Наталья Сердцева
99 секретов науки
№ 5. А что на изнанке Вселенной? Темная материя и темная энергия
Слухи о существовании таинственного вещества под названием «темная материя» появились в астрономическом мире почти сто лет назад. Что же их породило? Прежде всего, тот факт, что в галактиках, движущихся с очень высокой скоростью, звезды не разлетаются, а держатся вместе. По известным законам физики это неправильно. Но если их удерживает некая невидимая материя, придавая галактикам дополнительную массу, то с физической точки зрения все в порядке.
Астрономия не стояла на месте, и в 70-е годы ХХ века ученые уже могли измерить массу отдельных объектов галактики и массу всей галактики в целом. Каково же было их удивление, когда они обнаружили, что эти цифры не совпадают! Общая масса превышала массу звезд, планет и астероидов. Это могло означать только одно: в галактике есть невидимое массивное вещество.
Позже обнаружилось еще одно свидетельство того, что темная материя существует. По законам гравитации звезды, расположенные на дальних окраинах галактик, должны двигаться медленнее, чем звезды в центре, ведь сила притяжения там ослабевает. Но на самом деле скорость звезд не зависит от их места в галактике. Значит, есть какая-то гравитационная сила, влияющая на них. Астрономы считают, что это галактическое гало – сферическое образование темной материи, окружающее каждую галактику.
Если темная материя действует как клей, удерживая звезды и галактики, то темная энергия, наоборот, обладает отрицательным давлением и заставляет Вселенную расширяться. Тот факт, что Вселенная расширяется, известен давно, но ученым удалось выяснить, что она расширяется с ускорением. Это ускорение ей придает как раз темная энергия.
Благодаря темной энергии наша Вселенная не приняла бы форму диска. А вообще, об этом феномене пока известно очень мало: темная энергия имеет незначительную плотность, она распределена по всей Вселенной, влияет на материю посредством гравитации.
№ 6. Хвостом набок. Как летают кометы
Слово «комета» переводится с древнегреческого как «хвостатая» – наблюдательные греки не могли не заметить, что у этого необыкновенного небесного тела имеется огромный хвост. Но они, конечно, не знали, что хвост состоит из разряженного газа и что сама комета – вовсе не предвестник катаклизмов и катастроф, посланный богами, а естественный космический объект.
Раз есть хвост, значит, должна быть и голова – в случае кометы дела обстоят именно так. Собственно, больше никаких частей тела и не имеется. В центре головы кометы находится плотное непрозрачное ядро, совершенно невыразительное, похожее на каменную глыбу. Оно очень тяжелое, в нем содержится практически вся масса кометы. Ядро окутано легкой газопылевой оболочкой – комой. Представьте, что в центре крупного арбуза есть одно-единственное семечко – приблизительно таково соотношение между размерами ядра и комы.
Безусловно, самая примечательная часть кометы – это ее хвост: длинный, широкий, развевающийся, как легкий газовый шарф. Он появляется, когда комета приближается к Солнцу и солнечный ветер начинает выбивать из комы частицы газа. Чем ближе к светилу комета, тем более крупным становится ее хвост.
Известны случаи, когда хвост достигал нескольких десятков миллионов километров в длину и тянулся через все небо.
Так как солнечный ветер дует от Солнца, то и хвост кометы располагается в этом же направлении. Поэтому он не всегда бывает сзади, как положено нормальным хвостам. Хвост может оказаться сбоку и даже спереди – если комета удаляется от Солнца. Если солнечный ветер дует очень сильно, хвост может оторваться и существовать в виде пылевого облака, пока его не разметает ветром.
Иногда от хвоста кометы отпадают частички. Они могут попасть в атмосферу планеты, например нашей Земли, и превратиться в падающие метеоры, сгорающие в атмосфере.
№ 7. Мы с Тамарой ходим парой. Двойные звезды
Обычно газовое облако, из которого появляются на свет юные звезды, довольно велико, поэтому они рождаются не поодиночке, а группами. В некоторых случаях светила становятся двойными. Иногда они сразу рождаются близнецами, то есть образуются из облака настолько близко друг от друга, что их навсегда связывает гравитация, а иногда одна звезда притягивает другую.
Если звезды-двойняшки имеют одинаковую массу, то они вращаются вокруг общего центра. Когда одна звезда из пары рождается более массивной, она перетягивает центр масс и может заставить меньшую «сестру» двигаться вокруг себя.
Среди звезд встречаются и тройняшки, в этом случае две звезды вращаются вокруг центра масс, а третья, делая больший круг, – вокруг них. Звезд, связанных общим центром вращения, может быть и больше – четыре, пять, шесть.
№ 8. Вокруг Солнца за 88 дней. Продолжительность года на разных планетах
Все знают, что год состоит из 365 дней. Но это относится только к земным реалиям, а на других планетах дела обстоят иначе и возможна такая ситуация, когда день и год равны.
Годом мы называем время, за которое планета делает один оборот вокруг Солнца, а за один день (по-научному звездные сутки) она оборачивается вокруг своей оси. Наш миниатюрный сосед Меркурий совершает свой годовой путь за 88 дней, в то время как его звездные сутки составляют 58 земных дней.
На Венере год и суточный цикл почти равны, первый составляет 224 дня, второй – 243. Продолжительность дня на Марсе 24 часа 37 минут. Год здесь в два раза дольше земного, 687 дней. На удаленных планетах Солнечной системы год очень долгий. Юпитер совершает оборот за 11 лет, Сатурн – за 29, Уран – за 84, а Нептун – за 164 земных года.
№ 9. Отколовшийся кусок Земли. Гипотеза происхождения Луны
По поводу того, откуда у нашей планеты взялся такой симпатичный и крупный спутник, существовало и существует множество гипотез. Одна из первых – гипотеза одновременного формирования двух объектов, один из которых оказался массивнее и захватил другой. Позже выдвигалась гипотеза, согласно которой Луна образовалась из множества мелких спутников, захваченных Землей и постепенно «склеенных» в один большой. Существует гипотеза, что когда-то Луна была планетой, пролетавшей мимо Земли, и коварная Земля захватила ее в плен силой своего обаяния (или, скорее, притяжения).
Есть и другие гипотетические варианты развития событий, но на сегодняшний день самой правдоподобной считается гипотеза гигантского столкновения. Среди участников предполагаемого инцидента, случившегося 4,5 миллиарда лет назад, – протопланета Тейя, планета размером с Марс. Вскоре после своего формирования Тейя перешла на хаотичную орбиту движения, приблизилась к Земле и врезалась в нее на очень большой скорости.
Столкновение было не лобовым, оно произошло по касательной, при этом значительный «клок» недавно сформировавшейся Земли был вырван и выброшен на орбиту. Позже из этого обломка образовалась Луна. На то, чтобы стать относительно круглой, ей понадобилось около ста лет. Земля же в результате происшествия накренилась – ось ее вращения и сегодня далека от перпендикулярной, – а также немного ускорила свое движение.
Что же случилось после аварии с Тейей? Некоторые ученые считают, что виновница происшествия почти не пострадала, она продолжила движение и скрылась в неведомых глубинах космоса.
Другие предполагают, что от столкновения Тейя распалась на множество обломков, которые разлетелись по Солнечной системе, став астероидами или, возможно, спутниками других планет.
№ 10. Одинакова в любой Вселенной. Скорость света
Это в фантастических романах звездолеты могут бороздить просторы Вселенной со сверхсветовой скоростью, в реальности этот предел перейти невозможно. Скорость света напрямую связана с теорией относительности, на которой возведен фундамент современной физики. Если бы скорость света была превышена, это привело бы к нарушению причинно-следственных закономерностей, то есть к смешению прошлого и будущего.
Со скоростью света распространяется не только свет, но и другие волны, к примеру электромагнитные. Она составляет в округленном значении 300 000 км/с. Скорость света одинакова в любых системах отсчета, она не зависит ни от направления света, ни от скорости движения источника и наблюдателя. Это такое же фундаментальное свойство нашего мира, как закон всемирного тяготения или законы движения.
