые совсем не пересекаются друг с другом, да еще и по-разному расположены.

Постичь себя, наблюдая за другими

Зная о группах звезд и об их месте на небе, мы можем понять, что из себя представляет Млечный Путь, хотя мы не можем посмотреть на него со стороны. В соседних спиральных галактиках старые шаровые скопления образуют структуру сферической формы в центре – поэтому и на нашем небе они концентрируются в созвездиях Скорпиона и Стрельца. В рукавах соседних галактик мы видим сгустки молодых ярких звезд – рассеянные скопления. Это объясняет их причудливое, с нашей точки зрения, расположение на небе: у Млечного Пути тоже есть спиральные ветви-рукава, где и зарождаются молодые скопления. Плеяды и другие близкие к нам скопления относятся к рукаву Ориона, скопления M8, M11 и M16 — к рукаву Стрельца, а M103 находится в рукаве Персея.

Гигантская галактика М87, окруженная ярким гало. Источник: NASA Blueshift/Flickr

Но есть совсем другие галактики. В созвездии Девы есть сверхгигантская эллиптическая галактика М87, масса которой оценивается в триллион масс Солнца. В ней нет спиральных ветвей и молодых звезд. По сути, это гигантское шаровое звездное скопление: очень давно оно образовалось из газового облака, которое было настолько велико, что силы гравитации не дали галактике распасться и позволили дожить до наших дней. В центре этой галактики найдена сверхмассивная черная дыра массой в 5 миллиардов Солнц – одна из самых больших открытых на данный момент.

А вот в скоплениях пыли и газа в соседствующем с нами Большом Магеллановом Облаке, названном в честь открывшего его во время путешествия Фернана Магеллана, наоборот, можно наблюдать все стадии детства, отрочества и юности звезд.

Туманные вопросы, звездная подсветка

Могло возникнуть ощущение, что все туманные «облачка» на звездном небе – это скопления, которые можно «разбить» на отдельные звезды, если посмотреть на них через телескоп. Но это не всегда так. Пример – объект М57 из созвездия Лиры. Он имел такую аккуратную круглую форму, что стал называться планетарной туманностью, хотя к планетам он отношения не имел. С годами телескопы становились все лучше, но при любом приближении туманность никак не желала распадаться на звезды. Тогда ученые прибегли к спектральному анализу: если в туманности есть разные звезды, их можно будет разделить по разным оттенкам излучаемого света. Однако спектр оказался совсем непохожим на звездный – зато напоминал спектр полярных сияний и газовых ламп. Это означало, что свечение туманности – это холодное свечение газа, а не звезд.

Современная фотография планетарной туманности М57. Источник: HST LS/Giuseppe Donatiell

Тот же спектральный анализ позволяет определять и скорость движения туманностей. Когда поезд несется на нас, мы слышим более высокий тон, чем когда он уехал далеко, даже если в реальности звук свистка всегда одинаковый. Это повседневная иллюстрация к эффекту Допплера, который позволяет измерить скорость движущихся галактик – но не по изменению частоты звука, а по изменению цвета. По смещению спектральных линий можно определить скорость галактик. Спектральный анализ показал, что такие туманности расширяются с большой скоростью – 10-20 км/с.

Что из себя представляют такие расширяющиеся облака газа, астрономы поняли лишь в XX веке. Оказывается, такие облака газа – результат взрыва звезды, относящейся к классу красных гигантов в конце их эволюции (подробнее об эволюции звезд рассказывается в конспекте недавней лекции Сергея Анатольевич Ламзина). Неупорядоченная структура Крабовидной туманности, вошедшей в каталог Мессье под номером 1, создает ощущение, что там что-то взорвалось. Спектральный анализ показал, что скорость ее расширения достигает 1500 километров в секунду. Из этого астрономы сделали вывод, что взрыв произошел совсем недавно.

M1, или Крабовидная туманность, находящаяся в созвездии Тельца. Источник: ESO/Wikimedia Commons

Разгадку удалось найти в китайских летописях XI века: оказалось, что на месте туманности когда-то ничего заметного не было, но 4 июня 1054 года там появилась необыкновенно яркая звезда, которая сияла так сильно, что была видна даже днем. Однако через 23 дня она исчезла. Таким образом, человечество стало свидетелем рождения этой туманности после взрыва сверхновой звезды. Правда, наблюдаем мы эту туманность такой, какой она была 6500 лет назад.

Туманность Бабочка – одна из самых красивых туманностей. Источник: NASA/ESA/Kevin M. Gill

В туманностях Бабочка и Лагуна, наоборот, есть совсем юные звезды, которые подсвечивают окружающие облака водорода, окрашивая их в красный цвет.

Расширяем кругозор

Но самая знаменитая туманность называется M31, или Туманность Андромеды. По ее современным фотографиям можно догадаться, что на самом деле это галактика. Но в ней долго не удавалось увидеть отдельных звезд, хотя ее спектр был определен как звездный еще в XIX веке.

Другие туманности, которые не удавалось классифицировать как газовые, тоже очень необычно располагались на небе. В созвездии Девы их много, в других созвездиях – поменьше, а в Млечном Пути их почти нет. В 1885 году прямо в Туманности Андромеды вспыхнула сверхновая звезда, такая, как та, что создала Крабовидную туманность. Наблюдения помогли понять, что на самом деле Туманность Андромеды – это свет очень большого количества звезд, расположенных очень далеко от нас. Но в это трудно было поверить. В довершение ко всему в 1912 году астрономы узнали, что Туманность Андромеды движется на нас со скоростью 300 км/с. Такие скорости не типичны для звезд в близлежащих скоплениях.

Туманность Андромеды. Источник: Adam Evans/Wikimedia Commons

В 1920-х годах Эдвин Хаббл с помощью нового телескопа смог выделить в ней различные звезды. Там он нашел и цефеиды – особые пульсирующие звезды, по которым астрономы могут определять расстояния до дальних объектов. Подсчеты Хаббла повергли его коллег в замешательство: выяснилось, что свет от Туманности Андромеды идет до нас 2 миллиона лет. Тогда эта цифра казалась просто огромной, но сейчас мы знаем о галактиках, удаленных от нас на миллиарды световых лет. Так доказательство существования других галактик расширило «горизонты» человечества, и теперь наша картина Вселенной в миллион раз больше, чем она была 150 лет назад.

Галактические карусели и кошки-мышки

Туманность Андромеды оказалась одной из самых близких к нам галактик, которая вместе с Млечным Путем, галактикой Треугольника (М33) и около 50 других более мелких галактик входит в Местную группу галактик, которые гравитация не просто держит вместе, а тянет друг к другу. Более того, ученые рассчитали, что Туманность Андромеды столкнется с Млечным Путем примерно через 4 миллиарда лет.

Мы можем судить о том, что с нами будет, наблюдая за похожими галактиками. Столкновения между ними – совсем не редкость. Яркий пример – галактики Мышки в созвездии Волосы Вероники на расстоянии 300 миллионов световых лет.

Галактики Мышки (NGC 4676) напоминают играющих мышат. Источник: Pxhere

Наблюдения издалека и компьютерные симуляции показали, что для отдельных звезд и планетных систем такие грандиозные коллизии проходят безболезненно: расстояние между ними слишком велико для того, чтобы с размаху врезаться друг в друга. М31 и Млечный Путь раскрутятся и сольются воедино, но отдельные небесные тела при этом не пострадают. Возможно, эта карусель вытолкнет некоторые звезды с дальних концов рукавов в межгалактическое пространство.

Но что случается с такими звездами? Отличается ли их одинокая жизнь от судьбы тех, которые окружены многочисленными соседями? Оказывается, если Солнце станет звездой-беглецом, оно заберет с собой все планеты. «Мы также будем ездить в Сочи, загорать на море. Единственное, что ярких звезд на небе станет меньше, и мы сможем увидеть Млечный Путь немного со стороны. – ответил лектор. – Но Солнцу это не грозит: оно находится не на самом краю Галактики, а в глубине ее рукава».

Ответив и на другие вопросы слушателей, ученый пригласил их понаблюдать за звездным небом. Теперь для детей на нем загорелось множество новых объектов.

Роскосмос: вероятность, что где-то есть подобная земной жизнь, достаточно велика

Космос продолжает ставить перед человечеством все большее число вопросов, многие из них пока остаются без ответа. Во Вселенной присутствуют явления, которые люди не смогут, вероятно, объяснить никогда. Один из примеров — черная дыра, ее притяжение не может покинуть даже световой луч, поэтому посмотреть, что представляет собой этот объект по известным физическим законам принципиально невозможно.

ТАСС предложил госкорпорации «Роскосмос» прокомментировать с точки зрения самых последних знаний те сложные космические вопросы, которыми раз от раза задаются и ученые, и обычные люди. Есть ли жизнь на Марсе, можно ли преодолеть скорость света, есть ли край у Вселенной, как можно быстро долететь на ее другой конец, что находится внутри черных дыр, возможна ли неорганическая жизнь — об этом и другом рассказывает в интервью ТАСС исполнительный директор Роскосмоса по перспективным программам и науке Александр Блошенко.

— Александр Витальевич, раз от раза человек задается, с одной стороны, наивным, с другой стороны, фундаментальным вопросом — что было до так называемого большого взрыва? Что именно взорвалось?

— Вопрос действительно очень фундаментальный и при этом крайне интересный. Текущая космологическая теория предполагает, что Вселенная перед началом своего расширения, «большого взрыва», находилась в некоем бесконечно напряженном неустойчивом состоянии и все пространство было буквально собрано в одной точке. На языке теоретической физики говорят, что она находилась в состоянии так называемой «сингулярности» с очень большим значением плотности материи и кривизны пространства-времени. Затем она начала очень быстро расширяться во все стороны — «взорвалась».

Спецпроект на тему

По наиболее распространенным представлениям эта сингулярность образовалась в результате коллапса сверхмассивного объекта. Можно сказать, что рождение нашей Вселенной — это результат смерти Вселенной, которая была ее предшественницей, что даже находит свое отражение в отдельных религиях, так называемый «круг жизни».

Подтверждением данной теории является наличие реликтового излучения и так называемое красное смещение, свидетельствующее о том, что галактики нашей Вселенной постоянно отдаляются друг от друга.

— Отсюда вытекает логичный вопрос: конечна ли наша Вселенная? Что может быть за ее границами?

— Сделать научно обоснованный вывод о конечности и размерах Вселенной сложно из-за ограниченности текущего уровня технологий и нюансов осознания масштабов этого вопроса. Пытаясь оценить размеры Вселенной через анализ красного смещения (понижения частоты излучения космических объектов вследствие их удаления от нас — прим. ТАСС), мы столкнемся с тем, что регистрируемый сейчас свет был излучен много миллиардов лет тому назад. То есть мы сегодня получаем информацию о состоянии и месте нахождения светящегося объекта только в тот древнейший момент времени, и сделать заключение о размерах Вселенной корректно не выйдет.

Однако оценить размеры Вселенной можно изучая реликтовое излучение — микроволновое излучение остывающей плазмы, из сгустка которой, как считается, и образовалась наша Вселенная. Эти расчеты «располагают» границу нашей Вселенной на расстоянии 46 млрд световых лет от Земли. Однако и здесь говорить о том, что мы «нащупали» край Вселенной не приходится: мешают погрешности в расчетах, удаленность регистрируемых объектов, а также тот факт, что скорость расширения «границ» Вселенной увеличивается по мере удаленности от нас, и в какой-то момент мы уже не способны получать сигнал от них. Можно считать, что объекты на границах Вселенной от нас настолько далеко, что при жизни нашей Солнечной системы сигнал от них до нас не успеет дойти.

Но если мы принимаем, что наша Вселенная расширяется, то подразумеваем существование некого горизонта событий, отделяющего нашу Вселенную от того, что ею не является. Таким образом теоретически Вселенная конечна, но с учетом ее размеров, расширения и человеческих возможностей, этим, фактически, можно пренебречь. Зарегистрированные на карте реликтового излучения аномально холодные пятна можно интерпретировать как области соприкосновения нашей Вселенной с другими, и тогда уже можно говорить о существовании Мультивселенной.

— Что такое темная материя и темная энергия? Как можно приблизиться к исследованию этих феноменов?

— Темная материя — это гипотетическая форма материи, не участвующая в электромагнитном взаимодействии и поэтому недоступная прямому наблюдению. Ее существование до сих пор достоверно не доказано. Темную энергию ввели в математическую модель Вселенной ради объяснения наблюдаемого ее расширения с ускорением. Согласно последним исследованиям, гипотетически темная материя составляет порядка 25% состава наблюдаемой Вселенной, темная энергия — около 70%, а обычная материя, из которой состоят звезды и другие видимые космические объекты — всего лишь не более 5%.

Существуют два способа поиска частиц темной материи: прямой и непрямой. Прямой способ пока не дал никаких результатов. А косвенные подтверждения наличия темной материи были получены, в том числе, посредством известного эксперимента на борту МКС с магнитным спектрометром.

— Еще один не менее фундаментальный для нас сегодня вопрос: жизнь на Земле возникла случайно или можно утверждать, что условия для ее появления были созданы?

— Да, условия для существования известной нам формы жизни на Земле совершенно уникальны: это и местонахождение Солнечной системы в области нашей галактики без активного звездообразования, и выгодное расположение орбиты Солнца относительно плоскости галактики с точки зрения астероидно-кометной опасности, стабильность излучения самого Солнца, местоположение нашей планеты в Солнечной системе и другие факторы. Поэтому может возникнуть ощущение, что кто-то специально их подготовил для всего живого на нашей планете. С другой стороны, Вселенная очень большая, с огромным количеством галактик, звездных систем и планет в этих системах, поэтому велика вероятность, что схожие условия могли бы сложиться на какой-либо из существующих в нашей Вселенной планете без всякой специальной подготовки, то есть случайно. Мы просто пока не располагаем данными о таких же системах, как наша.

— Каким образом из неорганики получилась органическая жизнь на Земле?

— Жизнь возникла на Земле очень давно — первые останки жизненных форм, микроорганизмов обнаружены в породах возрастом 3,5–3,8 млрд лет. Пока мы не можем в точности сказать, как эти первые формы жизни появились, хотя есть стройная концепция дальнейшего развития жизни.

Спецпроект на тему

В первичной атмосфере нашей планеты в ходе вулканических процессов при образовании земной коры накапливались газы — оксиды углерода, аммиак, метан, сероводород и многие другие. По мере остывания Земли на ней образовывались водоемы. В атмосфере под действием частых и сильных электрических грозовых разрядов, мощного ультрафиолетового излучения, идущего от Солнца, и активной вулканической деятельности, которая сопровождалась выбросами радиоактивных соединений, образовывались простейшие органические вещества. Попадая в воду и накапливаясь там, они образовывали концентрированный «первичный бульон», в котором постепенно появлялись и более сложные соединения.

В то же время считается, что самыми первыми формами жизни (добиологическими, то есть химическими) были молекулы, способные воспроизводить себя сами, «копируя» себе подобных, используя себя же в качестве образца — матрицы. Такой древней «первичной» молекулой могла быть рибонуклеиновая кислота или близкий по строению и свойствам органический полимер.

Исходя из этого, можно утвердительно ответить на вопрос о существовании и неорганической жизни. Неорганические соединения при определенных обстоятельствах способны вести себя так же, как клетки из органических веществ. Сейчас известны результаты ряда опытов, в которых были показаны сложные процессы, в результате которых большие молекулы создавали структуры, напоминающие жизнь.

— Есть ли сегодня данные о том, что жизнь возможна не только на Земле?

— Активные исследования по поиску признаков внеземной жизни ведутся с середины XX века. Это поиски и текущей, и существовавшей в прошлом внеземной жизни, в целом и более нацеленный поиск разумной жизни.

При исследовании углеродсодержащих метеоритов в их составе обнаруживают вещества, которые в земных условиях являются продуктами жизнедеятельности. В частности, это «организованные элементы» — микроскопические, размером 5-50 мкм, «одноклеточные» образования, часто имеющие явно выраженные двойные стенки, поры, шипы и так далее. На сегодняшний день однозначно не доказано, что эти окаменелости принадлежат останкам каких-либо форм внеземной жизни. Но, с другой стороны, эти образования имеют такую высокую степень организации, которую принято связывать с жизнью.

Открытие планет у других звездных систем в «обитаемой зоне» также косвенно указывает на наличие мест во Вселенной, благоприятных для возникновения жизни. Возможности современной астрономии не позволяют оценить конкретные условия жизни на таких планетах, но если в будущем мы сможем точно определить, скажем, наличие кислорода в их атмосфере, это станет важным свидетельством в пользу наличия жизни за пределами Земли.

— А есть ли сегодня факты, которые могут хотя бы косвенно подтвердить существование других цивилизаций? Или какова вероятность, что где-то в космосе имеется высокоорганизованная жизнь по типу нашей?

— На сегодня информацией о внеземной высокоорганизованной жизни мы, к сожалению, не располагаем. Но, повторюсь, наличие жизни на Земле позволяет сделать предположение о том, что такие же условия могли сложиться и на других планетах.

На эту тему

В настоящее время достоверно известно о существовании примерно 4 тыс. экзопланет (планеты у других звезд — прим. ТАСС). Однако только в видимой нами части Вселенной расположено более 2 триллионов галактик, в каждой из которых могут находиться триллионы планет. И вероятность, что на какой-то из них присутствует жизнь, подобная нашей, достаточно велика.

Хочу отметить, что условия существования инопланетных живых организмов совсем не обязательно должны быть полностью схожи с земными. Даже у нас на Земле существуют организмы, гораздо менее восприимчивые к температурным перепадам и воздействию радиации, чем большая часть остального живого на нашей планете. Это подтверждено экспериментами, в том числе, в условиях открытого космоса.

— Есть ли сегодня кандидаты на искусственные сигналы, идущие от других звезд, которые могли быть посланы иными разумными существами?

— Искусственных сигналов, поступающих из Вселенной, у нас сегодня не регистрируется. При этом мы не можем быть уверены, что Вселенная однозначно «молчит». Вполне возможно, что через Землю проходят какие-то сигналы, основанные на неклассических принципах, непонятных нам на сегодняшний день.

— Есть ли какие-то реалистичные способы космических перемещений на большой скорости, которые позволят добираться до других звезд хотя бы в течение одной человеческой жизни?

— К сожалению, текущий уровень развития техники однозначно не позволяет человеку совершать межзвездные путешествия. С другой стороны, еще 150 лет назад никто и представить не мог, что человек так скоро будет совершать регулярные полеты в космическое пространство, то есть, подчеркну, не существовало даже теоретического обоснования возможности полетов за пределы нашей планеты. Поэтому вполне вероятно, что еще при нашей жизни вопрос межзвездных перемещений будет решен.

— Можно ли превысить скорость света? На каких физических принципах может быть реализовано скоростное перемещение между галактиками?

— На данный момент ни теоретически, ни практически не доказано что какой-либо материальный объект может двигаться со скоростью, превышающей скорость света в вакууме. Это один из основных постулатов, вытекающих из специальной теории относительности Эйнштейна, на основе которого мы строим наше представление об окружающем нас мире.

На эту тему

Пока максимальная скорость, которую удалось развить человеку, составляет тысячные доли процента от скорости света. И однозначно можно сказать, что для достижения скоростей, близких к скорости света, понадобятся совершенно другие подходы в передвижении, в самом его понимании. В новых условиях, возможно, перемещение будет осуществляться в каком-то другом виде, другом измерении и, вероятно, все ограничения, которые сейчас возникают при космических перемещениях человека, перестанут действовать. При этом возникнут совершенно новые ограничения, которые и придется решать будущим поколениям исследователей. Будем рассчитывать, что к моменту, когда человечество будет объективно нуждаться в таких путешествиях, способ будет найден.

Если не вести речь о перемещениях со скоростью, близкой к скорости света, то вопрос кардинального увеличения скорости передвижения в космическом пространстве может быть решен за счет разработки двигателей на новых физических принципах. Однако в настоящее время все попытки в этой области, включая, например, нашумевший EmDrive, не показали результатов, выходящих за пределы погрешности эксперимента.

— Что такое черные дыры? Есть ли хотя бы гипотетический способ получить информацию из черной дыры?

— Наиболее понятное и распространенное описание черной дыры — это колоссальная масса, сжатая до огромной плотности в объем небольшого радиуса. Он называется радиусом Шварцшильда, или гравитационным радиусом, и для каждого тела с определенной массой он свой. Например, радиус Шварцшильда для тела с массой Земли равен всего 9 мм, до такой горошины нужно сжать нашу планету, чтобы получить из нее черную дыру.

Для Солнца этот радиус равен примерно 3 км. Наше Солнце в конце своей жизни превратиться в белый карлик — небольшое, размером с Землю, космическое тело из чистого углерода. После его остывания сверху останется сажа и графит, а внутри — чистейший алмаз в триллионы триллионов карат. А вот звезды массой, больше чем вдвое превышающей массу Солнца, умирая, с одновременной вспышкой сверхновых превращаются либо в нейтронные звезды, либо в черные дыры.

Определяющим свойством черной дыры является область вокруг нее, называемая горизонтом событий. Это граница притяжения, преодолев которую ничто, даже свет, не сможет вернуться обратно. Соответственно, невозможно передать сигнал из-за горизонта событий и сообщить информацию тому, кто остался снаружи. Поэтому сегодня все происходящее внутри черной дыры поддается только теоретическому описанию и сама физика черных дыр имеет большое количество нерешенных проблем. И мы пока даже теоретически не знаем способа получить информацию из-за горизонта событий и, соответственно, точно узнать, что происходит внутри черной дыры.

— Что такое кротовые норы? Можно ли их использовать для перемещений во Вселенной?

— В современной физике используется понятие «пространства-времени» — это физическая модель, в которой три пространственных измерения дополняются равноправным четвертым измерением — временем. В рамках общей теории относительности пространство-время имеет единую природу, а его взаимодействие с со всеми остальными физическими объектами (полями, телами) и есть гравитация.

На эту тему

Считается, что «кротовые норы» — это тонкие пространственно-временные трубки, соединяющие отдаленные области Вселенной. В отличие от черных дыр, у кротовых нор отсутствует горизонт событий и у них возможен как «вход», так и «выход». Наличие кротовых нор не противоречит общей теории относительности.

На данный момент не доказано как существование кротовых нор, так и невозможность их существования. Согласно имеющимся теориям, кротовые норы могут решить не только вопрос межгалактических перемещений, но и предоставить возможность путешествия во времени: попав в такую область пространства-времени, сильно искривленную источником огромного гравитационного поля, теоретически можно совершить «прыжок» как в пространстве, так и во времени.

— Может быть, ключ к ответам на все эти вопросы — часто обсуждаемая в последнее время теория струн? Можно ли сегодня за счет астрофизических исследований ее подтвердить или опровергнуть?

— Не вдаваясь в достаточно абстрактные и сложные для понимания подробности, попробую ответить понятным языком. В отличие от привычной нам со школьной скамьи модели описания мира множеством элементарных частиц и волн, теория струн предполагает его описание набором бесконечно тонких протяженных объектов, способных совершать колебания по аналогии со струнами, и при этом она сочетает в себе идеи квантовой механики и теории относительности.

На эту тему

Габриеле Венециано, основатель теории струн, показал, каким образом инфляционная модель Вселенной может быть получена из теории суперструн. В 1996 году была опубликована важная теоретическая работа, в которой удалось использовать теорию струн для нахождения микроскопических компонентов определенного класса черных дыр, а также для точного вычисления вкладов этих компонентов в энтропию.

В теории струн существует такое понятие, как «космические струны», которые в результате расширения Вселенной могут «раздуться» до огромных размеров и даже простираться дальше горизонта событий, то есть превышать размеры Вселенной.

Сегодня теория струн нуждается в экспериментальной проверке, однако ни один из ее вариантов пока не дает точных предсказаний, которые можно было бы проверить в критическом эксперименте. Таким образом, эта теория находится пока в «зачаточной стадии»: она обладает множеством привлекательных математических особенностей и может стать чрезвычайно важной в понимании устройства Вселенной, но требуется ее дальнейшая разработка для того, чтобы ее принять или отвергнуть.

Пока теорию струн нельзя будет проверить в обозримом будущем в силу технологических ограничений. Если за счет каких-либо исследований, не только астрофизических, можно будет подтвердить или опровергнуть такую модель, претендующую на роль ключевой теории для описания всех процессов, происходящих во Вселенной, то таким исследованиям, безусловно, будет отведена значительная роль. Возможно, с развитием новых технологий у нас появятся дополнительные возможности, которые позволят в том числе внести необходимый вклад и в этой сфере.

— Глава SpaceX Илон Маск не оставляет идеи колонизировать Марс. Насколько реалистичны такие планы?

— Колонизация космоса – это так или иначе вопрос выживания человечества, да и вообще всего живого на нашей планете в сверхдолгосрочной перспективе. Хотя, здесь надо оговориться, такими «колонизаторами» смогут стать существа уже, скорее всего, не с нынешними генотипами.

Спецпроект на тему

Планы и текущие достижения компании SpaceX бесспорно заслуживают глубокого уважения. Но при этом надо помнить, что Илон Маск — бизнесмен, чей бизнес, не только в сфере ракетно-космической техники, зависит во многом от повышенного внимания общественности. Поэтому ему крайне важно обозначать яркие, амбициозные цели уже на ближайшую перспективу. Первая ракета компании SpaceX совершила успешный пуск почти в пять раз позже изначально запланированных сроков. Также и некоторые планы, которые озвучиваются SpaceX, в условиях технологического развития ближайшего времени просто неосуществимы, если провести их краткий технический анализ. Например, для того чтобы термоядерный взрыв на полюсе Марса, одна из идей компании SpaceX, дал ощутимый результат, необходимо более десяти тысяч пусков самых грузоподъемных из разрабатываемых в настоящий момент ракет-носителей.

Исходя из имеющихся и перспективных средств выведения, даже допустив изрядную долю оптимизма при их оценке и вынося за скобки вопросы создания термоядерного оружия в таких объемах, можно сделать вывод о том, что каких-то ощутимых воздействий на климат на Марсе (как, к слову, и на Венере) в ближайшей перспективе человечество оказать не в силах.

Госкорпорация «Роскосмос» сегодня не может себе позволить декларировать сроки исходя из чисто маркетинговых и PR-задач. При этом мы, конечно, сегодня ведем системные работы, в частности, и по подготовке миссий на Луну и Марс.

— Какие планеты Солнечной системы являются лучшими кандидатами для колонизации?

— Со многих точек зрения из всех планет Солнечной системы наиболее похожи на Землю Марс и Венера, обе эти планеты, наряду с Землей, находятся в так называемой «зоне обитаемости». Есть предположения, что Марс на ранних этапах своей истории имел среду, похожую на современную Землю — густую атмосферу и много воды, которые потерял за период в несколько сотен миллионов лет. Из-за сходства и близости к Земле Марс может оказаться наиболее целесообразным и эффективным объектом для терраформирования среди всех космических тел в Солнечной системе.

На эту тему

На Венере обстановка крайне далека от благоприятной с точки зрения человека. Из-за сильного парникового эффекта средняя температура на поверхности Венеры еще выше, чем на Меркурии, который ближе к Солнцу, — она составляет примерно +470°С (при -63°С на Марсе). А венерианское атмосферное давление на поверхности в 90 раз превышает земное — его можно сравнить с давлением в океане на глубине 1 км. Кроме того, атмосфера на поверхности Венеры на 97% состоит из углекислого газа. На Венере нет воды, даже в виде пара, зато есть облака из серной кислоты, которые делают невозможным наблюдение поверхности в видимом свете, а заодно и блокируют поступление солнечной энергии. То есть Венера — это «сестра» Земли, пережившая парниковую катастрофу, о которой так много сегодня говорят. Ее изучение автоматическими аппаратами дает нам ключи к познанию механизмов эволюции нашей планеты и помогает тем самым избежать судьбы «соседки».

Преимущество Венеры — это плотная атмосфера, близкая по составу к земной, которая служит надежным щитом от ключевых проблем освоения Марса: космической радиации и метеоритов. Также до Венеры легче добраться: она ближе и «пусковые окна» случаются чаще. Но потенциально «привлекательные» для колонизации условия на Венере находятся только на высоте 50-65 км: здесь атмосфера планеты наиболее похожа на земную по температуре, давлению и газовому составу.

Исследования Солнца показывают, что оно в данный момент нагревается, и температура на Венере и Марсе медленно растет, в том числе поэтому сегодня Марс выглядит, пожалуй, наиболее предпочтительным с точки зрения перспективы терраформирования и колонизации.

— Можно ли в сегодняшних условиях в тропиках Марса высадить земную флору?

— На поверхности Марса содержится грунт, насыщенный перхлоратами, которые являются ядовитыми для земной флоры. Таким образом, свободно расти земные растения на поверхности Марса не смогут, понадобилась бы определенная подготовка почвы. Помимо этого, важными факторами являются температурный режим, состав атмосферы, радиационный фон и другие параметры, которые также пришлось бы поддерживать искусственно в изолированных помещениях.

— Есть ли на сегодняшний день жизнь на Марсе, что об этом могут сказать имеющиеся данные? Была ли жизнь на Марсе или Венере в прошлом?

— Все проведенные на Марсе и Венере исследования наличия признаков жизни пока не дали положительного результата. Возможно, свет на этот вопрос прольет следующий этап совместной российско-европейской миссии «ЭкзоМарс», запуск которой запланирован на 2022 год. Программа предполагает посадку на Марс ровера, оснащенного бурильным устройством, позволяющим проникать в подповерхностный слой Марса, а также миниатюрной лабораторией для поиска следов жизни.

На эту тему

Венера на данный момент является наряду с Марсом самой исследованной планетой Солнечной системы. В ходе нескольких орбитальных миссий и спусков станций на поверхность планеты (советский аппарат «Венера 13» до сих пор остается самым успешным за всю историю — он продержался 157 минут) удалось получить подробные сведения о венерианском климате, почве и составе атмосферы. Вообще, Советский Союз достиг таких успехов в исследовании Венеры, причем с огромным «отрывом» от конкурентов — США, что те Венеру даже называли «советской планетой».

Лично для меня по уже отмеченным сегодня обстоятельствам «научный» фаворит — разрабатываемая нами сегодня миссия на Венеру. Не так давно ученые Российской академии наук, анализируя снимки Венеры, полученные еще советскими экспедициями, заявили, что обнаружили на них объекты, которые меняли свое местоположение и даже потенциально могут быть живыми. Не берусь обсуждать именно эту статью, но, как известно «практика — критерий истины», и насколько догадки ученых верны, нам еще только предстоит узнать.

Беседовал Дмитрий Решетников

Galaxies—факты и информация

Галактики представляют собой раскинувшиеся системы из пыли, газа, темной материи и от миллиона до триллиона звезд, удерживаемых вместе гравитацией. Считается, что почти все крупные галактики также содержат в своих центрах сверхмассивные черные дыры. В нашей собственной галактике, Млечном Пути, Солнце — всего лишь одна из примерно 100–400 миллиардов звезд, вращающихся вокруг Стрельца А*, сверхмассивной черной дыры, масса которой равна четырем миллионам солнц.

Чем глубже мы смотрим в космос, тем больше галактик видим.Согласно одному исследованию 2016 года, наблюдаемая Вселенная содержит два триллиона — или два миллиона миллионов — галактик. Некоторые из этих далеких систем похожи на нашу собственную галактику Млечный Путь, а другие совсем другие.

Типы галактик

До 20-го века мы не знали, что существуют другие галактики, кроме Млечного Пути; ранее астрономы классифицировали их как «туманности», поскольку они выглядели как нечеткие облака. Но в 1920-х годах астроном Эдвин Хаббл показал, что «туманность» Андромеды сама по себе является галактикой.Поскольку она находится так далеко от нас, свету Андромеды требуется более 2,5 миллионов лет, чтобы преодолеть разрыв. Несмотря на огромное расстояние, Андромеда является ближайшей большой галактикой к нашему Млечному Пути, и она достаточно яркая на ночном небе, чтобы ее можно было увидеть невооруженным глазом в Северном полушарии.

В 1936 году Хаббл представил способ классификации галактик, сгруппировав их в четыре основных типа: спиральные галактики, линзовидные галактики, эллиптические галактики и неправильные галактики.

Более двух третей всех наблюдаемых галактик являются спиральными галактиками.Спиральная галактика имеет плоский вращающийся диск с центральной выпуклостью, окруженной спиральными рукавами. Это вращательное движение со скоростью в сотни километров в секунду может привести к тому, что вещество в диске приобретет характерную спиральную форму, подобную космической вертушке. Наш Млечный Путь, как и другие спиральные галактики, имеет прямолинейную звездную полосу в центре.

Эллиптические галактики имеют форму, как следует из их названия: обычно они круглые, но могут вытягиваться вдоль одной оси дольше, чем вдоль другой, настолько, что некоторые из них приобретают сигарообразный вид.Крупнейшие известные галактики Вселенной — гигантские эллиптические галактики — могут содержать до триллиона звезд и простираться на два миллиона световых лет в поперечнике. Эллиптические галактики также могут быть маленькими, и в этом случае их называют карликовыми эллиптическими галактиками.

Эллиптические галактики содержат много старых звезд, но мало пыли и другого межзвездного вещества. Их звезды вращаются вокруг галактического центра, как и в дисках спиральных галактик, но они делают это в более случайных направлениях. Известно, что в эллиптических галактиках образуется несколько новых звезд.Они распространены в скоплениях галактик.

Линзообразные галактики, такие как легендарная галактика Сомбреро, расположены между эллиптическими и спиральными галактиками. Их называют линзообразными, потому что они напоминают линзы: как и спиральные галактики, они имеют тонкий вращающийся диск из звезд и центральную выпуклость, но у них нет спиральных рукавов. Подобно эллиптическим галактикам, в них мало пыли и межзвездного вещества, и они, по-видимому, чаще образуются в густонаселенных областях космоса.

Галактики, которые не являются спиральными, линзообразными или эллиптическими, называются неправильными галактиками. Галактики неправильной формы, такие как Большое и Малое Магеллановы Облака, окружающие наш Млечный Путь, кажутся деформированными и не имеют четкой формы, часто потому, что они находятся в гравитационном влиянии других ближайших галактик. Они полны газа и пыли, что делает их прекрасными рассадниками для формирования новых звезд.

Галактические скопления и слияния

Некоторые галактики встречаются поодиночке или парами, но чаще они являются частью более крупных ассоциаций, известных как группы, скопления и сверхскопления. Наш Млечный Путь, например, находится в Местной группе, группе галактик диаметром около 10 миллионов световых лет, которая также включает галактику Андромеды и ее спутники.Местная группа и соседнее с ней скопление галактик, Скопление Девы, находятся в более крупном Сверхскоплении Девы, скоплении галактик, простирающемся примерно на 100 миллионов световых лет в поперечнике. Сверхскопление Девы, в свою очередь, является частью Ланиакеи, еще более крупного сверхскопления из 100 000 галактик, которое астрономы определили в 2014 году.

Галактики в скоплениях часто взаимодействуют и даже сливаются вместе в динамичном космическом танце взаимодействующей гравитации. Когда две галактики сталкиваются и смешиваются, газы могут течь к галактическому центру, что может вызвать такие явления, как быстрое звездообразование.Наш Млечный Путь сольется с галактикой Андромеды примерно через 4,5 миллиарда лет.

Астрономы предсказывают, что наша родная галактика сольется с соседней галактикой Андромеда.

Поскольку эллиптические галактики содержат более старые звезды и меньше газа, чем спиральные галактики, кажется, что типы галактик представляют собой часть естественной эволюции: по мере того, как спиральные галактики стареют, взаимодействуют и сливаются, они теряют свои привычные формы и становятся эллиптическими галактиками. Но астрономы все еще разбираются в деталях, например, почему эллиптические галактики следуют определенным закономерностям в яркости, размере и химическом составе.

Происхождение галактики

Первые звезды во Вселенной вспыхнули примерно через 180 миллионов лет после Большого Взрыва, взрывного момента 13,8 миллиардов лет назад, который отмечает происхождение Вселенной, какой мы ее знаем. Гравитация сформировала форму первых галактик к тому времени, когда Вселенной исполнилось 400 миллионов лет, или менее 3 процентов от ее нынешнего возраста.

Теперь астрономы считают, что почти все галактики — за возможными исключениями — окружены огромными ореолами темной материи. Теоретические модели также предполагают, что в ранней Вселенной огромные щупальца темной материи обеспечивали нормальную материю гравитационным каркасом, необходимым для объединения в первые галактики.

Но остаются открытыми вопросы о том, как формируются галактики. Некоторые считают, что галактики образовались из меньших скоплений примерно в один миллион звезд, известных как шаровые скопления, в то время как другие считают, что сначала образовались галактики, а позже образовались шаровые скопления. Также трудно вычислить, сколько звезд данной галактики образовалось на месте из собственного газа по сравнению с образованием в другой галактике и присоединением к группе позже.

Позволяя астрономам заглянуть в самые дальние уголки Вселенной — и в самые ранние моменты — такие инструменты, как космический телескоп Джеймса Уэбба НАСА, должны помочь разрешить назревшие вопросы.

Происхождение Вселенной, Земли и жизни

Важный новый путь исследований открылся с открытием того, что определенные молекулы состоящие из РНК, называемые рибозимами, могут действовать как катализаторы в современных клетках. Это Ранее считалось, что только белки могут служить катализаторы, необходимые для выполнения определенных биохимических функций. Таким образом, в раннем добиотическом мире молекулы РНК могли быть «автокаталитические», то есть они могли хорошо воспроизвести себя до того, как появились белковые катализаторы (называемые ферментами).Лаборатория эксперименты показывают, что репликация автокаталитических молекул РНК претерпевают спонтанные изменения и что варианты молекул РНК с в них преобладает наибольшая автокаталитическая активность. среды. Некоторые ученые склоняются к гипотезе о том, что ранний «мир РНК», и они проверяют модели, которые ведут от РНК к синтез простых молекул ДНК и белков. Эти сборки из молекулы в конечном итоге могли быть упакованы внутри мембран, таким образом составляют «протоклетки» — ранние версии очень простых клеток.

Для тех, кто изучая происхождение жизни, вопрос уже не в том, является ли жизнь могли возникнуть в результате химических процессов с участием небиологических компоненты. Вместо этого возник вопрос, какой из многих путей можно было бы следовать, чтобы произвести первые клетки.

Сможем ли мы когда-нибудь определить путь химической эволюции, приведший к возникновению жизнь на Земле? Ученые планируют эксперименты и размышляют о том, как ранняя Земля могла быть гостеприимным местом для разделение молекул на единицы, которые могли быть первыми живыми системы.Недавнее предположение включает в себя возможность того, что первый живые клетки могли возникнуть на Марсе, засеяв Землю через многочисленные метеориты, которые, как известно, путешествуют с Марса на нашу планету.

Конечно, даже если живая клетка должна была быть получена в лаборатории, это не доказывало бы, что Природа пошла по тому же пути миллиарды лет назад. Но это задача науки — дать правдоподобные естественные объяснения явления. Изучение происхождения жизни является очень активным исследованием области, в которой достигнут важный прогресс, хотя консенсус среди ученых заключается в том, что ни одна из нынешних гипотез до сих пор не было подтверждено.История науки показывает, что, казалось бы, неразрешимая проблемы, подобные этой, могут стать поддающимися решению позже, как результат достижений в теории, приборостроении или открытия новых факты.

Креационистские взгляды на происхождение Вселенной, Земли и Жизнь

Многие религиозные люди, включая многих ученых, считают, что Бог создал вселенную и различные процессы, движущие физическую и биологическую эволюцию, и что эти процессы затем привели к созданию галактик, нашей солнечной систему и жизнь на Земле. Это убеждение, которое иногда называют «теистическая эволюция» не противоречит научной объяснения эволюции. Действительно, он отражает замечательное и вдохновляющий характер физической вселенной, открытый космологией, палеонтология, молекулярная биология и многие другие научные дисциплины.

Сторонники «креационная наука» придерживается различных точек зрения. Некоторые утверждают, что Земля и Вселенная относительно молода, возможно, всего от 6000 до 10 000 лет. лет. Эти люди часто считают, что настоящее физическое форму Земли можно объяснить «катастрофизмом», в том числе всемирным потоп, и что все живые существа (включая людей) были созданы чудесным образом, по сути, в тех формах, в которых мы их сейчас находим.

Другие сторонники наука о сотворении готова признать, что Земля, планеты и звезды могли существовать миллионы лет. Но они утверждают, что различные виды организмов, и особенно человек, могли появиться только о со сверхъестественным вмешательством, потому что они показывают «разумные дизайн. »

В этом буклете оба эти виды «Молодой Земли» и «Старой Земли» называются «креационизм» или «особое творение».

Нет действительных научные данные или расчеты, подтверждающие веру в то, что Земля был создан всего несколько тысяч лет назад.В этом документе обобщены огромное количество свидетельств великого возраста Вселенной, наше галактика, Солнечная система и Земля из астрономии, астрофизики, ядерная физика, геология, геохимия и геофизика. Независимый научные методы последовательно определяют возраст Земли и Солнца. системе около 5 миллиардов лет, и возраст нашей галактики и Вселенной в два-три раза больше. Эти выводы делают происхождение Вселенной в целом понятно, придают согласованность многим различных отраслей науки и формируют основные выводы замечательный свод знаний о происхождении и поведении Физический мир.

И нет никакого доказательство того, что вся геологическая летопись с ее упорядоченной последовательностью ископаемых, является продуктом одного всемирного потопа, который произошел несколько тысяч лет назад, длилась немногим дольше года и охватывала самые высокие горы на глубину до нескольких метров. Напротив, приливно-отливные и наземные отложения демонстрируют, что в незарегистрированное время в прошлом вся планета была под водой. Более того, всеобщее наводнение достаточной величины для образования осадочных пород видимые сегодня, которые вместе имеют многокилометровую толщину, потребовали бы объем воды намного больше, чем когда-либо существовало на Земле и в по крайней мере, с момента образования первой известной твердой коры около 4 млрд. много лет назад.Вера в то, что отложения Земли с их окаменелостями были отложенных в упорядоченной последовательности в течение года, бросает вызов всем геологическим наблюдения и физические принципы, касающиеся скоростей седиментации и возможное количество взвешенных твердых частиц.

У геологов есть построили подробную историю отложения наносов, которая связывает отдельных тел горных пород в земной коре до конкретных средах и процессах. Если бы геологи-нефтяники могли найти больше нефти и газ, интерпретируя записи осадочных пород как имеющие возникшие в результате одного потопа, они, безусловно, поддержали бы идею такой флуд, а их нет. Вместо этого эти практики соглашаются с академическими геологами о природе условий осадконакопления и геологическое время. Геологи-нефтяники были пионерами в распознавание ископаемых месторождений, которые формировались в течение миллионов лет в таких средах, как извилистые реки, дельты, песчаный барьер пляжи и коралловые рифы.

Пример нефтяная геология демонстрирует одну из самых сильных сторон науки. Используя знания о мире природы, чтобы предсказать последствия наши действия, наука дает возможность решать проблемы и создавать возможности с помощью техники.Детальные знания, необходимые для поддерживать нашу цивилизацию можно было только с помощью научных изучение.

Аргументы креационисты не руководствуются доказательствами, которые можно наблюдать в Натуральный мир. Специальное творение или сверхъестественное вмешательство не подлежат значимым проверкам, требующим прогнозирования правдоподобных результаты, а затем проверка этих результатов путем наблюдения и эксперименты. Действительно, заявления об «особом творении» переворачивают научный процесс.Объяснение рассматривается как неизменное, и доказательства ищутся только для того, чтобы поддержать конкретный вывод каким бы то ни было значит можно.

Сколько звезд во Вселенной?

Наука и исследования

848752 просмотров 2468 лайков

Вы когда-нибудь смотрели в ночное небо и задавались вопросом, сколько звезд в космосе? Этот вопрос очаровывал ученых, а также философов, музыкантов и мечтателей на протяжении веков.

Посмотрите на небо в ясную ночь, из яркого света уличных фонарей, и вы увидите невооруженным глазом несколько тысяч отдельных звезд. Даже в скромный любительский телескоп можно будет увидеть еще миллионы.

Так сколько же звезд во Вселенной? Легко задать этот вопрос, но трудно ученым дать честный ответ!

Звезды не разбросаны по космосу случайным образом, они собраны в огромные группы, известные как галактики. Солнце принадлежит галактике под названием Млечный Путь. По оценкам астрономов, только в Млечном Пути насчитывается около 100 миллиардов звезд. Кроме того, существуют миллионы и миллионы других галактик!

Hipparcos нанес на карту миллионы звезд в нашей галактике, но сколько их еще?

Говорят, что считать звезды во Вселенной все равно, что пытаться сосчитать количество песчинок на земном пляже.Мы могли бы сделать это, измерив площадь поверхности пляжа и определив среднюю глубину слоя песка.

Если мы подсчитаем количество песчинок в небольшом репрезентативном объеме песка, путем умножения мы сможем оценить количество песчинок на всем пляже.

Для Вселенной галактики — это наши малые репрезентативные объемы, и в нашей Галактике насчитывается от 10 ¹¹ до 10 ¹² звезд, и, возможно, имеется что-то вроде 10 ¹¹ или 10 ¹² галактик.

С помощью этого простого вычисления вы получите что-то вроде 10 ²² на 10 ²⁴ звезд во Вселенной. Это лишь приблизительное число, так как очевидно, что не все галактики одинаковы, как и на пляже, глубина песка не будет одинаковой в разных местах.

Никто не стал бы считать звезды по отдельности, вместо этого мы измеряем интегральные величины, такие как количество и светимость галактик. Инфракрасная космическая обсерватория ЕКА Herschel внесла важный вклад, «подсчитав» галактики в инфракрасном диапазоне и измерив их светимость в этом диапазоне, чего раньше никогда не делалось.

Знание того, как быстро формируются звезды, может повысить точность расчетов. Гершель также наметил скорость образования звезд на протяжении всей космической истории. Если вы сможете оценить скорость образования звезд, вы сможете оценить, сколько звезд сегодня во Вселенной.

Gaia наносит на карту звезды Млечного Пути

В 1995 году изображение, полученное космическим телескопом Хаббла (HST), показало, что звездообразование достигло пика примерно семь миллиардов лет назад.Однако недавно астрономы снова задумались.

Изображение Hubble Deep Field было получено в оптическом диапазоне, и теперь есть некоторые свидетельства того, что многие ранние звездообразования были скрыты густыми пылевыми облаками. Пылевые облака блокируют звезды и преобразуют их свет в инфракрасное излучение, делая их невидимыми для HST. Но Гершель смог заглянуть в эту ранее скрытую Вселенную в инфракрасном диапазоне, открыв гораздо больше звезд, чем когда-либо прежде.

Скоро будет запущен Gaia, который будет изучать один миллиард звезд в нашем Млечном Пути.Он будет основан на наследии миссии «Гиппарх», которая определила положение более ста тысяч звезд с высокой точностью и более миллиона звезд с меньшей точностью.

Gaia будет отслеживать каждую из миллиарда целевых звезд 70 раз в течение пятилетнего периода, точно определяя их положения, расстояния, движения и изменения яркости. В совокупности эти измерения создадут беспрецедентную картину структуры и эволюции нашей Галактики.

Благодаря таким миссиям мы стали на шаг ближе к тому, чтобы дать более точную оценку часто задаваемым вопросам: «Сколько звезд во Вселенной?»

Нравится

Спасибо за лайк

Вам уже нравилась эта страница, вы можете поставить лайк только один раз!

Измерение расстояний до галактик · Границы для юных умов

Аннотация

Измерение расстояний до других галактик — важная часть нашей способности понять, как устроена Вселенная. Астрономы могут использовать так называемые флуктуации поверхностной яркости (сокращенно SBF) вместе с цветом галактики, чтобы рассчитать, насколько далеко она находится от Земли. Большинство галактик, измеренных таким образом, удалены от нас на миллионы световых лет.

Космос большой

В своей книге «Автостопом по Галактике» Дуглас Адамс говорит: «Космос большой. Космос действительно большой! Вы просто не поверите, насколько он невероятно огромен [1]».

Он тоже не шутил! Представьте это таким образом.Представьте, что вы едете по автобану в Германии. Вы находитесь в Ferrari, летящей со скоростью 300 км/ч (186 миль/ч). Если бы вам не нужно было останавливаться, вы могли бы обогнуть Землю примерно за 133 часа или 5 с половиной дней. А теперь представьте, если бы ваш Феррари вдруг смог отправиться к солнцу. Чтобы добраться до Солнца, потребуется почти в 4000 раз больше времени, чем для того, чтобы объехать Землю! Это примерно 22 000 дней в Ferrari! Ближайшая звезда, которая не является Солнцем, называется Альфа Центавра . Чтобы добраться туда, это было бы все равно, что проехать до солнца почти 300 000 раз! Ближайшая галактика , Андромеда , находится почти в 600 000 раз дальше, чем Альфа Центавра! Самые далекие галактики, которые я измеряю, находятся более чем в 100 раз дальше, чем Андромеда, и чтобы добраться до конца видимой Вселенной, вам нужно пройти почти в 150 раз дальше! ¹ В любом случае, если вы хотите добраться до конца видимой вселенной или куда-нибудь еще в космосе, это займет очень много времени.

Измерение пространства парсеками

Из-за того, что космос такой большой, многие астрономы не любят говорить, как далеко находятся объекты, используя мили или километры. Вместо этого мы используем измерение, которое мы называем парсек . Помните Альфу Центавра, ближайшую к нам звезду? Это 1,347 парсека, или 41 560 000 000 000 (или 41,56 триллиона) километров. Мне нравятся парсеки, потому что для меня их проще использовать и понимать по сравнению со всеми нулями, которые есть, когда мы используем километры.

Ухабистые галактики

Круто, что космос такой огромный, по крайней мере, мне так кажется.Но откуда мы вообще знаем, насколько велико пространство? Есть много разных способов измерения вещей в космосе, но я сосредоточусь на измерении расстояния до галактик, используя очень специальный метод, называемый флуктуациями поверхностной яркости (SBF) . Чтобы объяснить, как работает SBF, внимательно посмотрите на экран телефона или компьютера, на котором вы читаете это. Если экран находится очень близко к вашему лицу, вы сможете увидеть пиксель или крошечные огни, из которых состоит изображение, которое вы видите на экране. Теперь отойдите, пока не перестанете видеть пиксели.

Вы можете разглядеть пиксели на экране, когда он находится близко, потому что ваш экран просто состоит из множества пикселей. Точно так же галактики — это просто группа звезд, слипшихся вместе. Теперь галактика — это не экран телефона, но она ведет себя подобным образом. Когда галактики находятся близко к нам, мы видим большие выпуклости, исходящие от этой галактики из-за того, как организованы звезды галактик. Точно так же, как экран, когда галактики находятся дальше, все эти звезды сливаются вместе, и галактика будет выглядеть действительно гладкой, подобно тому, как пиксели на экране сливаются вместе, когда вы сидите на нем.На рисунке 1 вы можете видеть, что более близкая галактика выглядит более ухабистой, чем та, которая находится дальше. Когда мы знаем размер выпуклостей из-за того, как звезды организованы в галактике, это помогает астрономам выяснить, сколько звезд в этой галактике.

Рисунок 1. На картинке слева изображена галактика M32, которая находится рядом с галактикой Андромеды и удалена от нее на 0,77 мегапарсека (Мпк), или 770 000 парсеков.
Галактика справа — NGC 7768. Она удалена от нас на 120 Мпк, или 120 000 000 парсеков.M32 выглядит гораздо более ухабистой, чем NGC 7768, потому что она ближе к нам. Обе фотографии сделаны обсерваторией Gemini ² .

Измерение выступов

Чтобы измерить размер «выпуклостей» в далекой галактике, нам нужно убрать с картинки основную часть галактики, чтобы сфокусироваться на выпуклостях. Для этого компьютер создает изображение действительно гладкой галактики, похожей на ту, которую мы сфотографировали. Затем мы берем гладкое изображение галактики, сгенерированное компьютером, и вычитаем его из исходного изображения, оставляя только неровности галактики, как показано на рисунке 2.После того, как на нашей картинке остались только выпуклости, нам нужно вычислить то, что называется спектром мощности . Спектр мощности говорит нам, сколько больших выпуклостей имеет галактика по сравнению с тем, сколько у нее маленьких выпуклостей. Если спектр мощности говорит нам, что на изображении много подробных, резких выпуклостей, это может означать, что галактика ближе к нам. Если та же галактика находится дальше, спектр мощности покажет только менее детализированные и более плавные выпуклости на изображении. Если вы знаете цвет этой галактики и сколько в ней звезд, вы можете вычислить, сколько света вы должны увидеть, если она находится на определенном расстоянии.

Рисунок 2 – Галактика NGC 0524 показана слева.
После того, как компьютер удалит с изображения основную часть галактики, останутся только выпуклости, что показано справа. Размеры галактических бугорков зависят от расстояния галактики от нас и ее температуры. Снимок этой галактики был сделан космическим телескопом Хаббла ³ .

Красочные галактики

Представьте, что вы с друзьями сидите у костра и жарите вкусный зефир.Вы когда-нибудь задумывались, почему некоторые части огня красные, некоторые оранжевые, некоторые желтые, а некоторые белые? Это потому, что более холодные части огня выглядят красными, более горячие — оранжевыми, еще более горячие — желтыми, а самые горячие — белыми. Если бы вы могли разжечь огонь достаточно сильно, он бы даже начал выглядеть синим (но это также дало бы вам очень сильный солнечный ожог). Галактики устроены так же. Как и в случае с огнем, когда в галактиках есть более холодные звезды, они выглядят красными. Когда они содержат более горячие звезды, они выглядят голубее.Когда мы знаем цвет галактики, мы знаем, насколько горячие звезды. По цвету галактики мы можем узнать, сколько света создают звезды в галактике. Как только мы узнаем, сколько света излучает каждая звезда, если мы узнаем, сколько всего звезд, мы сможем вычислить, насколько яркой должна быть галактика на определенном расстоянии.

Цвет и неровности вместе могут дать расстояние

Представьте, что вы сидите у костра. Когда вы находитесь рядом с огнем, вы можете почувствовать его тепло, и вам может даже хватить света, чтобы почитать книгу.Но представьте, что вы начинаете уходить от огня. Вы быстро почувствуете холод, и вскоре станет слишком темно, чтобы читать, как вы можете видеть на рисунке 3. Огонь также будет выглядеть так, как будто это всего лишь один цвет, а не набор цветов. Это происходит не потому, что огонь гаснет, или потому, что он теперь одноцветный, а потому, что вы находитесь дальше от огня. Если бы вы внимательно сравнили, как выглядит огонь, когда вы находитесь рядом с ним, с тем, как он выглядит издалека, вы могли бы подсчитать, какое расстояние вы прошли.Как и в случае с костром, мы видим меньше света и деталей от галактик, чем дальше они находятся.

Рис. 3. Здесь показаны два костра.
Фото слева ⁴ достаточно близко, чтобы можно было увидеть разные цвета. Если бы вы были так близко к огню, вы могли бы почувствовать его жар и даже поджарить зефир! Справа огонь все еще виден, но тусклее, потому что он дальше. Огонь выглядит так, будто это всего лишь один цвет, и вы не сможете почувствовать его жар.

Волнистость галактики зависит как от того, насколько далеко она находится, так и от ее цвета, поэтому необходимы оба вида данных. Цвет галактики говорит нам, насколько горячие звезды и сколько света они излучают. Как только мы узнаем, насколько горячие звезды и размер выпуклостей галактики, мы сможем выяснить, сколько звезд в этой галактике и сколько света создает галактика. Отсюда астрономы могут, наконец, рассчитать расстояние галактики от Земли, поскольку они знают, насколько яркой должна была бы выглядеть галактика, если бы она находилась на определенном расстоянии, точно так же, как вы могли бы измерить, как далеко вы прошли, сравнивая свет, исходящий от Земли. Пожар.

Почему важны расстояния?

Есть много причин для измерения расстояний до галактик, даже если это может быть большой работой. Если мы не знаем расстояния до галактики, мы не можем понять, насколько велика галактика, мы не будем знать, насколько велика черная дыра в галактике или сколько вещества находится в этой галактике среди множества других вещей. Очень трудно проверить другие крутые теории, которые есть у астрономов, такие как теории темной материи, темной энергии и другие загадки Вселенной, если мы не знаем, как далеко находятся вещи! Если мы никогда не поймем, как измерять расстояния в космосе, мы не сможем понять, на что на самом деле похожа Вселенная.

Меня также спрашивали: «Почему важно знать, на что похожа Вселенная?» Важно понимать, как работает Вселенная, потому что когда мы это делаем, мы можем использовать это знание, чтобы создавать и делать удивительные вещи. Более 300 лет назад сэр Исаак Ньютон выяснил, как планеты вращаются вокруг Солнца. Это само по себе было довольно крутым открытием, но большинство людей не осознают, что, делая это открытие, он также разрабатывал исчисление ⁴ . Исчисление — это тип математики, который помог людям изобретать такие вещи, как спутники, компьютеры, телефоны, Интернет и инструменты для врачей, чтобы спасать жизни! Даже еда, которую вы едите, и одежда, которую вы носите, существуют благодаря тому, что ученые сделали крутые открытия о том, как устроена наша Вселенная.

Итак, мы знаем, что понимание расстояний в космосе важно, потому что эта информация поможет нам узнать, как устроена Вселенная. Но почему важно использовать SBF? Если вы помните, насколько велико пространство и как все очень далеко, действительно трудно измерить расстояния до далеких галактик. Мы знаем, как далеко находятся некоторые галактики, но, как правило, те, о которых мы знаем, очень близки к Земле. Если мы хотим измерить расстояние до галактики, которая находится дальше, мы можем сравнить ее цвет и шероховатость с теми качествами галактик, которые находятся ближе, а затем произвести измерение расстояния на основе этих данных.Таким образом, SBF может дать нам расстояние до галактики, которое иначе мы бы не смогли измерить.

Итак, что дальше?

Поскольку для этого требуется много работы, SBF был выполнен только на некоторых галактиках. В будущем будет много новых телескопов, которые сделают много снимков, так что у нас будет гораздо больше снимков, чем сейчас. Я работаю над компьютерными программами, которые позволят гораздо быстрее анализировать эти изображения и проводить измерения расстояний, чтобы астрономы могли измерять расстояния до как можно большего числа галактик!

Глоссарий

Альфа Центавра : ↑ Ближайшая звезда к нашей Солнечной системе. Это 1,37 парсека, или 41,53 триллиона километров, от Земли.

Галактика : ↑ Куча звезд, может быть, даже триллионы, которые слиплись вместе и вращаются вокруг друг друга.

Галактика Андромеды : ↑ Одна из самых близких галактик к нашей галактике Млечный Путь.

Парсек : ↑ Способ, которым астрономы описывают расстояния в космосе. Один парсек равен 30,86 триллиона километров.

Колебания поверхностной яркости (SBF) : ↑ Как неровный свет появляется на изображении галактики с места на место.Это то, что мы измеряем, чтобы определить расстояние до галактики.

Пиксель : ↑ Очень маленький источник света, являющийся отдельной частью экрана. Телевизор состоит из множества пикселей вместе.

Спектр мощности : ↑ Это дает информацию о размерах всех выпуклостей, которые мы видим на изображении галактики.

Цвет галактики : ↑ Цвет галактики говорит нам, насколько горячие звезды в этой галактике.

Исчисление : ↑ Суперполезная математика Исаак Ньютон изобрел и использовал для астрономии.

Конфликт интересов

Автор заявляет, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Сноски

1 ↑ Я взял все свои номера с этого сайта: https://www.wolframalpha.com/. Просто введите название звезды или галактики, о которой вы хотите узнать больше.

2 ↑ http://www.gemini.edu/ — это веб-сайт, на котором вы можете узнать больше о телескопе Gemini.

3 ↑ Этот веб-сайт может рассказать вам больше о Хаббле: http://hubblesite.org/

4 ↑ https://web.physics.wustl.edu/alford/general/newton. html

Ссылки

[1] ↑ Адамс, Д. 1980. Автостопом по Галактике . 1-е издание . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Harmony Books.

Вселенная и не только

Рождение Вселенной

Большой взрыв Рождение Вселенной могло начаться с так называемого Большого Взрыва.Этот гигантский взрыв чистой энергии начался примерно 13,4 миллиарда лет назад. На изображении выше показано краткое объяснение временных рамок, связанных с расширением Вселенной после Большого взрыва. Не было никакого объяснения того, откуда взялась энергия и как начался взрыв. Все, что мы знаем, это то, что произошло после.
В. Спрингель, Институт астрофизики им. Макса Планка, Германия.
Строительство конструкции Гигантские паутины галактик, которые мы видим в космосе, были вызваны крошечными флуктуациями квантового размера энергии, высвобождаемой Большим взрывом в первые миллисекунды или секунды после Большого взрыва. По мере того, как Вселенная расширялась, эти небольшие флуктуации вызывали развитие больших закономерностей по мере охлаждения вещей и создания атомов. Благодаря гравитационному взаимодействию множества частиц, стягивающих водород и гелий вместе, начали формироваться звезды. Когда звезды формировались, их гравитация стягивала их вместе, создавая галактики. Эти новообразованные галактики сохранили исходные узоры, вызванные квантовыми флуктуациями, только в более крупных и компактных областях. Теперь мы видим Вселенную как паутину галактик со скоплениями, нитями и пустотами.
Жизнь

Вселенная во времени «Жизнь» Вселенной, какой она была за последние 13,4 миллиарда лет, представлена на рисунках выше в порядке возрастания от самой молодой (самой дальней) до самой старой (ближайшей). Слева направо на изображениях показаны очень молодые галактики в то время, когда Вселенной было меньше миллиарда лет.Если мы присмотримся на следующем изображении, то увидим галактики, находящиеся на расстоянии около 12 миллиардов световых лет. На изображениях они выглядят как маленькие точки, но представляют собой самые далекие галактики, которые мы видели до сих пор. Эти изображения изменили наши оценки того, когда галактики начали формироваться, что, как было показано, произошло очень рано в жизни Вселенной. На среднем изображении показано скопление галактик с яркими квазарами, которые получили гравитационную линзу. Они старше, чем галактики на втором изображении, но моложе, чем те, что видны на переднем плане центрального изображения.Глядя дальше на четвертое изображение, мы видим галактики еще ближе к нам и старше по возрасту. Мы начинаем видеть множество форм галактик, формирующихся по мере того, как они взаимодействовали в течение последних нескольких миллиардов лет. На финальном изображении мы видим спиральную галактику, которая близка к нашему Млечному Пути с точки зрения эволюционного возраста, а также очень близка.


Вселенная сейчас Вот карта нашей локальной вселенной, какой мы ее видим с Земли.Большие полосы и скопления галактик — это то, что мы увидели бы, если бы могли уменьшить масштаб.
Смерть

По мере того, как наша Вселенная стареет, галактики, близкие друг к другу, образуют гигантские скопления и в конечном итоге образуют гигантские эллиптические галактики, подобные тем, что мы видим на изображении выше. Как мы обнаружили, несмотря на то, что гравитация стягивает галактики в эти скопления, Вселенная в целом расширяется ускоренными темпами из-за темной энергии, силы, раздвигающей Вселенную…. так что же будет?

В зависимости от фактической скорости расширения и от того, изменится ли она в будущем (из-за увеличения темной энергии, сохранения ее или уменьшения с течением времени), вселенная может закончиться по нескольким различным сценариям. Скорее всего, Вселенная будет продолжать расширяться с той же скоростью, пока все звезды и галактики не погаснут. Если в будущем Вселенная будет ускоряться с большей скоростью из-за увеличения темной энергии, скорость будет настолько велика, что даже пространство между звездами внутри галактик расширится, и Вселенная разорвется на части.По другой версии, если темная энергия в будущем уменьшится, сила гравитации преодолеет и потянет Вселенную обратно в исходную точку, и она схлопнется сама по себе.
Что дальше?
Что находится за пределами Вселенной? Мы не уверены, но можем предположить, что лежит за пределами известной нам вселенной. За пределами нашей вселенной может лежать «сверх» вселенная. Пространство вне пространства, которое бесконечно простирается в то, во что наш маленький пузырь вселенной может расширяться вечно.В сотнях миллиардов световых лет от нас могут быть другие островные вселенные, очень похожие на нашу. Но почему мы их не видим? Вполне возможно, что они находятся так далеко, что к тому времени, когда их свет достигнет нас, он может потерять так много энергии, что мы не сможем его обнаружить, или наша Вселенная может закончиться к тому времени, когда он достигнет нас. Другая теория состоит в том, что мы создаем пространство по мере расширения нашей Вселенной. За пределами этого расширения лежит пространственно-временная вселенная более высокого измерения, в которую мы разворачиваемся.Поскольку это более высокое измерение, мы не можем его увидеть, обнаружить или понять. Еще одна гипотеза состоит в том, что мы застряли внутри черной дыры большой вселенной за ее пределами. Короче говоря, существует множество теорий о том, что там может быть. Но поскольку наше поле зрения такое маленькое, а Вселенная такая огромная, мы можем только представить себе, что там есть. Возможно, мы сможем увидеть эффекты только в больших масштабах и предположить, что их вызывает.

Последствия закона Хаббла: расширяющаяся Вселенная

Дополнительная информация на сайте www.astronomynotes.com

Как и законы Кеплера, закон Хаббла является эмпирическим законом. Хаббл обнаружил взаимосвязь между двумя измеримыми свойствами галактик: их скоростями и расстояниями. Однако, учитывая эту взаимосвязь, это, естественно, приводит к нескольким вопросам. Эти вопросы:

В чем причина этих отношений?
Почему более далекие галактики должны иметь большие скорости?

На предыдущей странице мы приписали скорости галактик и соотношение между их скоростями и расстояниями взрыву.Поскольку все осколки взрыва возникли в одном и том же месте, более удаленные должны двигаться быстрее, чтобы пройти дальше всех за одно и то же время. Это приемлемая аналогия, но она не совершенна. Однако это помогает нам понять, что Вселенная должна расширяться. Наша лучшая интерпретация взаимосвязи, обнаруженной Хабблом, состоит в том, что она подразумевает, что пространство между галактиками расширяется.

Давайте рассмотрим эту идею расширяющейся Вселенной немного подробнее.Если все объекты движутся наружу с постоянной скоростью, границы, определяемые самыми удаленными объектами, должны постоянно увеличиваться. Чтобы быть более точным в отношении расширения Вселенной, мы снова прибегаем к аналогиям. Первый: нарисуйте точки на очень длинной резинке. Предполагается, что точки представляют галактики. Если потянуть за резинку, расстояние между точками увеличится. Если начальное расстояние между точками равно 1 см (точка В находится на расстоянии 1 см от точки А, точка С — на расстоянии 2 см, а точка D — на расстоянии 3 см) и вы потяните за резинку так, что точки теперь будут равны 2 см, то от точки А точка В будет на расстоянии 2 см, точка С будет на расстоянии 4 см, а точка D будет на расстоянии 6 см.Точка C переместится в два раза дальше от точки A за то же время, что и точка B, а точка D переместится в три раза дальше от точки A за то же время, что и точка B. Следовательно, с точки зрения точки А, более удаленные точки будут двигаться быстрее, чем более близкие (помните, что скорость объекта равна пройденному расстоянию, деленному на время, необходимое для прохождения этого расстояния). Если бы мы повторили предыдущий эксперимент, но измерили расстояния между точками с точки зрения точки B, то обнаружили бы, что точка B сделала бы тот же вывод, что и точка A.То есть казалось бы, что все точки удаляются от точки B, а более дальние точки движутся быстрее.

Резиновая лента/точечный аналог расширяющейся вселенной. В примере начального состояния галактики выглядят как точки вдоль резиновой ленты. Синие и желтые точки равноудалены от исходной точки, как и белые и розовые точки, хотя и в противоположных направлениях. Оранжевая точка находится между белой и синей точками и ближе к исходной точке. Зеленая точка находится между желтой и розовой точками и дальше от исходной точки.

Авторы и права: Департамент астрономии и астрофизики штата Пенсильвания

Резиновая лента/точечный аналог расширяющейся вселенной. Расширение Вселенной, когда она удваивается в размерах, приводит к тому, что все точки появляются в два раза дальше, чем когда-то, с точки зрения исходной точки. Это означает, что белые и розовые точки, по-видимому, сместились намного дальше от исходной точки по сравнению с синими и желтыми точками в противоположных направлениях от исходной точки. Однако, с точки зрения розовой точки, зеленая точка не сильно двигалась по сравнению с белой точкой.

Авторы и права: Департамент астрономии и астрофизики штата Пенсильвания

Аналогия на рисунке выше позволяет нам сделать несколько выводов о Вселенной.

На самом деле галактики не удаляются друг от друга в пространстве. Вместо этого происходит расширение пространства между ними (подобно тому, как расширяется резинка, отделяющая закрепленные на ней точки друг от друга). По мере расширения Вселенной галактики удаляются друг от друга, и кажущаяся скорость будет казаться большей для более удаленных галактик.
Земля и Млечный Путь не уникальны тем, что все галактики кажутся удаляющимися от нас. Если бы мы были в другой галактике, мы бы также увидели, что все другие галактики удаляются от нас из-за этого расширения.

Следующие две аналогии аналогичны аналогии с резиновой лентой и точкой, но мы собираемся мыслить в большем количестве измерений, поскольку мы знаем, что галактики не ограничены нахождением вдоль одной линии измерения. Вместо линии изобразите тесто для хлеба с изюмом.Внутри теста весь изюм отделяется друг от друга. По мере подъема теста во время выпечки все изюминки будут отдаляться друг от друга. Допустим, размер теста увеличился вдвое. Расстояние между всеми изюминками удвоится, и, как и в случае с точками на резинке, более удаленные изюминки будут двигаться быстрее. Это хорошо видно на анимированном изображении миссии НАСА WMAP, приведенном ниже.

Рисунок 10.6: Анимированное изображение, показывающее подъем буханки теста для хлеба с изюмом.Эта анимация содержит ту же идею, что и на рис. 10.5, но расширена до трех пространственных измерений вместо одного. Изюм в тесте подобен точкам на резинке или галактикам во Вселенной. По мере того, как тесто расширяется, расстояние между изюминками увеличивается, точно так же, как расстояние между галактиками в нашей Вселенной.

Обе аналогии (резинка и хлеб с изюмом) должны позволить вам представить себе, что каждая галактика (или точка, или изюм) увидит, как все другие галактики удаляются, если пространство между ними расширяется.Мы используем еще одну аналогию, чтобы попытаться объяснить математику расширения Вселенной и ответить на другой распространенный вопрос, возникающий в космологии:

Почему мы не можем наблюдать центр расширения?

Представьте вселенную, состоящую из только поверхности воздушного шара. Все галактики и звезды в галактиках закреплены на поверхности воздушного шара. У наблюдателей нет возможности воспринимать область внутри воздушного шара или область вне воздушного шара, они (и свет) вынуждены путешествовать только по поверхности.В этой аналогии по мере того, как воздушный шар надувается, галактики на его поверхности будут удаляться друг от друга. Как и в аналогиях с резинкой и изюмом, если вы измерите расстояние между галактиками до и после надувания воздушного шара, вы сможете показать, что более далекие галактики будут двигаться быстрее, в точности как закон Хаббла в нашей теории. вселенная (и как эксперименты с резинкой и буханкой изюма). Опять же, каждая галактика будет наблюдать один и тот же эффект, и ни одна галактика не находится в особом месте.Если вы спросите, где находится центр расширения, он находится внутри воздушного шара. Это означает, что никакое место на поверхности воздушного шара (вселенная, по мнению жителей на поверхности воздушного шара) не может быть идентифицировано как «центр» вселенной.

Мы используем эту аналогию, чтобы ответить на вопрос:

Где находится центр нашей вселенной?

Идея состоит в том, что мы живем во Вселенной с тремя пространственными измерениями, которые мы можем воспринимать, но существуют «дополнительные» измерения (может быть, одно, а может быть, и больше одного), которые содержат центр расширения.Подобно двумерным существам, населяющим поверхность вселенной воздушного шара, мы не можем наблюдать центр нашей вселенной. Мы можем сказать, что он расширяется, но мы не можем определить место в нашем трехмерном пространстве, которое является центром расширения.

До этого момента мы описывали красное смещение света как доплеровское смещение. Однако теперь, когда мы понимаем, что Вселенная расширяется, нам нужно пересмотреть это описание. Мы понимаем космологическое красное смещение галактик следующим образом.Представьте себе фотон, испущенный далекой галактикой по направлению к Земле. Этот фотон имеет определенную длину волны. Однако во время путешествия между далекой галактикой и Землей пространство между этой галактикой и Землей расширилось. Расширение пространства приводит к тому, что длина волны фотона увеличивается, поэтому, когда он достигает Земли, его длина волны больше, чем при выходе. Математически это ведет себя точно так же, как если бы фотон был доплеровски смещен. Итак, мы интерпретируем галактики как движущиеся в пространстве от нас.Однако правильная интерпретация состоит в том, что галактики находятся в определенных положениях в пространстве, а пространство между ними расширяется. Ниже представлена анимация, иллюстрирующая космологическое красное смещение с использованием аналогии с воздушным шаром для расширения пространства.

Иллюстрация космологического красного смещения с использованием аналогии с воздушным шаром. В этой анимации волна, нарисованная на воздушном шаре, представляет собой волну света с определенной длиной волны. По мере расширения воздушного шара длина волны увеличивается.Мы считаем, что именно так ведет себя свет во Вселенной. По мере расширения Вселенной расстояние между гребнями световой волны также увеличивается, что приводит к увеличению длины волны. Свет с большей длиной волны краснее, поэтому свет кажется смещенным в красную сторону из-за расширения.

Авторы и права: Департамент астрономии и астрофизики штата Пенсильвания

Означает ли это, что Солнечная система расширяется? А Млечный Путь? Станет ли Плутон все дальше и дальше от Солнца по мере расширения Вселенной? Ответ отрицательный, и немного сложно понять, почему именно. Снова рассмотрим стабильную звезду Главной последовательности. Мы обсуждали, как для того, чтобы звезда избежала коллапса, направленная наружу сила радиационного давления, создаваемая ядерным синтезом в ядре, уравновешивала направленное внутрь гравитационное притяжение. Мы можем рассматривать все объекты и системы объектов во Вселенной, подчиненные такому же балансу сил. Расширение Вселенной можно представить как глобальную силу, притягивающую все объекты. Однако он силен только в очень больших масштабах. В масштабе галактики гравитационная сила, связывающая галактику вместе, намного сильнее, чем «сила расширения», поэтому галактика не расширяется.В масштабах Солнечной системы дисбаланс еще больше, поэтому гравитационная связь Солнечной системы легко подавляет «силу расширения», сохраняя орбитальное расстояние Плутона от Солнца неизменным с течением времени.

астрономов могли найти планету в другой галактике

Не так давно астрономы не были уверены, что экзопланеты вообще существуют. Теперь мы знаем, что их тысячи и что у большинства звезд, вероятно, есть экзопланеты. По некоторым оценкам, в Млечном Пути могут быть сотни миллиардов экзопланет.Так что нет причин думать, что звезды в других галактиках не содержат планет.

Но найти одну из этих планет в другой галактике? Это важное научное достижение.

Астрономы находят большинство экзопланет в нашей галактике транзитным методом. Когда планета проходит между нами и ее звездой, свет звезды немного ослабевает, поскольку планета блокирует часть света. Измерить это небольшое падение очень сложно, но это то, что делают охотники за планетами, такие как спутник NASA Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS).Этот метод не сработает в другой галактике. Трудно даже различить отдельные звезды в других галактиках, не говоря уже о том, чтобы обнаружить крошечную световую блокировку, когда потенциальная экзопланета проходит перед своей звездой.

Но TESS ведет наблюдения в видимом свете и в ближнем ультрафиолетовом свете. Что, если бы наблюдение за другой частью спектра позволило астрономам увидеть отдельные звезды в другой галактике и даже планеты, вращающиеся вокруг этих звезд?

Группа астрономов использовала данные космического корабля ЕКА XMM-Newton, который наблюдает в рентгеновском диапазоне, чтобы различить отдельные звезды в другой галактике.В рентгеновских лучах меньше ярких объектов, чем в видимом свете, поэтому определить источники рентгеновских лучей не так сложно, как в видимом свете.

Команда опубликовала статью в журнале Nature Astronomy под названием «Возможный кандидат в планету во внешней галактике, обнаруженный с помощью рентгеновского транзита». Ведущий автор — Розанна Ди Стефано из Центра астрофизики Гарвардского и Смитсоновского институтов. В своей статье исследователи представляют доказательства существования планеты размером с Сатурн, вращающейся вокруг звезды в галактике Водоворот.

Команда изучила особый тип звезд, которые ярко светятся в рентгеновском диапазоне. Их называют рентгеновскими двойными, потому что они существуют парами, а их уникальное соотношение делает их чрезвычайно излучающими в рентгеновском диапазоне. Рентгеновская двойная система (XRB) состоит из звезды-донора и аккретора. Звезда-донор обычно является довольно типичной звездой, а аккретором является либо черная дыра звездной массы, либо нейтронная звезда.

Художественная иллюстрация двойного рентгеновского снимка. Масса желтой звезды течет к аккреционному диску вокруг черной дыры.Изображение предоставлено ЕКА, НАСА и Феликсом Мирабелем — сайт Хаббла, общественное достояние.
В рентгеновской двойной системе более массивный аккретор оттягивает вещество от звезды-донора. Когда это вещество падает на донор, высвобождается огромное количество гравитационной потенциальной энергии, которая нагревает материал до миллионов градусов. Нагретый материал испускает рентгеновские лучи, и XMM-Newton обнаруживает эти рентгеновские лучи.
Если между рентгеновской двойной системой и нами проходит достаточно большой объект, мы потенциально можем наблюдать провалы в рентгеновских лучах, точно так же, как TESS наблюдает провалы в видимом свете.
«Рентгеновские двойные системы могут быть идеальными местами для поиска планет, потому что, хотя они в миллион раз ярче нашего Солнца, рентгеновские лучи исходят из очень маленькой области. На самом деле источник, который мы изучили, меньше Юпитера, поэтому транзитная планета может полностью блокировать свет от рентгеновской двойной системы», — объясняет первый автор Розанна Ди Стефано в пресс-релизе.
Наряду с данными XMM-Newton команда использовала данные рентгеновской обсерватории НАСА Чандра. В целом они изучили рентгеновские данные трех галактик на наличие рентгеновских прохождений, которые могли бы указывать на присутствие планет.В галактике Водоворот они обнаружили транзит, полностью блокирующий источник рентгеновского излучения на несколько часов.
На этом рисунке из исследования показана область, содержащая рентгеновскую двойную систему с именем M51-ULS-1. Слева — сложенное изображение, полученное с помощью усовершенствованного спектрометра CCD Imaging компании Chandra. Справа — изображение Хаббла области в белом квадрате на изображении Чандры. Розовый кружок — источник рентгеновского излучения М51-УЛС-1. Изображение предоставлено: Ди Стефано и др., 2021.
Когда астрономы обнаруживают нечто подобное этому, им приходится исключать другие объяснения, прежде чем сделать вывод, что это настоящая планета.Источники рентгеновского излучения могут быть переменными. Существуют вспышки и состояния высокой и низкой эмиссии, которые могут длиться в течение длительного периода времени. Рентгеновские источники, такие как M51-ULS-1, могут даже подвергаться периодам отсутствия рентгеновского излучения, когда нет рентгеновского излучения. Группа наблюдала за одним из таких периодов, но отдельно от транзита.
Это мог быть объект, отличный от планеты, вроде коричневого карлика или красного карлика. Но система слишком молода для таких объяснений. И транзитный объект был слишком большим.
Это могло быть вызвано изменением плотности газа и пыли в системе. Но проходящий объект имеет четко выраженную поверхность, которой нет у облака. Даже если планета является газовым гигантом или миром с обширной атмосферой, она все равно будет иметь четко очерченную поверхность. Но исследователи ясно дают понять, что они не могут полностью исключить газовое облако. «Мы отмечаем, однако, что характеристики облаков настолько широки, что набор возможностей никогда не может быть полностью изучен и исключен», — объясняют они.
Имеются также аккреционные провалы. Но провалы отличаются от транзитов и могут принимать другую форму, а транзиты — нет. «Провалы могут отличаться по форме от затмений и на самом деле демонстрируют широкий диапазон форм, даже на кривой блеска одного источника. Однако наиболее очевидная разница между провалом и затмением заключается в том, что провалы проявляют зависимость от энергии», — говорится в статье. В документе также объясняется, что провал меняет спектральную природу рентгеновского сигнала, что дает «…информацию об источнике и материале в его непосредственной близости.
Другим возможным объяснением являются изменения в рентгеновских лучах, исходящих от самого аккретора. Но команда устранила эту возможность, потому что температура и цвета света никогда не менялись. Свет был заблокирован на несколько часов, но в остальном он не изменился.
«Сначала мы должны были убедиться, что сигнал не был вызван чем-либо еще, — говорит Ди Стефано. «Мы сделали это путем углубленного анализа рентгеновского провала в данных «Чандры», анализа других провалов и сигналов в данных XMM, а также моделирования провалов, вызванных другими возможными событиями, включая планету.
Они также считали, что сама звезда-донор может проходить перед аккретором. Это действительно произошло, согласно данным XMM-Newton. Но это было отдельно от другого транзита. Транзит звезды-донора вызвал гораздо более продолжительное затемнение.
В своей статье авторы написали: «Вместо этого данные хорошо согласуются с моделью транзита планеты, в которой затмение, скорее всего, будет размером с Сатурн».
«Мы провели компьютерное моделирование, чтобы увидеть, имеет ли падение характеристики транзитной планеты, и мы обнаружили, что оно идеально подходит.Мы вполне уверены, что это не что иное, и что мы нашли нашу первую планету-кандидата за пределами Млечного Пути», — сказал Ди Стефано.
Итак, если там есть планета, то каковы ее свойства? Трудно сказать с уверенностью, но команда исследователей была готова строить предположения на основе своих данных.
Он размером с Сатурн и вращается вокруг двойной звезды на большом расстоянии: он в десятки раз дальше от двойной, чем Земля от Солнца.Кроме того, для завершения одной орбиты требуется около 70 лет. Что касается обитаемости? Ни за что. Двойная звезда бомбардирует планету экстремальным количеством радиации.

70-летняя орбита является ограничением этого исследования. Длинный орбитальный период означает, что данные показали только один транзит. Вот почему команда осторожно называет свою находку «планетой-кандидатом». Нет никакого способа подтвердить это в ближайшее время, наблюдая больше транзитов. Они устранили другие возможные причины, но другие исследователи могут найти в данных что-то еще.«Мы можем только с уверенностью сказать, что это не соответствует ни одному из других наших объяснений», — говорит Ди Стефано.
Это не первая планета-кандидат в другой галактике. Другие планеты-кандидаты были найдены с помощью гравитационного линзирования. На самом деле, в галактике Андромеды была найдена одна планета-кандидат. Но события линзирования случайны и не повторяются, поэтому нет никакого способа подтвердить это, как это могут сделать астрономы с транзитами, которые происходят с каждой орбитой планеты.
Уже есть одна подтвержденная внегалактическая планета, и она также была обнаружена с помощью рентгеновских лучей.Астрономы обнаружили его в 1992 году вокруг пульсара PSR1257+12. На самом деле, по мнению исследователей, вокруг этого пульсара вращаются две или более планет.
«Первая подтвержденная планета за пределами нашей Солнечной системы была обнаружена вокруг пульсара, объекта, обычно наблюдаемого в рентгеновских лучах. Я рад, что рентгеновские лучи теперь также играют важную роль в поиске планет за пределами нашей галактики», — сказал Норберт Шартель, научный сотрудник проекта XMM-Newton для ЕКА.
Видим ли мы новый метод поиска внегалактических планет?
«Эта работа демонстрирует новый метод с потенциалом обнаружения планет в широком диапазоне систем, в которых размещаются XRS (источники рентгеновского излучения).Поскольку самые яркие XRS можно обнаружить во внешних галактиках, поиск экзопланет, планет на орбитах, расположенных за пределами Млечного Пути, теперь стал реалистичным и практичным предприятием», — пишут авторы в своей статье.
«Теперь, когда у нас есть этот новый метод поиска возможных планет-кандидатов в других галактиках, мы надеемся, что, просмотрев все доступные рентгеновские данные в архивах, мы найдем гораздо больше таких.