Интересные факты об астрономии дальнего космоса
Для многих людей все, что связано с космосом, воспринимается, как нечто далекое и сложное. Если разобраться, то космос делится на ближний и дальний, особенно интересна астрономия дальнего космоса. Вселенная кажется бесконечной, но на самом деле это не так, у нее есть границы. То же самое касается земной атмосферы, на определенной высоте она начинает становиться менее плотной и заканчивается. После изучения этого материала ты узнаешь больше о ближнем и дальнем космосе, убедишься, что это вовсе не сложно для понимания обычного человека. Здесь приведены интересные факты, добытые при освоении космического пространства.
Начать стоит с того, что ближе. В каком месте заканчивается земная атмосфера и начинается космос.
С чего начинается космос?
Четких границ у космоса не существует, так как ученые не смогли договориться в вопросе, где они должны проходить. Однако, никто не оспаривает, что космос начинается в определенном месте. Споры длятся еще с тех времен, когда был запущен первый космический спутник. Большинство специалистов считают, что граница должна быть проведена по так называемой линии Кармана. Она проходит на высоте 80-100 км от поверхности планеты. Именно на такой высоте космические аппараты переключаются на первую космическую скорость, чтобы создать достаточную аэродинамическую силу.
Астрономы из Канады и Америки ведут другой отсчет, для них космос начинается строго с высоты в 118 километров. Они аргументируют свою точку зрения тем, что здесь становится ощутимым воздействием космических частиц, а ветра из земной атмосферы напротив становятся неощутимыми.
НАСА проводит границу на другом уровне, для них это отметка 122 километра. Объясняют решение тем, что на такой высоте корабли перестают маневрировать на ракетных двигателях, переключаясь на аэродинамику. Они будто бы опираются на атмосферу. Узнать о других мнениях ты можешь из статьи “Где начинается космос?”.
Ближний космос
Все, что мы называем космосом, делится на три зоны:
- околоземное пространство;
- ближний космос;
- дальний космос.
Газовое пространство вокруг нашей планеты — это атмосферный слой, он вращается вместе с ней вокруг ее оси. Это наиболее изученная зона, она используется для пассажирских и грузовых перевозок. Область над конкретным государством находится в ведении этого государства, в ней нельзя перемещаться без предварительного согласования.
Ближний космос находится выше. Согласно решению ООН, он начинается на высоте около 100 километров над уровнем моря, там заканчивается околоземное пространство. В нем практически отсутствует атмосфера, однако влияние Земли все-таки ощущается. В первую очередь это сила притяжения.
Ближний космос не имеет принадлежности к какому-либо государству, в нем могут перемещаться все космические аппараты. Если такой аппарат разгонится до скорости 7,9 км/с, он станет искусственным спутником нашей планеты. Если скорость станет ниже, он сойдет с орбиты. Выполнившие свою функцию космические аппараты обычно сгорают в атмосфере, те, которые не сгорели, падают на Землю, чаще всего в океан. Но некоторые элементы остаются на орбите, к примеру, отпавшие ступени ракет. Так человечество смогло засорить не только Землю, но и ближний космос.
Ракеты, которые отправляются с космонавтами или ценной аппаратурой для исследований, должны не только достигнуть цели, но и успешно вернуться обратно. Их оборудуют защитой от сгорания и специальными системами спасения. Благодаря этому космонавты могут возвращаться в целости и сохранности.
Ближний космос тоже достаточно хорошо изучен, намного лучше, чем дальний. Благодаря его активному исследованию мы узнали много нового о естественном спутнике Земли. Интересные факты о нем представлены в статье “Что такое темная сторона Луны?”.
Дальний космос
С ним связаны романтические представления, у людей возникают ассоциации с фантастическими фильмами и опасными исследованиями. Дальним космосом называют то, что находится за пределами Солнечной Системы. В некоторых интерпретациях его можно отнести к межзвездному пространству, окружающему звезду и ее планетную систему.
Межпланетное пространство продолжается до гелиопаузы, далее его сменяет межзвездное. Гелиопаузой называют важнейшую составляющую гелиосферы. Она защищает все планеты нашей системы от радиации. Таким образом, дальнее космическое пространство — это сочетание межзвездного и межпланетного пространства всех планет Солнечной системы кроме Земли.
Дальнее космическое пространство нельзя считать вакуумом, в котором ничего нет. Хотя именно так нам его показывают многие фильмы и картины. Его наполнением является межзвездная среда, она состоит из рассредоточенных газов и пыли. Также в ней присутствуют магнитные поля, некоторые излучения, пылинки и ионы, отдельные молекулы. Плотность данной материи может меняться в зависимости от зоны. Ближе к центру планетной системы плотность повышается, в среднем она составляет миллион частиц на метр кубический. Газовая составляющая состоит примерно из 89% водорода, 9% гелия и 2% смеси тяжелых соединений, в том числе и металлов.
На протяжении долгих веков астрономы стремились к точному определению природы межзвездного пространства, как минимум с 17 века. Однако, человечество и сейчас не располагает достаточно мощными инструментами и технологиями для его подробного изучения. Это важная область для астрофизики, без нее наука не смогла бы определить, как наша планетная система расходует газы. Данные знания необходимы, чтобы представить длительность образования новых звезд.
Помимо межзвездного пространства в зону дальнего космоса входит межгалактическое. Последнее относится к пространству между галактиками, оно практически пустое, но даже его нельзя считать абсолютной пустотой. Плотность тоже меняется в зависимости от локализации, чем ближе к звездной системе — тем плотнее, так как здесь проходят солнечные ветра и потоки космического мусора, поступающего из планетной системы. Астрофизики высказывают предположения о том, что газ в данной среде ионизирован, таким его делают высокие температуры.
Астрономия дальнего космоса плохо изучена и поэтому привлекает людей своей загадочностью. Если тебе интересны теории относительно него, то обрати внимание на статью “Могут ли инопланетяне поймать радиосигнал с Земли?”.
Источник
Вселенная сегодня
Новости космоса и астрономии
Слова «дальний космос» вызывают образы исследования и разведки дальних уголков галактики. Эта романтическая идея немного верна; дальний космос относится к космосу за пределами нашей Солнечной Системы. Дальний космос может иногда относиться к межзвездному пространству, которое является любым пространством снаружи звезды и ее планетной системы. Межпланетное пространство — это пространство в планетной системе до гелиопаузы, где межпланетное пространство сменяется межзвездным пространством. Гелиопауза — это часть гелиосферы, которая является своего рода щитом, защищающим Солнечную Систему от излучений (радиации). Дальний космос — это сочетание межзвездного пространства и межпланетного пространства от всех других солнечных систем, за исключением нашей.
Межзвездное пространство, и дальний космос для той материи, — это не пустой вакуум, в который картины заставляют нас поверить. Оно заполнено межзвездной средой (МЗС). Межзвездная среда — это газ и пыль, которые занимают межзвездное пространство. Это очень разреженная смесь космических излучений, магнитных полей, ионов, пылинок и других молекул. Плотность материи изменяется в зависимости от того, где она находится. Она плотнее ближе к планетной системе со средней плотностью миллион частиц на каждый кубический метр. Газ в межзвездной среде состоит приблизительно из 89% водорода, 9% гелия и 2% других более тяжелых веществ, в том числе крошечных количеств металлов.
Астрономы пытались определить природу межзвездного пространства в течение веков — по крайней мере с 1600-х годов — но их усилиям препятствовали ограниченные инструменты и технологии, которые им были доступны. Межзвездная среда важна для астрофизиков, потому что она помогает им определить, как быстро солнечная система расходует свои газы, и из этого, насколько долгая продолжительность ее звездообразования.
В дополнение к межзвездному пространству, дальний космос включает межгалактическое пространство. Межгалактическое пространство относится к пространству (космосу) между галактиками. Межгалактическое пространство почти совершенно пустое и очень близко к абсолютному вакууму (абсолютной пустоте). Плотность вещества в межгалактическом пространстве — межгалактической среде — отличается в различных местах. Есть более высокая плотность межгалактической среды ближе к звездным системам, потому что большая часть среды приходит от солнечных ветров и других обломков (космического мусора) из планетной системы. Астрономы полагают, что газ в межгалактической среде — это ионизированный газ, в результате его относительно высоких температур. Дальний космос имеет определенную привлекательность, намекая на неизвестное и загадочное, одну из причин, почему он всегда привлекал людей.
Название прочитанной вами статьи «Дальний космос».
Источник
Дальний космос раскрывает свои тайны
33 миллиона километров оставалось космическому разведчику до планеты. Прошло 4 года со дня его запуска на космодроме, и долгая дорога протянулась позади «Вояджера» на 2 миллиарда километров. Благополучно пересечен опасный Пояс астероидов с его нескончаемыми потоками метеоритных тел. Хрупкие электронные приборы выдержали жестокий холод мирового пространства и электромагнитные бури в окрестностях крупнейшей планеты Солнечной системы – Юпитера.
А впереди? Риск от столкновений с камнями и льдинами вблизи Сатурна, прежде чем «Вояджер» отправится в свой 8-летний рейс к самым далеким планетам – Урану и Нептуну.
…Перед глазами тех, кто находился в Центре управления, представала грандиозная картина. Сатурн, увенчанный огромным «ожерельем», уже занимал почти весь кадр телевизионного изображения. Золотисто-желтая планета с сероватыми шапками полюсов и едва различимыми в тумане пестрыми поясами неслась и вертелась в черной бездне неба.
Исследователи устремляют свой взор на знаменитые кольца Сатурна, которые вот уже несколько столетий не дают покоя астрономам.
Великий Галилей первым заметил что-то странное во внешности Сатурна. Телескоп Галилея был слишком слаб, и ученому казалось, что у Сатурна имеются ручки, как у сахарницы. Лишь полвека спустя Христиан Гюйгенс доказал, что странные полукружия по сторонам планеты не что иное, как тонкие, но очень широкие кольца.
Расстояние до планеты 33 миллиона километров. На экране – три кольца Сатурна, давно открытые с помощью телескопов: А, В и С. Однако на кадрах космической съемки можно заметить и нечто такое, что невозможно увидеть с Земли. Прежде всего, сложность строения колец и их потрясающая окраска.
Самое большое кольцо – наружное – искрится серебристым цветом, среднее – чуть красноватое, и внутреннее темно-голубое, оно полупрозрачно, точно сделано из тонкой, едва осязаемой, материи.
8 миллионов километров. На телевизионном изображении умещается только четвертая часть полушария Сатурна. Сбоку планеты засияли две тесно прижавшиеся друг к другу луны – Тефия и Диона. Но ученые настойчиво возвращаются к исследованию колец. Просматриваются уже не три, а семь колец, вложенных одно в другое. Вот они, вновь открытые: F – снаружи старого А, G – снаружи нового F, Е – наиболее удаленное от планеты широкое кольцо, D – самое близкое к Сатурну.
Но что это такое? Сравнивая фотографии, специалисты видяти, что каждое из больших колец распадается на множество узких еле заметных «обручей». На одной фотографии их насчитали 95! Даже в черном «провале» шириной 4 тысячи километров между кольцами А и B, который всегда признавался пустым, ученые насчитали десятки тонких «обручей».
2 миллиона километров. Приборы «Вояджера» нацелены на быстро приближающийся Титан – самый большой спутник Сатурна. По размерам он превосходит планету Меркурий. Возбуждение астрономов легко понять. Титан – единственный спутник во всей Солнечной системе, обладающий мощной атмосферой, которая в 10 раз толще земной. «Вояджер» пролетел мимо Титана на расстоянии 6,5 тысяч километров — в 60 раз ближе, чем расстояние от Земли до Луны. И все же ученые мало что увидели на экране – помешал густой туман атмосферы Титана, похожий на химический смог.
1 миллион километров. На экране ослепительно яркая Рея – вторая по величине луна Сатурна. Она вся изрыта кратерами – непрерывная космическая бомбардировка продолжалась миллиарды лет. В поле зрения камеры попал еще один сверкающий в бархатной черноте космоса спутник. Это Диона, которая больше других объектов системы Сатурна похожа на нашу Луну, вот только «моря» на Дионе покрыты отнюдь не застывшей лавой. Всюду виден водяной лед, прочный, как камень. Сеть белых «жгутов» говорит о местах, где вырвавшаяся из недр вода мгновенно застывала, объятая лютым морозом. Температура поверхности Дионы минус 180°С – здесь солнце светит в 900 раз более тускло, чем на орбите Земли.
Перед глазами исследователей проплывает неизвестный ранее спутник «Сатурн-12» (S-12). Удивительно: он находится на той же орбите, что и Диона. При этом S-12 всегда летит впереди Дионы на удалении 1/6 доли окружности орбиты. В небесной механике такое явление принято называть орбитальным резонансом.
300 тысяч километров. Скоро свидание с Сатурном. С левого борта разведчика, словно приветствуя его прилет, появился Мимас. Странный у него вид. Миллиарды лет назад этот спутник столкнулся с крупным небесным телом – колоссальной силы взрыв вырвал из тела Мимаса столько льда и камня, что образовался кратер глубиной 9 и шириной в 130 километров. Кратер занимает четвертую часть полушария спутника!
Из всех планет солнечной системы Сатурн уступает по размеру только Юпитеру. Внутри него хватило бы места для трех сотен земных шаров. Но средняя плотность гиганта очень мала – если бы где-нибудь существовал фантастический бескрайний океан, то Сатурн плавал бы на его поверхности, как пробка.
Согласно новой модели, созданной по приборам «Вояджера», планета представляется нам сплюснутым у полюсов шаром из водорода и гелия. Мощная газовая оболочка Сатурна, при все возрастающем давлении, ближе к центру переходит в жидкое состояние. Жидкая планета до самого ядра!
А что же твердое ядро? Оно величиной с Землю, но имеет массу в 15-20 раз больше. Настолько велика плотность вещества в центре планеты, где давление — 50 миллионов земных атмосфер! И температура + 20 000 градусов! Жидкий шар кипит, а в верхнем ярусе облаков планеты царит жестокий холод. Как возникает этот огромный перепад температур? При обширности недр планеты и ее колоссальной гравитации, газовым потокам требуется сотни лет, чтобы перенести тепло глубин на верхний слой облаков атмосферы Сатурна.
Сатурн излучает в пространство втрое больше энергии, чем сам получает от Солнца. Во-первых, тепло создается благодаря постепенному сжатию газового великана – его диаметр уменьшается на миллиметры в год. Кроме того, у Сатурна существует другой фантастический источник энергии. Раскаленный шар Сатурна остывал с самого рождения Солнечной системы. По расчетам астрофизиков, 2 миллиарда лет назад на большой глубине планеты давление недр упало ниже критической точки сгущения гелия. И пошел дождь… Странный дождь, который льет и по сей день. Капли гелия падают на многие тысячи километров в толще жидкого водорода, при этом возникает трение и появляется тепловая энергия.
Под действием быстрого вращения планеты (любая точка на экваторе Сатурна движется в 14 раз быстрее чем на экваторе Земли) в загадочном мире дуют ветры чудовищной силы – в одном месте аппаратура «Вояджера» зафиксировала скорость движения облаков 1600 км/ч. Как вам такой освежающий бриз?
Объективы телекамер «Вояджера» скользят в южное полушарие Сатурна. Вдруг на экранах Центра управления полетом появилось овальное пятно длиной в десяток тысяч километров – копия Великого Красного пятна на Юпитере. Внутри пятна может свободно поместиться планета Земля. Но это всего лишь бушующий атмосферный вихрь в атмосфере Сатурна, которому нет конца.
«Вояджер» продолжал полет мимо Сатурна, когда вдруг прекратилась радиосвязь. Ученые не волновались – согласно расчетам аппарат скрылся в «радиотени» планеты. Когда разведчик «вынырнул» с обратной стороны Сатурна, ситуация стала по-настоящему серьезной. Заклинило механизм наведения поворотной платформы с приборами. Неужели не удастся сфотографировать ночную сторону планеты?! Очень жаль, что из-за технической неисправности придется отменить запланированную встречу с большими спутниками — Энцеладом и Тефией.
Из Центра управления посыпались сигналы бортовому компьютеру межпланетной станции. Контроль за ремонтом механизма осложнялся космическим расстоянием – время задержки радиосигнала между Землей и Сатурном составляет 1,5 часа. В конце концов, цифровой мозг «Вояджера» разблокировал приводы наведения телекамер, но время было потеряно и близкое знакомство состоялось только с Тефией.
Когда аппарат уже удалялся от Сатурна со скоростью 22 км/с, ученые увидели электрическую бурю в кольцах Сатурна. Молнии, озаряя теневую сторону, бросали красные блики на ночные облака планеты…
Финал космической пьесы
Описанные выше события происходили в 1980-1981 годах, когда мимо Сатурна пролетели две автоматические межпланетные станции «Вояджер-1» и «Вояджер-2». Чтобы избежать повторений, я решил не рассказывать о них по отдельности — все новости о системе Сатурна, переданные на Землю двумя аппаратами, условно «вложены в уста» одного под именем «Вояджер» (без номера).
Становится немного обидно, от осознания того, что спустя три десятилетия, наши космические технологии, остались на том же уровне.
Каждую ночь, когда заходит Солнце и темнеющий небосклон покрывается россыпью звезд, мы видим Космос. Для исследований космического пространства требуется фантастически сложная техника, созданная на основе передовых достижений ракетостроения, электроники, ядерных технологий и других наукоемких отраслей науки и техники. Поэтому полеты межпланетных зондов, несмотря на свою кажущуюся нереалистичность и отсутствие какой-либо практической пользы, требуют решения многочисленных прикладных задач: создание мощных и компактных источников энергии, развитие технологий дальней космической связи, совершенствование конструкций и двигателей, разработка новых способов гравитационных маневров, в т.ч. с использованием точек Лагранжа. Весь этот фронт исследований может стать «локомотивом» современной науки, а полученные результаты смогут принести пользу в решении более насущных задач. И тем не менее, большинство проблем остаются нерешенными.
Все современные робкие попытки исследовать внешние планеты (миссии Улисс, Кассини, Новые Горизонты) – все они основаны на тех же технологиях и разработках, которые использовались в проекте «Вояджер». За 30 лет не было создано ни одного нового типа двигателя, пригодного для межпланетных полетов. Например, ионные двигатели японского исследовательского зонда «Хаябуса», которые преподносятся как ультрасовременный хай-тек, на деле – хорошо забытые разработки середины ХХ века – ионные двигатели широко использовались в системах ориентации советских метеорологических спутников «Метеор». Во-вторых, ионные двигатели – достаточно специфическое средство: у них действительно потрясающе низкий расход топлива (считанные миллиграммы в секунду), но и, соответственно, они создают тягу в несколько миллиньютонов. На разгон космического аппарата уходят долгие годы и никакой реальной выгоды в итоге не получается.
Обычные жидкостные реактивные двигатели (ЖРД), мало того, что очень прожорливы – их работа ограничена десятками (сотнями) секунд, ко всему прочему не способны разогнать космический корабль до требуемой скорости, например, для достижения орбиты Сатурна. Фундаментальная проблема – слишком низкая скорость истечения газов. И никаким образом поднять ее не удается.
Пик моды 50-х годов – ядерный реактивный двигатель развития не получил, ввиду отсутствия каких-либо существенных преимуществ. Несмотря на неугосимое пламя ядерного реактора, такому двигателю требуется рабочее тело – т.е. по сути, это обычный жидкостный ракетный двигатель со всеми вытекающими отсюда последствиями и недостатками.
Оригинальный способ передвижения в космосе с помощью импульсов ядерных взрывов, предложенный Фрименом Дайсоном в 1957 году (проект «Орион») так и остался на бумаге – слишком смелая, и, честно говоря, сомнительная идея.
«Покорители космоса» (здесь иронично по отношению ко всему Человечеству) за 50 лет Космической Эры так и не смогли создать эффективного двигателя для перемещения в межпланетном пространстве. Мы бы никогда не увидели ни Юпитера, ни Сатурна, если бы не подсказка со стороны специалистов по небесной механике – использовать для разгона АМС гравитацию планет. «Межпланетный бильярд» позволяет не используя двигатель набрать огромную скорость (15-20 км/с) и исследовать окраины Солнечной системы. Единственная проблема жестко ограниченные «окна запусков» — считанные дни (недели) один раз в несколько лет. Без права на малейшую ошибку. Долгие годы полета и считанные часы на рандеву с объектом исследования.
С помощью гравитационных маневров летали «Вояджеры», по этой же схеме летит к Плутону современный зонд «Новые горизонты», но только для пересечения Солнечной системы ему потребуется 9 лет. А потом у экспедиции будет всего один день на исследование далекой планеты! Зонд промчится мимо Плутона на огромной скорости и навсегда исчезнет в межзвездном пространстве.
Источник