Текст книги "Твиты о Вселенной. Микроблоги о макропроблемах"

19. Что защищает нас от опасностей космоса?

Космос – опасное место. Это чрезвычайно холодный вакуум, пронизываемый смертельной радиацией, смертоносными частицами, метеоритами и астероидами-убийцами.

Земля относительно защищена от этих космических опасностей. Мы защищены тонким слоем воздуха (наша атмосфера) и невидимым магнитным полем.

Заряженные частицы, такие как протоны (ядра водорода) и электроны, движутся в космическом пространстве со скоростями, близкими к световой. Высокая энергия делает их опасными.

Их создает Солнце (солнечный ветер/ взрыв), сверхновые звезды, а также горячие «активные» галактики. Такие частицы известны как космические лучи.

Астронавты на Луне или в полете на Марс могут погибнуть от излучения гигантской солнечной вспышки или заболеть раком кожи от космических лучей.

Магнитное поле Земли отклоняет эти частицы, так что большинство из них не долетают до нас. Луна и Марс (слишком маленькое поле) – более опасные места.

Большая часть смертоносного излучения высокой энергии (УФ и рентгеновского излучения, в основном, от Солнца) поглощается молекулами воздуха. В противном случае, оно тоже могло бы вызывать рак.

Малые метеориты замедляются, нагреваются и испаряются в атмосфере. На Луне, где нет атмосферы, мелкие частицы могут пробить скафандр/лунную базу.

Таким образом, существует множество космических событий, которые могут угрожать жизни на Земле. Но большинство из них маловероятно в течение жизни человека.

По-настоящему гигантские солнечные вспышки могут вывести из строя электростанции и сломать энергосистемы и коммуникационные сети, в результате чего возникнет широкомасштабный хаос…

Или Земля может столкнуться с небольшим астероидом или кометой. Объект размером в 1 км может опустошить континент, а размером в 10 км может привести к глобальной катастрофе.

Но есть и хорошие новости – вызванные радиацией генетические мутации и космические воздействия управляли эволюцией. Без них нас бы здесь не было.

20. Что вызывает ледниковые периоды?

Никто не знает наверняка. Скорее всего, не одна причина. Длительная эволюция климата Земли изучена недостаточно хорошо.

Геологические свидетельства существования ледниковых периодов были впервые обнаружены в начале XIX в. Идея, что ледниковые периоды повторяются, была принята всерьез только в 1870-х.

Земля пережила, по крайней мере, пять основных ледниковых периодов за последние 2,5 млрд лет. Большинство продолжалось десятки или сотни млн лет.

Наиболее жестоким был период 850–630 млн лет назад, когда лед покрывал почти всю Землю. Этот период «Земля – снежный ком», вероятно, закончился благодаря массовой вулканической деятельности.

Текущий ледниковый период (плейстоцен) начался 2,58 млн лет назад. За последние 740 000 лет 8 ледниковых периодов были разделены межледниковыми периодами. Мы находимся в межледниковом периоде.

Ледниковые периоды сначала повторялись каждые 41 000 лет, затем каждые 100 000 лет. Текущий межледниковый период (голоцен) начался 10 000–20 000 лет назад.

Такие долгосрочные изменения температуры могут быть вызваны изменениями количества «парниковых газов» в атмосфере, которые способствуют нагреву планеты.

Другой возможной причиной является изменение положения материков из-за движения «плит», что может влиять на океанические течения и климат.

Во время 1-й Мировой войны сербский инженер-строитель Милутин Миланкович предположил, что медленные изменения орбиты Земли могут быть причиной возникновения ледникового периода.

Действительно, наклон оси Земли меняется от 22,1 до 24,5 градусов за 41 000 лет; удлинение ее орбиты происходит каждые 100 000 и 400 000 лет.

Похоже, «циклы Миланковича» играют определенную роль в возникновении ледниковых и межледниковых периодов. Но механизм, с помощью которого они это делают, неясен.

Изменения орбиты Земли и ее ориентации слишком малы для того, чтобы вызвать основные ледниковые периоды, не говоря уже о катастрофе «Земля – снежный ком».

Луна

21. Насколько велика Луна и как далеко она находится?

Луна – наш ближайший космический сосед. Это также наш единственный естественный спутник и единственное небесное тело, на котором побывали люди.

Среднее расстояние Земля – Луна (центр – центр) составляет 384 400 км. Если бы вы могли долететь нон-стоп до Луны со скоростью 100 км/ч, это заняло бы почти 6 месяцев.

Орбита Луны не является идеальной окружностью – это эллипс. Расстояние до Земли колеблется от 362 000 км (перигей) до 407 000 км (апогей).

В перигее Луна выглядит немного больше, чем обычно. Если прохождение перигея совпадает с полнолунием, то Луна выглядит гораздо ярче.

Двигаясь по орбите со скоростью 3600 км/ч, Луна за 27 дней, 7 часов и 43,1 минуты делает один оборот вокруг Земли.

Промежуток времени между двумя последовательными фазами полной Луны (Луна напротив Солнца «в небе») длиннее (29 дн., 12 ч и 44 мин), потому что Земля одновременно движется вокруг Солнца.

Луна имеет 3476 км в поперечнике, это 27,3 % от диаметра Земли. Площадь поверхности Луны составляет 7,5 % от площади поверхности Земли, а объем Луны – всего лишь 2 % от объема Земли.

Луна имеет железное ядро/скалистую мантию. Луна менее плотная, чем Земля, поскольку содержит меньше железа и сжата в меньшей степени из-за слабой гравитации.

Луна составляет 1/81 от массы Земли. Сила тяжести на поверхности Луны составляет только 1/6 силы тяжести на поверхности Земли; это означает, что вы будете весить 1/6 вашего земного веса.

Луна является крупнейшим спутником по отношению к родительской планете и 5-м по величине в Солнечной системе после Ганимеда, Титана, Каллисто и Ио.

22. Почему Луна не падает?

Это неглупый вопрос. В конце концов, если вы бросаете мяч в воздух, он всегда возвращается, притягиваемый вниз гравитацией Земли.

Ньютон решал головоломку с такой картиной: пушка стреляет ядром, которое летит в воздухе и падает вниз. Чем больше пушка, тем быстрее ядро и тем дальше оно летит.

Теперь представьте себе очень большую пушку. Она выстреливает ядром так быстро и далеко, что кривизна Земли становится заметной.

Так же быстро, как ядро падает, искривленная земная поверхность уходит из-под него. Поэтому ядро никогда не упадет! Оно…

… попадает на орбиту, все время «падая по кругу». Скорость, необходимая для достижения этого, составляет примерно 28 400 км/ч.

Подобным образом Луна постоянно «падает» на Землю, никогда ее не достигая. Но на ее расстоянии от Земли скорость не 28 400 км/ч, а только 3700 км/ч.

Гениальность Ньютона заключалась в понимании, что и яблоко, сорвавшееся с дерева, и Луна – оба тела падают (отсюда он получил закон всемирного тяготения).

Искусственные спутники таким же образом «падают», оставаясь на орбите Земли. Но ближе к Земле торможение в атмосфере в конечном итоге приводит их к падению вниз.

Скорость, необходимая для достижения орбиты Земли, огромна. Но на маленьком астероиде с низкой гравитацией вы сможете бегом выйти на орбиту.

23. Существует ли темная сторона Луны?

Да. Луна получает освещение от Солнца. В любое время у нее есть яркая дневная и темная ночная стороны так же, как у Земли.

Это распространенная ошибка: люди называют противоположную сторону Луны, которая отвернута от Земли, ее темной стороной. Но она не всегда темная, конечно.

В новолуние Луна находится приблизительно в направлении Солнца. Хотя обращенное к Земле полушарие темное, противоположная сторона Луны полностью освещена.

С Земли мы видим только ближайшую сторону Луны. Дальняя сторона была невидима до тех пор, пока не была сфотографирована советским космическим зондом Луна-3 в октябре 1959.

Кажется, что Луна не вращается вокруг своей оси. Но это не так. Период вращения точно равен периоду обращения по орбите вокруг Земли.

У многих планетарных лун есть «синхронное вращение», обусловленное «приливными силами» родительской планеты, тормозящими вращение лун таким образом, что одна сторона луны всегда обращена к «родителю».

Вы могли бы подумать, что только половина поверхности Луны всегда видна с Земли. Но на самом деле мы видим 59 %…

Скорость Луны меняется из-за эллиптичности орбиты. Вращение, конечно, постоянно. В результате с Земли Луна кажется колеблющейся («качающейся»).

Основное различие между двумя сторонами Луны заключается в том, что на дальней стороне Луны нет крупных вулканических равнин (их называют лунными «морями» – sea или maria), возможно, из-за того, что там кора толще.

В далеком будущем Луна будет «тормозить» вращение Земли, так что та всегда будет обращена одной и той же стороной к Луне, как происходит у Плутона и его луны Харон.

Последние слова из альбома Пинк Флойд Темная сторона Луны (Dark Side of the Moon): «На самом деле нет никакой темной стороны Луны. Факт, что она вся темная». И это правда.

24. Почему Луна покрыта кратерами?

Солнечная система содержит большое количество строительных обломков, оставшихся с момента ее рождения. Это материал в виде каменных астероидов и ледяных комет.

В течение 4,55 млрд лет, которые существует Солнечная система, планеты и спутники, как в стрелковом тире, бомбардировались обломками из космоса.

Лунные кратеры – это шрамы от ударов. При отсутствии атмосферных воздействий/движения почвы, которые приводят к их сглаживанию (как на Земле), они сохраняются (за исключением воздействий от более поздних ударов).

Кратеры на Луне – это небесная книга истории. Научившись ее читать, мы можем собрать воедино историю воздействий космоса на Землю.

Крупнейшее столкновение произошло в период Поздней тяжелой бомбардировки (ПТБ) 3,8 млрд лет назад. Удары были настолько сильны, что они пробили лунную кору.

Хлынула лава, заполнившая бассейны, возникшие из-за ударов, и создавшая темные лунные моря (maria – множественное число от mare, которое в переводе с латинского означает «море»).

ПТБ была вызвана совместным воздействием Юпитера и Сатурна, которое разрушало пояса астероидов или комет и посылало тела размером с Лос-Анджелес поперек нашего пути.

Некоторые кратеры сохраняют следы от выброшенных осколков: так 93-км кратер Коперника[3]3
  Интересно, что глубина этого кратера относительно верхушки окаймляющего вала составляет 3,8 км.


[Закрыть] образовался при бомбардировке астероидом размером с Ки-Уэст[4]4
  Ки-Уэст (англ. Key West) – имеется в виду небольшой остров Ки-Уэст размером 3,2 на 6,4 км на архипелаге Флорида-Кис.


[Закрыть] ~ 800 млн лет назад.

Хотя кратеры Земли в основном истерты, некоторые сохранились, например, 1,2-км метеоритный кратер в штате Аризона, созданный ~ 50 000 лет до н. э. объектами размером в несколько домов.

Кроме того, сохранился 180-километровый кратер Чикскулуб, частично располагающийся в море у побережья Юкатана. Полагают, что он образовался из-за 10-километрового астероида, убившего динозавров 65 млн лет назад.

25. Как Луна влияет на Землю?

Два раза в день море надвигается на пляжи, а затем отступает. Такие приливы, которые впервые объяснил Исаак Ньютон, вызваны Луной.

Вопреки распространенному мнению, приливы на Земле вызваны не столько гравитацией Луны, сколько изменениями в гравитации Луны.

Гравитация Луны действует сильнее всего на океан непосредственно перед ней, менее сильно – на центр Земли и наименее сильно на океан с обратной стороны…

… Таким образом, океаны вспучиваются в двух направлениях: с одной стороны – потому что вода оттягивается от Земли; с другой – потому что Земля уходит из-под воды.

Поскольку Земля поворачивается вокруг своей оси каждые 24 часа, две приливные выпуклости путешествуют по океанам, в каждой точке создавая два прилива в сутки.

Фактически гравитация Луны вытягивает приливные выпуклости. Это действие «тормозит» вращение Земли. Луна реагирует, отступая от Земли.

Луна создает «приливы» в горах так же, как и в воде, хотя и меньшие из-за жесткости гор. Такие приливные растяжения могут способствовать возникновению землетрясений.

Большой адронный коллайдер близ Женевы обнаруживает растяжение и сжатие два раза в сутки, поскольку Луна растягивает и сжимает 27-км кольцо «ускорителя атомов».

Солнце также создает приливы в океанах, однако лишь в 1/3 от тех, чем порождает Луна. Когда Солнце и Луна объединяются, мы получаем самые высокие приливы.

Высокие приливы, ветры и воронкообразные потоки могут создать приливную волну – водяной горб, сохраняющий форму на многие километры и который можно даже использовать для серфинга.

В прошлом, когда Луна была ближе, приливы были выше, чем сегодня. При своем рождении Луна была в 10 раз ближе, а приливы в 1000 раз выше.

Луна не только вызывает приливы, но может и «уничтожить» Солнце. Полное солнечное затмение было ужасом для древних людей. Они использовали гремящую кастрюлю, чтобы отпугнуть чудовище, поедающее Солнце (это всегда работало!).

Полные солнечные затмения изменили историю. Во время сражения между Лидией и Мидией (Турция, 585 г. до н. э.) Земля погрузилась в темноту. Это было плохой приметой. Армии сложили оружие.

26. Что, если бы у нас не было Луны?

Очень вероятно, что нас бы здесь не было!

Ключевой факт 1. Луна непривычно большая: она гораздо больше, чем любой другой спутник по сравнению с материнской планетой. Земля – Луна, в сущности, – «двойная планета».

Ключевой факт 2. Жизнь на Земле не могла бы появиться без стабильного климата на протяжении миллиардов лет. Наша большая Луна стабилизирует климат.

Это работает таким образом: если Земля отклоняется, а волчок, как правило, так и делает, количество солнечного света, доходящего до Земли, меняется. Это приводит к катастрофическим изменениям климата…

Но, если Земля отклоняется, гравитация большой Луны возвращает ее назад в вертикальное положение (Марс, не имеющий большой Луны, испытывает катастрофические изменения климата).

Также большая Луна управляла заселением Земли. Вызывая мощные приливы, оставляла обширные поля вблизи океана высокими и сухими. Рыба, выброшенная на берег, развивала легкие и уходила.

Большая Луна имеет также огромное значение для науки. Заслоняя Солнце (полное солнечное затмение), она делает видимыми звезды, близкие к солнечному диску…

… В 1919 такие звезды помогли обнаружить искривление звездного света в поле тяготения Солнца, подтверждающее ключевое предсказание теории гравитации Эйнштейна.

В 1972 в «Трагедии Луны» Айзек Азимов утверждает, что, если бы Венера, а не Земля имела луну, развитие науки произошло бы на 1000 лет раньше.

Почему? Если бы Венера совершала свой орбитальный полет в сопровождении видимой Луны в ночном небе, поддерживаемая церковью идея геоцентрического (Земля в центре) пространства стала бы несостоятельной.

27. Сколько людей побывало на Луне?

Только двенадцать человек ходили по Луне. Только девять[5]5
  Нил Армстронг умер 25 августа 2012 года.


[Закрыть] из них все еще живы. Самый молодой, Чарльз Дьюк (Аполлон 16), родился 3 октября 1935.

Президент Джон Кеннеди сообщил о лунной программе «Аполлон» в знаменитой речи в Конгрессе США 25 мая 1961: «… до окончания этого десятилетия…»

Аполлон 8 и 10 летали к Луне и обратно без посадки. В 1970 Аполлону 13 также пришлось вернуться без посадки из-за аварии.

Аполлон 11, 12, 14, 15, 16 и 17 садились на Луну. В каждом случае два астронавта выходили на поверхность, а один оставался в командном модуле на орбите Луны.

21 июля 1969 прилунился Аполлон 11. 1-м человеком, который побывал на Луне, был Нил Армстронг (38 лет); 2-м – Базз Олдрин (39 лет). Они провели 2 ч и 24 мин на поверхности Луны.

Луноход (лунный багги) преодолевал большие расстояния, которые должны были исследовать экипажи Аполлонов 15 (27,8 км), 16 (26,6 км) и 17 (35,9 км).

14 декабря 1972. Последний побывавший на Луне человек – Юджин Сернан (38 лет) на Аполлоне 17. Программы для Аполлонов 18, 19, 20 отменили из-за отсутствия государственной поддержки.

Астронавты вернулись с 382 кг лунной породы. Подробный анализ показал, что Луна, вероятно, оторвалась от новорожденной Земли.

Три астронавта летали к Луне дважды: Джеймс Ловелл (Аполлон 8/13), Джон Янг (Аполлон 10/16) и Юджин Сернан (Аполлон 10/17). Ловелл никогда не высаживался.

Количество людей, которые летали на Луну (с посадкой или без нее): 21. Никакие другие астронавты никогда не были дальше нескольких сотен км от Земли.

28. Останутся ли следы на Луне навсегда?

Нет. Но они будут оставаться там очень долго!

На Луне нет ветра или дождя, которые могли бы стереть следы, оставленные астронавтами Аполлонов. С другой стороны, на ней есть «дождь» из космических микрометеоритов.

Микрометеориты, часто мелкие песчинки, порождают «падающие звезды», когда сгорают в атмосфере Земли. Такой дождь нельзя увидеть на Луне, так как там нет атмосферы.

Бомбардировка Луны микрометеоритами за миллиарды лет превратила ее каменную поверхность в толстый слой пыли, называемый «реголит».

Когда-то существовали опасения, что участки Луны покрыты глубоким слоем пыли и космические аппараты потеряются (утонут) в ней.

В романе Артура Кларка «Лунная пыль», 1961, лунобус «Селена» затонул в море лунной пыли со всеми пассажирами.

Постоянные бомбардировки микрометеоритами переворачивают верхние сантиметры лунной «почвы» примерно каждые 10 млн лет (лунное садоводство).

Следы, оставленные космонавтами, следовательно, останутся не навсегда.

Тем не менее они имеют хороший шанс оставаться там дольше человеческой цивилизации.

Частицы лунной пыли сильно отличаются от гладких песчинок на пляже. Микровоздействие дробит породу на частички, подобные крошечным расплавленным снежинкам.

Частицы лунной пыли подобны заусенцам. Астронавты не могли стряхнуть их со своих скафандров. Эти частички есть в каждом уголке и трещинке. Говорят, они имеют запах пороха!

29. Есть ли вода на Луне?

Большие темные пятна на Луне считались когда-то морями (maria на латыни). Однако теперь мы знаем, что они являются равнинами вулканической лавы.

Вода не может находиться на поверхности Луны. Без атмосферы она немедленно бы кипела в космосе. Поэтому Луна совершенно сухая.

Анализ доставленной Аполлонами лунной породы, казалось, подтвердил теорию сухой Луны. Считалось, что небольшое количество обнаруженной воды – это загрязнение от астронавтов.

Но в 2009 индийский космический аппарат Чандраян-1 обнаружил «спектральные следы» воды (H₂O) или гидроксила (OH) на лунной поверхности.

Наблюдение было подтверждено другими космическими аппаратами: Кассини (по пути к Сатурну) и Дип Импакт (проходившим мимо Земли/Луны по дороге к комете Хартли).

Было найдено незначительное количество воды: всего 0,1 % (1 литр на тонну).

Вероятно, она была образована солнечным ветром (ядра водорода) в сочетании с минералами, богатыми кислородом.

Молекулы воды слабо связаны с лунной породой. Это означает, что вода медленно ползет от лунного экватора к более холодным полярным областям.

Лунная вода скапливается в виде льда в глубоких кратерах у лунных полюсов.

Их дно, которое находится в постоянной тени, никогда не чувствует тепла Солнца.

9 октября 2009 исследовательский космический зонд LCROSS врезался в полярный кратер Кабеус. По крайней мере 100 кг воды было обнаружено в шлейфе, поднявшемся от удара.

Вода на Луне имеет ключевое значение для создания в будущем лунной базы. Большое значение она имеет не только для питья, но и для создания ракетного топлива.

Однако, по материалам LCROSS, лунная вода существует не в виде больших льдин, а с примесью лунного грунта, что создает трудности для ее извлечения.

30. Действительно ли Луна – мертвый мир?

Наверное, вы думаете, что Луна является мертвым холодным камнем: ее усыпанная кратерами пустыня не тронута изменениями. Но подумайте еще раз…

Задолго до изобретения телескопа с частотой раз в несколько месяцев были зарегистрированы странные огни на Луне.

Например, 18 июня 1178 пять монахов Кентерберийского Собора в юго-восточной Англии сообщили, что видели взрыв на Луне.

Таинственные огни на Луне – так называют Кратковременные лунные явления (КЛЯ) – это одна из величайших неразгаданных лунных тайн.

КЛЯ – локальные события, наблюдаемые в телескоп. Они охватывают больше, чем квадратный километр, и могут длиться от нескольких минут до нескольких часов.

КЛЯ приводят к осветлению, затемнению и размыванию поверхности. Затем иногда цвет изменяется на рубиново-красное свечение.

Что интересно: большинство КЛЯ происходят в 6 местах на Луне, в частности в кратерах Аристарх (450 км в диаметре) и Плато (100 км).

Во всех 6 местах происходил выход газообразного радона-222, как это зафиксировано Аполлонами 15 и 16 и Лунным разведчиком, облетавшим Луну в 1998.

Каковы общие черты 6 участков? Все они имеют большие кратеры с относительно недавними следами ударов. Или границы морей, появившихся во времена сильных ударов 3,8 млрд лет назад.

Эти места расположены в областях, где наблюдалось 100 лунотрясений, записанных сейсмографами, оставленными на Луне одним из 6 Аполлонов.

Исключительно важной особенностью 6 участков является то, что трещины в лунной коре от древних ударов позволяют подземным газам улетучиваться в космос.

Похоже, газ, совершая работу на пути выхода через лунные трещины, создает давление перед трещинами в лунном грунте с последующим взрывом в пространстве в виде КЛЯ.

Всего 1/2 тонны газа, выходящего в космос, могут создать облако в несколько км в поперечнике, сохраняющееся 5-10 мин, что может изменить отражательную способность поверхности.

Каково происхождение газа? «Приливное» сжатие Луны Землей перемалывает в год массу породы, сравнимую с массой 1 авианосца. В результате выход составляет ~100 тонн газа в год.

Возникновение КЛЯ в месте посадки людей было бы очень опасно. Аполлон 18 – полет был отменен до старта – однажды был запланирован к запуску на Аристарх!