phys ħ
история науки
квантовый мир
космос
нанотехнологии
нейтрино
общество
петаватты
разное
термояд
тёмная материя
частицы
экзопланеты
Насколько масштабна Вселенная?
Удивительно, но даже самая сумасбродная научная фантастика крайне антропоморфна. История может разворачиваться в экзотическом месте или содержать крайне необычную научно-техническую составляющую, но при этом оставаться очень «человеческой». Её суть обязательно сводится к «земным» взаимоотношениям, слабостям или проблемам. Это то, что читатель лучше всего понимает и на что сильнее всего реагирует.
В большинстве научно-фантастических книг действие происходит или на некой планете, или на космическом корабле. Настоящая задача, которая стоит перед автором, — сделать историю одновременно и близкой читателям, и рассказать в ней об огромных масштабах Вселенной.
Мысли о гигантском размере Вселенной многих пугают. Мы знаем, что видимая Вселенная протянулась на десятки миллиардов световых лет. Единственный способ хоть как-то осознать такие величины — это попытаться раздробить их на более мелкие части вплоть до более или менее понятного нам размера собственной планеты. Прямой рейс Дубай — Сан-Франциско. Самолёт преодолевает расстояние в 13 тыс. км, что примерно равняется диаметру Земли. Диаметр Солнца в 100 раз больше. Расстояние от Земли до Солнца в 100 раз больше диаметра нашей звезды и составляет примерно 150 млн км. Среднее расстояние от Земли до Солнца называют астрономической единицей и часто используют для измерения расстояний в космосе. Например, автоматический зонд «Вояджер-1», который запустили в 1977 году и который путешествует со скоростью 18 км в секунду, находится сейчас на расстоянии 137 астрономических единиц от Солнца.
Другие звёзды намного дальше от нас, чем Солнце. Ближайшая из них, Проксима Центавра, находится в 270 тыс. астрономических единиц или 4,25 световых годах от Земли. Расстояние от Солнца до Проксимы Центавра примерно равняется расстоянию в 30 млн Солнц. В серии романов «Автостопом по галактике» бюрократы-вогоны шокированы, что земляне не полетели на Проксиму Центавра, чтобы получить уведомление о сносе Земли. Смысл шутки заключается в абсолютно нереальном расстоянии.
Расстояние между звёздами в нашей галактике, Млечном пути, — примерно 4 световых года. Получается, в нашей галактике очень много свободного пространства! В Млечном пути примерно 300 млрд звёзд, его общий диаметр — примерно 100 тыс. световых лет. Одно из самых впечатляющих открытий последних двадцати лет — Солнце не единственная звезда, у которой имеется целая свита планет. Учёные выяснили, что вокруг большинства звёзд в Млечном пути, похожих на Солнце, вращаются планеты. У многих из них размер и расстояние до звезды позволяют предположить, что на них есть условия для возникновения жизни.
Достичь этих планет — совсем другая задача. Зонд «Вояджер-1» достиг бы Проксимы Центавра через 75 тыс. лет, если бы летел в правильном направлении (но он летит не туда). Авторы научно-фантастических романов придумывают разные способы, как преодолеть столь огромную дистанцию. Например, погружают пассажиров в анабиоз или отправляют их в путешествие со скоростью, близкой к скорости света (и таким образом, получают выгоду от эффекта замедления времени, предсказанного специальной теорией относительности Альберта Эйнштейна). Ещё вымышленные путешественники иногда используют двигатель, позволяющий летать со сверхсветовой скоростью, кротовые норы и другие явления, чьё существование пока не доказано.
Астрономы, впервые точно измерившие размеры нашей галактики век назад, были поражены её масштабами. Поначалу многие со скепсисом относились к идее, что так называемые спиральные туманности, которые можно было увидеть на фотографиях неба, были на самом деле внегалактическими объектами — галактиками, по размеру сравнимыми с Млечным путём, но находящимися от нас на огромном расстоянии. Хотя действие большинства научно-популярных романов происходит в нашей галактике, за последние 100 лет учёные выяснили, насколько огромно пространство вне её. Ближайшая от нас галактика находится на расстоянии 2 млн световых лет. А свет от самых далёких галактик, который можно увидеть в наши телескопы, идёт 13 млрд лет.
В 1920-е гг. мы узнали, что Вселенная расширяется. Примерно 20 лет назад астрономы выяснили, что скорость расширения увеличивается под воздействием гипотетической «тёмной энергии». Тёмная энергия работает в масштабах пространства и времени, соизмеримых со всей Вселенной, — и как мы можем представить её в своём воображении?
Но это ещё не всё. Мы не видим галактик, которые находятся так далеко, что идущему от них свету не хватило даже времени жизни Вселенной, чтобы дойти до нас. Что лежит за пределами обозримой части Вселенной? Согласно космологическим моделям, Вселенная однородна и всюду расширяется. Есть гипотеза, которая гласит, что Большой взрыв и рождение нашей Вселенной — лишь один из серии взрывов, а протяжённость мультивселенной лежит за гранью нашего понимания.
Американский астрофизик Нил Деграсс Тайсон сказал: «Вселенная не обязана быть понятной для тебя». И тайны Вселенной не обязаны быть простыми для их описания в научно-фантастических романах. Большая часть Вселенной представляет собой пустое пространство. Расстояния между звёздами в галактике, между разными галактиками слишком огромны для нашего понимания. Попытка рассказать о реальных размерах Вселенной и при этом привязка к человеческим эмоциям пугает любого автора, который пишет в жанре научной фантастики.
Мы живём на крошечной планете, но тем не менее наш мозг способен осознать огромные размеры Вселенной. И это вселяет надежду, поскольку, как заметил астробиолог Калеб Шарф: «В ограниченном мире думать в космических масштабах — это не роскошь, а необходимость». Объяснить это общественности — настоящий вызов как для астрономов, так и для писателей-фантастов.
Источник
Размер Вселенной
Размеры Вселенной для нас непостижимо велики. Все, что нас окружает, да и мы сами – это лишь крупинки этого всеобъемлющего понятия. Да и само оно имеет не сколько астрономический, сколько философский подтекст.
К философской части вселенной относится весь существующий в природе материальный мир, который не имеет границ во времени и пространстве. Он представлен разными формами и состояниями, принимаемыми материей в результате своего развития.
Астрономической частью вселенной ученые считают все, что существует: пространство, материя, время, энергия. В нее так же входят планеты, звезды, другие все возможные космические тела. Размер Вселенной ученые могут осознать лишь частично. Да и подобрать ей точное и емкое определение исследователи не могут. Возможно, она эквивалентна Богу или иным проявлениям Высшего Разума.
Масштабы Вселенной
Чтобы хотя бы немного приблизиться к ответу на вопрос, каковы размеры Вселенной, необходимо оценить масштабы отдельных ее частей. Для человека обогнуть земной шар задача сложная, но вполне выполнимая. А теперь представьте, что наша планета по сравнению с Сатурном, как монетка в сравнении с баскетбольным мячом. А по отношению к Солнцу Земля вообще выглядит как маленькое зернышко.
Вся Солнечная система также не обладает значительной протяженностью в масштабе Вселенной. Если рассматривать пределом системы границу гелиосферы, ее протяженность составляет около 120 астрономических единиц. При этом за одну а.е. принимают расстояние, равное
150 млрд. км. А теперь представьте, что диаметр всей галактики Млечный путь, частью которой является Солнце с окружающими его планетами, равен 1 квинтиллиону километров. Это число в 18 нулями. А само скопление разных небесных тел содержит, по разным подсчетам, от 2*10 11 до 4*10 11 звезд, большинство из которых превосходят по размерам наше небесное светило.
И ведь Млечный путь – не единственная галактика во всем космическом пространстве. На звездном небе Земли невооруженным глазом можно рассмотреть соседние звездные скопления: Андромеду, Большое и Малое Магеллановы облака. Расстояния до них измеряется в мегапарсеках — в миллионах световых лет. И каждая из них также простирается на немыслимые для человеческого разума расстояния.
Все скопления звезд группируются в крупномасштабные объединения – группы галактик. К примеру, Млечный путь и соседние формирования входят в Местную группу диаметром около 1 мегапарсека. Представьте, для того, чтобы лучу света пройти ее из одного конца в другой, понадобится 3,2 млн. лет.
Но и эта величина не является самой большой. Группы галактик, в свою очередь, объединены в сверхскопления или суперкластер. Эти крупномасштабные вселенские структуры содержат сотни и тысячи галактических групп и миллионы звездных формирований. Так, в Суперкластере Девы, куда входит Млечный путь, расположено более 100 групп галактик. Протяженность этой структуры составляет более 200 млн. световых лет и эта лишь часть гигантского формирования Ланиакея.
Центр тяжести Ланиакеи – сверхскопление Великий аттрактор, притягивает к себе все остальные структуры этой части космического пространства. Его можно смело назвать центром Вселенной, с оговоркой, что это лишь сердцевина познанного нами космоса. Вся же Ланиакея имеет диаметр более 500 млн. световых лет. И, чтобы в окончательно осознали масштабы Вселенной, представьте, что это гигантское образование – всего лишь та малая часть космоса, которую смог обозреть и представить человек.
Видимая Вселенная и ее размеры
Видимая, или Наблюдаемая Вселенная – очень сложное понятие. По теории советского геофизика Фридмана, все космическое пространство находится сейчас в стадии расширения. При этом все его элементы отдаляются друг от друга со сверхсветовой скоростью. Относительно Земли, видимая часть вселенских просторов – это та область безграничного пространства, откуда до нас может поступать излучение. При этом сам объект, испускающий сигнал, уже мог приобрести сверхсветовую скорость удаления от нашей галактики, но излучение от него мы все еще регистрируем.
Каковы размеры Видимой Вселенной? Границей наблюдаемой части космоса является космологический горизонт. Все вселенские структуры, находящиеся за пределами этой области, испускают излучение, которое не доходит до Солнечной системы. Однако точные размеры видимой части Вселенной установить очень трудно из-за ее постоянно ускоряющегося расширения.
Если принять нашу звездную систему за центр наблюдаемой части космоса, а поверхность последнего рассеяния реликтового излучения за космологический горизонт, то вся эта сфера в диаметре будет составлять 93 млрд. световых лет. Ее составной структурой является Метагалактика — область космического пространства, доступная для изучения современными астрономическими приборами. Метагалактика однородна и изотропна, а исследователи до сих пор спорят, является ли она всей Вселенной или только ее маленькой частицей. Ее протяженность постоянно меняется из-за совершенствования технологий, использующихся астрономами.
Что такое космос и каковы его размеры
Рассказывая про размеры Вселенной, нельзя не упомянуть про понятие «космос». Под этим термином понимают часть вселенских просторов, заполненную пустотой, лежащую за пределами атмосфер и оболочек небесных тел. Космос не пустой или полый. Он заполнен межзвездным веществом, состоящим из молекул водорода, кислорода, а также ионизирующего и электромагнитного излучения. Кроме того, присутствует темная материя, о которой уже несколько веков спорят ученые. Многие из них выдвигают гипотезу о том, что эта скрытая масса — связующее звено космического пространства.
Современные астрономы, принимая за точку отсчета нашу планету, различают:
- Ближний космос. Для человека он начинается на высоте порядка 19 километров. Это линия Армстронга, где происходит закипание воды при температуре человеческого тела. У человека, находящегося на этой высоте без скафандра, начинает закипать слюна и слезы. Высота всего в 100 километров считается международным официальным рубежом, после которого начинается космическое пространство.
- Околоземный космос – считается таковым до высоты около 260 тысяч километров. Это высота, до которой сила притяжения Земли превосходит притяжение Солнца. В диапазоне этих высот совершают орбитальные полеты наши космонавты и летают различные спутники.
- Межпланетная область. На этих высотах, а точнее удалениях от Земли совершает свой полет вокруг нашей планеты ее естественный спутник –Луна. На эти расстояния летали только автоматические космические станции и астронавты НАСА при высадке на Луну в 1970 году.
- Межзвездное пространство – удаление от Земли меряется уже в миллиардах километров.
- Межгалактическое пространство, где величины удаления составляют около 5 квинтиллионов километров. Все это ничтожно учитывая размер мироздания.
Насколько огромен мир?
После всего прочитанного стоит задуматься, насколько огромен мир, в котором мы живем. Люди всего лишь микробы по сравнению только с нашей Солнечной системой, не говоря уже о галактиках и космосе. При этом размер Вселенной не мыслим. И вряд ли мы сможем когда-нибудь познать его.
Источник
15 фактов о размерах Вселенной, которые пополнят ваш багаж знаний
Факты о Вселенной, которые кажутся фейком, но на самом деле на 100% правдивы
Поиск способов представить точные размеры Вселенной — занятие заведомо провальное, да и просто скажем — откровенно глупое. Но невероятные пространства окружающей нас черноты вовсе не означают, что попытки познания космоса проводить не нужно. Еще как нужно!
Знать объемы Вселенной, хотя бы очень и очень приблизительные, полезно даже обычному человеку, а не астрофизику или астрономам. Ведь все познается в сравнении, и это, во-первых, полезно для саморазвития, а во-вторых — просто интересно. Ведь кто бы мог подумать, что такие чудеса могут происходить в мире?!
Имея дело с порядками огромных и невероятно больших чисел, которые определяют Вселенную, легко потеряться в абстрактности, но не понять конкретных масштабов. Чтобы настроиться на нужный лад, можно провести один практический эксперимент. Ответьте на вопрос: сколько дней составляет 1 000 000 секунд? Ответ будет следующий: 11.5 дней. Теперь немного проще понять значение этого относительного числа на рельном временном отрезке.
Что ж, теперь вы готовы к восприятию 12 нестандартных фактов о размерах Вселенной .
1. Один световой год равен 9.5 триллиона километров
Измерения на Земле строго соотносятся с физическими расстояниями между двумя объектами. Город, расположенный в одном километре от наблюдателя, соответственно, будет находиться в 1 000 метрах от него. Но в космическом пространстве расстояния настолько велики, что единицы измерения учитывают время . Самая распространенная единица — световой год , он равен расстоянию, которое свет, самая быстрая известная величина во Вселенной, проходит за один год.
Это примерно 10 триллионов километров. Вторая ближайшая к Земле звезда, Альфа Центавра, находится от нас на расстоянии 4,4 световых года. То есть, в почти 44 триллионах километрах от нас.
2. Объем Юпитера в 1300 раз больше объема Земли
фото: NASA/Wikimedia Commons
Но не нужно лететь очень далеко, чтобы понять, насколько ничтожна Земля. Юпитер — самая большая планета в Солнечной системе — имеет объем в 1300 раз больше , чем у нашей планеты. А еще на Юпитере бушует буря, известная как Большое красное пятно, которое в 2-3 раза больше нашей планеты!
Тем не менее Юпитер — ничто по сравнению с Солнцем, которое более чем в 1000000 раз больше Земли и составляет от 99,8 до 99,9% массы всей Солнечной системы. Каждое утро, когда встает солнце, вспоминайте о масштабах этого небесного объекта, который, между прочим, по сравнению с некоторыми другими известными звездами сам не представляет собой ничего особенного…
3. Мы можем разглядеть лишь 0,000002% всех звезд Млечного Пути
В особенно ясную ночь в месте с очень низким световым загрязнением может показаться, что небо заполнено десятками, а может, и сотнями тысяч звезд. Возможно, в лучшем случае наблюдатель сможет насчитать до 3 000 светил и других объектов из далекого космоса с одного ракурса наблюдения в идеальных условиях.
Учитывая то влияние, которое ночное небо оказало на человеческую культуру, может быть разочарованием, что невооруженный глаз может увидеть с Земли менее 10 000 звезд, и то если побывать на всех частях света Земли.
По консервативным оценкам, в галактике Млечный Путь в целом около 100 миллиардов звезд, а может быть, и целых 400 миллиардов . Это порядка 399 999 980 000 звезд, которые нельзя увидеть с Земли.
4. В Солнце поместится более 1 миллиона планет Земля
One million Earths: A visual representation of how many Earths could fit inside the sun pic.twitter.com/Eq3qpl7Log
Если вы считаете, что Солнце не такая уж большая звезда, то узнайте следующий факт: в нашей родной звезде поместилось бы больше 1 миллиона планет Земля. Только вдумайтесь — более 1 миллиона! А ведь когда светило восходит на небосвод, оно не кажется таким уж и большим. Это все потому, что Солнце находится на значительном удалении от нас — от 147 до 152 млн км.
5. На каждого человека на Земле приходится 285 галактик
фото: NASA/ESA/Hubble Heritage Team/nasa.gov
Если взять каждую известную на сегодняшний день галактику и поделить на количество живущих на Земле человек, то получится, что на каждого человека придется по 285 галактик.
Имея дело с такими астрономически большими числами, невозможно вручную подсчитать каждую галактику, и даже очень непросто получить приблизительную оценку. Поэтому до конца 2016 года астрономы считали, что во Вселенной насчитывается около 100-200 миллиардов галактик. Они не просто ошиблись — они ошиблись в десять раз.
Новые исследования показывают, что общее количество галактик составляет около 2 триллионов, или 285 галактик на каждого человека на Земле. Впрочем, следующие поколения ученых лет через 20-30 вполне могут и эту цифру посчитать смехотворно заниженной.
6. Снимки из глубокого космоса, на которых галактики похожи на звезды
Если посмотреть на ночное небо, можно увидеть черный фон, усеянный светящимися точками. Картинка из проекта Hubble Ultra Deep Field может выглядеть на удивление схожей. Разница лишь в том, что точки на ночном небе — это отдельные звезды, а точки на снимках телескопа Хаббл — это галактики, каждая из которых может содержать до 100 миллиардов звезд.
7. При столкновении Млечного Пути и галактики Андромеды ни одна из звезд не столкнется друг с другом
фото: Skeeze / pixabay.com
Галактики Андромеды и Млечный Путь буквально столкнутся одна с другой примерно через 4.5 миллиарда лет. Когда это произойдет, будьте готовы к тому, что ни одна из звезд в галактиках не столкнется друг с другом, ведь в галактиках так много незаполненного пространства, что шансы на физическое столкновение ничтожно малы. То, что не произойдет физического контакта, лишь показывает, насколько обширно пространство даже в таком сосредоточении звезд и планет, как галактика!
8. Ближайшая крупная галактика удалена на 2,5 миллиона световых лет
фото: WikiImages / pixabay.com
Хотя кроме Андромеды есть еще пара небольших галактик, которые находятся ближе к Млечному Пути, Андромеда, как крупнейшее скопление звезд в Местной группе, находится в 2,5 миллиона световых лет от нас. И это ближайшая из крупнейших галактик.
Если бы самого первого человека разумного посадили на космический корабль, летящий со скоростью света к Андромеде, на данный момент он бы прошел менее 20% от общего пути. Само человечество может исчезнуть задолго до того, как этот вымышленный персонаж долетит до границ новой галактики.
9. Даже самым быстрым вымышленным космическим кораблям требуются десятилетия, чтобы пересечь Вселенную
фото: Stevebidmead / pixabay.com
Человеческое воображение даже не может представить, насколько велика Вселенная. Большая часть научной фантастики описывает свои истории с обязательными путешествиями со скоростью, превышающей скорость света, что позволяет киногероям перемещаться между галактиками. Не будь этой возможности, путешествия ограничивались бы горсткой планет.
Тем не менее даже корабли, которые являются основой научной фантастики, недостаточно быстры. Даже самыми быстрыми из этих кораблей, которые могут лететь более чем в 1,3 миллиарда раз быстрее скорости света, все же потребуется большая часть суток на то, чтобы достичь Андромеды. А чтобы пересечь Вселенную (расстояние 93 миллиарда световых лет), потребуются десятилетия.
Все это говорит о том, что даже самые смелые фантазии недооценивают размер того, с чем человечество имеет дело.
10. Диаметр наблюдаемой Вселенной — 93 миллиарда световых лет
фото: Skeeze / pixabay.com
Да, такой диаметр у Вселенной. Но! Это только то, что мы можем видеть при помощи самых мощных приборов. На самом деле реальные масштабы Вселенной мы не можем представить и приблизительно.
Тем не менее, если взглянуть на размер известной Вселенной и представить, что человек мог путешествовать один световой год в секунду, ему потребовалось бы почти 3000 лет, чтобы добраться с одной ее стороны на другую.
11. Во Вселенной звезд больше, чем песчинок на Земле
фото: mcbeaner / pixabay.com
Даже на Земле есть количества веществ, которые находятся за пределами человеческого понимания. Достаточно сложно представить (а еще сложнее понять, как это подсчитали ученые), что на планете находится примерно 7,5 квинтиллионов песчинок (это 7,5 с 18 нулями). Тем не менее видимых звезд еще больше, ГОООРАЗДО больше!
Их примерно в 5-10 раз больше в уже изученной части Вселенной, и это без учета планет и их спутников.
12. Если бы вы позвонили кому-нибудь на Венеру, между ответами проходило бы по 30 минут
фото: WikiImages / pixabay.com
Венера — ближайшая планета к Земле, но на самом деле она расположена не так уж и близко. На расстоянии от 38 миллионов до 260 миллионов километров свету требуется от 2 до 15 минут , чтобы добраться от Земли до Венеры. Поскольку сигнал связи движется со скоростью света, это означает, что между ответами может проходить до 30 минут во время телефонного разговора с кем-то гипотетическим с Венеры.
13. Наибольшее расстояние от Земли до человека составляло 1,3 световых секунды
фото: NASA/GSFC/Arizona State University
Речь, конечно же, об отправке человека на Луну. Именно до нашего естественного спутника от поверхности свету придется добираться 1.3 секунды . Казалось бы, чуть больше мгновения. Но человечество шло до этого тысячелетия.
14. Расстояния во Вселенной настолько велики, что мы видим устаревшие изображения
фото: Nasa / Getty Images
Каждый раз, когда вы смотрите на небо, вы видите Вселенную такой, какой она была в прошлом , и чем дальше расположены объекты, тем в более глубокое прошлое мы заглядываем.
Если мы посмотрим на объект на расстоянии 50 миллионов световых лет, мы увидим, как этот объект выглядел именно 50 миллионов лет назад, потому что именно столько времени потребовалось свету, чтобы пройти от объекта до наших глаз.
15. И напоследок немного теорий
фото: ESA/Hubble and NASA / nasa.gov
Ученые обнаружили в космосе пустоту шириной в полтора миллиарда километров , которая могла бы, как они считают, быть параллельной Вселенной.
В этой пустоте нет никакого вещества (даже, как считается, темной материи), и она в 40 раз больше, чем самая большая пустота, зафиксированная ранее. Но тем не менее даже при помощи мощнейшего телескопа это огромное поле не так-то просто заметить. Просто потому, что оно слишком мало по общим меркам пространства и времени…
Источник