Звездный песок
Как выглядел бы пляж, песчинки на котором пропорциональны звездам Млечного Пути?
Песок — это интересно [источник?] .
«Чего больше: песчинок или звезд?» — многие искали ответ на этот популярный вопрос. И похоже на то, что звезд в видимой Вселенной больше, чем песчинок на всех пляжах Земли, вместе взятых.
Выполняя подобные расчеты, обычно находишь достоверные сведения о количестве звезд, потом на коленке прикидываешь размер одной песчинки и вычисляешь количество песчинок на Земле [ 1 ] . ↲ С практической точки зрения геология и почвоведение гораздо сложнее, чем астрофизика. ↳ Сегодня мы не будем пускаться в эти дебри, но для ответа на вопрос Джеффа все же придется разобраться с песком [ 2 ] . ↲ «Мне потому нравится песок, что я совершенно не знаю, что он из себя представляет, а вокруг его так много», — @darth__mouth. ↳ Точнее, нам нужно иметь некоторое представление о размерах частиц глины, ила, мелкого песка, крупного песка и гравия, чтобы понять, как выглядела бы наша галактика, будь она пляжем [ 3 ] . ↲ Вместо простого перечисления содержимого.
К счастью, у Геологической службы США есть замечательная таблица, которая отвечает на эти и другие вопросы. Мне она весьма нравится — это как геологический вариант шкалы электромагнитных излучений.
Согласно исследованиям песка [ 4 ] , ↲ Я полагаю, их должно быть немало. ↳ типичный размер песчинок с пляжа составляет 0,2–0,5 мм (с меньшими песчинками наверху). Такой песок называют средне- и, соответственно, крупнозернистым. Отдельные песчинки примерно таких размеров:
Допустим, Солнцу соответствует песчинка типичных размеров. Тогда для всех звезд галактики мы получим большую песочницу [ 5 ] . ↲ То есть получим-то мы кучу чисел, но воображение превратит ее в песочницу.
Но такое представление будет ошибочным: звезды различаются размерами.
Есть несколько широко распространенных видео на YouTube, где сравниваются размеры звезд. Они дают отличное представление о том, насколько велики некоторые звезды. Хотя легко заплутать среди видеороликов и потерять ощущение масштаба, очевидно, что некоторые песчинки в нашей песочнице будут больше похожи на валуны.
Вот как будут выглядеть звезды главной последовательности [ 6 ] : ↲ Звезды в основной части своего эволюционного цикла.
Почти все они попадают в категорию «песок», хотя более крупные «олимпийские» [ # ] ↲ Да-да, в оригинале вместо олимпийского девиза были слова из песни Daft Punk. Но адаптация, согласитесь, получилась удачной. — Прим. пер. ↳ звезды пересекают черту, становясь «гранулами» или «мелкой галькой».
Впрочем, это только звезды главной последовательности. Умирающие звезды становятся гораздо, гораздо больше.
Когда у звезды заканчивается топливо, она расширяется до красного гиганта. Даже обычная звезда может стать громадным представителем этого класса. Но когда звезда и так огромна, она превращается в настоящего монстра. Эти красные супергиганты — самые большие звезды во Вселенной.
Звезды-песчинки размером с пляжный мяч будут редкими, а вот красные гиганты величиной с виноградину или с бейсбольный мяч будет относительно легко найти. И хоть им и близко не сравниться по распространенности с солнцеподобными звездами и красными карликами, благодаря своему огромному объему они образуют основную массу нашего песка. У нас будет большая песочница простых песчинок… и многокилометровое поле гравия неподалеку.
Маленький участок песка будет содержать 99% общего количества частиц, но менее 1% общего объема. Наше Солнце не похоже на крупинку из мягкого песка галактического пляжа. Напротив, Млечный Путь больше напоминает поле валунов с песчинками между ними.
Но, как и с земными побережьями, на редких полосках песка между камней и происходит все веселье.
© What If? по-русски, 2018
Нас можно найти во ВКонтакте, в Twitterʼе, на GitHubʼе.
А еще мы переводим комиксы на сайте xkcd.ru!
В материалах сайта используются оригинальные тексты и изображения с сайта what-if.xkcd.com.
Материалы сайта источника и этого сайта распространяются по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial 2.5 License. Также авторы этого сайта полностью солидарны с комментариями к лицензии.
Нашли опечатку? Чтобы сообщить нам, выделите текст ошибки и нажмите Ctrl+Enter (со смартфона — кнопку «Ошибка?»).
Источник
Краткий очерк о жизни нашего Солнца
Солнце – наш источник тепла, энергии и света. Мы не можем смотреть на него без специальных защитных устройств, и всем нам оно кажется ярким лучистым шаром, но какое оно на самом деле? Долгое время все астрономы считали, что оно идеально. Только Галилео Галилей смог в свой самодельный телескоп увидеть, что даже у Солнца есть пятна, и предположил, что оно имеет очень сложную слоистую структуру.
Солнце считается звездой в «самом расцвете сил». Пусть это и маленький, ничем не примечательный жёлтый карлик, и по сравнению с другими массивными звёздами оно выглядит, как маленькая горошина рядом с баскетбольным мячом, зато оно относительно спокойное и долгоживущее – за всё время существования подобных ему звёзд жизнь не просто может успеть зародиться и сформироваться, но и даже стать разумной. Так, например, самые крупные голубые гиганты сжигают все свои запасы ядерного топлива всего за 10-20 миллионов лет, а это лишь несколько мгновений по сравнению с продолжительностью жизни жёлтых карликов – Солнцу уже примерно 4,5 млрд лет, и оно проживёт ещё столько же перед тем, как сойти с главной последовательности, но у нас времени осталось всё же намного меньше.
История Солнца началась около 4,5-5 млрд лет назад. Взорвалась сверхновая звезда. После этого взрыва немыслимой мощности взрывная волна прокатилась по всему «близлежащему» космическому пространству, и на её пути ей встретилось молекулярное облако. От столкновения с ней оно распалось, образовав кольца газа и пыли, а дальше уже всё дело было во власти гравитации: вещество в облаке начало сжиматься и уплотняться, а в центре этого молекулярного облака, когда набралось достаточное количество вещества для зажжения ядерного пламени, родилось пылающее сердце Солнечной системы – наша звезда. Её владения представляют собой форму пузыря – гелиосферу – это область околосолнечного пространства, в которой плазма солнечного ветра движется относительно Солнца со сверхзвуковой скоростью. Солнечный ветер (поток заряженных солнечных частиц, излучаемых солнцем) защищает нас от галактического излучения и, пожалуй, край гелиосферы, до которого он доносится, можно назвать границей нашего дома — Солнечной системы. Граница находится далеко за орбитой Плутона – по разным оценкам это расстояние составляет от 130 до 230 а.е.
Солнце, которое мы так часто воспеваем в произведениях искусства, на самом деле – гигантская термоядерная «печка», состоящая из водорода (≈73 % от массы и ≈92 % от объёма), гелия (≈25 % от массы и ≈7 % от объёма) и других элементов с меньшей концентрацией: железа, никеля, кислорода, азота, кремния, серы, магния, углерода, неона, кальция и хрома.
Сейчас в солнечном ядре идут термоядерные реакции превращения водорода в гелий. Каждую секунду в ядре нашей звезды около 4 миллионов тонн вещества превращается в лучистую энергию, которой мы все обязаны своими жизнями. Посмотрим же на Солнце изнутри. Чтобы подняться от раскалённого ядра до поверхности, той самой энергии, дающей нам тепло, свет и жизнь, понадобится миллион лет. Добравшись до поверхности, эта энергия достигает Земли примерно за 8,5 минут.
Жёлтая поверхность Солнца, которую мы видим, — это фотосфера. Её температура – почти 6 000 С. Как она выглядит? Кипящий горячий, более лёгкий, газ поднимается на поверхность, а остывший, более тяжелый, – опускается. Каждый видимый пузырь размером с примерно Московскую область!
Помимо этих пузырей мы видим пятна, которые периодически появляются на Солнце. Они холоднее, чем остальная фотосфера. Одно такое пятно может быть размером с Юпитер и даже больше. Пятна могут появляться и исчезать, могут существовать группами или по одиночке. Они отражают магнитную активность нашей звезды, т.е. они показывают, где силовые линии вырываются наружу, и где снова входят обратно. Солнце выбрасывает широкие энергетические петли. Каждые 11 земных лет магнитные полюса меняются, а в середине этого цикла Солнце находится в энергетическом максимуме.
Поскольку Солнце не имеет твёрдой поверхности, то при его вращении вещество его вращается по-разному – так, на экваторе вещество движется быстрее, чем на полюсах, поэтому и само магнитное поле выглядит искажённым – отсюда и возникают солнечные пятна. Выплёскиваемая плазма на высоту около 50 000 км образует собой дуги, повторяя контур магнитных силовых линий. Если выброс более мощный, то вещество, вырывающееся из недр Солнца, уже имеет форму струй – их высота может достигать 100 000 км.
Внешняя атмосфера Солнца – корона , её температура равна двум миллионам градусов. У короны, можно сказать, свой «танец»: колебания на поверхности Солнца отражаются на поверхности наверху. Но почему корона такая горячая? В самом сердце Солнца – в его ядре температура равна 15 млн градусам! На поверхности — всего 6000, а откуда на короне взялись 2 миллиона градусов? Вероятная причина кроется в магнитной энергии.
Солнце пульсирует, подобно гигантскому сердцу, и во время этих пульсаций его форма меняется, поэтому оно не имеет идеальную форму шара.
Реактивные струи раскалённого газа очень мощные под его поверхностью, они создают гигантские вихри и смерчи. Они вращаются на скорости 500 000 км/ч! Эти вихри и передают энергию от ядра, где протекают термоядерные реакции, к его поверхности.
Но Солнце постепенно разогревается и увеличивает свою светимость по мере того, как расходует внутренние запасы своего топлива. Так, примерно через 1 миллиард лет оно будет ярче на 11 %, чем сейчас, что приведёт к существенным климатическим изменениям, которые «преобразят» Землю до неузнаваемости. Температура на поверхности Земли существенно повысится, вода начнёт испаряться, и атмосфера из-за этих паров станет более плотной, что приведёт к развитию парникового эффекта. Живые существа могут спастись только в глубинах морей и океанов. Так что у нас есть 1 млрд лет на то, чтобы найти себе новый дом. Но на 11 % Солнце не остановится, оно будет продолжать «набирать обороты», и уже через 3,5 млрд лет его яркость возрастёт на 40 %! Посмотрите на Венеру – жара в +460 С, парниковый эффект, а на поверхности этой знойной планеты можно спокойно расплавить оловянные ложки или свинцовые пули. Почти так же будет выглядеть Земля к этому времени – раскалённый безжизненный шар, опустошённый зноем и огнём. К этому времени все земные формы жизни будут уничтожены.
По мере того как водородное топливо в солнечном ядре будет выгорать, его внешняя оболочка будет расширяться, а ядро — сжиматься и нагреваться.
Когда Солнце достигнет возраста 12 млрд лет, водород в ядре кончится, а образовавшийся из него гелий, ещё неспособный в этих условиях к термоядерному горению, станет сжиматься и уплотняться из-за прекращения ранее поддерживавшего его «на весу» потока энергии из центра. Горение водорода будет продолжаться лишь в тонком внешнем слое ядра. Солнце станет нестабильным и будет расширяться, сойдёт с главной последовательности, и превратится в красного гиганта. Меркурий и Венера будут поглощены Солнцем и полностью уничтожены в его недрах, а насчёт Земли мнения учёных разделились: кто-то считает, что нашу планету постигнет та же участь – быть «съеденной» Солнцем, а кто-то предполагает, что внешние оболочки звезды лишь коснуться её поверхности. В таком случае оставшаяся атмосфера будет сорвана солнечным ветром, оставив лишь раскалённый шар, некогда бывший домом всем, кого мы знаем.
В таком относительно спокойном состоянии Солнце проживёт ещё около 10 миллионов лет. Когда температура в ядре достигнет свыше 100 млн С, произойдёт гелиевая вспышка, и начнётся другая термоядерная реакция синтеза углерода и кислорода из гелия. Солнце, получившее новый источник энергии, уменьшится в размере, а потом, когда запасы гелия иссякнут, повторится снова бурное расширение внешних оболочек звезды. Страшно представить, что будет твориться с престарелым Солнцем! Размер его будет нестабильным, светимость его будет постоянно меняться – бурные вспышки начнут чередоваться с временным потускнением, а во время этих мощных вспышек его светимость будет превышать современный уровень в 5200 раз! Определённо, к Солнцу лучше и близко не подлетать! Такие «звёздные конвульсии» будут длиться, пока эти пульсации не сбросят внешние оболочки. Всё, что останется от нашего Солнца – красивая планетарная туманность с белым карликом в центре – горячим и плотным объектом размером с Землю – это ядро, некогда бывшее сердцем Солнца. Этот белый карлик будет иметь температуру поверхности 120 000 С и светимость его будет составлять 3500 солнечных, но в течение многих миллионов и миллиардов лет он постепенно будет остывать и угасать, а когда совсем остынет, то погаснет и станет чёрным карликом, бороздящим просторы Вселенной.
Источник
Если бы Земля была песчинкой. Показываю, насколько велика Вселенная
Если бы Земля была песчинкой, то насколько велика была бы остальная Вселенная по сравнению с ней?
Давайте представим Землю большой песчинкой диаметром около 1,27 мм. Это дает нам шкалу 10*10 или десять миллиардов к одному. Таким образом довольно легко производить расчеты.
Всё в подобном масштабе:
- Расстояние до Луны: 40 мм
Расстояние до Солнца (1 а.е.): 15 метров.
Расстояние до Юпитера: 78 м.
Расстояние до Плутона: 600 м.
- Один световой год (9,5 трлн км): 950 км. Кстати, это означает, что свет в нашей системе координат движется со скоростью 0,03 м/с.
- Расстояние до ближайшей звезды (4.22 световых лет): 4000 км.
- Расстояние до галактического центра (26 000 с.л.): 25 млн километров.
- Расстояние до галактики Андромеды (2,54 млн с.л.): 2,4 млрд км (но в нашем масштабе всё ещё в пределах реальной Солнечной системы).
- Расстояние до центра нашего сверхскопления Девы (около 65 млн световых лет): 60 миллиардов км (глубоко в Облаке Оорта, в реальной Вселенной). В наблюдаемой Вселенной существует, вероятно, 10 миллионов сверхскоплений!
- Расстояние до края наблюдаемой Вселенной (94 миллиарда световых лет): 90 трлн км, почти 10 световых лет в реальной Вселенной.
Итак, если сравнить Землю с песчинкой, Плутон находится в 10 минутах ходьбы, ближайшие звезды – на расстоянии полета самолета, наша Местная группа галактик вписывается в Солнечную систему, но край Вселенной находится далеко за ближайшей звездой! Чертовски огромное расстояние!
Размеры объектов в этой системе координат:
- Диаметр Юпитера: 14,3 мм
- Диаметр HAT-P-35b (крупнейшая точно измеренная экзопланета): 50-70 мм (теннисный мяч).
- Диаметр Солнца: 139 мм (грейпфрут).
- Диаметр Бетельгейзе (звезды-гипергиганта): 125 +/– 25 метров (больше футбольного поля). Несколько гипер-гигантов еще в полтора раза больше, и в таком масштабе они заполнили бы крупный стадион!
Источник