Сегодня будем вести речь об эволюции представлений человечества о Земле, её положении в космосе и строении Вселенной вообще. В самых древних источниках можно встретить утверждения о том, что земля плоская, стоит на слонах, которые стоят на большой черепахе, которая стоит на пожирающей себя за хвост змее… Это, конечно, весьма колоритно, но ненаучно. Всерьез можно рассматривать эти теории с тех пор, когда Земля уже считалась шаром
На протяжении тысячелетий учёные-астрономы придерживались геоцентрической модели мира – то есть считали, что всё во Вселенной вращается вокруг земли. Такая теория планетарного движения названа системой Птолемея – по имени древнегреческого учёного, жившего во втором веке нашей эры. Согласно модели Птолемея, Солнце, Луна и планеты движутся вокруг Земли по траекториям, представляющим собою правильные окружности, а все небесные тела находятся на большой небесной сфере. Птолемей также считал, что при движении вокруг Земли планеты вращаются по малым окружностям, названным им эпициклами. Птолемеева модель Вселенной была столь авторитетна, что удерживала прочные позиции в науке на протяжении примерно 1500 лет.
Через полторы тысячи лет после Птолемея великий польский астроном Николай Коперник совершил революционный переворот в астрономии. Он вернул к жизни теорию, впервые предложенную древнегреческим астрономом Аристархом (310-230 гг. до н.э.). Коперник привел в удивление своих современников, утверждая, что все планеты, в том числе и Земля, вращаются вокруг Солнца. Это заложило основу гелиоцентрической системы мира – нового взгляда на Вселенную, известного как система Коперника. Это утверждение Коперника было верным, однако в те времена большинство людей ей не верило. Его труды противоречили не только утверждениям учёных, но и догмам Римской католической церкви. Лишь спустя столетие система Коперника получила всеобщее признание.
Это рисунок системы Коперника из небесного атласа XVII века. Николай Коперник в центр Вселенной поставил Солнце, а не Землю. Здесь показано, что Земля с Луной – лишь одна из шести известных к тому времени планет, вращающихся вокруг Солнца. Копернику удалось даже правильно разместить планеты в зависимости от расстояния до Солнца: Меркурий и Венеру – между Землёй и Солнцем, а Марс, Юпитер и Сатурн – между Землей и звездами.
На одной из предыдущих лекций я упоминала, что окончательно геоцентрическая система мира была развенчана Галилеем, благодаря изобретению им телескопа. И церковь заставила отречься его от столь дерзкого и противоречащего церковным догмам утверждения.
Не все ученые были способны на подобную дерзость. Датский астроном Тихо Браге (1546-1601 гг.) был очень религиозным человеком, будучи при этом одним из величайших представителей дотелескопической астрономии. Король Дании приказал построить ему обсерваторию, в который Тихо Браге на протяжении 20 лет вёл наблюдения за звездами и тщательно фиксировал результаты. С помощью угломерных инструментов ему удалось достичь небывалой точности измерений положений звёзд. Браге создал компромиссную модель Вселенной, занимавшую промежуточное положение между системами Коперника и Птолемея.
Он считал, что Земля располагается в центре, а Солнце и Луна вращаются вокруг неё. Однако все остальные планеты вращаются вокруг Солнца. Снаружи данную конечную Вселенную замыкает сфера неподвижных звезд. Такая себе геогелиоцентрическая система. По сравнению с теорией Коперника это, конечно, был шаг назад.
Последним ассистентом у Тихо Браге работал немецкий математик Иоганн Кеплер, которому Тихо оставил свои записи своих астрономических наблюдений. При помощи информации, собранной Браге, Кеплер сформулировал три закона движения планет, названных затем в его честь. Своими трудами Кеплер полностью развенчал систему Птолемея, доказав её ошибочность.
Астрономия
2 курс
Лекция 1
Астероиды и кометы
Вступление сегодня будет кратким, так как у нас очень много работы. Начнём. Несмотря на всеобщие заблуждения, большинство реальных астероидов и комет совершенно безвредны, они спокойно движутся вокруг Солнца по своим орбитам. Орбиты только некоторых из них пересекаются с орбитой Земли или других планет. И хотя учёные наблюдают за ними, вероятность того, что какой-то астероид или комета столкнётся с Землей и разрушит её, очень мала, так что беспокоиться не о чем. И на всякий случай заранее отвечу на один вопрос: нет, астероиды и кометы запускают не инопланетяне. Если, конечно, не считать Юпитер инопланетянином. Он время от времени действительно запускает астероиды в сторону нашей планеты. Сейчас объясню.
Большинство астероидов нашей солнечной системы существует в двух космических областях. Первая располагается между Марсом и Юпитером и имеет образное название пояс астероидов, а вторая простирается за орбитой Нептуна, астрономы назвали её пояс Койпера. Между этими двумя поясами разбросаны миллионы астероидов, но только немногие из них срываются со своих привычных орбит и устремляются к Земле и другим внутренним планетам, угрожая столкнуться с ними.
Давайте теперь ответим на вопрос, откуда же взялись все эти огромные камни, астероиды? Большей частью это осколки первичной Солнечной системы, которые не стали частью Солнца или планет. Сильнейшее гравитационное притяжение Юпитера наверняка не дало астероидам из пояса астероидов собраться вместе и образовать карликовую планету. А каменистые осколки в поясе Койпера, скорее всего, находятся слишком далеко друг от друга, чтобы между ними возникло притяжение. Поэтому большинство астероидов просто одиноко плывёт в космосе,, некоторые из них время от времени притягиваются во внутреннюю область Солнечной системы и становятся астероидами, сближающимися с Землей (АСЗ), и кометами. 
Вот кометы формируются значительно дальше, в глубинах космоса (где они свободно дрейфуют), в сферическом облаке Оорта, состоящем из твердых веществ и льдов и находящемся за пределами нашей Солнечной системы. Большинство комет путешествует в космических глубинах и только раз в миллион лет залетает во внутреннюю область Солнечной системы, чтобы обогнуть Солнце. Некоторые на пути к Солнцу попадают в мощные гравитационные поля Юпитера или других планет и остаются на новых, меньших орбитах в поясе Койпера. Многие из них знакомы нам, потому что они пролетают мимо Земли достаточно часто, и их можно периодически наблюдать. В частности, комета Галлея приближается к Солнцу каждые 75-76 лет, в следующий раз она пройдёт возле Земли в 2061 году. Для кометы это совсем недолго. К примеру, комета Хейла-Боппа, наверняка самая красивая из всех известных нам комет, пролетала мимо Земли в 1997 году, а теперь отправилась к облаку Оорта и вернётся только в 4531 году.
Астероиды от комет отличаются, но не сильно. У комет, в отличие от астероидов, при приближении к Солнцу вырастает «хвост», и вообще в составе кометы обычно больше льда, чем в составе астероида. Если посмотреть внимательнее, то эти два отличия тесно связаны.
Комета, как правило, - это огромный комок грязного льда, обращающийся вокруг Солнца.
Ядро или центр кометы состоит изо льда и пыли, покрытых твёрдой оболочкой. Комета, удалённая от Солнца, представляет собой просто огромный кусок льда. Но при приближении к Солнцу ядро кометы разогревается под воздействием солнечного излучения и вокруг него появляется кома (голова), то есть облако из пыли и газа. Облако тянется за кометой по мере её движения по орбите, образуя один из двух её хвостов. Один хвост пылевой, а второй, более прямой,- газовый. Газовый хвост кометы образуется, когда солнечный ветер относит заряженные частицы, или ионы, в противоположную от Солнца сторону. Кажется, что комета мчится в космическом пространстве, а за ней развеваются два её хвоста. Но на самом деле хвост кометы не всегда находится сзади, а только когда она подлетает к Солнцу. Как только комета облетит вокруг Солнца и направится назад, во внешние слои Солнечной системы, хвост расположится впереди кометы и будет указывать направление её движения.
В завершение я оставила самую интересную тему. Рассмотрим с вами опасность астероидов и комет для нашей Земли.
Хочу сказать, что даже самая огромная комета или астероид не может разрушить нашу планету. Земля слишком большая. Но столкновение с таким небесным телом может стать причиной уничтожения жизни на Земле. В 1994 году обломки кометы Шумейкеров-Леви столкнулись с Юпитером. Следы от этого столкновения были видны на поверхности планеты на протяжении нескольких месяцев.
Падение одного из таких обломков на Землю полностью уничтожило бы всё живое. Но есть хорошая новость: возможно, остались бы бактерии.
По мнению многих учёных, массивные астероиды уже как минимум дважды сталкивались с нашей планетой за все время её существования, но теперь наступил долгий период затишья. Последнее такое столкновение произошло в 1908 году в Сибири. Это был Тунгусский метеорит, мощность взрыва которого сопоставима с энергией самой мощной водородной бомбы. К счастью, никто не пострадал, не считая нескольких тысяч деревьев в лесу, над которыми взорвался метеорит. Но существуют разные мнения по поводу этого события, и каждое из них имеет право быть.
Учёные-астрономы и космические агентства всего мира стараются изучить и составить траектории движения как можно большего количества АСЗ, чтобы определить, какие из них могут угрожать Земле, и предупредить нас о возможности столкновения как можно раньше. Только чем они помогут… К примеру, этому посвящен проект «Спейсгард», начатый НАСА в 1992 году. Цель проекта заключается в том, чтобы определить положение как минимум 90% АСЗ.
Кроме того, необходимо выработать чёткий план действий на тот случай, если Земле будет угрожать столкновение с астероидом или кометой. Взорвать крупное небесное тело вблизи Земли, скорее всего, не удастся, ведь образовавшиеся при этом обломки упадут вниз и вызовут огромные разрушения. Можно попробовать изменить траекторию движения АСЗ и даже поставить на него так называемый «космический парус», чтобы солнечный ветер отнес АСЗ дальше от Земли. А пока что волноваться нечего. Возможно, до следующего серьезного столкновения Земли с астероидом или кометой, угрожающего уничтожить всё живое, пройдёт не одна тысяча лет.
Задания
- Опасен или не опасен пояс астероидов для космических кораблей? Почему?
- Как меняется комета в зависимости от своего расположения относительно Солнца?
Лекция 2
Что такое звезда?
Сегодня мы будем говорить о том, что же такое звезда. Звезда, горячая, яркая и очень далёкая, - гигантская масса раскаленных газов, в основном водорода и гелия. Давление в глубине звезды столь велико, что ядра атомов водорода начинают бомбардировать друг друга. В этом процессе, называемом ядерным синтезом, выделяется энергия в виде тепла и света, а также образуется гелий.
Водород является наиболее обильным элементом звезды. Второй по распространенности элемент звёзд – гелий. Количество гелия в звездах зависит от возраста и размера, и как правило, его примерно втрое меньше, чем водорода. На долю остальных элементов приходится лишь 2%, но они, по выражению американского астрофизика Дэвида Грея, подобно щепотке соли в тарелке супа, придают особый вкус работе исследователя звёзд. От их количества и состава определяется и размер, и цвет, и температура, и светимость звезды.
Да, звезды различаются цветами. Есть голубые, жёлтые, оранжевые и красные звезды, а вовсе не только белые. Цвет звёзд многое говорит астрономам: он зависит от температуры и состава звезды. Красные звёзды – самые холодные. Их температура составляет примерно 2000-3000оС. Желтые, как наше Солнце, имеют среднюю температуру (5000-6000оС). Самые горячие – белые и голубые звёзды, их температура составляет 50000-60000оС и выше.
Также звёзды различаются и по размерам: от крошечных нейтронных звёзд диаметром всего 30 километров до красных сверхгигантов, достигающих почти миллиарда километров в диаметре. Например, Сириус Б, белый карлик, имеет диаметр 53000 км, едва превосходя по этому показателю планету Уран. Для сравнения: сверхгигант Бетельгейзе настолько огромен, что астрономы могут различить очертания его поверхности, несмотря на то, что эта звезда отдалена от нас на расстояние около пятисот световых лет. Размер Бетельгейзе столь велик, что если бы Солнце было по размерам таким же, то его край доходил бы до Юпитера.
Для того, чтобы систематизировать знания о звездах в наглядном виде, двое учёных, Эйнар Герцшпрунг из Дании и Генри Рассел из США, независимо друг от друга в 1910 предложили следующую диаграмму.
Эта диаграмма показывает связь между температурой звезды и её светимостью – количеством отдаваемого ею света. Более 90% всех звёзд, в том числе и Солнце, попадает в узкий диапазон светимостей, известный под названием главной последовательности. Другие звёзды – тусклые белые карлики, яркие красные гиганты и сверхгиганты разных цветов – выпадают за пределы главной последовательности и, судя по исследованиям, находятся на более поздних этапах жизни.
Диаграмма Герцшпрунга-Рассела ещё более интересна, чем кажется на первый взгляд. Пожалуй, я использую один свой плакат, чтобы показать…
Двигаясь вдоль красной стрелки, мы видим увеличение светимости звезд относительно солнца. Всё понятно.
Двигаясь по оранжевой стрелке, мы наблюдаем за увеличением температуры звёзд. Как я уже говорила, красные звёзды – самые холодные, а голубые – самые горячие. Кроме того, вы видите некие латинские буквы над значениями температуры. Это буквы спектральных классов звёзд. Современная спектральная классификация включает семь основных классов, их обозначают буквами O, B, A, F, G, K, M. Эта последовательность отражает непрерывное падение температуры звёзд по мере перехода к следующим спектральным классам.
Oh, be a fine girl, kiss me!*
* «Будь хорошей девочкой, поцелуй меня»
- И что же это означает?
Эту фразу используют для запоминания последовательности букв в классификации спектральных классов. Начальные буквы этих слов совпадают с приведенными на диаграмме. Думаю, вы запомните. Что ж, двигаемся дальше.
Двигаемся мы по фиолетовой стрелке. Именно в таком направлении наиболее очевидно увеличение размеров – от самых маленьких белых карликов до красных сверхгигантов.
И, наконец, зелёная стрелка, практически вдоль главной последовательности. Она самая интересная. Вдоль неё можно проследить увеличение массы и вместе с тем – сокращение срока жизни. Красный карлик главной последовательности Проксима Центавра будет жить более 100 миллиардов лет и весит примерно в восемь раз меньше Земли. А самая массивная звезда из известных ныне, голубой гипергигант R136a1, будет жить в тысячу раз меньше – всего около 100 миллионов лет, и весит она в 265 раз больше Солнца. Не следует путать размер и массу – самая большая звезда из открытых всё же VY Большого Пса, а вес её оценивается по разным данным как от 15 до 25 солнечных масс.
Лекция 3.
Рождение звезд
Сегодня у нас очень важная тема, поэтому прошу вас максимально сосредоточиться. Мы уже знаем, что галактики – это огромные скопления звезд, форма которых зависит от количества, возраста и класса звезд, которые их составляют. С другой стороны, звезды – это, по большому счету, огромные шары из газа и пыли, образованные в результате гравитационного притяжения. Массивные газопылевые облака притягиваются друг к другу, и в результате термоядерных реакций синтеза образуется звезда.
Закон притяжения действует во всей Вселенной. Просто чем дальше находишься от небесных тел, тем слабее становится его сила. Любое космическое тело, обладающее массой, имеет гравитационное поле. Вселенная буквально пронизана гравитационными волнами, исходящими от разных источников и перекрещивающимися между собой. Поэтому не совсем корректно, а я часто это слышу, говорить о «состоянии невесомости» в космосе. Будет правильнее сказать «микрогравитация», потому что притяжение, хоть и небольшое, но всегда есть.
Вы можете спросить, а откуда в космосе берутся пыль и газ? Ответ очень прост. Большей частью это остатки сгоревших или взорвавшихся звезд. Но некоторые древнейшие звезды состоят из той самой материи, которая образовалась во вселенной сразу же после Большого взрыва. Для того чтобы получилась звезда, необходимы водород, гелий и другие элементы. Как только под действием силы притяжения достаточное количество водорода и молекул других веществ соберется вместе, они спрессовываются под невероятным давлением, молекулы начинают разрушаться и образуется облако. При этом высвобождается колоссальное количество тепла, а мощное давление, в конечном счете, приводит к образованию в космосе огромного вращающегося газового шара, или протозвезды.
Вы можете сказать, что у вас в комнате тоже много пыли и воздуха. Так почему же там не может образоваться звезда? Так нечестно, правда? А она действительно образоваться не может. И не потому, что пыль и воздух в вашей комнате не подходят для образования звезды, а потому, что там слишком мало пыли и воздуха. Вот так вот. Молекулярные облака, из которых рождаются звезды, очень плотные. Одно такое облако может весить в тысячи (иногда даже в десятки тысяч) больше, чем наше Солнце. Не забывайте учитывать тот факт, что Солнце в 300 000 раз тяжелее Земли. Но мы отвлеклись от темы.
Температура и давление внутри гигантского газопылевого шара снова поднимается, атомы водорода вступают в термоядерные реакции и превращаются в более тяжелые элементы. Из миллиардов тонн атомов водорода образуются атомы дейтерия, гелия и других элементов. При этом выделяется колоссальное количество энергии, которая, в свою очередь, вызывает все новые ядерные реакции. Снова высвобождается еще больше энергии в форме теплового, светового и других форм излучения. Потом образуется огненный шар, в котором одни реакции вызываются другими, и рождается настоящая звезда.
Но и это не все. Как и все во Вселенной, звезды рождаются, вырастают, стареют и умирают – или переходят в другую форму. Из газовых облаков разного размера получаются звезды самых разных размеров, типов и разной температуры. Они горят на просторах космоса очень долго, но не вечно. В конце концов каждая звезда схлопывается, взрывается или потухает
Длительность жизни звезд зависит от её размеров. Есть такие малютки-протозвезды, которым даже не под силу запустить термоядерные реакции, потому они гаснут, не успев разгореться, и превращаются в безжизненные головешки, которые называются черными карликами. Звезды побольше называются красными карликами. Они приблизительно вдвое легче Солнца и могут триллионы лет оставаться без изменений, а потом стать тусклыми, плотными белыми карликами, в которых больше не происходят ядерные реакции синтеза. Со временем и они могут превращаться в черных карликов.
Сейчас каждый из вас может провести аналогию и сравнить Солнце с другими звездами. Сразу может возникнуть вопрос, неужели вокруг всех остальных звезд тоже вращаются планеты? Да, одни звезды образуют подобие Солнечной системы - с вращающимися вокруг них планетами, спутниками и другими небесными телами, а другие – нет. Звезды некоторых типов, самые огромные, в конце жизни в буквальном смысле самоуничтожаются в результате мощнейшего звездного взрыва, который называется сверхновая звезда. Часть таких сверхновых затем превращается в загадочные и смертельно опасные черные дыры, но большинство распадается на множество звезд разных классов, среди которых есть как маленькие холодные, так и крупные горячие.
Думаю, мы уже можем приступить к рассмотрению классификации звезд, которая потребует внимательности и сосредоточенности. Законспектируйте, пожалуйста.
Звезды классифицируются по температуре, а затем по яркости. В зависимости от размера, температуры и цвета выделяют семь классов звезд. Звезды красноватого цвета считаются «прохладными», а оранжевого, желтого, беловатого или голубоватого – более горячими.
К примеру, наше Солнце – это обыкновенный желтый карлик класса G, средняя температура поверхности приблизительно 6000 К. Солнце сформировалось примерно 4,5 миллиарда лет назад и, вероятно, останется желтым карликом еще 5 миллиардов лет. Поэтому можно назвать наше Солнце звездой среднего возраста. Через 5 миллиардов лет большая часть водорода и гелия в солнечном ядре сгорит, ядро начнет сжиматься, а внешние слои – расширяться и остывать. Поэтому Солнце превратится из желтого карлика в большой красный гигант (размер станет в 200 раз больше). Меркурий, Венера, Земля и Марс, скорее всего, будут поглощены солнцем. После этого Солнце еще некоторое время побудет красным гигантом, при этом его ядро будет постоянно уменьшаться и уплотняться, а внешние слои – по-прежнему расширяться. В самом конце Солнце превратится в белого карлика, а после - в черного. Но это только лишь предположения, которые базируются на наблюдениях ученых-астрономов. На сегодня все. - *Одновременно со звоном колокола проговорила Рената.* - Запишите домашнее задание и все свободны до следующей лекции.
Задания
- Сверхновая звезда. Как она возникает и к чему приводит?
- "Микрогравитация" в космосе. Как вы понимаете это определение?
Лекция 4
Судьба звезд и формирование черных дыр.
Сегодня более детально поговорим о процессе умирания сверхгигантов. И не только…
От массы звезды в конце существования зависит, сожмется она, взорвется либо просто погаснет. О звездах намного больших размеров, чем наше Солнце, можно сказать, что они «живут быстро и умирают молодыми». Дело в том, что они гораздо быстрее других звезд сжигают свое ядерное топливо. А в конце жизни их ожидают необычные превращения. Звезды, которые в начале своей жизни были в десятки раз больше Солнца, расширяются и становятся не просто красными гигантами, а красными сверхгигантами. Это настоящие звезды-великаны, самые огромные во Вселенной. Звезда может оставаться красным сверхгигантом от сотен тысяч до миллионов лет. Но, в конце концов, и им приходит время погаснуть. Уходят эти великаны красиво.
- Когда почти весь водород в ядре сверхгиганта заканчивается, ядро схлопывается. При этом температура и давление невероятно возрастают.
2. В результате происходит запуск термоядерных реакций синтеза, при которых образуются все более тяжелые элементы: графит, кремний, магний и железо. Удивительно, но все тяжелые элементы, встречающиеся на Земле и других планетах, включая элементы, из которых состоит тело человека, образуются в гаснущих звездах. Невероятно, но, если подумать, все мы в какой-то мере состоим из звездной пыли.
3. Ядро горит еще некоторое время, пока давление не упадет и ядро не схлопнется снова. Так повторяется много-много раз, а затем ядро становится таким тяжелым, что буквально не выдерживает своей массы и сильно сжимается, как здание, обрушивающееся под собственной тяжестью.
4. Образуются невероятные объемы тепла, давления и энергии, а световая вспышка и взрыв по силе превосходят взрыв нескольких триллионов мощнейших ядерных боеголовок.
Умирающая звезда – сверхгигант, являющаяся предшественницей сверхновой, за неделю производит больше энергии, чем Солнце за все время своего существования. Одна ярчайшая вспышка – и сверхгиганта больше нет.
Только не думайте, что от звезды ничего не остается. Окончательная форма «умирающей» звезды зависит от массы невзорвавшегося «вещества», которое осталось после образования сверхновой. Есть два варианта событий:
Если масса остатка в полтора-три раза больше основной массы Солнца, то звезда схлопнется и превратится в сверхплотную нейтронную звезду. Хочу заметить одну интересную деталь. Нейтронная звезда может быть всего 14 километров в диаметре, но плотность ее настолько велика, что чайная ложка вещества, из которого она состоит, будет весить около 10 миллионов тонн – приблизительно как 15 000 авиалайнеров.
2. Если масса остатка превышает массу Солнца в три и более раза, то ядро может схлопнуться, образуя черную дыру – массивное тело, гравитационное притяжение которого настолько велико, что на определенном расстоянии его не может преодолеть даже свет, вот почему черные дыры невидимы.
Массивные звезды, из которых они образуются, встречаются довольно редко, но все же черных дыр в космосе больше, чем можно подумать. К примеру, современные ученые-астрономы считают, что в центре каждой галактики во Вселенной, включая нашу, расположена черная дыра. Только не нужно паниковать! Вопреки распространенному убеждению, что черные дыры засасывают соседние звезды и планеты, как огромные космические пылесосы, это не так. Гравитационное притяжение черной дыры очень сильно вблизи, но на определенном расстоянии ослабевает и становится менее опасным.
Как видим, наше Солнце, являющееся желтым карликом, недостаточно большое, чтобы превратиться в черную дыру. Но даже если бы это произошло, планеты не были бы поглощены. Более того, их орбиты даже не изменились бы – планеты продолжали бы вращаться вокруг бывшего Солнца, теперь ставшего черной дырой.
Но, конечно же, без Солнца не будет ни света, ни тепла, поэтому все живое вымерзнет и умрет…
Но мы отвлеклись. Дело в том, что на определенном расстоянии черная дыра не может ничего поглотить и разрушить. Это расстояние определяется границей черной дыры, или горизонтом событий. Он образует невидимую сферу, в центре которой расположена сингулярность (то есть сингулярность – это самый центр черной дыры). Расстояние от центра черной дыры до горизонта событий называется радиусом Шварцшильда и зависит от массы самой черной дыры.
Так же хотелось бы отметить, что сама по себе сингулярность (или дыра) вообще не имеет размера – она представляет собой звездную массу, сплюснутую в точку бесконечной плотности и нулевого объема. Но если говорится о размере самой «дыры», в которой пропадают (безвозвратно) предметы, то имеется в виду расстояние от одного края горизонта событий до другого. По длине этого расстояния черные дыры делятся на несколько видов.
А) Черные дыры звездных масс. Обычно не превышают 60 километров. Но при этом масса такой дыры в несколько раз превышает массу звезды-карлика или светила среднего размера.
Б) Черные дыры промежуточных масс. Могут быть в тысячи раз больше массы Солнца, а диаметр – всего несколько тысяч километров, то есть приблизительно равен диаметру Земли.
В) Сверхмассивные черные дыры. В сотни миллиардов раз превышают массу Солнца.
Ученые считают, что при зарождении Вселенной могли существовать микроскопические черные дыры, хотя пока никому не удалось найти ни одной такой дыры.
Итак, почему же астрономы решили, что в центре нашей галактики может быть черная дыра? За многие годы наблюдений за другими галактиками с помощью телескопов и специальных приборов они заметили огромное количество энергии, исходящее из невидимого источника в самом центре галактики. Одно из объяснений заключается в том, что в центре каждой галактики есть сверхмассивная черная дыра, вокруг которой вращается огромное количество звезд. Сталкиваясь друг с другом, звезды теряют массу и скорость, сходят с орбиты, попадают за горизонт событий и бесследно исчезают в черной дыре. Прежде чем навсегда исчезнуть, звезды вращаются по краю черной дыры и сталкиваются друг с другом. При этом они разогреваются до температуры в миллионы градусов и выделяют в окружающее пространство невероятное количество энергии в форме рентгеновского, гамма- и других форм излучения. Фиксируя это излучение, ученые определяют положение невидимой черной дыры в космосе.
Опасны ли они? Каждый задавал себе этот вопрос, наверное. Этого никто не знает наверняка, потому что еще никто и никогда не приближался к черной дыре. А даже если бы и приблизился, еще не известны случаи, чтобы кто-то (или что-то), попав в черную дыру, вернулся и рассказал о своих приключениях. Но из того, что известно, прогнозы вовсе неутешительные.
За горизонтом событий силы гравитации становятся настолько сильными, что разрывают на части все, что попадает в черную дыру. Некоторые ученые-физики считают, что можно пролететь сквозь черную дыру и очутиться в другой точке Вселенной. Если удастся остаться живым после прохождения через сингулярность, то, может быть, получится выйти из черной дыры через другую сингулярность в отдаленной точке космического пространства, или в другом измерении, или даже в параллельной Вселенной. Но даже если это и так и две черные дыры могут образовать такие «звездные врата», в которые кому-то удалось войти, то как выйти? Ведь на другом конце ждет такая же черная дыра (из которых, предположительно, ничего не может выйти). Пусть они и такие плохие, но многие ученые считают, что черные дыры принимают непосредственное участие в образовании галактик.
Задания
- Найдите и исправьте ошибки.
1) Солнце является красным карликом и не может превратиться в черную дыру.
2) Микроскопические черные дыры достигают 60 километров.
3) Звезды, которые в несколько раз меньше Солнца, становятся красными сверхгигантами.
4) Существует четыре вида черных дыр: микроскопические, маленькие, звездных масс, промежуточных масс, сверхмассивных масс.
Как ученые определяют положение черных дыр в космосе?
В самом центре черной дыры находится сингулярность? - Как ученые определяют положение черных дыр в космосе?
- В самом центре черной дыры находится сингулярность?
Лекция 5
Млечный путь
Это Млечный путь, наша родная спиральная галактика. А то, что мы видим, глядя на Млечный путь с Земли – это наше место в ней. Мы – часть гигантского звездного диска, и то, что вы сейчас видите – это вид изнутри.
Галактика Млечный Путь – огромный космический город, состоящий из более двухста миллиардов звёзд.
Мы не можем подняться над диском галактики и сфотографировать его, потому что речь идёт об огромных расстояниях. Но астрономы могут изучать поведение других галактик, которые можно увидеть с Земли, а также рассчитывать расстояния между звездами в нашей галактике. Именно благодаря этим скрупулезным расчетам мы знаем, как выглядит наша галактика. Вот она.
Млечный Путь представляет собой спиральную галактику с перемычкой. Диаметр её звездного диска составляет около ста тысяч световых лет. От яркого центра нашей галактики, из концов бара ведут два больших рукава – это рукав Щита-Центавра и рукав Персея. Также есть три малых рукава. Рукава представляют собой своего рода волны плотности вещества, где идёт повышенное звездообразование в многочисленных туманностях.
Солнечная система находится внутри диска галактики на расстоянии в две трети галактического радиуса от центра, в довольно спокойном районе между двумя большими спиральными рукавами. Это идеальное место для того, чтобы существовала жизнь. Ведь в центре галактики звезд намного больше, и планета подвергалась бы очень сильному, уничтожающему малейшие зародыши жизни излучению, а их сильная гравитация притягивала бы к поверхности планеты очень много метеоритов. Находись мы в больших звездных рукавах, жизнь могла бы возникнуть, но через пару миллионов лет была бы уничтожена ещё на ранних этапах взрывом какой-нибудь сверхновой, расположившейся по соседству. А в окраинных районах галактики содержится не так много тяжелых элементов, как железо в нашей крови (которое услужливо выбросили сверхновые звезды многие миллиарды лет назад) чтобы органическая жизнь вообще могла бы зародиться.
Вокруг диска Млечного пути расположено гало – симметричная сферическая структура, где расположены самые старые звёзды и шаровые звёздные скопления, наиболее древние образования нашей галактики.
Яркая и выпуклая внутренняя часть галактики называется балдж ем. Там концентрация звезд невероятно высока, они движутся по эллиптическим орбитам вокруг центра, а скорости их движения – просто огромны. На сегодняшний день доподлинно известно, что так двигаться их заставляет сверхмассивная чёрная дыра, которая находится в самом сердце нашей галактики.
Не думаю, что нам следует опасаться того, что Землю засосёт в чёрную дыру. Это очень маловероятно – расстояние до центра огромно, да и наша черная дыра, можно сказать, на диете – она заставляет звезды вращаться, не поглощая их, подобно тому, как вокруг Солнца вращаются планеты Солнечной системы, не падая в него. В центре Млечного пути все астрономические тела вращаются очень быстро, а по мере удаления от центра их угловая скорость уменьшается.
Однако, что касается будущего Млечного Пути, то оно всё же довольно драматично. Навстречу нам стремительно движется галактика Андромеда – соседняя с нами спиральная галактика, превосходящая Млечный Путь по размерам. Столкновение неминуемо произойдет – примерно через четыре миллиарда лет. Это разрушит спиральные структуры обеих галактик. Ядра галактик будут проноситься в неистовом танце друг вокруг друга, разбрасывая звезды вокруг. Столкновение газопылевых облаков породит также мощный всплеск звездообразования. А через определенное время, когда ядра Андромеды и Млечного Пути сольются, образуется эллиптическая галактика, которой уже дали название – Млекомеда.
Задания
- В чём заключается неоднородность нашей галактики? Проведите сравнительную характеристику свойств и поведения разных составных частей Млечного Пути.
- Как вы думаете, чем чревато для Солнечной системы столкновение Млечного Пути с Андромедой? Если на Земле к тому времени всё ещё будет существовать жизнь, уничтожит ли это её?
Лекция 6
Излучение во Вселенной
Такое понятие, как свет, играет исключительно важную роль в изучении Астрономии. Как вы думаете, как мы узнаём о планетах, звёздах, галактиках – далёких небесных телах необъятной Вселенной, на которых нельзя побывать? Такую возможность даёт изучение испускаемого небесными телами света. Свет может поведать удивительно много информации. Однако какой свет? Под светом понимается не только видимый свет, который воспринимает наше зрение, но и все виды электромагнитного излучения.
Излучение – это способ перемещения энергии сквозь пространство. Как я уже упоминала на прошлой лекции, видимый свет, как и другие виды электромагнитного излучения, ведёт себя как волны. В каком-то смысле свет, что освещает страницы ваших конспектов, и радиоволны, благодаря которым на радио транслируются передачи – одно и то же. Все виды электромагнитной энергии, или же света, движутся с постоянной скоростью – 299 792 458 метров в секунду. На плакате вы можете увидеть своеобразную шкалу, где волны разделены на диапазоны по характеру взаимодействия с веществом, в порядке увеличения длины волны: гамма-излучение, рентген, ультрафиолет, видимый свет, инфракрасное излучение и радиоволны. Видимый свет, то есть тот, что воспринимают наши глаза, занимает среднюю часть спектра – на плакате он представлен своеобразной радугой. Да, наш глаз воспринимает в качестве света электромагнитные волны в очень узком диапазоне из всего спектра. Длины волн видимого света составляют доли сантиметра – примерно от 380 (фиолетовый) до 760 (красный) нанометров. Ученые часто называют короткими волны в синей части спектра, а длинными – в красной его части.
Приборы, в отличие от глаза, могут обнаружить все виды излучений, каждый из которых расскажет астрономам много интересного об объекте, от которого пришёл. Холодные облака газа испускают невидимые инфракрасные волны. Вещество вокруг чёрных дыр испускает интенсивное рентгеновское излучение – свидетельство высокой активности. Крохотные звёзды, называемые пульсарами, излучают радиоволны. Свет может дать информацию о том, из чего состоит источник излучения, как быстро и в каком направлении относительно земли он перемещается.
Откуда астрономы узнают, из чего состоит некая звезда, если она находится так далеко? Всё дело в том, что они изучают излучаемый звездой свет. Прибор, называемый спектрографом, который присоединён к телескопу, фиксирует свет, идущий от звезды, и раскладывает его в спектр с помощью призмы. Спектр каждого из химических элементов имеет собственный рисунок. 
Когда звёздный свет проходит через земную атмосферу, то входящие в её состав газы поглощают часть света. В спектре не отразятся полоски, соответствующие этим газам. Если эти линии смещены к красной полосе спектра, то это говорит о том, что звезда отдаляется от Земли. Линии, сдвинутые в голубую часть спектра, означают, что звезда летит нам навстречу. Примерно так.
Атмосфера нашей планеты поглощает значительную часть из всего диапазона поступающего к нам космического излучения. Вы можете подумать, что это так досадно для астрономических исследований – однако поверьте, если бы этого не происходило, жизнь на Земле была бы невозможна. А чтобы улавливать и изучать излучение из космоса, наблюдательные приборы выводят на земную орбиту.
Итак, какой мы можем подвести итог? Я хотела бы провести некоторую аналогию между познанием человеком окружающего мира своими органами чувств на Земле и возможностям познания человеком Вселенной с помощью всех доступных нам приборов.
Благодаря зрению человек получает значительную часть информации – около девяноста процентов. Это значит, улавливание электромагнитного излучения в достаточно узком диапазоне видимого света с помощью такого оптического прибора, как глаз, даёт человеку бóльшую часть информации о происходящем вокруг. Астрономы получают подавляюще большую часть информации благодаря всё тому же спектру электромагнитного излучения, но доступный спектр шире на много порядков. Об этом мы сегодня говорили. Но не только благодаря электромагнитному излучению можно познавать космос.
Человек ощущает тепло от находящихся рядом горячих предметов. Астрономические приборы регистрируют нейтрино – еле уловимые незаряженные частицы, рождаемые в недрах звёзд в огромных количествах.
Человек обладает обонянием – то есть воспринимает запахи, которые переносят летучие вещества. Аналогом летучих веществ в астрономии можно назвать космические лучи. Это элементарные частицы – как правило, протоны, или же ядра атомов. Они рождаются где-то далеко во Вселенной, разгоняются до невероятных скоростей во всевозможных космических катаклизмах, а затем долетают и до Земли.
Человек обладает осязанием. Астрономы тоже могут познать «на ощупь» космическое вещество – изучая упавшие на Землю метеориты, исследуя грунт на соседних планетах или же просто частицы пыли и газа, собранные в космосе.
Ну и вскоре астрономы надеются «отрастить уши», то есть обрести аналог слуха – научиться регистрировать гравитационные волны, порождаемые объектами с высокими массами – например, чёрными дырами.
Лекция 7.
Скорость во Вселенной.
Сегодня мы затронем очень серьёзную тему. Возможно, сегодняшний урок порвёт в клочья ваше представление о мире. Потому прошу быть внимательней.
Вы уже представляете, насколько огромны пространства во Вселенной. Понятно, что для путешествия в космос нам необходима достаточно высокая скорость.
Допустим, мы хотим отправиться на Луну на метле Нимбус-2000 на скорости 100 миль в час. Для такого путешествия нам потребуется ни много ни мало – 14 недель пути. Если же мы захотим отправиться на той же скорости на Нептун, нам понадобится уже 3100 лет. Долгая прогулка, правда?
Самым скоростным аппаратом, запущенным человеком с Земли, на данный момент является американский аппарат «Новые горизонты». Он был запущен со скоростью чуть более десяти миль в секунду ещё в 2006 году. Этому чуду техники понадобится ещё пять лет, чтобы долететь до Плутона. 11 лет путешествия – это всё ещё в пределах нашей Солнечной Системы! Ясное дело, что с современной техникой о путешествиях человека в другие звёздные системы и уж тем более в другие галактики речи пока быть не может. Сначала человек должен покорить скорость.
Что мы знаем о скорости? Скорость – это величина, которая показывает, за какое время материальная точка преодолевает некоторое расстояние в пространстве. Разделим пространство на время – получим скорость. Но так ли всё просто?
Вы привыкли считать, что время и пространство – неизменны. Неважно, где вы находились и что делали – вы всегда считали секунду секундой и милю – милей, причём никогда не связывали эти понятия друг с другом. Но это неверно. Время и пространство являются частями одного целого, в своё время это доказал Альберт Эйнштейн. Полотно пространства-времени может изменяться.
Буду оперировать наглядными примерами. Форд «Англия» летит вдоль железнодорожных рельс со скоростью 50 миль в час. Поезд Хогвартс-Экспресс догоняет его по этим рельсам со скоростью 80 миль в час. Если бы пассажир Форда измерил скорость, с какой движется поезд относительно него, то отметил бы, что это – 30 миль в час. Всё верно.
Скорость света. Абсолютная скорость. Нет ничего быстрее света. Если пассажир Хогвартс-Экспресса зафиксирует скорость, с которой свет обгоняет поезд, то получит 299 792 458 метров в секунду. Человек, неподвижно стоящий на платформе, зафиксирует точно такую же скорость. Мало того, если даже вы будете двигаться со скоростью, приближенной к скорости света, свет в любом направлении относительно вас будет иметь скорость 299 792 458 метров в секунду. Скорость света независимо от всего остаётся постоянной. Теперь вспомним, что такое скорость - это изменение пространства за определённое время. Раз неподвижное тело и тело, изменяющее своё положение в пространстве, фиксируют одну и ту же скорость света, какой-то из параметров пространства-времени… не работает.
На скорости, близкой к скорости света, время очень сильно замедляется. Оно и вовсе останавливается, достигнув скорости света.
Космонавты, неважно сколько времени проведшие на земной орбите, возвращаются на Землю несколько моложе, чем если бы они находились всё это время на Земле. Но эта разница не очень значительна. Чтобы замедлить процесс старения, нужно двигаться со скоростью, близкой к скорости света. Допустим, вы на такой скорости отправились в двадцатилетнее путешествие по галактике. На Землю вы вернётесь на тысячи лет позже! Вот так – во Вселенной вопрос скорости первичен, ведь скорость меняет саму материю пространства-времени. Такова вкратце суть специальной теории относительности.
Из неё вытекает общая теория относительности. И здесь самым важным открытием стало понимание гравитации. Открыл понятие гравитации ещё Ньютон, осознав сакральный смысл падения яблока в яблоневом саду. Гравитация – это сила тяготения, действующая между предметами, обладающими массой. Благодаря гравитации тела остаются на Земле и не разлетаются с поверхности. Благодаря гравитации Земля вращается вокруг Солнца, а Луна – вокруг Земли. Закон всемирного тяготения, сформулированный Ньютоном, и по сей день даёт прекрасное объяснение понятию поведения тел в обычных обстоятельствах. А Альберт Эйнштейн продвинул теорию тяготения на гигантский шаг вперёд, вынеся её в космические масштабы. Согласно ему, массивные тела, такие как звёзды, искривляют пространство вокруг себя. Эта кривая – и есть гравитация.
Прошу обратить внимание на плакат. Большие тела, такие как Солнце, затягивают поверхность пространства-времени в «гравитационный колодец». Менее массивные тела, например Меркурий, создают куда менее значительную складку на ней.
Тела, слишком сильно натягивающие материю пространства-времени, могут её и разорвать. Так появляются чёрные дыры. Это очень интересное явление, однако мы его рассмотрим уже в следующем году.
А пока ещё есть время, давайте вернёмся к тому, с чего начинали - путешествия во Вселенной.
С подвластными нам скоростями жизни не хватит, чтобы совершить межзвёздый полёт. Но так ли всё безнадёжно? Общая теория относительности допускает гипотетическую возможность существования так называемых «червоточин», или «кротовых нор» в пространстве-времени, представляющих собой туннель в пространстве.
Гипотеза о возможности существования червоточины основана на положении о криволинейности пространства-времени и соответственно, теоретической возможности его «складывать». С помощью червоточины можно оказаться на расстоянии хоть пяти миллиардов световых лет от Земли за кратчайшие сроки, куда быстрее, чем свет по своему обычному пути сможет дойти дотуда. А так как у пространства-времени две составляющие, то червоточина – это туннель не только сквозь пространство, но и сквозь время. Идея о машине времени, умеющей переносить нас во времени, более чем оправдана теоретически. Но насколько реально возможно существование червоточины? В то время, как магглы ломают голову над тем, как создать червоточину, маги научились трансгрессии. По своей сути это есть не что иное, как путешествие с сильно ограниченными возможностями по небольшой червоточине. Научиться трансгрессировать может только достаточно взрослый и грамотный волшебник, а экзамен по трансгрессии сдают не ранее совершеннолетия. Но на трансгрессию существуют ограничения по дальности перемещения. Волшебное сообщество не остановилось на достигнутом, и в итоге магам стали доступны перемещения с помощью порталов – это тоже своеобразная червоточина, но в пределах Земли. Однако, создать портал могут только волшебники с исключительными способностями. Какими способностями нужно обладать, чтобы управлять пространством-временем как вздумается, остаётся только догадываться.
Лекция 8.
Солнце
Как вы думаете: сможем ли мы когда-нибудь высадиться на Солнце? Ответ – нет. И даже не потому, что ядро Солнца намного горячее, чем можно себе представить. Дело в том, что до него практически невозможно добраться через солнечную атмосферу. А даже если и доберемся, то ступить будет не на что.
Может, вы помните, что Солнце – это «желтый карлик» класса G. Его возраст составляет примерно 4,6 миллиарда лет, то есть если считать, что средняя продолжительность жизни звезд этого класса равна 10 миллиардам лет, то Солнце сейчас почти на половине своего жизненного пути. Нам также известно, что по сравнению с другими звездами, например, голубыми сверхгигантами, Солнце не такое уж огромное, горячее и яркое. Но, несмотря на это, температура и размеры Солнца потрясают воображение.
Масса Солнца приблизительно равна 2х10 в 27 степени (или 2 000 000 000 000 000 000 000 000 000) тонн, что составляет 99,85% от массы всей нашей Солнечной системы. Трудно, даже почти невозможно представить себе что-либо настолько массивное! Если на одну чашу гигантских весов положить Солнце, то на другую придется поместить 330 000 таких шариков, как наша Земля. Плотность Солнца в четыре раза меньше плотности Земли, поэтому размеры его просто огромны.
К примеру, внутри Солнца уместились бы примерно 1,3 миллиона таких планет, как Земля. Поэтому Солнце не только очень тяжелое, но также очень огромное и «пушистое».
Солнце является источником света и тепла во всей нашей Солнечной системе. Оно испускает колоссальное количество энергии, равное свету 4 триллионов триллионов электрических лампочек, а если быть точнее, то около 4х10 в 26 степени (либо 400 000 000 000 000 000 000 000 000) ватт.
Разные части Солнца имеют разную температуру. В отличие от твердых планет, между частями Солнца нет четко выраженных границ, и газообразные слои, перемешиваясь, плавно переходят друг в друга. Но для удобства астрономы подразделяют Солнце на три основные части. На видимой «поверхности», называемой фотосферой, температуры могут достигать 5500 градусов Цельсия. В расположенной под ней конвективной зоне становится жарче – около 2 миллионов градусов Цельсия. В зоне лучистого переноса температура поднимается еще выше, вплоть до 7 миллионов градусов Цельсия, а в самом центре Солнца, в солнечном ядре, где идут ядерные реакции, может достигать 15 миллионов градусов Цельсия и даже больше.
Даже самые теплонепроницаемые костюмы (такие, в которых работают магловские вулканологи и пожарники) обеспечивают защиту от температур не выше 1000 градусов Цельсия. Поэтому как только мы высадимся на Солнце и окажемся в фотосфере, такой костюм тут же сгорит.
Хотя «высадиться» на Солнце в привычном смысле этого слова тоже не удастся. Дело в том, что Солнце – это огромный шар, полностью состоящий из газа, в нем нет твердой поверхности, на которую можно было бы стать. Поэтому любая попытка ступить на Солнце окончилась бы провалом в прямом смысле этого слова.
Говоря о «поверхности» Солнца, я имею в виду слой, дающий большую часть видимого света и обеспечивающий шарообразную форму Солнца. Этот слой называется фотосфера, что в переводе с древнегреческого означает «шар света».
Солнечная атмосфера простирается в космическом пространстве на 10 000 километров, в ней выделяют два слоя – хромосферу и корону. Эти слои состоят из газов малой плотности и поэтому обычно не видны. Они становятся видными лишь на короткое время: в период солнечных затмений. Все потому, что под атмосферой Солнца располагается намного более яркая фотосфера, которая её затмевает. Но при полном солнечном затмении, когда фотосфера на время закрывается Луной, хромосфера и корона образуют вокруг Солнца красивое огненное сияние.
Над поверхностью Солнца расположена хромосфера, толщина которой составляет 2000 – 3000 километров, а температура – от 4000 до 8000 градусов Цельсия. Над хромосферой бушует солнечная корона. Гигантские столбы светящегося газа (или спикулы) насквозь пронизывают ее, как шипы. Спикулы возникают в фотосфере в результате колебаний невероятно сильного магнитного поля Солнца. Они вырываются в космическое пространство на высоту 6000 – 10 000 километров над поверхностью Солнца. Температура короны, самого внешнего слоя солнечной атмосферы, достигает более 1 миллиона градусов Цельсия, то есть в тысячи раз больше температуры поверхности Солнца.
Известно, что источниками солнечного тепла и солнечной энергии являются мощные термоядерные реакции внутри солнечного ядра. Атомы водорода, а точнее их частицы, соединяются под воздействием сильнейшего давления и высочайших температур и образуют атомы более тяжелых элементов – дейтерия и гелия. В результате выделяется колоссальное количество атомной энергии. Солнце же состоит на 70% из водорода, на 28% из гелия, а еще 2% составляют другие элементы, оставшиеся от одной или нескольких взорвавшихся поблизости звезд. Как и все молодые звезды, Солнце постепенно сжигает водородное топливо и превращает его в гелий, образуя при этом невероятно большое количество энергии, отчего солнечное ядро разогревается до 15 миллионов градусов Цельсия. Через конвективную зону и зону лучистого переноса эта энергия переходит в фотосферу, а оттуда большей частью выбрасывается в космическое пространство в форме тепла, света и других видов излучения. Таким образом Солнце обогревает поверхности и атмосферы планет, спутников, астероидов, комет и других космических объектов нашей Солнечной системы. Разумеется, чем дальше планета либо космическое тело от Солнца, тем меньше солнечного излучения оно получит и тем ниже будет его температура.
Если бы все было настолько просто, то внутренняя часть солнечной атмосферы (хромосфера) была бы намного холоднее поверхности Солнца (фотосферы), а внешняя часть атмосферы (корона) еще прохладнее хромосферы. Но, как нам известно, корона не только горячее хромосферы, но также и в тысячи раз горячее фотосферы.
Есть предположение, что часть энергии переносится с поверхности Солнца прямо во внешний слой атмосферы особыми магнитными волнами, которые называются альвеновскими волнами. Существование этих волн было предсказано известным шведским физиком Ханнесом Альфвеном более шестидесяти лет тому назад, но обнаружить их на Солнце удалось только недавно с помощью специального оборудования. Альфвеновские волны возникают в результате вращения Солнца и происходящих при этом изменений в его магнитном поле. Они несут солнечную энергию на тысячи километров в глубь космоса и служат своеобразными тоннелями, по которым энергия сразу же попадает в солнечную корону, нагревая ее до миллионов градусов по Цельсию.
Хотелось бы уточнить один момент. Может, вы и знали, но Солнце не просто вращается, а скорее вертится. Полный оборот вокруг своей оси оно делает примерно за месяц, но, в отличие от твердых планет, разные части Солнца вращаются с разной скоростью (так как оно состоит из газа). На солнечном экваторе полный оборот происходит за 25 дней, а ближе к полюсам – за 36 дней. Вращение Солнца начинается с экваториальных слоев и вызывает самые невероятные явления в магнитном поле, к примеру, уже известные вам альфвеновские волны.
Как же определили, что Солнце не стоит на месте? Еще Китайские астрологи наблюдали пятна на Солнце, а из известных нам астрономов – Галилей. Именно его наблюдения со временем натолкнули других астрономов на мысль о том, что солнце вращается (благодаря увиденным пятнам на Солнце).
Солнечные пятна – это темные, относительно прохладные области на поверхности Солнца, возникшие в результате смещений в магнитном поле. К концу XIX века астрономы установили, что солнечные пятна возникают циклично и их перемещение по поверхности Солнца свидетельствует о вращении светила.
Солнечные пятна также стали явным доказательством существования сильнейшего (но невидимого) магнитного поля Солнца, способного вызывать (благодаря вращению Солнца) и другие интереснейшие явления, такие как солнечный ветер и солнечные вспышки.
Солнечный ветер – это поток заряженных частиц, исходящий из солнечной короны в космическое пространство в результате изменений и отклонений магнитного поля Солнца. Этот поток частиц затем путешествует по космосу со скоростью более чем 3600 км/ч, сталкиваясь с различными объектами Солнечной системы. К примеру, если на его пути встретится комета, то от нее отделятся частицы льда и пыли, образуя красивый длинный «хвост». Достигнув нашей планеты, солнечный ветер под действием магнитного поля Земли направляется к Северному и Южному полюсам. Там заряженные частицы сталкиваются с молекулами воздуха, образуя в небе разноцветные вспышки необычайной красоты, известные нам как северные и южные полярные сияния – в зависимости от того, в каком полушарии они появляются.
В отличие от солнечного ветра, солнечные вспышки – это выбросы вещества с поверхности Солнца. Солнечные вспышки время от времени случаются вблизи солнечных пятен в результате различных изменений и разрывов магнитного поля. За считанные минуты одна единственная солнечная вспышка может вызвать выброс тепловой энергии и заряженных частиц, сравнимый по мощности со взрывом тысячи ядерных ракет.
Солнечные вспышки могут вызывать полярные сияния на Земле, а также стать причиной схождения искусственных спутников с орбиты и неполадок в работе электрооборудования. Теоретически одной мощной солнечной вспышки достаточно, чтобы полностью уничтожить жизнь на Земле. Но нет никаких доказательств, что такие вспышки когда-либо раньше возникали на Солнце, поэтому пока что можно спать спокойно.
Земля находится на безопасном расстоянии от Солнца, поэтому солнечные вспышки не причиняют ощутимого вреда. Но вот для космического корабля, пролетающего на расстоянии нескольких сотен тысяч километров от Солнца, солнечная вспышка представляет реальную опасность. Оказавшись в космосе, нужно помнить об этом и соблюдать дистанцию. Хотя магнитные бури мы чувствуем. На этом все. Запишите домашнее задание и можете идти отдыхать.
Задания
- Дайте краткие ответы на следующие вопросы:
1) Четко ли разделяются части Солнца?
2) К какому классу относится звезда?
3) Благодаря чему мы можем судить о том, что Солнце вращается? - К чему приводят солнечные вспышки (подсказка - картинка)? Объясните.
