Текст книги "Энциклопедия удивительных фактов"

Wow! Signal

15 августа 1977 г. произошло событие, так и не получившее объяснения до сих пор. Доктор Джерри Эман, работая на телескопе «Большое ухо» в Огайском университете, США, зафиксировал узкополосный космический радиосигнал, который длился 72 с. При этом сигнал по своим характеристикам (длительность, полоса, соотношение шум/сигнал) полностью совпадал с теоретически ожидаемым сигналом внеземного происхождения.

Относительно длительности приема дело вот в чем: у данного телескопа отсутствует подвижная приемная антенна, а смена области приема происходит благодаря естественному вращению планеты. Технические особенности таковы, что длительность наблюдения конкретной точки неба составляет 72 с., не больше и не меньше. То есть постоянный внеземной сигнал как раз должен укладываться в этот промежуток времени. Причем первые 36 с. сигнал нарастает, а потом ослабляется и пропадает, так как Земля уводит конструкцию из зоны приема.

Ученый настолько поразился, что смог лишь воскликнуть «WOW!» и записать это на полях распечатки, обведя предварительно группу необычных цифр. Установить точное местонахождение источника сигнала оказалось довольно сложно еще и потому, что телескоп имел два разнонаправленных облучателя. Непонятно, какой именно из них принял сигнал. О том, что сигнал не был случайным импульсом, произведенным с Земли и отразившимся от небесного тела, свидетельствует его длина. Впрочем, сам Эман все же склонен верить в его земное происхождение. Во всем этом событии интересен сам факт регистрации сигнала, информации же в нем не содержится почти никакой. Тем не менее раз факт сигнала есть, надо его как-то объяснить, и первым делом в голову приходит версия об инопланетном происхождении. Подтвердить или опровергнуть ее не получилось, хотя ученые несколько десятков лет пытались поймать похожий сигнал, но безуспешно. Как считают некоторые астрономы и физики, этот сигнал мог быть последним следом радиации исчезнувшей цивилизации. По словам астронома Дэвида Дарлинга, для того чтобы послать в космос подобный сигнал, особенных технологий не требуется – они имеются и на Земле. Подойдет, например, радиотелескоп Аресибо, которому дополнительно необходим передатчик высокой мощности около 2,2 гигаватта.

Таким образом, вопрос остался открытым и по сей день.

Темная энергия

То, что все объекты во Вселенной испытывают на себе силы притяжения, т. е. гравитацию, известно уже давно, а вот наличие взаимоотталкивающей силы впервые предположил Альберт Эйнштейн. Правда, самому великому физику эта идея показалась столь необычной, что он отказался от нее впоследствии. Однако в 1998 г. идею воскресили и наполнили практическим смыслом, когда стало ясно, что расширение Вселенной ускоряется под воздействием отрицательного тяготения, которое в какой-то момент превзошло силу гравитации. Мы не можем ощутить влияние темной энергии из-за ее малой интенсивности, но в условиях колоссальных астрономических величин она говорит свое веское слово и отодвигает галактики друг от друга. Доказательство обеспечил телескоп Хаббл, который в 1997 г. сфотографировал взрыв самой отдаленной от нас звезды. Именно взрывающиеся звезды способны пролить свет на существование таинственной темной энергии.

Тщательное изучение снимков позволило ученым сделать вывод о наличии отталкивающей силы во Вселенной. Например, звезда на той фотографии взорвалась 11 млрд лет назад, а свет от этого крайне удаленного светила долетел до нас лишь сейчас. По мнению физиков-теоретиков, во время взрыва возраст Вселенной был в 4 раза меньше и силы гравитации преобладали над космологической постоянной (темная энергия). Сейчас же соотношение сил обратное. В то время расширение Вселенной было замедлено и сверхновая располагалась ближе к нам. Расчеты показывают, что если бы темная энергия преобладала, то звезда находилась бы дальше. О том, что звезда была ближе, можно судить по ее яркости, которая на фотографиях в 2 раза больше, чем должно быть у звезды, находящейся на том расстоянии, на котором она отмечена сейчас.

Группа ученых Балтиморского института орбитального телескопа во главе с астрофизиком, доктором Адамом Рисом проанализировала фотографии. При этом Рис сказал, что теперь он точно уверен в существовании темной энергии, а астрофизик из Чикагского университета доктор Майкл Тернер заявил, что экспериментальное подтверждение энергии является важнейшим научным открытием современности и что, если бы Эйнштейн был жив, ему присудили бы Нобелевскую премию за предсказание отталкивающей силы.

В конце 2008 г. информагентства запестрели новостями о первом непосредственном подтверждении эффекта темной энергии (раньше были лишь косвенные признаки). Астрономы разглядели, как два огромных галактических объекта сталкиваются между собой, наблюдали за тем, как таинственная сила сдерживала рост галактических кластеров (групп галактик), и, приняв во внимание еще и предыдущие исследования со сверхновыми, получили прямые доказательства существования темной энергии и ее взаимодействия с нашим миром. Если представить, что темной энергии в космическом пространстве не было бы, то, по утверждению специалистов НАСА, Вселенная эволюционировала бы совсем по другому сценарию. Темная энергия относится к специфическим космическим субстанциям, ее невозможно просто зафиксировать, хотя она и существует вполне определенно. Ее можно считать своего рода отрицательной энергией и дать условное определение «антигравитация». При этом понимание принципов функционирования темной энергии очень нужно и становится важнейшей задачей современной науки. Ученые НАСА утверждают, что в значительной части нынешних физических концепций и космологических констант изначально заложен эффект темной энергии.

Данное исследование возглавлял Алексей Вихлинин из астрофизической обсерватории Кембриджа. По его мнению, благодаря темной энергии Вселенная развивалась так, как она развивалась, поскольку эта сила придает необходимое ускорение и замедление расширению Вселенной и всех объектов в ней. Он с коллегами изучал диски раскаленного газа в дальних галактических кластерах – самых больших объектов во Вселенной, способных столкнуться с чем-то (друг с другом), при том что между ними может быть разное расстояние. Однако в любом случае была выявлена такая закономерность: чем больше скорость сближения галактических кластеров, тем медленнее происходит увеличение их массы. Подобный же принцип лежит в основе расширения Вселенной. Подытоживая открытие, Вихлинин отметил, что темная энергия является постоянным независимым космическим явлением. Если это константа, то Вселенная так и будет расширяться, Млечный Путь никогда не достигнет соседней Андромеды, а через много миллиардов лет все галактики исчезнут с неба из-за их разбегания.

Темная материя

Наряду с таинственной темной энергией современные физики вынуждены были ввести в космологические концепции такое понятие, как темная материя, представляющую собой не менее загадочную субстанцию, которая проявляется исключительно в гравитационном взаимодействии. Впервые идея о наличии темной материи появилась в результате обнаружения учеными существенной нехватки массы галактик и их скоплений при измерении их гравитационного поля. К тому же при оценке скоростей вращения на разном удалении от центра галактики оказывалось, что скорости падали медленнее, чем должны были. Так как объяснить эти факты не смогли, то предположили существование части массы в форме некоей силы, которая проявляется лишь через гравитацию.

Ученые считают, что темная материя (если представить ее энергией) занимает примерно 23–25 % от плотности энергии во Вселенной (при этом 70–73 % – это темная энергия, а 4–5 % – «обычное» вещество).

По мнению астрофизиков, эта материя играет большую роль, удерживая звезды в галактиках и формируя своего рода силовой каркас Вселенной. Однако экспериментально подтвердить наличие темной материи пока никто не смог, хотя установление этого факта представляется весьма актуальным. Возможно, сделать открытие получится у группы физиков из Испании и Франции, вооружившихся сцинтилляционным болометром – прибором, предназначенным для поиска темной материи по тепловому следу. Когда тестирование аппарата закончится, его поместят в подземную лабораторию в Испании.

Многие ученые ищут темную материю по косвенным признакам и пытаются получить свидетельства существования аксионов (предположительно носителей темной материи). В центре исследования находится изучение светимости белых карликов. Помощь в установлении этого научного факта оказал и знаменитый орбитальный телескоп Хаббл, благодаря которому было выяснено, что темная материя может защищать галактики от разрушения силами притяжения других галактик. Объектом наблюдения было выбрано галактическое скопление Персей, где сконцентрированы тысячи галактик, расположенное в 250 млн световых лет от Земли. Интерес астрономов вызвало присутствие в центре скопления нетронутых 30 маленьких галактик, тогда как их более крупные соседи оказались разрушены гравитацией огромных галактик на периферии. Это позволило высказать предположение о высоком содержании в этих маленьких галактиках темной материи, которая и защищает карликов от буйных соседей.

В 2009 г. появились сообщения о том, что темная материя может представлять собой более странную субстанцию, чем считалось ранее. Например, привычные законы гравитации могут оказывать на нее специфическое воздействие. Ученые из США Хонг Шенг Жао, Бено Фамей, Джанфранко Гентайл и Паоло Салуцци предприняли новое исследование и изучили распределение темной материи в центрах 28 разнотипных галактик. Прежде всего астрофизиков интересовала информация о движении звезд. Они установили факт постоянного соотношения обычной и темной материй, что противоречит предыдущим представлениям, ведь процент содержания той или иной материи определяется историей развития галактик. Соответственно виды материи должны распределяться хаотично – где-то больше одного вида, где-то другого, а для объяснения такого постоянства в современной физике законов не имеется. Данная работа была продолжением предыдущей, результаты которой также были опубликованы в 2009 г. Тогда выяснилось, что практически полное постоянство отличает плотность скопления темной материи в галактическом центре. Хотя, если принять во внимание законы гравитации, плотность неизбежно должна повышаться при приближении к центру скопления. Поскольку теоретических обоснований столь необычных проявлений пока нет, ученые предлагают относиться к носителям темной материи не просто как к массивным элементарным частицам. Можно было бы вывести новое фундаментальное взаимодействие (наряду с имеющимися слабым, сильным, электромагнитным и гравитационным). Умы продвинутых астрофизиков посещают совсем уж революционные идеи о «темных» атомах, в состав которых входят «темные» протоны и электроны, а между ними функционирует «темный» электромагнетизм. Возможно, вскоре выяснится, что эти идеи не только фантастичны, но и правильны…

Экзопланеты

Вероятно, не найдется человека, который хотя раз в жизни не задумывался бы о том, одиноки ли мы во Вселенной. К сожалению, ответа на столь интригующий вопрос как не было, так и нет. Изучение Солнечной системы не оправдало надежд оптимистов, поскольку на Марсе белково-нуклеиновая жизнь не обнаружена, но если она там все же и есть, то уж точно в неразвитом состоянии. На Венере и Меркурии очень высокая температура, состав планет-гигантов типа Юпитера совсем не располагает к зарождению жизни, а на их спутниках слишком холодно. Таким образом, соседей в Солнечной системе у нас, по-видимому, нет. Впрочем, астрономы попытались обнаружить планеты за пределами нашей системы, на которых могла бы появиться жизнь. Надежду внушало и то, что звезд, подобных Солнцу, во Вселенной огромное количество и где-нибудь могли возникнуть условия, схожие с земными. В логике ученым отказать нельзя, и, хотя обнаружить жизнь на таких далеких объектах не получится, современные технические средства позволяют определить наличие звезд с экзопланетами – планетами, вращающимися по орбитам вокруг звезды за пределами Солнечной системы. Ученые длительное время не могли экспериментально подтвердить существование экзопланет, нередко случались неудачи. Например, астроном Ван де Камп в течение 40 лет наблюдал за движением звезды Барнарда, считая, что вокруг нее вращается искомое небесное тело, но его ждало разочарование. Зато в 1991 г. астроном А. Вольжан из США установил наличие сразу 3 планет рядом с одним из пульсаров. Безусловно, из-за близости к такой звезде условия на планетах в любом случае были ужасными, но для первого раза это было значимое открытие. В дальнейшем с помощью космических обсерваторий астрономы стали находить множество экзопланет. На начало 2010 г. их количество приближается к 400, причем новые находят почти каждую неделю. Однако ранее не было найдено ни одной планеты, похожей на Землю, и вот… В марте 2010 г. в статье, опубликованной в авторитетном журнале, группа ученых из разных стран во главе с испанским астрофизиком Хансом Дегой сообщила, что с помощью спутника CoRoT обнаружила планету с достаточно умеренным климатом. Экзопланете дали название CoRoT-9b. Конечно, найденная экзопланета все-таки не Земля, а больше Юпитер, однако совсем не горячая. Размером планета приближается к Юпитеру, но легче него. Орбита похожа на орбиту Меркурия и даже круглее, поэтому почти отсутствуют сезонные перепады температуры. Расположена CoRoT-9b в 1500 световых лет в сторону хвоста созвездия Змеи и обращается вокруг звезды CoRoT-9, весьма напоминающей наше Солнце. Если говорить о климате, есть два варианта: при малом объеме воды в атмосфере средняя температура варьируется от +110 до +150 °С. Если воды достаточно много, то температура будет колебаться в пределах от -20 до +20 °С. Широкая и практически круглая орбита говорит о незначительном влиянии звезды на приливы, что обычно играет существенную роль в судьбе подобных планет. Крайне мала и скорость потери массы за счет испарения атмосферы.

Таким образом, экзопланету можно считать почти совершенным полигоном для изучения теорий эволюции планет, подобных планетам Солнечной системы. Конечно, на CoRoT-9b жизни в нашем понимании нет. Неизвестно, есть ли там вообще твердая поверхность. Однако при наличии таковой сила тяжести там в десять раз выше земной, давление больше, а насчет химических составляющих атмосферы пока вообще ничего не известно. Как бы там ни было, шанс найти жизнь все же существует. Если около экзопланеты есть спутники, то вскоре мы об этом узнаем и шансы найти пригодную для жизни планету чуть-чуть возрастут.

Луна

Ученые давно стремились разгадать тайну появления Луны на земном небосводе. Такая близкая и в то же время такая недоступная, она манила своими загадочными свойствами и странным влиянием на земных жителей. Пока ученые не получили в свое распоряжение образцы лунного грунта, в их кругу были распространены 3 версии: одновременное образование Луны и Земли из газопылевого облака, появление ночного светила в результате столкновения Земли с каким-то другим объектом, формирование Луны в другом месте с последующим захватом ее Землей. Впоследствии большинство ученых пришло к единому мнению – примерно 4,57 млрд лет назад Земля столкнулась с массивным космическим объектом, близким по своим габаритам к Марсу. Это сотрясение было самым сильным из всех, которые когда либо переживала наша планета, – земная кора на тысячу километров вглубь превратилась в раскаленную лаву. Земля смогла выстоять, но в результате катаклизма у нее появился спутник – Луна. Кроме того, по мнению американского астрофизика доктора Робина Канупа, планета приобрела ряд свойств, сыгравших принципиальную роль в процессе формирования жизни. Космический объект, с которым Землю свела судьба, получил название Тея – по имени древнегреческой богини, матери Луны. Небесное тело вошло в состав планеты и стало значительной ее частью. Однако около 10 % его массы оказалось в околоземном пространстве и образовало нагретое кольцо обломков, как у нынешнего Сатурна. Со временем из этого кольца и сформировалась та Луна, которую мы знаем.

Среди независимых исследователей популярна теория о том, что Луна – искусственное тело, своего рода космическая база. Надо сказать, что у них есть некоторые основания так считать. Астрономами неоднократно были замечены странные тени на поверхности Луны, как будто от поднимающихся объектов, садящихся затем в другой точке. В Интернете можно найти немало соответствующих фотографий и видеосъемок. В общем, по признанию ученых, несмотря на длительные наблюдения и изучение спутника Земли загадок становится все больше, а ответов по-прежнему не хватает.

Любопытно то, что Луна обращается вокруг Земли по почти круглой орбите и всегда повернута к ней одной стороной, причем орбита постепенно увеличивается и Луна отдаляется от Земли в среднем на 3,8 см в год. Об этом говорят данные 25-летних измерений. Если ранее думали, что у Луны нет магнитного поля, хотя и предполагали некоторые магнитные аномалии, то под конец XX в. физики удостоверились в наличии слабого магнитного поля. Первый источник магнитного возмущения был открыт в северо-восточной части обратной стороны Луны. Он в определенной степени защищает этот район от солнечной радиации, будучи примерно 360 км в поперечнике и в 300 раз слабее земного поля. Однако наиболее интересной темой научных обсуждений в последнее время стал факт наличия на Луне воды. Когда запущенный в 1994 г. автоматический зонд Клементина сфотографировал поверхность спутника с высоты 400 км, поступившие на Землю снимки, мягко говоря, удивили ученых: на них с большой долей вероятности просматривалось, что на дне некоторых кратеров в южном полушарии Луны находится замерзшая вода.

Не будет сильным преувеличением сказать, что у Земли есть целых 4 луны. 10 октября 1986 г. астроном-любитель Дункан Вальдрон, наблюдая в телескоп, обнаружил астероид диаметром 5 км, который вращается вокруг Солнца с такой же частотой, как и у Земли, и постоянно находится около нашей планеты. Объекту дали название Кринуэ. Из-за его связи с Землей он получил статус второго ее спутника. Наблюдать астероид можно лишь в мощный телескоп. Впоследствии астрономы нашли еще 3 похожих небесных тела, связанных с Землей.

Так родилась сенсация, ведь традиционно считалось, что Луна представляет собой мертвое космическое тело и что на ней отсутствуют условия для существования льда. Дело в том, что лунные сутки в 28 раз больше, чем земные, и за это время поверхность в отсутствии атмосферы хорошо прогревается Солнцем (температура может достигать 122 °С). Таким образом, вопрос о причине образования льда вполне закономерен. По фотографиям можно заключить, что лед был обнаружен там, куда не попадают солнечные лучи, – на дне некоторых глубоких кратеров. Возникает другой вопрос: откуда вообще на нашем спутнике вода? По одному из предположений, ее могли занести туда метеориты, которые миллиарды лет бомбардируют поверхность Луны.

Осенью 2009 г. в авторитетном научном журнале появились целых три публикации со ссылками на данные орбитальных аппаратов, обосновывающие присутствие на Луне воды. Как выяснилось, воды на спутнике может быть в сотни раз больше, чем считалось ранее. Такой вывод сделала команда ученых, изучивших доставленную лунную породу и метеориты лунного происхождения. Это первое экспериментальное подтверждение наличия воды на нашем спутнике.

Лунные образцы для анализа были получены в ходе миссий «Аполлонов», а метеориты найдены в Африке. Применялся метод вторичной ионной масс-спектрометрии, показавший, что в породах воды или ее остатков довольно много. В итоге процент содержания воды оказался в два раза выше, чем предполагали ранее.

По расчетам ученых, если вся спрятанная в глубине спутника вода каким-то образом окажется на его поверхности, то она покроет его метровым слоем (это, конечно, не так впечатляюще, как на Марсе (1,5 км) или на Земле (250 км). В случае подтверждения полученных данных необходимо пересмотреть теории формирования и эволюции Луны, связанные с объяснением ее необычной «сухости».

Гелий-3

Многие эксперты сходятся во мнении, что топливо на Земле вскоре закончится, другие с ними не соглашаются, но в любом случае такие допущения вынуждают мировые правительства разрабатывать альтернативные источники энергии или искать новые в природе. Как ни странно, на роль источника неожиданно подошла Луна. По расчетам ученых, на спутнике должны быть просто гигантские запасы гелия-3. Так называют атом, в большом количестве производимый и выбрасываемый Солнцем в виде побочных продуктов реакций, происходящих в звезде. Открыли вещество американские физики Луис Альварес и Роберт Корног в 1939 г. Физики считают, что это вещество будет идеальным топливом для реакторов. Впрочем, на данный момент нет технологий использования гелия-3 по назначению, но в будущем они должны появиться. Благодаря солнечному ветру вещество оказывается далеко в глубоком космосе и даже вылетает за пределы Солнечной системы. Однако частицы гелия-3 способны врезаться в различные встретившиеся на их пути объекты, например в Луну. На Земле запасов гелия-3 или нет, или они ничтожно малы, потому что магнитное поле не позволяет ему достичь ее поверхности.

Сотрудники НАСА ломают голову над тем, как можно было бы добывать и переправлять топливо с Луны. Они предложили запустить на спутник аппараты, похожие на земные комбайны, чтобы те собирали гелий-3 путем концентрации его частиц. Затем останется лишь перевезти топливо на орбиту Земли или на нашу планету для использования в реакторах. Впрочем, есть масса и других предложений. Топливом заинтересовались ведущие страны мира, которые планируют к 2020 г. начать его добычу. Основными конкурентами в данной области являются Россия, Китай, Индия и США. Возможно, будет достигнуто соответствующее соглашение в этой сфере, что было бы предпочтительно, ведь осуществлять такие проекты совместно значительно легче, чем поодиночке. С другой стороны, у самой идеи добычи есть много противников, чьи основные доводы сводятся к следующему: себестоимость массового производства топлива в атомных электростанциях на Земле через распространенный здесь тритий значительно меньше, чем при лунной добыче. Причем последняя будет неоправданно дорогостоящей и не поддающейся контролю, а это, в свою очередь, создаст идеальные условия для отмывания и хищения денежных средств. Тем не менее надо понимать, что в случае добычи топлива на Луне одновременно будут продвигаться программы по ее изучению и колонизации, человечество продвинется в деле освоения космоса. Этот весомый фактор нельзя не учитывать, и, возможно, он станет определяющим при окончательном выборе.

Исследователи подсчитали, что лунных запасов гелия-3 (10⁹ т) хватило бы земной энергетике на 1000 лет даже с условием повышения потребляемых мощностей. При этом ориентировочная средняя стоимость 1 л гелия-3 в 2009 г. составила 930$. Кстати, гелий-3 обнаружен и в атмосферах планет-гигантов. На Юпитере его 10²⁰ т, что достаточно для всего срока жизни человеческой цивилизации, каким бы он ни был.