Пять вопросов о расширении Вселенной, которые вы стеснялись задать
Когда мы смотрим на далекую Вселенную, мы всюду видим галактики — во всех направлениях, на миллионы и даже миллиарды световых лет. Поскольку есть два триллиона галактик, которые мы могли бы наблюдать, сумма всего, что за ними, больше и круче самых смелых наших представлений. Один из самых интересных фактов состоит в том, что все галактики, которые мы когда-либо наблюдали, подчиняются (в среднем) одним и тем же правилам: чем они дальше от нас, тем быстрее они от нас и удаляются. Это открытие, сделанное Эдвином Хабблом и его коллегами еще в 1920-х годах, привело нас к картине расширяющейся Вселенной. Но что с того, что она расширяется? Наука знает, а теперь и вы узнаете.
Чем дальше мы смотрим, тем дальше назад во времени мы заглядываем, видя еще не развитую Вселенную. Но — только если общая теория относительности применяется к расширяющейся Вселенной
В чем (куда) расширяется Вселенная?
На первый взгляд этот вопрос может показаться здравым. Потому что все, что расширяется, обычно состоит из вещества и существует в пространстве и времени Вселенной. Но сама Вселенная — это пространство и время, содержащее материю и энергию в себе. Когда мы говорим, что «Вселенная расширяется», мы имеем в виду расширение самого пространства, в результате которого отдельные галактики и скопления галактик удаляются друг от друга. Проще всего было бы представить шарик теста с изюмом внутри, который выпекается в печи, считает Этан Зигель.
Модель расширяющейся «булочки» Вселенной, в которой относительные расстояния увеличиваются по мере расширения пространства
Это тесто — ткань пространства, а изюминки — связанные структуры (вроде галактик или скоплений галактик). С точки зрения любой изюминки, все остальные изюмы будут от нее отходить, и чем они дальше — тем быстрее. Только в случае Вселенной печи и воздуха за пределами теста не существует, есть только тесто (пространство) и изюм (вещество).
Красное смещение создают не просто удаляющиеся галактики, а скорее пространство между нами
Откуда мы знаем, что это пространство расширяется, а не галактики удаляются?
Если вы видите, что во всех направлениях от вас удаляются объекты, есть только одна причина, способная это объяснить: расширяется пространство между вами и этими объектами. Также можно было бы предположить, что вы находитесь возле центра взрыва, и многие объекты просто находятся дальше и удаляются быстрее, потому что получили больше энергии взрыва. Если бы это было так, мы могли бы доказать это двумя способами:
- На больших расстояниях и высоких скоростях будет меньше галактик, поскольку со временем они сильно распространились бы в пространстве
- Отношение красного смещения и расстояния будет принимать конкретную форму на больших расстояниях, которая будет отличаться от формы, если бы расширялась ткань пространства
Когда мы смотрим на большие расстояния, мы находим, что дальше во Вселенной плотность галактик выше, чем ближе к нам. Это согласуется с картиной, в которой пространство расширяется, потому что смотреть дальше — то же самое, что смотреть в прошлое, где произошло меньше расширения. Мы также обнаруживаем, что отдаленные галактики имеют отношение красного смещения и расстояния, соответствующее расширению пространства, и совсем нет — если бы галактики просто быстро удалялись от нас. Наука может ответить на этот вопрос двумя разными способами, и оба ответа поддерживают расширение Вселенной.
Всегда ли Вселенная расширялась с одной скоростью?
Мы называем ее постоянной Хаббла, но она является постоянной только в пространстве, а не во времени. Вселенная в настоящий момент расширяется медленнее, чем в прошлом. Когда мы говорим о скорости расширения, мы говорим о скорости на единицу расстояния: около 70 км/c/Мпк сегодня. (Мпк — это мегапарсек, примерно 3 260 000 световых лет). Но скорость расширения зависит от плотностей всех разных вещей во Вселенной, включая материю и излучение. По мере расширения Вселенной материя и излучение в ней становятся менее плотными, а вместе с падением плотности падает и скорость расширения. Вселенная расширялась быстрее в прошлом и замедляется со времен Большого Взрыва. Постоянная Хаббла — это неверное название, ее стоило бы назвать параметром Хаббла.
Далекие судьбы Вселенной предлагают разные возможности, но если темная энергия действительно постоянна, как показывают данные, мы будем следовать красной кривой
Будет ли Вселенная расширяться вечно или когда-нибудь остановится?
Несколько поколений астрофизики и космологи ломали голову над этим вопросом, и ответить на него можно, только определив скорость расширения Вселенной и все типы (и количества) энергии, присутствующие в ней. Мы уже успешно измерили, сколько имеется обычной материи, излучения, нейтрино, темной материи и темной энергии, а также скорость расширения Вселенной. Основываясь на законах физики и произошедшем в прошлом, складывается впечатление, что Вселенная будет расширяться вечно. Хотя вероятность этого не 100%; если нечто вроде темной энергии будет вести себя иначе в будущем по сравнению с прошлым и настоящим, все наши выводы придется пересмотреть.
Галактики движутся быстрее скорости света? Разве это не запрещено?
С нашей точки зрения, расширяется пространство между нами и удаленной точкой. Чем дальше она от нас, тем быстрее, как нам кажется, она удаляется. Даже если скорость расширения была бы крошечной, далекий объект однажды пересек бы порог любой предельной скорости, потому что скорость расширения (скорость на единицу расстояния) многократно умножилась бы при достаточном расстоянии. ОТО одобряет такой сценарий. Закон того, что ничто не может двигаться быстрее скорости света, применяется только к движению объекта через пространство, а не к самому расширению пространства. В реальности сами галактики движутся на скорости всего в несколько тысяч километров в секунду, что намного ниже предела в 300 000 км/с, установленного скоростью света. Именно расширение Вселенной вызывает рецессию и красное смещение, а не истинное движение галактики.
В пределах наблюдаемой Вселенной (желтый круг) находится приблизительно 2 триллиона галактик. Галактики, которые находятся ближе, чем на треть пути до этой границы, мы никогда уже не сможем догнать из-за расширения Вселенной. Для освоения силами людей открыто всего 3% объема Вселенной
Расширение Вселенной является необходимым следствием того, что материя и энергия наполняют пространство-время, которое подчиняется законам общей теории относительности. Пока есть материя, есть и гравитационное притяжение, так что либо гравитация победит и все снова сожмется, либо гравитация проиграет и победит расширение. Нет никакого центра расширения и нет ничего вне пространства, которое расширяется; именно сама ткань Вселенной расширяется. Что самое интересное, даже если бы мы покинули Землю на скорости света сегодня, мы смогли бы посетить всего 3% галактик в наблюдаемой Вселенной; 97% из них уже вне зоны нашей досягаемости. Вселенная сложна.
Источник
20 захватывающих фактов о Вселенной, которые интересны не только астрономам
Тайны космоса: Марс гудит, на Титане есть река длиной 400 км
Говорят, что бесконечно можно смотреть на три вещи: как горит огонь, как течет вода и как работают другие люди. Вот, честно скажем, недоговаривают. На самом деле в этот список должен входить как минимум еще один пункт, и касаться он должен космоса. Изучение Вселенной — вот что еще можно человеку делать, пожалуй, бесконечно.
А все потому, что Вселенная не перестает удивлять нас новыми открытиями, своим величием и просто девственной непознанностью. Ведь человечество находится сейчас лишь в начале пути изучения космического пространства, и сколько прекрасных открытий ждет нас впереди…
Вот, к примеру, материал для рассуждения. 20 фактов о Вселенной, о которых, как мы думаем, вы, скорее всего, не знали. Что ж, если мы правы, тем интереснее будет вам почитать нашу статью. Приятного чтения!
1. Самое большое солнечное пятно было зарегистрировано 7 января 2014 года в самом центре солнечного диска
Диаметр этого пятна составил 237 600 километров в длину.
2. Самая длинная река за пределами Земли расположена на Титане (крупнейшем спутнике Сатурна), ее длина составляет порядка 400 км (по другим данным, 320 км)
Астрономы, используя космический аппарат NASA «Cassini», обнаружили глубокие каньоны с крутыми берегами, в которых течет жидкий метан и другие углеводороды.
Данные были получены во время миссии сбора данных при пролете космического исследователя в мае 2013 года в непосредственной близости от спутника Сатурна.
3. Самая высокая гора в Солнечной системе — гора Олимп , которую астрономы рассмотрели на Марсе
Разглядеть ее при помощи приборов было не очень сложно, ведь это не пакетик с орешками. Ее площадь составила более 550 километров, а высота — 25 000 метров (25 км). То есть она в 3 раза больше высочайшей вершины нашей планеты — горы Эверест.
4. Самая большая звезда, которую удалось наблюдать ученым, — это звезда под названием «UY Scuti», которая может вместить в себя 5 миллиардов Солнц
На изображении выше на фоне сверхгиганта очень сложно рассмотреть Солнце.
Немного приблизим картинку. Все еще почти ничего не видно?
Еще увеличим масштаб. Вот эта еле заметная крошечная пылинка — наше Солнце.
Еще увеличили изображение.
И еще. Да, наше Солнце по сравнению с этим гигантом — всего лишь пиксель. Учитывая, что Земля в 109 раз меньше этого 1 пикселя, вопрос о нашем месте во Вселенной может вызвать взрыв мозга…
5. А вот самый маленький спутник Солнечной системы — спутник Юпитера Леда. Его диаметр всего 14 километров
Один полный оборот вокруг Юпитера у этого малыша занимает 240,9 суток. Он был обнаружен Чарльзом Т. Ковалом в 1974 году. Свое официальное название «Леда» получила в 1975 году.
6. Самая большая черная дыра из когда-либо обнаруженных находится в центре галактики CID-947, в 220 миллионах световых лет от Галактики Млечный Путь
Черная дыра примерно в 7 миллиардов раз больше Солнца (!), а ее возраст оценивается в 11,7 миллиарда лет. Ученые также высчитали, что скорость пожирания галактики, расположенной вокруг этого сверхгиганта, просто феноменальна и не имеет вселенских прецедентов, по крайней мере, на данный момент.
7. Ближайшая к Земле звезда (кроме Солнца) — Проксима Кентавр , красный карлик, расположившийся на расстоянии 4,24 световых лет от Земли
Была открыта в 1915 году. Ее масса в 8 раз больше массы Солнца. Она относится к звездной системе Альфа Центавра. И тем не менее, несмотря на то, что звезда находится близко, ее очень трудно разглядеть невооруженным взглядом из-за ее тусклости.
8. Глизе 581 c — потенциально пригодная для жизни экзопланета
Глизе 581 c — экзопланета, расположенная в 20 световых годах, или 192 триллионах километров от Земли, в созвездии Весов. Новая планета, обнаруженная в апреле 2007 года, примерно в 5 раз массивнее Земли.
Планета вращается вокруг звезды на расстоянии 10,9 миллиона километров (тогда как Земля, для сравнения, находится на расстоянии 150 млн км от Солнца).
В результате, несмотря на то, что звезда Глизе 581 почти в три раза меньше Солнца, на небе планеты ее родное светило выглядит в 20 раз больше нашей звезды.
Из-за близости к звезде Глизе 581 испытывает воздействие приливных сил и может, как предполагают ученые, всегда располагаться к звезде одной стороной либо вращаться в резонансе, как Меркурий.
Но даже на этой планете может быть жизнь. Почему? Дело в том, что, несмотря на два противоположных полюса, где с одной стороны вечная жара, а с другой сильный минус, между этими двумя крайностями находится узкая полоска территории с усредненными условиями, которые, теоретически, могут поддерживать инопланетную жизнь.
9. Самый горячий из когда-либо обнаруженных звездных выбросов произошел на поверхности небольшой звезды в 60 световых годах от Земли
Температура выбросов была в 12 раз выше температуры ядра Солнца и достигла 200 миллионов градусов. Ученые утверждают, что если бы подобный выброс произошел на Солнце, Земля очень быстро исчезла бы.
10. 16 ноября 1966 года был зарегистрирован самый обильный звездопад
Он наблюдался в западных штатах США, когда в атмосферу ворвались 144 тысячи метеоритов, это 2 300 метеоритов в минуту…
11. Самая дальняя наблюдаемая галактика, обнаруженная на сегодняшний день, находится в 30 миллиардах световых лет от Земли
Поскольку свету требуется много времени, чтобы достичь нас от одного края наблюдаемой Вселенной, мы видим эту галактику такой, какой она была 13,1 миллиарда лет назад. Но поскольку Вселенная расширяется, ее расстояние до Земли составляет уже 30 миллиардов световых лет. Далекая галактика получила название z8_GND_5296.
12. 9 декабря 1994 года астероид под наименованием «1994 XM1» получил титул ближайшего к Земле астероида
В декабре 1994 года астероид размером с небольшой частный дом пролетел всего в 105 тысячах километров от поверхности Земли, то есть пересек орбиту Луны, оказавшись на время ближе нее к Земле в 3 раза.
13. Самая яркая звезда, которую можно увидеть с Земли невооруженным глазом, — это звезда Сириус в созвездии Большого Пса
Сириус, также известный как ярчайшая из ближайших к нам звезд, на самом деле является двойной звездой. Он состоит из звезд «Сириус A» и «Сириус B» и представляет собой двойную систему гравитационно связанных звезд, обращающихся по замкнутым орбитам вокруг общего центра масс.
14. Самая горячая планета Солнечной системы — Венера. Температура на Венере может превышать 425 градусов
Почему «Вечерняя звезда», или «Утренняя звезда», как называют эту планету, такая горячая? Все дело в том, что ее атмосфера не пропускает падающие солнечные лучи обратно, то есть из-за парникового эффекта.
15. Еще о крупнейших образованиях Вселенной. Галактика, обозначенная в астрономических атласах под порядковым номером 3C236, обладая около 10 миллиардами сверхновых звезд, является самой большой известной галактикой на момент наблюдений
Эта галактика с огромной энергией (1061 эрг) расположена в 10 миллионах световых лет от нас. Удивительно, что такой гигант находится практически у нас под боком, так сказать, по соседству.
К примеру, ближайшая к нам Галактика Андромеда (которая через миллиарды лет, скорее всего, столкнется с Млечным Путем) находится на расстоянии всего в 4 раза ближе, чем 3C236.
16. Знали ли вы, что Венера — самая медленно вращающаяся планета Солнечной системы, а Юпитер — самая быстро вращающаяся планета вокруг своей оси?
фото: Science History Images / Alamy Stock Photo
Земля совершает свой оборот за 1 день, Юпитер — за 10 часов и Венера — за 243 дня. Венера завершает свой оборот вокруг Солнца за 224 дня. Получается, что у Венеры день длиннее года. Вот такая странная планета.
17. Самая большая из обнаруженных на сегодняшнее время планет расположена в созвездии Андромеды, она в 13 раз больше Юпитера
Согласно исследованию, опубликованному в журнале Astrophysical Journal Letters, планета-гигант находится на расстоянии 170 световых лет от Земли и в 2,5 раза больше Солнца.
18. Ганимед — самый большой спутник Юпитера, а также крупнейший в Солнечной системе
Он больше планеты Меркурий. Открыт он был Галилео Галилеем в 1610 году. Ганимед — единственный спутник в Солнечной системе, обладающий собственной магнитосферой.
Считается, что у спутника присутствует тонкая атмосфера, состоящая из:
19. Самый сильный зарегистрированный взрыв сверхновой звезды был зафиксирован 23 февраля 1987 года на расстоянии 170 000 световых лет
Когда водород, который является топливом для звезд, исчерпывается, ее центр сжимается, в результате чего происходит феноменальной силы взрыв, высвобождающий в космос поток нейтрино.
Высвободившаяся в результате взрыва энергия сверхновой звезды оказалась в 100 миллиардов раз больше энергии Солнца.
Следует подчеркнуть, что звезда не взорвалась в 1987 году, это нейтрино звезды, взорвавшейся 170 000 лет назад, достигли в это время Земли. Сам взрыв произошел примерно в то время, когда на Земле появились первые кроманьонцы…
20. Марс издает гудящие звуки изнутри
Марсианский гул — лишь одна из множества новых загадок и открытий, обнаруженных спускаемым аппаратом НАСА InSight. Тихий, но постоянный гул, периодически пульсирующий в такт с ритмом землетрясений, сотрясающих Красную планету, остается на данный момент нераспознанным по своей природе.
Источник