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
Прошлое, настоящее и будущее гравитационно-волновой астрономии
Когда Альберт Эйнштейн опубликовал свою общую теорию относительности в 1915 году, он дал научному сообществу множество теоретических предсказаний о природе пространства, времени, вещества и гравитации. Однако, в отличие от большей части его предыдущих работ, общую относительность нелегко проверить с помощью экспериментов и непосредственного наблюдения.
Все изменилось столетие спустя, 14 сентября 2015 года, когда детекторы с гравитационно-волновой обсерваторией (LIGO) с двумя лазерными интерферометрами зарегистрировали гравитационные волны от слияния двух черных дыр. Впервые научное сообщество оказало определенную поддержку одному из величайших предсказаний, вытекающих из общей теории относительности Эйнштейна, — что ускорение массивных объектов может создавать пульсации в ткани пространства-времени.
Всего за три коротких года, прошедших с этого первоначального наблюдения, LIGO сделал или внес свой вклад в оползень новых открытий, помогая вступить в век астрономии гравитационных волн. Астрономия Университета Мэриленда Профессор Колман Миллер, эксперт в области теории и моделирования гравитации, выступил соавтором обзора прошлого, настоящего и будущего гравитационно-волновой астрономии для журнала Nature, опубликованного 25 апреля 2019 года часть серии, посвященной 150-летию журнала, который был впервые опубликован 4 ноября 1869 года.
«Прямое наблюдение гравитационных волн было важным тестом общей теории относительности, который дал нам доступ к информации, которой у нас просто не было прежде«, — сказал Миллер, который также является со-директором Объединенного института космических наук (JSI), партнерство между UMD и Центром космических полетов имени Годдарда Н. «Существует очень ограниченный набор способов получения информации о далекой вселенной за пределами нашей солнечной системы. Мы пропустили много нетривиальных событий, прежде чем мы смогли обнаружить гравитационные волны. Чтобы предложить некоторую перспективу: заключительное падение слияния чёрных дыр испускает в десятки раз больше энергии в гравитационных волнах, чем все звезды в видимой вселенной излучают за тот же период времени ».
Миллер является соавтором более 20 публикаций, связанных с гравитационным излучением. Хотя он четыре года (2010–2014 годы) был председателем Программно-консультативного комитета LIGO, Миллер не принимал непосредственного участия в научной деятельности LIGO. Это дает ему уникально осведомленную, но с научной точки зрения объективную точку зрения на эту тему.
В обзорной статье, написанной в соавторстве с Николасом Юнесом из Университета штата Монтана, прослеживается ранняя история попыток исследования общей теории относительности, включая несколько косвенных наблюдений и теоретическую работу. Затем Миллер и Юнс описывают вклад профессора физики UMD Джозефа Вебера (1919-2000), который первым предположил, что физически возможно обнаружить и измерить гравитационные волны.
Начиная с 1960-х годов Вебер проектировал, строил и эксплуатировал пару сплошных алюминиевых прутьев — один около кампуса UMD, а другой — недалеко от Чикаго, — который, как он предположил, будет резонировать как колокол при ударе проходящих гравитационных волн. Так начались многолетние научные исследования, в которых приняли участие сотни ученых со всего мира, в том числе многие преподаватели УМД, сотрудники и выпускники. Сообщество физиков в конечном итоге остановилось на совершенно ином дизайне интерферометра, который станет основой для установок детекторов-близнецов LIGO в Ливингстоне, Луизиана, и Хэнфорде, Вашингтон.
С помощью профессора физики UMD и научного сотрудника JSI Питера Шаухана и профессора физики UMD College Park Алессандры Буонанно — обоих главных исследователей в Научном сотрудничестве LIGO — в результате создания и тонкой настройки детекторов в 2015 году было проведено первое историческое наблюдение LIGO. Два года спустя, в 2017 году, руководитель проекта LIGO Райнер Вайс из Массачусетского технологического института и Кип Торн и Барри Бариш из Калифорнийского технологического института были удостоены Нобелевской премии по физике за новаторские наблюдения.
LIGO следовал за первоначальным обнаружением в 2015 году с несколькими наблюдениями за слияниями черных дыр. Но еще один важный поворотный момент наступил 17 августа 2017 года, когда ученые всего мира впервые сделали прямое наблюдение за слиянием двух нейтронных звезд — плотных коллапсирующих ядер, которые остаются после того, как крупные звезды умирают в сверхновой. Слияние было первым космологическим событием, которое наблюдалось как в гравитационных волнах, так и с помощью большого массива наземных и космических телескопов — всего спектра света, от гамма-лучей до радиоволн.
«Это событие дало нам мгновенное подтверждение того, что гравитационные волны движутся со скоростью, неотличимой от скорости света», — пояснил Миллер. «В течение многих лет существовали альтернативные теории гравитации, которые объясняли бы, что, как считается, делает темная материя. Но многие из них полагались на гравитационные волны, реагирующие на гравитацию массивных объектов не так как свет. Не было обнаружено, что это произошло после слияния нейтронных звезд, поэтому наблюдение за этим событием немедленно устранило широкий спектр этих теорий».
Слияние нейтронных звезд также дало первое прямое наблюдение за киловой звездой — массивный взрыв, который, как теперь полагают, создал большинство тяжелых элементов во вселенной. Во главе с Элеонорой Троя из UMD, научным сотрудником Департамента астрономии, ранний анализ килонова показал, что взрыв произвел ошеломляющее количество платины и золота, общая масса которых в несколько сотен раз больше массы Земли.
«Один только этот вывод сильно подтолкнул к выводу, что все элементы, более тяжелые, чем железо, производятся в результате слияния нейтронных звезд«, — объяснил Миллер. «Это очень интересно«.
1 апреля 2019 года LIGO начал третий цикл наблюдений после серии обновлений своих лазеров, зеркал и других компонентов. В то время как Миллер колеблется, чтобы ставить свои собственные ожидания слишком высоко, он надеется, что последний раунд принесет некоторые новые сюрпризы.
«Вселенная даст нам то, что она даст нам. Тем не менее было бы замечательно увидеть слияние между черной дырой и нейтронной звездой«, — сказал Миллер. «И несколько дополнительных слияний двойных нейтронных звезд, конечно, не повредят«.
Посмотрев дальше, Миллер и Юнс также оценили перспективы наблюдения фона гравитационных волн. Считается, что этот вездесущий гул гравитационных волн содержит отпечатки орбитальных черных дыр, нейтронных звезд и других массивных объектов. Эти пары объектов могут находиться на расстоянии десятков, сотен или даже тысяч лет от слияния и, следовательно, не способны генерировать всплеск гравитационных волн, обнаруживаемых с помощью современной технологии. Миллер сравнивает усилия по настройке ушей на шум разговора в переполненной комнате.
«Представьте, что вы пришли на вечеринку. Сначала вы можете видеть, что все разговаривают, но звук слышится тихо, если есть вообще«, — сказал Миллер. «Тогда ваш слух улучшится. Вы еще не можете услышать каждого человека, но вы можете услышать общий шум. Затем, когда ваш слух улучшится, вы сможете услышать некоторые разговоры поблизости и различить людей, которые находятся рядом и далеко«.
В течение следующих нескольких лет коллаборация International Pulsar Timing Array (IPTA) может стать первой, обнаружившей тонкий дрон из тысяч пар сверхмассивных черных дыр. С помощью крупнейших в мире радиотелескопов IPTA будет тщательно отслеживать отклонения при точном, похожем на часы мигании примерно 100 маленьких вращающихся нейтронных звезд, называемых пульсарами миллисекундной длительности. Эти отклонения помогут IPTA обнаружить гравитационные колебания от орбитальных пар сверхмассивных черных дыр, каждая из которых в миллиарды раз превышает массу Солнца.
Следующим крупным шагом в астрономии гравитационных волн станет запуск космической антенны лазерного интерферометра (LISA), которую возглавляет Европейское космическое агентство в партнерстве с НАСА. Это трио спутников, которое в настоящее время планируется развернуть к 2034 году, будет чувствительно к более низкому диапазону частот гравитационных волн, чем LIGO. Таким образом, LISA должна иметь возможность наблюдать события, которые LIGO не может обнаружить, такие, как слияния, в которые вовлечена одна или несколько сверхмассивных черных дыр.
«Многое может случиться за 15 лет. Тем временем я планирую съесть свои овощи, чтобы быть в состоянии оценить результаты LISA, когда спутники будут запущены», — сказал Миллер. «Волнение в астрофизическом сообществе только усиливается. Ожидание нового открытия было одним из непрекращающихся волн гравитационно-волновой астрономии».
Источник