Текст книги "Популярная астрофизика. Философия космоса и пятое измерение"

Масса белых карликов сравнима с солнечной, только они очень компактны: их радиус почти в 100 раз меньше, чем радиус нашего Солнца. Вещество белого карлика получается очень плотным. Аналогов ему не найти на нашей планете.

По оценкам доктора философии и популяризатора астрономии Стивена П. Марана, игральный кубик из этого вещества весил бы аж 2,5 тонны! До нейтронной звезды или черной дыры, конечно, далеко. Но это одно из самых плотных веществ во Вселенной. Белый карлик так уплотняется, потому что гравитация максимально сдавливает вещество. Вещество похоже на обычное, звездное, но давайте вспомним, что это звезда на поздней стадии эволюции, когда много вещества выгорело. И здесь происходит сдвиг в сторону более тяжелых элементов.

Маленькие белые карлики буквально являются гелиевыми шариками. «Гелиевыми шариками» становятся звезды, которые на основной стадии были меньше Солнца в два раза и более. Их массы и температуры не хватает для запуска термоядерных реакций. Поэтому в их составе – компактный гелий, оставшийся после того, как прогорел весь водород. Солнце же будет относиться к белым карликам второго типа, которые обогащены углеродом и кислородом.

Теоретически может. Для этого планета должна быть очень близка к своей звезде. Белый карлик, хоть и является тусклой звездой, продолжает излучать тепло и свет. Представьте себе головешки в потухшем костре. Еле тлеют, но дают немного света и тепла, если сесть максимально близко и протянуть ладони. Такая же история и с белым карликом.

Самое дальнее теоретическое расстояние, при котором жизнь возможна, – это 0,02 астрономических единицы (1 а. е. равна расстоянию от Солнца до Земли). То есть как минимум в 50 раз ближе расстояния от Земли до Солнца. Это даже намного ближе, чем расстояние до Меркурия. Конечно, при этом приливные силы будут высокими, на подобных планетах жить будет крайне некомфортно. Однако вероятность этого крайне мала, ведь перед белым карликом следует стадия красного гиганта. В этот момент звезда «съедает» ближайшие планеты. А на отдаленных планетах жизнь в системах с белым карликом невозможна – слишком холодно.

Гипотетически возможный сценарий: белый карлик подхватит планету-изгоя (отдельные планеты, которые путешествуют по галактике в гордом одиночестве). И уже там разовьется жизнь. Вероятность такого сценария крайне мала. Но и Вселенная настолько огромна, что есть шанс перебрать все возможные варианты.

Любопытно, но белый карлик – это еще не финал эволюции звезды солнечного типа. По оценкам ученых, после того как все вещество белого карлика окончательно выгорит, он превратится в черного карлика. Черный карлик – это объект, который практически не испускает свет, но недостаточно массивный для того, чтобы стать черной дырой.

Черные карлики – объект гипотетический. Они пока не появились, ведь для их появления нужно свыше 10 триллионов лет. А наша Вселенная существует всего 13,7 миллиарда лет.

Глава 4
Луна – наш спутник

Луна – уникальный объект в Солнечной системе. Ни у одной из планет Солнечной системы нет такого массивного спутника, как у нашей Земли. Земля тяжелее Луны в 80 раз. А, к примеру, Марс тяжелее своего спутника Фобоса почти в 60 миллионов раз!

Сила тяжести на Луне в 6 раз слабее земной. Атмосферы практически нет. Такому небольшому объекту трудно удержать атмосферу, поскольку ее постоянно атакует солнечный ветер. Да и защитного магнитного поля на Луне нет. Однако Луна оказывает важное влияние на нашу планету.

Луна – спутник, как будто идеально созданный для того, чтобы на Земле появилась жизнь. И чтобы жизнь чувствовала себя максимально комфортно. По размеру Луна не больше и не меньше, чем нужно. И находится на удобном для нас расстоянии.

Дело в том, что Луна оказывает дополнительное стабилизирующее воздействие на земную ось. Это означает, что без Луны у нас не было бы настолько стабильного климата: Солнце грело бы то экватор, то Северный и Южный полюса. А именно ровный стабильный климат важен для появления сложных форм жизни. Перефразируя Вольтера, можно сказать, что «если бы не было Луны, ее следовало бы придумать».

Однако Луна с нами, увы, не навсегда. Наш спутник улетает от нас. Когда Юлий Цезарь смотрел на Луну, она была примерно на 80 метров ближе к Земле, чем сейчас. Луна удаляется от Земли со скоростью 3,8 сантиметра в год. Это вполне обычное явление. Когда-то, по одной из гипотез астрофизиков, Меркурий мог быть спутником Венеры, а потом от нее улетел и превратился в отдельную планету.

Через несколько миллиардов лет мы потеряем наш спутник. С другой стороны, землянам будет уже все равно. Как я писал в главе про Землю, в этот момент Солнце будет превращаться в красного гиганта и человечеству придется либо исчезнуть, либо продолжить жить в других звездных системах.

При этом на Луне есть вода! Правда, хранится она тут в виде льда. Залегает он на глубине, потому что на поверхности быстро испарится под воздействием солнечного света. Впрочем, ученые не исключают и наличие льда на поверхности Луны – она может находиться на полюсах. Лунные ледники могут обеспечить водой первых колонистов. А в дальнейшем, возможно, помогут посадить тут растения.

ИНТЕРЕСНЫЙ ФАКТ

На обратной стороне Луны нет равнин или больших участков, куда не падали бы метеориты. Вся поверхность дальней от нас стороны Луны испещрена кратерами.

Во многом это связано с тем, что ближняя сторона Луны была защищена от ударов метеоритов самой Землей. Еще одна гипотеза: Земля дала искажение траекторий метеоритов, после которых они как раз и попали в Луну.

Многие метеориты, которые падали на Луну и образовывали кратеры, до Земли не добрались бы и просто сгорели в атмосфере. Но самый удивительный факт про Луну: когда-то мы с ней обменялись веществом. Точнее, не с ней, а с другим космическим объектом, из-за которого она появилась. Это научная гипотеза еще одной из космических катастроф, которая помогла появиться жизни на Земле.

Видимая стороны Луны. Фото Gregory H. Revera

Обратная сторона Луны. Фото Apollo 16, NASA

4,5 миллиарда лет назад в Землю врезалась планета Тейя

Тейя была одной из планет Солнечной системы размером с Марс, но с меньшей плотностью. В какой-то момент она сошла с орбиты (по другой версии, она делила орбиту с Землей), и планеты столкнулись. Такой сценарий был вполне возможен на заре Солнечной системы. В изложении этой истории я буду опираться на данные американского Института планетологии, откуда я и взял основные факты и цифры.

Хорошо, Тейя столкнулась с Землей. Но возникают два логичных вопроса. Есть ли явные следы воздействия Тейи? Например, какой-нибудь гигантский каньон или мегакратер. Я вот в детстве столкнулся с огромной железякой – и до сих пор у меня шрам на полноги. Не могло же это пройти бесследно для нашей планеты! Второй логичный вопрос: а куда делась Тейя после столкновения? Давайте разберемся.

Нет, потому что удар привел к разжижению Земли до самых глубин. Столкновение с планетой – это совсем не то же самое, что удар астероида, который оставляет кратер. Крупные астероиды в диаметре редко превышают десятки километров. А Тейя размером с Марс – это 6800 км в диаметре!

По мнению ученых, после удара Земля какое-то время была окутана гигантским облаком раскаленного пара. Со стороны у нашей планеты были видны кольца, как у Сатурна. У него такое же происхождение колец, и со временем они исчезнут. При такой схеме через 4,5 миллиарда лет не будет никаких следов от столкновения с Тейей.

Есть лишь один важный фактор – тектоника плит. Континенты поэтому и дрейфуют постоянно, что это столкновение нарушило устойчивое положение первого земного материка. Он раскололся – и теперь континенты плавают. Всего у нашей планеты 8 крупных плит и 10 средних, и они находятся в постоянном движении. Аналогичных процессов тектоники плит мы не видим на других планетах. Почему же они есть на Земле? С помощью компьютерного моделирования также подтверждается, что целостная плита раскололась из-за столкновения.

Точнее, не Тейя сама по себе, а некий общий с Землей комок вещества, который превратился в наш спутник.

От удара по тогда еще совсем молодой Земле часть вещества испарилась и была выкинута в космическое пространство. А из части оставшегося облака образовалась Луна. Все кратеры, которые мы фиксируем на поверхности Луны, появились гораздо позже столкновения. Большую часть вещества составила Тейя, которая уменьшилась после столкновения. А с Земли был захвачен поверхностный слой магмы. По шагам это могло выглядеть примерно так:

Железное ядро Тейи слилось с ядром Земли. А поверхностное, более легкое вещество улетело. Это хорошо подтверждается химическим анализом грунта Луны и ее плотностью: железа у нее явно не хватает. И это сыграло огромную роль в появлении жизни на Земле. Ведь именно сильное железное ядро нашей планеты экранирует опасное космическое излучение, которое губительно для всего живого.

Луна. Фото из архива Shutterstock

Гипотеза образования Луны из-за столкновения Земли с планетой Тейя. Иллюстрация

Таким образом, Тейя «поделилась» с нами железом, сделав Землю более эффективной и удобной для появления жизни. Ну, а Луне свое магнитное поле не так уж и нужно.

Вы когда-нибудь задумывались, почему Луна всегда повернута к Земле только одной стороной? Ведь это довольно странно, на первый взгляд. Многие небесные тела не только летают по своим орбитам, но еще и крутятся вокруг своей оси. А у Луны период вращения вокруг оси синхронизирован с периодом вращения вокруг Земли. Поэтому мы видим только одну сторону нашего спутника.

Дело в том, что Луна не идеальный шар, она немного вытянута. Если бы Луна была идеальным шаром, период ее вращения вокруг оси не совпадал бы с периодом вращения вокруг Земли. Но поскольку она вытянутая, то устойчивое положение Луны на орбите выглядит так:

Черный овал – Луна в разных положениях. Зеленый круг – Земля. Желтый – траектория, по которой Луна движется вокруг Земли

Если Луна попытается повернуться относительно этого устойчивого положения, силы притяжения стремятся вернуть ее обратно.

Гравитация тянет чуть сильнее за «горбик», который ближе к поверхности Земли. И таким образом возвращает Луну обратно к устойчивому положению. Почему же вытянулась Луна? Почему она не идеальный шар?

Потому что миллионы лет на нее воздействовало притяжение Земли, которое понемногу ее вытягивало. Луна тянет Землю (и меняет ее форму, создавая приливы и отливы) с помощью силы гравитации. Земля аналогично притягивает Луну.

Этот эффект синхронизации периодов вращения небесных тел называется «приливным захватом». До того как Земля взяла Луну в «приливной захват», наш спутник поворачивался и другой стороной.

ИНТЕРЕСНЫЙ ФАКТ

В 1950-е гг. США хотели сбросить на Луну ядерную бомбу. Звучит на первый взгляд как абсурд: кого они намеревались уничтожить на спутнике Земли?

Оказалось, что американцам не давало покоя, что СССР обходит их в космосе. Советский Союз первым искусственный спутник запустил, потом человека в космос отправил. И ВВС США готовили проект: сбросить на Луну ядерную бомбу, чтобы это было видно с Земли. Это должно было напугать СССР и поднять патриотический дух американского народа.

Мощность бомбы была всего 1,5 килотонны. Это в 15 раз меньше, чем атомная бомба «Толстяк», которую сбросили на Нагасаки. Но планировали впечатлить не яркостью взрыва. По расчетам, бомба должна была поднять пылевое облако, которое будет заметно с Земли.

В 1959 году проект закрыли. Главная причина: в 1959 году начал действовать мораторий на ядерные испытания. Испугались, что при запуске может что-то пойти не так и ущерб будет причинен самим американцам. К тому же американцы опасались, что радиоактивное заражение помешает будущей колонизации Луны.

Глава 5
Ресурсы луны. Что из полезных ископаемых можно найти на спутнике земли?

США регулярно заявляет о своих планах наладить на Луне добычу полезных ископаемых. Последний раз это сделал экс-президент страны Дональд Трамп весной 2020 года. Китай и Россия также не скрывают своего интереса к спутнику Земли. Однако стоит ли овчинка выделки? Какие полезные ископаемые есть на Луне?

Для начала сразу отбросим нефть. Она требует органики, а жизни на Луне никогда не было. Минералы же требуют более масштабных геофизических процессов, которых нет на Луне. Поэтому речь пойдет о более простых элементах.

В 2025 году американцы снова хотят высадиться на Луну. В проект будет вложено 35 миллиардов долларов. Впрочем, он постоянно откладывается, а деньги надо отбивать.

Сейчас в отношении космоса действуют правила, принятые ООН в 1979 году. Согласно резолюции ООН, космос является всеобщим достоянием. Даже Зимбабве может претендовать на свой лунный участок. Если сумеет построить ракету, разумеется.

Как показали исследования, лунный грунт богат кислородом, из-за этого много элементов существует в виде оксидов. Больше всего в лунном грунте кремния. Этим Луна похожа на Землю: кремний составляет до 30 % и земной коры. Затем идут алюминий и кальций. Алюминий добывать на Луне и привозить на Землю – не самая экономически мудрая идея. Возможно, в будущем алюминий понадобится для организации производства на самой Луне. А пока его можно довольно дешево добывать и тут.

На следующем месте – железо. Из особо ценного – титан. В некоторых частях титана в разы больше, чем в земном грунте. Титан – ценный металл, ведь он сравним по прочности со сталью, только в полтора раза легче. И не ржавеет.

Состав лунного грунта очень близок к земному. Он на 20 % больше насыщен алюминием, чем земная кора. Зато здесь меньше железа. Железо, как мы помним, в большом количестве осталось на Земле после столкновения с Тейей.

Прежде всего гелий. А точнее, изотоп гелий-3. Вот это реально тот элемент, за который стоит бороться. Он необходим для термоядерных реакций.

Если совсем кратко – в будущем атомная энергетика будет работать подобно реакциям на Солнце. Идеальная экология, на выходе – никаких вредных отходов, как сейчас от урана в атомной энергетике.

Всего 0,02 грамма гелия-3 даст столько же энергии, сколько 1 баррель нефти. А 40 тонн этого вещества с лихвой хватит, чтобы обеспечить США энергией на год. Ничего сравнимого по эффекту с таким КПД до сих пор на нашей планете не существовало! Примерный запас гелия-3 на Луне – 10 миллионов тонн. Хватит, чтобы США были обеспечены энергией на 250 тысяч лет. Аналогичные оценки для России – примерно 20–30 тонн.

Одна проблема: гелий-3 получается довольно дорогой. У нас он быстро рассеивается из-за атмосферы. А на Луне гелий-3 накапливается миллиарды лет. Собирается он из солнечного ветра. Содержание гелия в лунном грунте примерно в 100 раз больше, чем на нашей планете.

Кроме нехватки гелия-3, нет еще и термоядерных электростанций. Пока все реакции проходят в лабораторных условиях. Но, скорее всего, создание термоядерной энергетики – дело недалекого будущего.

Могут. Хотя залежей и не нашли. Но здесь нужно сказать пару слов о том, откуда берутся драгоценные металлы.

Золото, платина и вообще все, что в таблице Менделеева тяжелее железа, не может появиться в недрах планеты или даже звезды. Такие металлы рождаются только во время столкновения крупных звезд, взрывов сверхновых и в процессе образования нейтронных звезд. И после этого метеориты, как брызги после взрыва, разносят эти материалы по всей галактике.

Как мы уже говорили, 4 миллиарда лет назад Землю буквально расстреливали метеоритами, которые и принесли много ценных элементов. Луне тоже регулярно достается, поэтому с уверенностью можно сказать: что-то из драгоценных металлов там с высокой долей вероятности найдут. С другой стороны, затраты по добыче точно не окупятся, в отличие от перспективного гелия-3.

Другие полезные варианты использования нашего спутника – дело среднесрочной перспективы. В ближайшие десять лет – вряд ли, а до конца века – весьма вероятно. Итак, что еще можно сделать полезного в рамках колонизации Луны?

Энергия. Ее тут много! Пожалуй, самое главное – это энергетика. И это даже если отбросить пока полуфантастический сценарий с гелием-3. Просто на Луне идеальная дешевая солнечная энергия. Ведь солнечные лучи здесь не блокируются атмосферой и магнитным полем Земли.

Производство. В сочетании с дешевой энергией здесь нет кислорода в виде газа в атмосфере. Весь кислород мертвым грузом лежит в лунном грунте. А кислород из-за окисления часто вредит производству. Особенно сложно производить микросхемы и сверхчистые сплавы. Приходится возиться с каждым элементом и выпускать их небольшими порциями, а на Луне – идеальные условия для производства в промышленных масштабах.

Наука. Здесь можно размещать научные базы. Наблюдать за космосом из лунных обсерваторий эффективнее, чем с земных, – не мешает атмосфера.

Атмосфера и магнитное поле Земли выступают в роли экрана, который защищает нас от опасной космической радиации. Однако именно этот экран также поглощает и рассеивает существенную часть электромагнитных волн. Поэтому ученым может быть очень полезен радиотелескоп, построенный на обратной стороне Луны, чтобы снизить эффект экранирования Земли.

Многие объекты, которые слабо излучают, – например, молодые звезды на ранней стадии развития, – с Земли практически не видны. Атмосфера блокирует инфракрасное излучение, которое идет от молодых звезд. А с Луны все они будут прекрасно видны!

Луна даже сейчас, когда нам трудно до нее добраться, является ценным источником информации о космосе. К примеру, лунный грунт миллиарды лет впитывал в себя частицы солнечного ветра. И когда его образцы привезли на Землю, это был ценнейший материал. Так мы смогли изучить, что представляет собой солнечный ветер (а также почему он настолько опасен).

Основная же роль научных баз на Луне – изучать непосредственно спутник нашей планеты.

Тренировка. Условия Луны идеально подходят для отработки схемы будущей экспансии. Ведь в будущем нам необходимо осваивать другие планеты. А Луна станет хорошим полигоном. Здесь можно проводить тренировки космонавтов, выращивать первые «космические» растения. Конечно, многое из этого делается и на МКС, но условия на Луне будут гораздо ближе к марсианским. Ну, или любым другим – ведь впереди у человечества много интересных экзопланет, которые надо освоить!

Так что побороться за освоение Луны точно стоит! Только, на мой взгляд, странно это делать политическим путем, пытаясь протолкнуть интересы одной страны. Космос – общий, и исследовать его стоит вместе. От коллективного освоения космоса, объединив все ресурсы, мы только выиграем.

ИНТЕРЕСНЫЙ ФАКТ

Почему все планеты названы в честь римских богов, а Уран – в честь греческого?

Уран имеет необычное название. Остальные планеты Солнечной системы названы в честь римских божеств, но Уран (греч. Οὐρανός) – нет. Планета была названа в честь греческого бога, а не его римского «коллеги» Целуса.

Уран – древнегреческий бог, олицетворяющий небо, супруг Геи (Земли). Породил титанов, нимф, циклопов и т. д. Первый правитель мира и в целом странноватый персонаж. Детей своих не любил, считал страшными уродцами и отправлял назад в утробу Геи. В римской мифологии его называли Целусом: он был отцом Сатурна, а также считался живым воплощением неба.

Планеты Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн были известны с древних времен. Названия они получили от древних римлян, которые ассоциировали планеты со своими божествами. А вот история открытия Урана в астрономии уникальна. Древние римляне не знали, что Уран – планета, поэтому и не стали называть именем своего божества.

Уран – очень тусклая планета, которая к тому же очень медленно вращается вокруг Солнца. Полный оборот Уран совершает за 84 земных года. Греческий астроном Гиппарх во II веке до н. э. наблюдал Уран, но думал, что это звезда. Так и обозначил его – как неяркую и далекую звезду. И забыл.

Открыл Уран британский астроном Уильям Гершель в 1781 году. Тогда это открытие всю общественность привело в восторг: это было первое открытие планеты в Новое время. Появилось предложение – назвать планету Нептун. Но Гершель высказался против, отметив, что не стоит делать так, как поступали в «древние сказочные времена». Гершель решил назвать открытую планету в честь британского короля Георга III. Король его тут же наградил, однако потребовал, чтобы сперва Гершель приехал с телескопом в его резиденцию, чтобы Георг мог лично убедиться в открытии.

Гершель убедил всех, что дело не в попытке польстить монарху. Он заявил, что называть планету по древнеримскому сценарию – например, Минервой (римский вариант Афины), Дианой (римская Артемида) или Юноной (римская Гера) – это анахронизм. А так благодаря названию все будут помнить, когда была открыта планета и когда правил король Георг III (как будто много людей в мире сейчас помнят, когда именно он правил).

Лемюэль Эббот. Портрет Уильяма Гершеля. 1785 г.

Так планету и назвали: Георгиум Сидус (планета Георгия) – в честь великого короля Соединенного Королевства Георга III. Но людям за пределами Британии такое название совсем не понравилось. Французский астроном Жозеф Лаланд предложил назвать планету Гершель – в честь первооткрывателя.

Немецкий астроном Иоганн Элерт Боде первым предложил название Уран – по принципу соответствия классической культуре. В классической мифологии Сатурн был отцом Юпитера. А следующую планету надо назвать именем отца Сатурна, то есть Ураном. Боде был хорошим астрономом, но слабо разбирался в мифологии и путался в названиях. В римской мифологии отцом Сатурна является Целус. Это калька с греческой мифологии, где отцом Кроноса является Уран.

Название Уран приживалось целый век. Дольше всего не сдавались британцы, называя свою планету Георгом. Ну а в XIX веке открыли Нептун. Он стал первой планетой, открытие которой было предсказано с помощью математических расчетов. Ученые обнаружили неожиданные изменения орбиты Урана. И связали это с гравитационным влиянием еще одной крупной планеты, которой и оказался Нептун.

Немецкий астроном Иоганн Готфрид Галле, который впервые увидел планету, хотел назвать ее Янусом. Однако научная общественность отдала пальму первенства французскому математику Урбену Леверье, который математически предсказал существование новой планеты. А математик, продолжая классические традиции, назвал планету Нептуном.