Самые интересные вопросы и ответы о космосе!
КОСМИЧЕСКИЕ ОПАСНОСТИ
Вернувшись из нашего большого космического путешествия на Землю, мы не можем не задуматься над уникальностью и хрупкостью нашей материнской колыбели жизни. Несмотря на то что часто средства массовой информации в погоне за коммерческим успехом пытаются как-то эксплуатировать рудиментарные страхи человечества картинами будущих космических катастроф, их вероятность, даже по самым оптимистическим оценкам, далеко не нулевая. И это в первую очередь подтверждает история эволюции живого на нашей планете, заставляя в который раз задуматься над вопросом: а что произойдет с нашей цивилизацией, да и всем живым на Земле, если наша планета столкнется с неким гигантским небесным телом, таким как крупный астероид или кометное ядро?
Космическая опасность
Прошлое нашей планеты
Примерно 450 миллионолетий назад чудовищный взрыв положил конец царству трилобитов — разнообразнейших обитателей мирового протоокеана. Через 80 миллионолетий, где-то в самом конце Палеозойского периода, грянул следующий глобальный катаклизм, судя по всему, вызванный падением какого-то крупного небесного тела, уничтожившего царство рыб и кораллов.
Но самая масштабная катастрофа в истории нашей планеты случилась 250 миллионолетий назад, когда падение неведомого небесного тела спровоцировало глобальную сейсмическую активность, вызвавшую извержение тысяч вулканов. В результате небо нашей планеты на протяжении многих тысячелетий оказалось затянутым непроницаемыми облаками гари и пыли.
И после того как облачный покров немного рассеялся, выяснилось, что из гигантской армии пресмыкающихся, занимавших до катаклизма все берега водоемов и большую часть суши, остались лишь отдельные виды. Эволюционную нишу заняли терапсиды — довольно близкие к млекопитающим существа. Но и им удалось взрастить свою эволюционную ветвь лишь на 20 миллионолетий, пока в небо Земли не влетел очередной метеорит весьма солидных размеров. После ухода в небытие терапсидов их место заняли динозавры, хорошо знакомые нам по киноэпопее Спилберга «Парк Юрского периода».
Замечательный фантаст Гарри Гаррисон в серии своих романов «Запад Эдема» наглядно показал, чем бы это все могло закончиться для человечества, если бы 65 миллионолетий назад следующий гигантский метеорит поставил точку в господстве динозавров, приблизив эру млекопитающих.
Таким образом, надо признать, что все мы живем под угрозой гибели в результате падения какого-нибудь космического скитальца полукилометрового диаметра, впрочем, для исчезновения европейской цивилизации хватило бы и гораздо меньшего метеорита.
Несколько утешает тот факт, что в подавляющем большинстве метеориты очень малы и их песчинки, попадая в земную атмосферу, способны только проливаться феерическими звездными дождями. Однако статистика показывает, что каждые две сотни лет в атмосферу нашей планеты попадает крупное небесное тело, способное уничтожить густонаселенную область.
При обнаружении опасных небесных тел необходимо максимально точно вычислить траекторию их полета и достоверно определить, какую потенциальную угрозу нашей планете они несут.
Свою задачу астрономы видят в том, чтобы зафиксировать как можно больше крупных астероидов, кроме всего прочего, это представляет и большой научный интерес.
Пока еще глобальная система предупреждения о метеоритной опасности малоэффективна, и буквально каждый месяц на опасном расстоянии от Земли пролетает какой-нибудь крупный астероид размером в десятки, а то и сотни метров. Здесь самое главное — вовремя зафиксировать опасное небесное тело на подлете, чтобы хоть как-то подготовиться к встрече с незваным пришельцем.
Между тем столкновение с километровым астероидом, скорее всего, было бы смертельно опасным для нашей цивилизации. Огненный шар, летящий со скоростью 800 тыс. км/ч, на многие десятилетия, если не на столетия уничтожил бы большую часть земной флоры и фауны. Поскольку две трети земной поверхности покрыто океанами и морями, то удар пришелся бы по акватории, вызвав чудовищные цунами, смывающие на сотни километров побережье. При этом небо затянулось бы непроницаемыми пылевыми облаками — и наступила бы долгая зима с сильным понижением температуры.
Можно ли избежать подобного катастрофического сценария? Голливудские блокбастеры утверждают, что вполне достаточно при уже существующем уровне техники направить навстречу астероиду корабль с ядерными зарядами. Серьезные ученые, в принципе, не отрицают такую возможность, правда, отмечают, что отсутствует главная составляющая этого плана — возможность хотя бы за несколько месяцев узнать о надвигающейся угрозе. Подрыв небесного тела ядерными зарядами, которых накоплено на Земле несметное количество, также вызывает вопросы, ведь дробление крупного астероида на несколько тел средних размеров, которые неминуемо упадут на Землю, может быть далеко не оптимальным вариантом…
Блуждающий астероид
Это интересно
30 июня 1908 года ранним утром над территорией Восточной Сибири вблизи междуречья рек Лены и Нижней Тунгуски немногочисленные свидетели видели гигантский огненный шар. Полет болида сопровождался громовыми раскатами и вспышками света и закончился мощным взрывом высоко в воздухе, вызвавшем сплошной вывал тайги в междуречье Кимчу и Хушмо — притоки Подкаменной Тунгуски. Взрыв произошел на высоте около 5-10 км в 7 ч 14 мин по местному времени и сопровождался сильным землетрясением с ударной воздушной волной.
После того как к месту падения прибыли первые экспедиции, о тунгусском феномене узнало все международное научное сообщество. Из последних исследований «Тунгусского дива» интересны работы профессора физического факультета Болонского университета Джузеппе Лонго. Исследователи, работавшие под его руководством, считают, что во время полевых исследований в сибирской тайге им удалось найти ту территорию, куда именно упали остатки тунгусского метеорита и где образовалось озеро Чеко.
Эта водная впадина находится в нескольких километрах от официально признанного эпицентра Тунгусского феномена. Ученые предполагают, что это озеро возникло на месте астроблемы — ударного кратера, образованного на месте рухнувшего крупного осколка взорвавшегося метеоритного тела. Итальянские ученые считают, что метеорит мог лететь на сравнительно небольшой скорости, довольно «мягко» приземлившись в болотистой таежной местности. Этим они объясняют и то, что окружающая территория мало пострадала от падения. Ранее предполагалось, что озеро Чеко появилось после извержения вулкана, однако геологические данные опровергают эту-теорию — и к исследованию дна предполагаемой астроблемы приступила комплексная экспедиция, ищущая осколки метеорита.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Вопрос происхождения Вселенной со всеми ее тайнами и загадками, самую малую часть которых мы коснулись в нашем космическом путешествии, испокон веков волнует человека. Древние мудрецы и звездочеты полагали, что мироздание имеет божественное происхождение и созданное однажды одним или целым сонмом сверхъестественных существ будет существовать в неизменном виде практически вечно. С распространением христианства возраст нашего мира не только существенно уменьшился, но и получил страшное окончание — Апокалипсис.
И только в начале XX века, после обнаружения разлета во все стороны от нас далеких галактик, проблема эволюции Вселенной стала понемногу проясняться. До этого в астрономии доминировали всего два взгляда на происхождение нашего мира. Ученые полагали, что Вселенная неизменна, вечна. Богословы же утверждали, что мир сотворен и у него будет конец. В прошлом веке ситуация изменилась: теперь ученые отстаивали сценарий рождения мироздания, а богословы пытались обосновать вечность и неизменность мира, рожденного актом творения. Сегодня научный мир продолжает уточнять, как же конкретно возникла Вселенная и какой ей уготован дальнейший путь эволюции.
Неистовая Вселенная
Звездный небосклон
Таинственная страна квазаров
Бурный мир
Давайте представим, что прошли многие столетия и, преодолев всяческие космические катаклизмы, человечество достигло такого уровня развития, что стала возможным постановка вопроса: а как же создать Вселенную с условиями для появления если и не разумных существ, то хотя бы белковой жизни? Вполне очевидно, что для возникновения живой материи необходимо воссоздать все, что нас окружает: пространство, время, элементарные частицы, планеты, звезды.
Прежде всего надо создать сцену для вселенского спектакля под названием «Жизнь», то есть физическое пространство. Со школы мы знаем, что нас окружает трехмерное евклидово пространство, названное так в честь древнегреческого основателя геометрии. Итак, именно при трех измерениях (длины, высоты, ширины) орбиты планет, звезд в галактиках и самих галактик в Метагалактике достаточно устойчивы. В начале прошлого столетия выдающийся австрийский и голландский физик-теоретик Пауль Эренфест доказал, что если число пространственных измерений превысит три, то планеты не смогут вращаться на стабильных орбитах около звезд и либо улетят в окружающий космос, либо рухнут на свои светила.
Аналогично окажутся неустойчивыми и атомные системы из ядер и электронов. Тут надо вспомнить об особой координате — времени, которое, несмотря на свою кажущуюся простоту, таит еще много тайн и загадок. Ведь в безвременном мироздании все застыло бы без развития и эволюции.
Итак, сконструировав трехмерное пространство с одномерным временем (в современной физике, основанной на теории относительности, рассматривается четырехмерное пространство-время Минковского, названное так по имени немецкого математика, учителя и коллеги Альберта Эйнштейна — Германа Минковского), можно приступать к его «взрыву». Речь идет о модели Большого взрыва, в пучинах которого и родился наш мир. Не будем спорить о том, что и как взорвалось во вселенском катаклизме, а приступим сразу к созданию атомов, учитывая, что для белковой жизни крайне необходимы тяжелые элементы и особенно углерод, содержащий в своем ядре 12 элементарных, положительно заряженных частиц — протонов. Они, естественно, сильнейшим образом отталкиваются друг от друга, как однозарядные частицы, и для их «склейки» в целое ядро нужен еще один «сорт» элементарных частиц — нейтронов.
Однако в отличие от протонов нейтроны неустойчивы и распадаются на те же протоны, электроны и антинейтрино. Получается, что все нейтроны, рожденные на ранних стадиях Большого взрыва, должны в дальнейшем распасться, однако они нужны для образования ядер гелия еще до появления первых звезд, перерабатывающих в своих «топках» водород в гелий. Ведь если гелия не будет в момент загорания звезд, то термоядерные реакции в них дадут слишком мало углерода, кислорода и других тяжелых элементов для того, чтобы обеспечить жизненные процессы.
Физическое пространство-время
Долгая жизнь звезд
В итоге получается, что, поскольку первичный нуклеосинтез в молодой Вселенной дает лишь легкие ядра, которые по весу не тяжелее гелия, нужны и иные способы синтеза тяжелых элементов. В этом помогут звезды, которые не только нагревают «зоны жизни» вокруг себя, но и образуют в реакциях термоядерного синтеза как гелий, так и более сложные элементы.
Наиболее массивные светила существуют недолго (по астрономическим масштабам) и взрываются колоссальными вспышками в конце своего жизненного пути. При этом они разбрасывают образовавшиеся углерод и другие тяжелые элементы, формируя туманности с несгоревшим водородом.
Кроме первого звездного поколения нам необходимо создать условия и для образования в дальнейшем все новых и новых светил, ведь во Вселенной идут непрекращающиеся процессы умирания старых и рождения новых небесных тел. Нам уже известно, что в конце своего жизненного цикла, после образования всей череды тяжелых элементов, звезды вспыхивают сверхновыми взрывами, разбрасывая в окружающее пространство химические элементы, необходимые для формирования планет и новых звезд. Так, из саванов газопылевых оболочек «мертвых» светил возникают новорожденные звезды, готовые создавать вокруг себя планетарные системы.
Таким образом, мы наглядно убедились, что создание Вселенной с планетами и звездами, даже без разумных существ, чрезвычайно сложный процесс даже для наших далеких потомков.
Массивные звезды
Ну а какое же будущее ожидает мысленно созданную нами Вселенную?
Сегодня космологи могут предложить на выбор сразу несколько сценариев будущего. Основная версия говорит о том, что наш мир будет ускоренно расширяться, все больше охлаждаясь. В конце концов (для этого потребуются биллионы биллионов миллиардолетий) останется только очень разряженный газ элементарных частиц, таких как нейтрино, фотоны, электроны и протоны. Больше не будет ничего — только все более разряжающийся холодный газ, который трудно и назвать привычным нам газом из-за громадного расстояния, разделяющего частицы.
Другая группа ученых-космологов прогнозирует иную опасность — так называемый Большой разрыв. Этот сценарий основан на предположении, что, поскольку пространство ускоренно расширяется, взаимодействие между частицами, составляющими все структуры, начиная с атомов, все уменьшается и уменьшается с течением времени. И в определенный момент начнется разрыв самой текстуры пространства с полным распадом материи.
Можем ли мы сегодня предложить какой-нибудь выход из будущих вселенских катастроф?
Предположим, что наш мир эволюционирует по наиболее вероятному и в чем-то условно благоприятному первому сценарию. Тогда с течением времени перед человечеством на совершенно ином качественном уровне встанет все та же энергетическая проблема. Здесь предлагается много всяких вариантов, но чаще всего встречаются разные вариации на тему использования черных, серых и белых дыр вместе с ядрами активных галактик и квазарами.
Вселенная, населенная разумом
Основать вселенную, содержащую разумных существ, — очень трудная задача. Правда, можно пойти путем проб и ошибок, создав множество разных миров. Вполне возможно, что тогда какой-нибудь из них и окажется подходящим для возникновения и последующей эволюции живой материи. Ну и конечно же, множество миров в таком «эксперименте» будут совершенно непригодными для жизни.
Конкретизируя сверхэнергетические «генераторы» будущего, можно рассмотреть такие необычные объекты, как вращающиеся с немыслимой частотой гравитационные коллапсары. В подобных черных дырах, как мы уже знаем, энергия сосредоточена в сингулярном центре. Если построить некий энергетический канал, то энергию из искусственного микроколлапсара можно будет черпать довольно долго.
Есть и более радикальный способ борьбы с грядущей тепловой смертью Вселенной. Для этого предлагается превратить в «абсолютное убежище» саму черную дыру, ведь время в подобных объектах течет не так, как в окружающем мире, поэтому за гравитационным радиусом коллапсара свое существование можно было бы продлить на какой угодно срок. Стороннему наблюдателю из «замерзающей» Вселенной покажется, что жизнь беглецов замерла во времени, но сами они не ощутят изменения ритма своей жизни, а внешний мир для них исчезнет после прохождения границы коллапсара.
И все же полноценная жизнь внутри черной дыры уж слишком фантастична, а вот использовать коллапсары как входные порталы в «кротовые норы» (туннели в пространстве) более реалистично.
Энергетический кокон гравитационного коллапсара
Сверхэлементарная структура вакуума
Предполагается, что эти туннели четырехмерного пространства-времени могут как-то связывать наш мир с другими. И тогда, как это было рассказано для модели белых дыр, будущее человечество сможет свободно путешествовать по различным вселенным, выбирая наилучшее место для жизни.
Более того, поняв, как же именно рождаются вселенные с различными свойствами, сверхцивилизация будущего может заняться созданием новых миров, более устойчивых и приспособленных для жизни. Впрочем, здесь мы опять возвращаемся к положениям управленческой парадигмы мира профессора Пустыльникова.
На горизонте Вселенной
Сейчас все мы — свидетели нарастающего потока удивительных астрономических открытий, который, скорее всего, никогда не прекратится. Высокочувствительное оборудование и новые методы позволили более интенсивно изучать флуктуации микроволнового фона. Это дало возможность сделать целый ряд уникальных астрономических открытий, связанных с таинственными темными материей и энергией, заполняющими Метагалактику. В скором времени новые космические астрономические инструменты, такие как орбитальная обсерватория «Джеймс Уэбб», позволят вплотную приблизиться к пределу наблюдения первых звездных объектов, возникших во Вселенной. Ну а с другой стороны, новая физика, астрономия и космология позволяют создать теорию сверхранней Вселенной, обосновав ее не хуже, чем и более поздние этапы.
В современной науке на некоторые вопросы уже получены ответы, но есть и такие, которые возникли совсем недавно.
Почему наша Вселенная состоит из обычного вещества, темной материи и темной энергии в определенной пропорции?
В чем причина изначального преобладания вещества над антивеществом?
Состоит ли темная материя из неких элементарных частиц, дошедших до нас из новорожденной Вселенной, или из чего-то более экзотической природы?
Является ли темная энергия продуктом неких сверхмикроскопических процессов, которые протекали в то время, когда вся наша Вселенная имела размеры элементарной частицы?
Четко ответить на данные вопросы наука пока еще не может. Не может наука и объяснить, что было, когда наш мир имел микроскопические размеры. Тем не менее с течением времени растет понимание того, что для решения подобных задач требуется создание новых физических теорий, объединяющих космос и микромир, и тем не менее эта задача остается неисчерпаемой для нового тысячелетия научных изысканий.
