космос фентези

Галактика SDP.81, находящаяся в 12 миллиардах световых лет от Земли.

Чeтыpe способа пpeoдoлeть вселенское ограничение скорости.

Когда Альберт Эйнштейн впервые установил, что свет движется с одинаковой скоростью по нашей Вселенной, он, по сути, установил ограничение скорости на 299 792 458 метров в секунду. Но это не конец. На самом деле это только начало. До Эйнштейна масса — атомы, из которых вы, я и все вокруг состоим — и энергия рассматривались как отдельные величины. Но в 1905 году Эйнштейн навсегда изменил способ физического восприятия Вселенной.

Специальная теория относительности связала массу и энергию вместе в простом, но фундаментальном уравнении E=mc^2. Это маленькое уравнение означает, что никакая масса не может двигаться так же быстро, как свет, или быстрее.

Человечество ближе всего подходило к пределу скорости света в мощных ускорителях частиц вроде Большого адронного коллайдера и Тэватрона. Эти колоссальные машины ускоряют субатомные частицы до 99,99% скорости света, но, как объясняет нобелевский лауреат по физике Дэвид Гросс, эти частицы никогда не достигают космического предела скорости.

Для этого понадобится бесконечное количество энергии, а масса объекта станет бесконечной, что невозможно. (Частицы света фотоны могут двигаться со скоростью света, потому что массы не имеют).

После Эйнштейна физики обнаружили, что некоторые величины могут достигать сверхлюминальных (или сверхсветовых) скоростей и по-прежнему соблюдать космические правила, установленные специальной теорией относительности. Хотя это не опровергает теорию Эйнштейна, оно дает нам представление о своеобразном поведении света и квантовом пространстве.

Световой эквивалент звукового удара
Когда объекты движутся быстрее скорости звука, они создают звуковой удар. Таким образом, в теории, если что-то движется быстрее скорости света, оно должно производить нечто вроде «светового удара».

По факту этот световой удар происходит ежедневно и по всему миру — его можно даже увидеть глазами. Он называется излучением Черенкова (эффектом Черенкова — Вавилова) и выглядит как голубоватое свечение внутри ядерных реакторов (на снимке ниже — Продвинутого испытательного реактора).

Продвинутый испытательный реактор

Излучение Черенкова названо в честь советского ученого Павла Алексеевича Черенкова, который впервые измерил его в 1934 году и был удостоен Нобелевской премии по физике в 1958 году за свое открытие.

Излучение Черенкова светится, потому что ядро реактора погружено в воду с целью охлаждения. В воде свет движется медленнее, его скорость составляет 75% скорости света в вакууме космоса, но электроны, которые рождаются в процессе реакции внутри ядра, движутся в воде быстрее света.

Частицы вроде этих электронов, которые превосходят в скорости свет в воде или какой-либо другой среде вроде стекла, создают ударную волну, подобную ударной волне от звукового удара.

Когда ракета, например, проходит через воздух, она генерирует волны давления перед собой, которые толкают воздух со скоростью звука, и чем ближе ракета к звуковому барьеру, тем меньше времени остается у волн, чтобы уйти с пути объекта. Достигнув скорости звука, ракета смалывает волны в кучу, создавая ударный фронт, который приводит к мощному звуковому удару.

Аналогичным образом, когда электроны движутся сквозь воду со скоростью, превышающую скорость света в воде, они порождают ударную волну света, которая иногда светится синим цветом, но может светиться и в ультрафиолете.

Хотя эти частицы движутся быстрее света в воде, на деле же они не нарушают космического ограничения скорости в 300 000 км/с.

Когда правила не учитываются

Не стоит забывать, что специальная теория относительности Эйнштейна утверждает, что ничто с массой не может двигаться быстрее скорости света; и, насколько физики могут утверждать, вселенная соблюдает это правило. Но как быть с тем, что без массы?

Фотоны по своей природе не могут превзойти скорость света, но частицы света — не единственные безмассовые вещи во вселенной. Пустое пространство не содержит материальную субстанцию, а значит не имеет массы по определению.

«Поскольку ничто не может быть более пустым, чем вакуум, он может расширяться быстрее скорости света, поскольку ни один материальный объект не нарушает световой барьер, — считает астрофизик-теоретик Мичио Каку. — Таким образом, пустое пространство, безусловно, может двигаться быстрее света».

Физики считают, что так и произошло сразу после Большого Взрыва в эпоху инфляции, которую впервые предположили физики Алан Гут и Андрей Линде в 1980-х годах. В течение триллионной триллионной доли секунды Вселенная умножалась на два в размерах и в результате расширилась экспоненциально очень быстро, значительно превысив скорость света.

Квантовая запутанность срезает углы

Квантовая запутанность кажется сложной и пугающей, но в самом простом смысле запутанность — это просто способ взаимодействия субатомных частиц. И что самое интересное в этом явлении, так это то, что процесс этой связи может происходить быстрее света.

«Если два электрона свести достаточно близко, они начнут вибрировать в унисон, в соответствии с квантовой теорией. Потом, если разделить эти электроны сотнями или даже тысячами световых лет, они все равно будут поддерживать связь друг с другом. Если покачнуть один электрон, другой моментально почувствует эту вибрацию, быстрее скорости света. Эйнштейн думал, что это явление должно опровергнуть квантовую теорию, потому что ничто не может двигаться быстрее света».

Но в 1935 году Эйнштейн, Борис Подольский и Натан Розен попытались опровергнуть квантовую теорию в ходе мысленного эксперимента, который Эйнштейн назвал «жутким действием на расстоянии».

По иронии судьбы, их работа легла в основу так называемого парадокса ЭПР (Эйнштейна — Подольского — Розена), который описывает эту мгновенную связь в процессе квантовой запутанности. Это, в свою очередь, может лечь (и постепенно ложится) в основу многих передовых технологий, таких как квантовая криптография.

Мечты о кротовых норах

Поскольку ничто с массой не может двигаться быстрее света, вы можете распрощаться с межзвездными путешествиями — во всяком случае в классическом смысле, с ракетами и обычными полетами.

Хотя Эйнштейн и похоронил наши мечты о глубоком космосе со своей специальной теорией относительности, он дал нам новую надежду на межзвездные путешествия со своей общей теорией относительности в 1916 году.

В то время как специальная теория относительности «женит» массу и энергию, общая теория относительно смыкает вместе пространство и время.

«Единственный возможный способ преодолеть световой барьер может быть скрыт в общей теории относительности и искривлении пространства времени, — считает Каку. — Это искривление мы называем «червоточиной», и она теоретически может позволить нам преодолевать огромные расстояния мгновенно, буквально пронзая насквозь ткань пространства-времени».

В 1988 году физик-теоретик Кип Торн — научный консультант и продюсер фильма «Интерстеллар» — использовал уравнения общей относительности Эйнштейна, чтобы предсказать возможное существование червоточин, которые открыли бы нам дорогу в космос. Но в его случае этим кротовым норам необходима была странная экзотическая материя, которая поддерживала бы их в открытом состоянии.

«Удивительный на сегодня факт: это экзотическое вещество может существовать, благодаря странностям законов квантовой механики», — пишет Торн в своей книге «Наука «Интерстеллара».

И это экзотическое вещество может быть когда-нибудь создано в лабораториях на Земле, хотя и в небольших количествах. Когда Торн предложил свою теорию стабильных червоточин в 1988 году, он призвал сообщество физиков помочь ему определить, может ли во вселенной существовать достаточно экзотического вещества, чтобы сделать существование червоточин возможным.

«Это породило много исследований в сфере физике; но сегодня, спустя тридцать лет, ответ до сих пор неясен, — пишет Торн. Пока все идет к тому, что ответ «нет», но, — Мы пока далеко от окончательного ответа».

10 удивительных и малоизвестных объектов нашей Солнечной системы

  Благодаря проделанной космическим аппаратом «Кеплер» работе, астрономы к этому моменту нашли и подтвердили существование 4826 планет. Казалось бы, мы уже знаем немало нового о космосе, однако Вселенная часто любит нас удивлять, и поэтому даже в нашей Солнечной системе до сих пор остались объекты, о существовании которых вы могли и не подозревать. Портал Listverse подготовил список из 10 таких необычных космических объектов в пределах нашей Солнечной системы, и мы предлагаем с ним ознакомиться.

Орк и Вант

Все мы знаем о Плутоне. Это космическое тело стало объектом пристального внимания в последнее время, особенно после того, как в 2006 году было переклассифицировано из разряда планет в разряд карликовых планет. А вы слышали когда-нибудь о «Анти-Плутоне»? Крупный транснептуновый объект 90482 «Орк» из пояса Койпера обладает практически одинаковым с Плутоном орбитальным периодом, углом наклона и почти аналогичной между Солнцем и Плутоном дистанцей. Несмотря на то, что орбита Орка подходит довольно близко к орбите Нептуна, резонанс между двумя объектами и большой угол наклона орбиты Орка не позволяет им приблизиться друг к другу. Единственным, пожалуй, существенным отличием Орка от Плутона является разворот его орбиты. Помимо того, что орбиты Орка и Плутона очень похожи, оба космических объекта имеют свои луны, которые в обоих случая оказываются несколько крупнее предполагаемых значений, учитывая размеры самих карликовых планет. Например, спутник Плутона Харон размером почти в половину самого Плутона. Размер спутника Орка, имеющий название Вант, составляет примерно 1/3 от размера Орка.

Назван Орк в честь этрусского бога смерти и подземного царства. Поверхность Орка покрыта кристаллическими частицами льда, которые могли бы свидетельствовать о криовулканической деятельности в прошлом. Помимо этого, возможно наличие других соединений, в том числе аммиака. Если его наличие будет действительно подтверждено, то эта информация сможет помочь ученым лучше понять процесс формирования других транснептуновых объектов.

(90) Антиопа

Число 90 в названии Антиопы говорит о том, что этот астероид оказался 90-м обнаруженным по счету. Хотя этот момент по-прежнему является предметом жарких споров. Дело в том, что его орбита лежит внутри астероидного поля между Юпитером и Марсом, и, что более интересно, Антиопа представляет собой первый открытый двойной астероид. С момента его обнаружения Антиопа считался одиночным астероидом, однако в 2000-м году благодаря 10-метровому телескопу в обсерватории Кек на Гавайских островах группа астрономов обнаружила, что астероид на самом деле состоит из двух объектов размером около 86 километров и разделенных дистанцией всего в 171 километр. Астероиды со спутниками открывали и ранее, однако практически одинаковый размер и масса этих объектов позволила ученым классифицировать Антиопу как первый обнаруженный двойной астероид.

Шестиугольник Сатурна

Все мы знаем, что Сатурн обладает кольцами. Но слышали вы когда-нибудь о том, что эта планета может похвастаться необычными облаками? В начале 1980-х годов космический аппарат «Вояджер» сделал неожиданное и удивительное открытие, которое впоследствии было подтверждено космическим зондом «Кассини». Это подтверждение показало, что на северном полюсе Сатурна бушует гигантский шторм, обладающий формой гексагона (шестиугольника). Каждая из его сторон имеет правильную форму, а сам шторм размером больше, чем диаметр Земли. По мнению ученых, шторм на Сатурне продолжается уже больше 30 лет. Что еще более удивительно, его скорость вращения не соответствует скорости движения других облаков на планете.

Для того чтобы выяснить причину возникновения этого гексагонального шторма, ученые решили провести лабораторный эксперимент. Исследователи поставили на вертящийся стол 30-литровый баллон с водой. Она моделировала атмосферу Сатурна и её обычное вращение. Внутри баллона были помещены маленькие кольца, вращающиеся быстрее ёмкости. Это генерировало миниатюрные вихри и струи, которые экспериментаторы визуализировали при помощи зелёной краски. Чем быстрее вращалось кольцо, тем больше становились вихри, заставляя близлежащий поток отклоняться от круговой формы. Таким образом авторам опыта удалось получить различные фигуры — овалы, треугольники, квадраты и, конечно, искомый шестиугольник. И хотя данный эксперимент не рассказал ученым о том, как на Сатурне могут происходить подобные атмосферные течения, он показал, почему вся система получается столь красивой и, главное, столь продолжительной.

Хаумеа

Перед получением своего официального имени карликовая планета 136108 Хаумеа была известна под прозвищем «Санта». Получила она его в результате того, что была обнаружена сразу после Рождества, 28 декабря 2004 года. Прозвище, следует отметить, весьма удачное, потому что Хаумеа действительно является уникальной карликовой планетой. Сперва ученые отметили, что выяснить точные размеры карликовой планеты является весьма трудной задачей ввиду скорости ее вращения. Она обладает самой высокой скоростью вращения среди известных объектов Солнечной системы — день на планете длится всего около 3,9 часа.

Скорость вращения при этом явилась для ученых не самой большой проблемой в вопросе выяснения ее размеров. Больший интерес вызвала ее форма. Хаумеа, состоящая из породы и льда и обладающая очень низкой гравитацией, для того чтобы удержать все это вместе, имеет сильно вытянутую форму. В итоге оказалось, что дистанция между полюсами карликовой планеты составляют 996 километров, однако длина его самой большой оси составляет 1960 километров.

Еще одним интересным фактом о карликовой планете Хаумея является то, что она обладает двумя спутниками — Хииака и Намака. Весьма недурно для космического тела, представляющего собой всего 6 процентов массы Луны, спутника нашей Земли.

Пан и Атлас

Эти два спутника Сатурна имеют много общего между собой и наиболее близко расположены к планете, вокруг которой они вращаются. Особенными делает эти два космических объекта факт того, что они являются своего рода спутниками-«пастухами» кольца Сатурна. Они, воздействуя своей гравитацией, отталкивают от себя или, наоборот, притягивают к себе частицы кольца планеты, не позволяя им от себя уходить. Они как бы «пасут» эти частицы. Спутник Пан, кстати, и получил свое название в честь древнегреческого бога Пана — покровителя пастушества и скотоводства, плодородия и дикой природы.

Размеры спутника Атлас еще меньше. От полюса до полюса расстояние составляет всего 19 километров, а диаметр — около 46 километров. Выглядит он как летающая тарелка. Столько необычная продолговатая форма обоих спутников, по мнению ученых, не может объясняться тем же способом, как и в случае Хаумеи, так как скорость их вращения недостаточно быстра для этого. Кроме того, быстрое вращение способствовало бы созданию однородной продолговатости их формы. Но их форма неоднородна.

После создания множества компьютерных моделей ученые из Парижского университета, кажется, нашли объяснение вопроса образования столь необычной формы у этих двух лун. Этим объяснением является аккреционное формирование, когда при вращении края структуры объекта сплющиваются. Во время формирования спутников Сатурна вокруг них появились аккреционные диски, состоящие из пыли колец Сатурна, которая в итоге сильнее скопилась на их экваторах и создала на спутниках выпуклые гребни.

2008 KV42

Астероид 2008 KV42 получил прозвище «Драк» в честь вампира Дракулы, обладавшего возможностью ходить по стенам. Но каким образом хождение по стенам может быть связано с астероидом? Оказывается, Драк является первым обнаруженным транснептуновым объектом, имеющим ретроградную орбиту вращения. Другими словами, он движется в противоположную сторону вращения Солнца. Орбитальный период Драка при этом составляет 306 лет.

К настоящему моменту в Солнечной системе обнаружено несколько объектов с ретроградным движением. Одним из этих объектов, например, является комета Галлея, чья орбитальная траектория очень близко расположена к Солнцу. Драк, в свою очередь, никогда не приближается к Солнцу на расстояние, равное примерно 20 расстояниям между Солнцем и Землей, что примерно эквивалентно орбите Урана. Такая особенность астероида может являться связующим звеном между такими объектами, как комета Галлея и другими объектами из облака Оорта, предположительно выступающего источником комет в нашей Солнечной системе, и, возможно, поможет ученым объяснить специфику их формирования, которая до сегодняшнего дня является загадкой для науки.

Есть несколько предположений о том, почему орбита Драка так отличается от орбит остального большинства объектов нашей Системы. Одной из интересных идей на этот счет является предположение о том, что этот астероид вовсе не имеет ничего общего с нашей Солнечной системой — в противном случае его орбита имела бы то же направление, что и у других объектов. Вполне вероятно, что астероид был «пойман» нашей Солнечной системой из межзвездного пространства и может содержать невероятный объем новой информации о космосе.

Тритон

Это имя вы наверняка не раз слышали. Масса Тритона составляет 99,5 процента от суммарной массы всех известных на данный момент спутников Нептуна. Как показал пролетавший мимо Тритона в 1989 году космический аппарат «Вояджер-2», Тритон обладает сложной геологической историей, о которой свидетельствует криовулканизм. На Тритоне до сих пор находятся активные вулканы, но выбрасывают они не пепел и лаву, как на Земле, вместо этого они выбрасывают воду и аммиак.

Будучи чуть меньше нашей собственной Луны, Тритон является единственным крупным спутником нашей Солнечной системы, который движется в обратном вращению Нептуна направлении. Кроме того, являясь одним из самых крупных спутников в нашей Солнечной системе (он больше Плутона), Тритон имеет достаточно гравитации для поддержания тонкой атмосферы. Однако давление воздуха на спутники гораздо ниже земного и составляет 1/70000 атмосферного давления на Земле.

В конце концов стоит отметить о том, что Тритон обладает одним из самых высоких альбедо (способность отражать свет), известных науке. Этот спутник отражает 60-95 процентов света, который его достигает. Для сравнения: наша Луна отражает всего 11 процентов света.

Дополнительное кольцо Сатурна

В этой статье не раз упоминался Сатурн — планета, известная своей необычной системой окружающих ее колец, состоящих из плоских концентрических образований изо льда и пыли. Совсем недавно, в 2009 году, наука узнала, что у Сатурна имеется одно дополнительное кольцо. Невероятно гигантское кольцо. Отклоненное на 27 градусов от основных колец, новое обнаруженное кольцо расположено на расстоянии, равном примерно 128 радиусам планеты, и занимает еще 207 потенциальных радиусов в пространстве. Оно настолько разряжено, что увидеть его можно только в инфракрасном спектре. И кольцо это может быть причиной «двуликости» одного из спутников Сатурна — Япета. Двуликим его называют потому, что одно из его полушарий черное как копоть, а второе — белое и блестящее, как только что выпавший снег.

В этом же кольце расположена орбита еще одного спутника Сатурна — Фебы, — который, в свою очередь, и может являться виновником образования этого кольца. Некоторые ученые предполагают, что выбрасываемая Фебой пыль оседает на Япет, чья орбита пролегает на грани нового обнаруженного кольца. Каждый раз, когда Япет проходит через кольцо, на его экваторе накапливаются частицы, содержащиеся в кольце. В течение сотни тысяч лет этого процесса они образовали огромные горы, получившие название Стена Япета.

Сиамские близнецы — Янус и Эпиметей

Спутники Сатурна Янус и Эпиметей нередко называют «сиамскими близнецами», потому что расстояние между их орбитами составляет всего около 50 километров — меньше, чем радиус самих спутников. В результате этого эти спутники раз в четыре года меняются местами. Эпиметей и Янус движутся по своим орбитам независимо друг от друга до тех пор, пока внутренний спутник не начинает нагонять внешний. При этом под действием гравитационных сил Эпиметей выталкивается на более высокую орбиту, а Янус переходит на более близкую к Сатурну. Эта особенность в некоторой степени запутала ученых, которые по ошибке приняли Янус за Эпиметей. В 1978 году, спустя 12 лет после первоначального открытия Януса (а возможно, и Эпиметея) ученые выяснили, что на самом деле они все это время наблюдали за двумя спутниками, а не за одним. В 1980 году это мнение было подтверждено космическим аппаратом «Вояджер». По догадкам некоторых ученых, Янус и Эпиметей ранее являлись одним целым, более крупным спутником, который впоследствии раскололся на две половины и с тех пор не раз путал исследователей.

Круитни

Давайте вернемся к околоземному космическому пространству и поговорим о втором «спутнике» нашей планеты. Предполагать наличие второй «Луны» ученые стали еще в 1846 году. Первым о ее наличии заявил Фредерик Пети, которого первоначально никто не воспринял всерьез. А позже и вовсе объявили лжеученым. По его мнению, присутствие второй луны могло объяснять множество несоответствий, с которыми сталкивались многие астрономы. Пити заявил, что время вращения второй луны составляет менее трех часов. Спустя столетие, в 1986 году, наличие этого квазиспутника, или второй луны, подтвердил британский астроном-любитель Дункан Уалдрон.

Тогда выяснилось, что объект 3753 Круитни является астероидом, который через каждые 364 дня совершает полный оборот вокруг Солнца (то есть находится в орбитальном резонансе 1:1 с нашей планетой). Другими словами, каждый год этот 5-километровый астероид становится частью системы Земли. Своей ближайшей точки расположения относительно Земли Круитни достигает в ноябре. С технической точки зрения, этот астероид нельзя называть луной, так как он каждый раз то приближается, то отдаляется от Земли. Но идеальный орбитальный резонанс с планетой позволяет ему оставаться вблизи планеты на протяжении многих орбитальных периодов.

Астрономы наблюдают малоизвестное огромное кольцо вокруг Сатурна

Кольцо темных, очень разреженных частиц и фрагментов было обнаружено сравнительно недавно, в 2009 году. Считается, что они были выбиты метеоритами с поверхности спутника Сатурна Фебы, вращающегося вокруг планеты по очень удаленной орбите с радиусом почти 13 млн км.

Это открытие само по себе знаменательно. По существующим представлениям, кольца – это нечто вроде «недоспутников»: если масса вещества оказывается на слишком близкой к планете орбите, ее притяжение мешает формированию полноценных лун, и те так и остаются кольцами. На большем же удалении они могут понемногу собраться в единое космическое тело.

Неудивительно, что открытие, сделанное благодаря инфракрасному телескопу Spitzer, привлекло большое внимание астрофизиков. По первым оценкам, размеры «кольца Фебы» представлялись в промежутке от 4,8 до 7,7 млн км – вдесятеро больше, чем у самого большого, внешнего кольца Е. Однако новые наблюдения, проведенные с помощью ИК-телескопа WISЕ, резко увеличили и эти цифры: согласно данной учеными оценке, радиус «кольца Фебы» может достигать 6-16,2 млн км.

Темные частицы кольца поглощают солнечное излучение, к тому же из-за больших его размеров расположены они весьма разреженно. Их типичные размеры колеблются в пределах 10-20 мкм, тела крупнее футбольного мяча составляют менее 10% кольца. Поэтому наблюдать «кольцо Фебы» крайне сложно, и лучше делать это именно в инфракрасном спектре, который позволяет заметить его по повышенной температуре частиц.

Про расстояния в космосе.