Место Земли во вселенной. Здесь показаны примерные масштабы
А вы знаете, что нам повезло родиться не только в «зоне жизни» звезды, но и всей галактики?
Как выглядят со стороны другие звезды и мы уже говорил, а как видел бы нашу солнечную систему и нашу звезду-Солнце, сторонний наблюдатель?
Судя по анализу окружающего космического пространства, Солнечная система в настоящее время движется через местное , состоящее в основном из водорода и некоторой доли гелия. Предполагается, что это местное межзвездное облако раскинулось на расстоянии в 30 световых лет, что в пересчете на километры, составляет что-то около 180 млн. км.
В свою очередь, «наше» облако находится внутри вытянутого газового облака, так называемого местного пузыря , образованного частицами древних сверхновых звезд. Пузырь растянут на 300 световых лет и находится на внутреннем крае одного из спиральных рукавов .
Впрочем, как уже говорилось мною ранее, наше точное положение относительно рукавов Млечного пути нам неизвестно — как не крути, у нас просто нет возможности посмотреть на него со стороны и оценить ситуацию.
Что поделать: если практически в любом месте планеты вы можете определить ваше местоположение с достаточной точностью, то, если вы имеете дело с галактическими масштабами, это невозможно — наша галактика имеет 100 тыс. световых лет в поперечнике. Даже при изучении космического пространства вокруг нас многое остается неясно.
Если мы воспользуемся системой межгалактического позиционирования, мы вероятно обнаружим себя между верхней и нижней частью Млечного пути и на полпути между центром и внешним краем галактики. Согласно одной из гипотез мы поселились в довольно «престижном районе» галактики.
Существует предположение, что звезды, находящиеся на определенном расстоянии от центра галактики, находятся в так называемой обитаемой зоне , то есть там, где теоретически возможна жизнь. А жизнь возможна лишь в правильном месте с правильной температурой — на планете, расположенной на таком расстоянии от звезды, чтобы на ней жидкая вода. Только тогда жизнь сможет появиться и эволюционировать. В целом обитаемая зона простирается на 13 – 35 тыс. лет от центра Млечного пути. Учитывая, что наша солнечная система находится в 20 – 29 световых годах от ядра галактики, мы как раз посередине «жизненного оптимума».
Впрочем, в настоящее время Солнечная система действительно является очень спокойным «районом» космоса. Планеты системы давно сформировались, «блуждающие» планеты либо разбились о соседей, либо сгинули за пределами нашего звездного дома, да и количество астероидов и метеоритов значительно снизилось по сравнению с тем хаосом, что царил вокруг 4 миллиарда лет назад.
Мы считаем, что ранние звезды формировались только из водорода и гелия. Но так как звезды – это своего рода , с течением времени образовались более тяжелые элементы. Это крайне важно, потому что, когда звезды умирают и взрываются, образуется . Их остатки становятся строительным материалом для более тяжелых элементов и своеобразными семенами галактики. Откуда бы иначе им взяться, как не из «кузнецы химических элементов» находящейся в недрах звезд?
Вот, для примера, углерод в наших клетках, кислород в наших легких, кальций в наших костях, железо в нашей крови – все это те самые тяжелые элементы.
В необитаемой зоне, по-видимому, отсутствовали те процессы, которые сделали возможным возникновение жизни на Земле. Ближе к краю галактики взорвалось меньше массивных звезд, следовательно, было выброшено меньше тяжелых элементов. Дальше в галактике вы не найдете атомов таких важных для жизни элементов как кислород, углерод, азот. Обитаемая зона характеризуется наличием этих более тяжелых атомов и за ее границами жизнь попросту невозможна.
Если крайняя часть галактики – «плохой район», то ее центральная часть еще хуже. И чем ближе к галактическому ядру, тем опаснее. Во времена Коперника, мы считали, что находимся в центре Вселенной. Похоже, после всего, что мы узнали о небесах, мы решили, что находимся в центре галактики. Теперь, когда нам известно еще больше, мы понимаем, как нам повезло оказаться не в центре.
В самом центре Млечного пути находится объект огромной массы – Стрелец А, черная дыра около 14 млн. км в поперечнике, ее масса в 3700 раз больше массы нашего Солнца. Черная дыра, находящаяся в центре галактики, выделяет мощное радиоизлучение, достаточное для того, чтобы испепелить все известные формы жизни. Так, что приблизится к ней невозможно. Есть и другие регионы галактики, которые непригодны для жизни. Например, из-за сильнейшего излучения .
Звезды О-типа – это гиганты значительно горячее Солнца, больше его в 10 – 15 раз и выбрасывающие в космос колоссальные дозы ультрафиолетового излучения. Под лучами такой звезды гибнет все. Такие звезды способны разрушить планеты еще до того, как они закончат формироваться. Излучение от них столь велико, что просто сдирает материю с формирующихся планет и планетарных систем, и буквально срывает планеты с орбит.
Звезды O-типа, это самые настоящие «звезды смерти». Никакая жизнь невозможна в радиусе 10 и больше световых лет от них.
Так что наш уголок галактики – как цветущий сад между пустыней и океаном. У нас есть все необходимые для жизни элементы. На нашем участке главным барьером против космических лучей служит магнитное поле Солнце, а против радиации от Солнца нас защищает магнитное поле Земли. Магнитное поле Солнца отвечает за солнечный ветер , который является защитой от тех неприятностей, которые приходят к нам с края Солнечной системы. Магнитное поле Солнце раскручивает солнечный ветер, представляющий из себя заряженные потоки протонов и электронов, выстреливающих из Солнца со скоростью миллион км в час.
Солнечный ветер несет магнитное поле на расстояние в три раза превышающее орбиту Нептуна. Но миллиард километров спустя в месте, называемом гелиопаузой, солнечный ветер иссякает и почти исчезает. Замедлившись, он перестает быть барьером для космических лучей межзвездного пространства. Это место является границей гелиосферы.
Если бы не было гелиосферы, космические лучи беспрепятственно проникали бы в нашу Солнечную систему. Гелиосфера работает, как клетка для погружения с акулами, только вместо акул здесь радиация, а вместо аквалангиста – наша планета.
Некоторые из космических лучей все же проникают через барьер. Но теряют при этом большую часть своей силы. Раньше мы считали, что гелиосфера – это такой изящный барьер, что-то вроде складчатого занавеса из магнитного поля. До тех пор, пока не были получены данные с Вояджера 1 и Вояджера 2, запущенных в 1997 году. В начале 21 века были обработаны данные с аппаратов. Оказалось, что магнитное поле на границе гелиосферы представляет собой что-то вроде магнитной пены, каждый пузырек которой составляет около 100 млн. км в ширину. Мы привыкли думать, что поверхность поля сплошная, создающая надежный барьер. Но, как выяснилось, оно состоит из пузырьков и узоров.
Когда мы исследуем наши галактические окрестности, нам мешает пыль и газ, чтобы рассмотреть объекты более детально. За долгую историю наблюдений мы выяснили следующее. Когда мы исследуем ночное небо невооруженным глазом или с помощью телескопа, мы видим многое в видимой части спектра. Но это лишь часть того, что там есть на самом деле. Некоторые телескопы могут видеть через космическую пыль благодаря функции инфракрасного видения .
Звезды очень горячи, но скрываются в оболочках из пыли. А в инфракрасный телескоп мы можем их наблюдать. Объекты могут быть прозрачными или непрозрачными, все зависит от световых волн, то есть света, который либо может, либо не может через них пройти. Если что-то вроде газа или космической пыли становится между объектом наблюдения и телескопом, можно переместиться в другую часть спектра, где световые волны будут иметь другую частоту. В таком случае это препятствие может стать видимым.
Вооружившись инфракрасными и другими приспособлениями, мы обнаружили вокруг себя множество космических соседей, о существовании которых не подозревали. Существует ряд приборов для наблюдения за космическими телами, звездами в разных частях спектра.
Обнаружив множество новых космических тел вокруг нас, мы задумываемся как они ведут себя, как они повлияли на Землю в момент зарождения жизни на Земле. Некоторые из них – «хорошие соседи», то есть ведут себя предсказуемо, движутся по предсказуемой траектории. «Плохие соседи» — непредсказуемые. Это может быть взрыв умирающей звезды или столкновение, осколки от которого полетят в нашу сторону.
Некоторые из наших соседей могли в древности принести нам «подарок», который изменил все. Когда наша Земля заканчивала формировать и остывала, поверхность была все еще очень горячей. А так как вода попросту испарилась, вновь она могла быть принесена на Землю многочисленными кометами или астероидами. Существует множество теорий о том, как мы могли получить воду.
Согласно одной из них, воду могли принести ледяные тела, пришедшие в Солнечную систему извне или оставшиеся после формирования Солнца и планет. Согласно одной из последних теорий около 4 млн. лет назад гравитация тяжелого газового гиганта Юпитера направила ледяные астероиды в сторону Марса, Земли и Венеры. Но только на Земле лед смог проникнуть в мантию. Вода размягчила Землю и инициировала процесс тектоники плит, вследствие чего появились континенты и океаны.
А каким образом в океанах зародилась жизнь? Может быть, необходимы органические соединения попали в них из космоса? В некоторых метеоритах, которые называют углекислые хандриты, ученые обнаружили органические соединения, которые могли способствовать развитию жизни на Земле. Эти соединения похожи на те, которые были собраны из антарктических метеоритов, образцов межзвездной пыли и фрагментов комет, полученных НАСА из звездной пыли в 2005 году.
Происхождение жизни – это длинная цепь реакций органических соединений. Все органические соединения содержат углерод и вполне возможно, что различные обстоятельства привели к тому, что образовались различные органические соединения. Одни могли образовать здесь, на планете, а другие в космосе. Вполне возможно, что без этих межгалагтических подарков от наших соседей жизнь на Земле так бы и не появилась.
Но есть и непредсказуемые соседи. Например, звезда — оранжевый карлик Глизе 710 . Эта звезда на 60% массивнее Солнца, в настоящее время всего в 63 световых годах от Земли и продолжает приближаться к Солнечной системе.
Облако Оорта — громадная сфера из замороженных камней и глыб льда, окружающая Солнечную систему (в центре). Источник комет и блуждающих метеоритов «из вне» нашей системы
Также на расстоянии 1 светового года от Земли находится так называемое облако Оорта . Мы можем наблюдать кометы из облака Оорта, если они проходят достаточно близко к Солнцу, но обычно так не бывает и мы их не видим.
Есть же и просто «странные соседи». Один из них (вернее, целая семья) это звезды созвездия Центавра.
Звезда Альфа Центавра, самая яркую звезду в созвездии Центавра, для нас третья по яркости звезда ночного неба. Она – ближайшая наша соседка, находится в 4 световых годах от нас. До 20-го века считалось, что это двойная звезда, но позже выяснилось, что мы наблюдаем ни что иное, как звездную систему из обращающихся вокруг друг друга сразу трех звезд!
Альфа Центавра А очень похожа на наше Солнце, и масса у неё такая же. Альфа Центавра Б немного меньше, а третья звезда Проксима Центравра является звездой типа М, масса которой составляет около 12% массы Солнца. Она так мала, что мы не можем наблюдать ее невооруженным взглядом.
Оказывается, многие другие наши звезды-соседи также имеют несколько систем. Сириус, находящийся на расстоянии около 8,5 световых лет, известный как одна из самых ярких звезд на небе, тоже является двойной звездой. Большинство звезд меньше нашего Солнца и часто являются двойными. Так что наше Солнце-одиночка – скорее исключение из правил.
Большинство звезд вокруг – это красные или коричневые карлики. Красные карлики составляют до 70% всех звезд не только в нашей галактике, но и во Вселенной. Мы привыкли к нашему Солнцу, оно кажется нам эталоном, но красных карликов гораздо больше.
Мы не были уверены есть ли среди наших соседей коричневые карлики до 1990 года. Эти космические объекты также уникальны — не совсем звезды, но и не планеты, да и цвет у них совсем не коричневых.
Коричневые карлики – одни из самых загадочных обитателей нашей Солнечной системы, поскольку они действительно очень холодные и очень темные. Они излучают мало света, поэтому их крайне трудно наблюдать. В 2011 году один из телескопов НАСА, широкоугольный исследователь в инфракрасных лучах, где-то на расстоянии 9 – 40 световых лет от Земли обнаружил множество коричневых карликов с такой температурой поверхности, которая когда-то считалась невозможной. Некоторые из этих коричневых карликов настолько прохладны, что их можно даже потрогать. Температура их поверхности всего 26°С. Звезды комнатной температуры — чего только не увидишь во вселенной!
Однако снаружи нашего «местного пузыря» есть не только звезды, но и планеты, а точнее экзопланет — то есть обращающихся не вокруг Солнца. Открытие такие планет — чрезвычайно сложное событий. Это все равно, что наблюдать за одной единственной лампочкой в ночном Лас Вегасе! Фактически, мы даже не видим этих планет, а только догадываемся о них, когда Телескоп Кеплера отслеживающий изменение яркости звезд, фиксирует ничтожное изменение блеска звезды, когда одна из экзопленет, проходит по её диску.
Насколько нам известно, наш ближайший экзопланетарный сосед находится буквально «на одной» улице с нами, «всего» в 10 световых годах, на орбите оранжевой звезды Эпсилон Эридана. Однако экзопланета похожа скорее не на Землю, а на Юпитер, так как является огромным газовым гигантом. Впрочем, учитывая, что с момента первых открытий экзопланет прошло меньше двух десятков лет, как знать, что ждет нас дальше.
В 2011 году в нашем районе астрономы обнаружили новый вид планет – бездомные планеты. Оказывается, существуют планеты, которые не вращаются вокруг своей родительской звезды. Они начали свою жизнь, как и все остальные планеты, но в силу тех или иных причин были смещены со своей орбиты, покинули свои солнечные системы и теперь бесцельно блуждают по галактике без возможности вернуться домой. Это удивительно, но потребуется новое определения для названия подобного рода планет, для планет, существующих вне притяжения своих родительских звезд.
Впрочем, на горизонте маячит и пара событий, которые могут стать настоящей сенсацией даже в масштабах космоса.
Крупномасштабная структура Вселенной напоминает систему прожилок и волокон, разделенных пустотами
Крупномасштабная структура Вселенной - космологический термин, обозначающий структуру распределения вещества во Вселенной на наибольших .
Примером простейшей структуры в космическом пространстве является система планета-спутник. Кроме двух ближайших к Солнцу планет (Меркурий и Венера), все остальные имеют своего спутника, и в большинстве случаев даже не одного. Если Землю сопровождает лишь Луна, то вокруг Юпитера вращается целых , хотя некоторые из них довольно малы. Однако вместе со своими спутниками планеты Солнечной системы вращаются вокруг Солнца, образуя так называемую планетную систему.
В результате наблюдений, астрономами было выявлено, что большинство других звезд также входят в состав планетных систем. Вместе с тем сами светила тоже зачастую образовывают системы и скопления, которые назвали звездными. Согласно имеющимся данным, преобладающая часть звезд составляют , или с кратным количеством светил. В этом плане наше Солнце считается нетипичным, так как оно не имеет пары
Если же рассматривать околосолнечное пространство в более увеличенных масштабах, то становится очевидно, что все звездные скопления вместе со своим планетными системами образуют звездный остров, так называемую .
История изучения структуры Вселенной
Впервые об идее крупномасштабной структуры Вселенной задумался выдающийся астроном Уильям Гершель. Именно ему принадлежат такие открытия как обнаружение планеты Уран и двух ее спутников, двух спутников Сатурна, открытие инфракрасного излучения и идея о Солнечной системы сквозь космическое пространство. Самостоятельно сконструировав телескоп и проведя наблюдения, он выполнил объемные подсчеты светил различной яркости в определенных областях небосвода и пришел к выводу, что в космическом пространстве существует большое множество звездных островов.
Позже, в начале ХХ-го века американский космолог Эдвин Хаббл смог доказать принадлежность некоторых туманностей к структурам, отличным от Млечного Пути. То есть было достоверно известно, что за пределами нашей галактики также существуют различные звездные скопления. Исследования в этом направлении вскоре значительно расширили наше понимание Вселенной. Оказалось, что помимо Млечного Пути в космическом пространстве существуют десятки тысяч иных галактик. В попытке составить какую-нибудь упрощенную карту видимой Вселенной ученые наткнулись на тот примечательный факт, что галактики в пространстве и составляют собою иные структуры немыслимых размеров.
Со временем ученые обнаружили, что галактики-одиночки - достаточно редкое явление во Вселенной. Подавляющая же часть галактик образуют крупномасштабные скопления, которые могут быть различных форм и включать в себя две галактики или кратное число, вплоть до нескольких тысяч. Помимо огромных звездных островов эти массивные звездные структуры включают еще и скопления газа, разогретого до высоких температур. Несмотря на очень низкую плотность (в тысячи раз меньше, нежели в солнечной атмосфере), масса этого газа может значительно превышать суммарную массу всех звезд в некоторых совокупностях галактик.
Полученные результаты наблюдений и расчетов навели ученых на мысль о том, что скопления галактик также могут образовывать иные более крупные структуры. Вслед за этим стали два интригующих вопроса: если сама по себе галактика, сложная структура, является частью некой более масштабной конструкции, то может ли эта конструкция быть составной чего-нибудь еще большего? И, в конце концов, есть ли предел такой иерархичной структурности, когда каждая система входит в состав другой?
Положительный ответ на первый вопрос подтверждается наличием сверхскоплений галактик, которые в свою очередь перерастают галактические нити, или как их иначе называют «стены». Их толщина в среднем около 10 млн. св. лет, а длина 160 — 260 млн. световых лет. Однако, отвечая на второй вопрос, следует отметить, что сверхскопления галактик не являются некой обособленной структурой, а лишь более плотные участки галактических стен. Поэтому сегодня ученые уверены в том, что именно галактические нити (стены), наибольшие космические структуры, вмесите с войдами (пустым пространством, свободным от звездных скоплений) формируют волокнистую или ячеистую структуру Вселенной.
Положение Земли во Вселенной
Несколько отходя от темы, укажем положение нашей планеты в столь сложной структуре:
- Планетарная система: Солнечная
- Местное межзвёздное облако
- Галактический рукав Ориона
- Галактика: Млечный Путь
- Скопление галактик:
- Сверхскопление галактик: Местное сверхскопление (Девы)
- Сверхскопление галактик: Ланиакея
- Стена: Комплекс сверхскоплений Рыб-Кита
Современные результаты исследований утверждают, что Вселенная состоит не менее чем из 200 миллиардов галактик. Галактические стены по своей природе являются относительно плоскими и составляют собой стенки «ячеек» Вселенной, а места их пересечений и формируют сверхскопления галактик. В центре же этих ячеек располагаются войды (англ. void — пустота).
Анализ сформированной учеными трехмерной модели распределения галактик говорит о том, что ячеистая структура наблюдается на расстоянии в более чем миллиард световых лет в любом направлении. Данная информация позволяет полагать, что в масштабе в несколько сотен миллионов световых лет любой фрагмент Вселенной будет иметь почти одинаковое количество вещества. А это доказывает, что в указанных масштабах Вселенная однородна.
Причины возникновения крупномасштабной структуры Вселенной
Несмотря на наличие таких масштабных конструкций, как галактические стены и нити, самыми крупными устойчивыми структурами все же считаются скопления галактик. Дело в том, что известное расширение Вселенной постепенно растягивает структуру любых объектов, и бороться с этой силой может лишь гравитация. В результате наблюдений за скоплениями и сверхскоплениями был обнаружен такой потрясающий эффект как « ». То есть лучи, проходящие через межзвездное пространство, искривляются, что указывает на наличие в нем огромной невидимой, скрытой массы. Она может принадлежать различным ненаблюдаемым космическим телам, однако в таких масштабах вероятнее всего принадлежит
Крест Эйнштейна — гравитационно-линзированный квазар
Опираясь на почти однородное , ученые убеждены в том, что и вещество во Вселенной должно распределяться равномерно. Но особенность гравитации в том, что она склонна стягивать любые физические частицы в плотные структуры, тем самым нарушая однородность. Таким образом, спустя какое-то время после Большого Взрыва незначительные неоднородности в распределении вещества в пространстве стали все более стягиваться в некоторые структуры. Их возрастающая гравитация (в силу возрастания массы на объем) постепенно замедляла расширение, пока не остановила его вовсе. Мало того, в некоторых частях расширение обернулось в сжатие, что и стало причиной образования галактик и галактических скоплений.
Подобная модель проверялась при помощи компьютерных расчетов. Учитывая совсем незначительные флуктуации (колебания, отклонения) в однородности реликтового излучения, компьютер просчитал, что такие же мелкие флуктуации в после Большого Взрыва при помощи гравитации вполне могли породить скопления галактик и ячеистую крупномасштабную структуру Вселенной.
Если спросить кого-либо из нас о месте проживания, то ответом, скорее всего, будет название города или села, улицы, дома, квартиры. Может, кто-то назовет еще страну, ну или еще какой-нибудь шутник скажет, что обитает он на планете Земля. Вот так вот мы и живем на Земле, и не все из нас знают, какое место она занимает в необъятной Вселенной.
Первым пунктом нашего астрономического адреса станет наша Земля. Это достаточно необычная планета, которая имеет уникальный состав атмосферы, огромные океаны на своей поверхности, защищена от внешнего излучения мощным магнитным полем, озоновым слоем и ионосферой. Земля находится на расстоянии 1 астрономической единицы от Солнца. Нетрудно догадаться, что само понятие астрономическая единица возникло как некоторое эталонное значение. Если же переводить подобное расстояние в километры, то мы получим расстояние максимального удаления Земли от Солнца – Афелий, равный примерно 152 миллионам километров. Вот так далеко наша планета расположена от Солнца. Или все-таки близко?
Видимо, все же близко, т.к., например, Плутон, который находится почти на границе нашей Солнечной системы, расположен уже на расстоянии 12 миллиардов километров, или 80 астрономических единиц. Такая вот огромная наша с вами планетарная система. Причем основное место в ней занимают не планеты, а наша Звезда – Солнце, которое составляет примерно 99 процентов массы всей Солнечной системы. Нетрудно посчитать, что все планеты, включая не только крошечную Землю, но и гиганта Юпитера, составляют меньше одного процента ее массы. И вправду заставляет задуматься о нашем месте во Вселенной. В Солнечной системе Земля, несмотря на все ее особенности, есть всего лишь одна из планет Земной группы, куда, кроме нее, входит еще Меркурий, Венера и Марс.
От Солнца до Млечного Пути
Но будем двигаться дальше – мы поняли, что находимся среди планет Земной группы, в Солнечной системе, основу которой составляет звезда Солнце. Чтоб лучше понять все масштабы, стоит отметить, что наше Солнышко, которое с Земли выглядит похожим на небольшой яркий фонарь, на самом деле имеет диаметр, равный практически 109 диаметрам Земли. «Какое же Солнце огромное!» – приходит в голову мысль. Однако по меркам галактики оно всего лишь обычный желтый карлик, весьма маленькая и неприметная звезда. Среди яркого племени звезд существуют и колоссальные красные гиганты, которые больше Солнца в тысячи раз. Вот такие вот масштабы!
Разумеется, Солнце тоже входит в какую-то еще большую систему. И такой системой является наша с вами галактика – Млечный Путь. Именно ее часть видна в ясную безлунную ночь, как туманная полоса, проходящая через все небо. Если посмотреть на эту полосу в бинокль, то мы увидим огромное количество звезд. И действительно, в нашей галактике, помимо Солнца, существует еще около 200 миллиардов звезд, хотя некоторые ученые придерживаются мнения, что их в два раза больше. Все эти звезды составляют огромную спираль, которая вращается вокруг своего центра.
Наше Солнце занимает в этой звездной россыпи далеко не центральное положение, находясь в одной из ветвей спирали – в рукаве Ориона. И, как и миллиарды других светил, вращается вокруг центра галактики. При этом Солнце находится ближе к периферии на расстоянии около 26 тысяч световых лет от этого центра. То есть, если полететь туда со скоростью света, то пройдут тысячелетия, прежде чем мы доберемся до ядра Галактики.
От Галактики до бесконечности
Вот мы добрались и до огромнейшей галактики Млечный путь, диаметром 100 тысяч световых лет, которая в виде спирального диска, состоящего из мириад звезд, несется сквозь пространство и время. Но наша галактика не одна во Вселенной. Их существует огромное количество – современные астрономы в настоящий момент могут наблюдать 100 миллиардов галактик. Но, видимо, их намного больше.
Наша галактика имеет соседей – Большое и Малое Магелланово облако и галактику Андромеды. Вместе со своими соседями Млечный Путь входит в местную группу Галактик. Помимо перечисленных, в нее входит еще около 50 других систем.
Местная группа галактик входит, в свою очередь, в сверхскопление галактик Девы, которое охватывает галактики в радиусе 200 миллионов световых лет и содержит около тридцати тысяч галактик.
Масштаб поражает воображение, вводит в своеобразное благоговение перед грандиозностью подобных систем. Но что же дальше? Дальше мы можем выделить ту часть Вселенной, которую мы можем наблюдать во все доступные нам приборы – ее называют Метагалактикой. Далее идет уже вся Вселенная в целом, наличие границ у которой современная физика хоть и признает, но точное их определение пока находится только на гипотетическом уровне.
Древним людям Земля казалась огромной. Ведь никому не удавалось обойти ее пешком или даже объехать на коне. Поэтому и философы древности, размышляя об устройстве Вселенной, помещали Землю в ее центр. Все небесные тела, полагали они, вращаются вокруг Земли.
В современном мире, когда есть авиация и космические корабли, мысль о том, что наша планета вовсе не центр мироздания, никому не кажется крамольной.
Однако впервые эту идею высказал еще в III веке до н.э. Аристарх Самосский. К сожалению, почти все труды этого древнегреческого ученого утрачены и известны нам лишь в пересказе его современника Архимеда. Поэтому предположение о том, что Земля вращается вокруг Солнца (а не Солнце вокруг Земли), связывают обычно с именем польского астронома Николая Коперника, жившего в XV-XVI вв. Коперник расположил известные ему планеты Солнечной системы так: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер и Сатурн вращаются вокруг Солнца, а Луна — вокруг Земли. Но дальше за Сатурном Коперник поместил «сферу неподвижных звезд» — некую стену, замыкающую Вселенную. А предполагать, что находится за ней, Коперник не мог — для этого ему не хватало данных. Не стоит обвинять Коперника в близорукости, ведь телескоп, приблизивший к нам далекий космос, впервые использовал Галилей лишь сто лет спустя.
Древнегреческий ученый Птоломей разработал модель Вселенной, в которой Земля находилась в центре мироздания, а остальные небесные тела обращались вокруг нее.
Современная наука знает, что наше Солнце — одна из бесчисленных звезд во Вселенной, не самая большая, не самая яркая, не самая горячая, более того, Солнце находится вдали от центра нашей Галактики — гигантского скопления звезд, к которым относится и Солнце. И в этом нам повезло. Ведь иначе на Землю обрушивались бы такие потоки космических лучей, что жизнь на ней едва возникла бы. Вокруг Солнца вращаются 9 крупных планет, малые планеты — астероиды, кометы и совсем мелкие «камушки» — метеорные тела. Все это вместе образует Солнечную систему.
По современным представлениям, вокруг Солнца обращаются 9 крупных планет. 4 ближайшие к Солнцу — небольшие и твердые. Далее лежит пояс малых планет (астероидов), а за ним — планеты-гиганты, состоящие в основном из жидкостей и газов. Самая дальнаяя из известных планет Солнечной системы — Плутон — к тому же самая маленькая и самая холодная.
Земля — одна из 9 планет. Не самая большая, но и не самая маленькая, не самая близкая к Солнцу, но и не самая далекая. Крупнейшая планета — Юпитер. Его масса в 318 раз больше земной. Но у Юпитера нет твердой поверхности, по которой можно было бы ходить. Самая далекая от Солнца планета — Плутон почти в 40 раз дальше от Солнца, чем Земля. Его поверхность твердая, ходить по ней было бы легко — Плутон меньше Луны, притягивает к себе слабо. Вот только холодно там: температура на 200-240°C ниже точки замерзания воды. При таких условиях не только вода, но и большинство газов становятся твердыми. Зато на Венере, нашей ближайшей соседке, температура выше +450°C. Получается, что Земля — единственная пока планета во Вселенной, подходящая для жизни.
От Земли до Солнца около 150 млн км. Много это или мало? Сравним это расстояние с размерами Солнца и Земли. Диаметр Солнца меньше примерно в 100 раз, а диаметр Земли — в 10000 раз. Это значит, что если мы изобразим Солнце кружком диаметром 1 см (с монету достоинством в 1 рубль), то Землю нам придется нарисовать на расстоянии 1 м (на другом конце большого стола), причем она будет едва заметной точной.
Земля как планета Место Земли во Вселенной Земля – часть Вселенной, она испытывает мощное космическое влияние. Вселенная это весь мир, безграничный во времени и в пространстве, который состоит из множества космических тел, образующих системы различной сложности – от гигантских галактик, включающих миллиарды звёзд, до планет со спутниками. Солнечная система находится в одной из многих миллиардов галактик – нашей Галактике. В состав Галактики входит более 100 миллиардов звёзд, межзвёздное вещество и диффузные туманности. Ей принадлежат все звёзды, которые мы наблюдаем.
Наша Галактика сильно сплющена и с ребра должна быть видна в форме двоякояковыпуклой линзы со спиралевидными ветвями, выходящими из центра. В плоскости наибольшего протяжения и вращения* Галактики скучено максимальное количество звёзд, которые из-за удалённости неразличимы по отдельности и сливаются на небе в светлую полосу, называемую Млечным путём. Возраст Галактики оценивается примерно в 12 млрд. лет. Другие галактики наш глаз различает на звёздном небе в виде светлых туманных пятен – туманностей. Кроме туманностей–галактик на звёздном небе видны другие туманности – скопления светящегося газа или пыли. Пылевые туманности светятся отражённым светом близлежащих крупных звёзд. * Галактика делает полный оборот за ≈200 млн. лет (галактический год)
Ближайшая к нам гигантская спиралевидная звёздная система – Туманность Андромеды. По типу и структуре она похожа на нашу Галактику, но превосходит её по размерам в 1, 5 раза и состоит из десятков миллиардов звёзд. Эту галактику можно наблюдать невооружённым глазом в средних широтах северного полушария. В созвездии Андромеды она видна крошечным овальным слабо светящимся облачком. Мы видим туманность Андромеды такой, какой она была более двух миллионов лет назад: столько времени луч света идёт к нам от этой самой близкой звёздной системы. Галактика в созвездии Андромеды
Около 98% космического вещества содержится в звёздах. Звёзды – раскалённые светящиеся вращающиеся газовые (плазменные) шары. Они состоят из водорода и гелия и различаются по температуре, размерам, массе, плотности, мощности излучения, цвету, блеску, светимости и т. д. Световые лучи, проходя через атмосферу ослабляются за счёт поглощения, преломляются, изменяют цвет. Атмосфера никогда не бывает спокойной, поэтому небесные светила кажутся нам мерцающими, а на цветных фотографиях получаются разного цвета, который не зависит от реального излучения самой звезды. Местоположение звёзд во Вселенной меняется крайне медленно, поэтому конфигурация созвездий относительно устойчива. Тысячелетиями взаиморасположение звёзд почти не нарушается и их легко найти на небосводе с помощью звёздных карт, где показано 88 созвездий (по решению Генеральной ассамблеи Международного астрономического союза, состоявшейся в Риме в 1922 г).
Карта звёздного неба В центре – Северный полюс Мира. На сетке небесных координат проведены основные линии: небесный экватор, небесные меридианы, суточные параллели, эклиптика, по которым определяются координаты светил – склонение и прямое восхождение звёзд и Солнца
a(альфа) – прямое восхождение светила: дуга небесного экватора, которая отсчитывается от точки весеннего равноденствия (– гамма) до круга склонений светила (РМ) в направлении, обратном вращению небесной сферы; (дельта) – склонение светила: дуга круга склонения от экватора до светила
Достопримечательность звёздного неба северного полушария – Полярная звезда, ближайшая из ярких светил к Северному полюсу мира. Её поперечник в 120 раз больше солнечного диаметра. Это двойная звезда со спутником, который чуть крупнее Солнца. Она пульсирует, изменяя свой объём и блеск. Полярная Звезда в нашу эпоху близка к Северному полюсу мира. Её склонение 89 17΄. В авиации, мореплавании, космонавтике местоположение и курс самолёта, корабля, космического аппарата определяется с помощью так называемых навигационных звёзд. Их местоположение на небосводе определено предельно точно, составлены таблицы их высот и азимутов. Из более чем 6000 звёзд, видимых невооружённым глазом, таких звёзд только 26. В северном полушарии это Полярная Звезда Арктур, Вега, Капелла и др. , в южном – Канопус, Пикок, Мимоза и др. В Южном полушарии навигационным созвездием служит Южный Крест. Его длинная перекладина почти точно указывает на Южный полюс мира – едва заметную звезду Сигма (σ) в созвездии Октант, склонение которой 89 34΄. Штурманы, прокладывающие путь судам, знают все навигационные звёзды наизусть.
По Полярной звезде в наше время определяется северная сторона горизонта, а также в северном полушарии географическая широта места, которая приблизительно равна высоте полюса мира над горизонтом. Особая роль путеводной Полярной звезды всё же временная. Из-за очень медленного конусообразного движения земной оси (полный оборот за ≈ 26 000 лет) Северный полюс мира непрерывно странствует среди звёзд. Около 3 тысяч лет назад самой близкой к полюсу звездой была Кохаб (с арабского – «Звезда Севера) в том же созвездии Малой Медведицы. Через 13 тысяч лет на месте Полярной звезды окажется звезда Вега в созвездии Лиры. Расстояние от Земли до Полярной звезды таково, что луч света, покинувший её, достигает нашей планеты спустя 472 года. Это означает, что мы видим Полярную звезду такой, какой она была вскоре после кругосветного плавания Магеллана. Если же с ней что-либо произойдёт сейчас, мы узнаем об этом через 472 года. Может быть она уже не существует, а на нашем небе всё ещё светит.
Полярную звезду легко найти на небе с помощью общеизвестного созвездия – Большой Медведицы. Через две крайние звезды в его ковше нужно провести вверх прямую, на которой отложить пятикратное расстояние между этими звёздами. Так мы находим ковш Малой Медведицы и попадаем на крайнюю звезду ручки её небольшого ковша. Это и есть Полярная звезда.
Одна из звёзд нашей Галактики – Солнце. Это звезда, относящаяся к группе жёлтых карликов. Его диаметр – 1 391 980 км, масса – 1, 989 х1030 кг (99, 87% общей массы всей Солнечной системы), сидерический (звёздный) период осевого вращения (солнечные сутки) на экваторе 25, 38 земных суток, у полюсов ≈ 20 суток, температура на поверхности – 5 807 К, возраст – около 5 млрд. лет. Солнце освещает и обогревает Землю, даёт энергию для процессов, происходящих на её поверхности, поддерживает «неугасимый огонь» жизни. Одно из многих условий существования на нашей планете жизни – это то обстоятельство, что Солнце относительно спокойная звезда, её излучение не испытывает резких колебаний, хотя наблюдаются в среднем через 11 лет периоды «активного» Солнца, чередующиеся с периодами «спокойного» Солнца.
Люди давно заметили, что изменения на Солнце (появление так называемых пятен) действует на природу и самочувствие. Изучению солнечно-земных связей посвятил свою жизнь гениальный советский учёныйестествоиспытатель А. Л. Чижевский (1897 -1964 гг.), который заложил основы гелиобиологии – науки о влиянии Солнца на живые организмы. Он писал: «Люди и все твари земные являются поистине ″детьми Солнца″» Его перу принадлежит большое количество работ на эту тему, основанных на экспериментах и наблюдениях. Самая известная из них – «Земное эхо солнечных бурь» , написанная интересно и понятно для широкого круга читателей и содержащая огромное количество фактического материала, обобщений, теоретических выводов и практических рекомендаций. Чижевского называют «Леонардо ХХ века» , высоко оценивая широту его научного мышления и вклад в мировую науку. Незадолго до смерти им были сказаны замечательные слова: «. . . Современная диалектика учит, что понять любое явление можно лишь в его связи с окружающим миром. В век космоса наука должна всё глубже постигать механизмы связей между Солнцем и живой природой» .
Солнце – эволюционный, динамический и физический центр Солнечной системы. Обладая огромной массой и мощным тяготением, оно управляет движением планет и других тел системы, кроме спутников планет. Они обращаются вокруг своих планет, так как их притяжение в силу близости оказывается сильнее солнечного. Солнечная система – это «семья» небесных тел, связанных силами взаимного притяжения. Её центр – звезда по имени Солнце. В состав Солнечной системы входят также бесспорно 8 классических планет (Меркурий, Венера, Земля, Марс (планеты земной группы), Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун (планетыгиганты), спутники планет (их более 60), малые планеты – астероиды, (свыше 5 тысяч), сотни комет и множество метеорных тел. За границу Солнечной системы до последнего времени принимали орбиту Плутона, самого «крайнего» в системе (5, 9 млрд. км или 39, 5 а. е.).
1. астрономическая единица равна среднему расстоянию Земли от Солнца – 149, 6 млн. км 2. световой год равен расстоянию, которое свет проходит в вакууме, не испытывая влияния гравитационных полей, за один юлианский год 3. парсек – расстояние, соответствующее обратной величине годичного параллакса (видимого смещения светил на небесной сфере, связанного с перемещением наблюдателя вместе с Землёй по орбите вокруг Солнца); параллакс 0, 1 ״ соответствует 10 парсекам (206265 а. е. или 30, 857 х 10 000 000 км;
Однако о статусе Плутона давно идут постоянные споры: по размерам и свойствам он напоминает скорее спутники планет, его орбита по форме и параметрам отличается от других планет. Недавно генеральная ассамблея III отдела Международного астрономического союза (МАС) постановила лишить Плутон статуса «полноправной планеты» на том основании, что иначе пришлось бы присвоить такой статус ещё нескольким небесным телам, заслуживающим его не менее Плутона. Это нарушило бы многие представления о Солнечной системе. Легче убавить на один объект количество планет, чем прибавить несколько новых. Соответственно сдвигается и граница Солнечной системы.
Великое планетографическое открытие конца ХХ века – обнаружение внешнего пояса астероидов за орбитой Нептуна – существенно изменило представление о Солнечной системе. Возник новый взгляд на структуру планетной системы, которая до этого представлялась не вполне стройной, поскольку в ней имелась «странная» планета – Плутон. . . Так и был бы Плутон «изгоем» Солнечной системы, если бы в последние годы (с 1992 г.) ему бы не подобралась достойная компания: совершенно новый третий тип планетных тел – ледяные планеты. . «Ударной пятилеткой» стал период с 1999 г по 2003 г, в течение которого было обнаружено ≈ 800 неизвестных ранее тел. В результате Плутон стал лишь одним из объектов внешнего пояса астероидов, так называемого пояса Койпера. Сейчас известно около 1000 астероидов этого пояса, причём у десяти крупнейших диаметр превышает 1000 км. Вот их названия некоторых из них: 2003 UB 313 (диаметр 2800 км), Плутон (2390 км), 2005 FY 9 (1600 км) и др. Самым дальним объектом оказалась Седна (1500 км), которая в 90 раз дальше от Солнца, чем Земля. Самому крупному планетоиду ещё не дано название. Группа американских астрономов, возглавляемая Майклом Брауном, предложила назвать «астероидгигант» Персефоной – именем жены Плутона в греческой мифологии. Георгий Бурба. Ледяные сателлиты Солнца. Ж. Вокруг света, 2006 г. № 12
Планеты медленно перемещаются на фоне зодиакальных созвездий по мере движения Земли по орбите. За год они проходят путь от одного созвездия до другого, поэтому их можно визуально отличить от звёзд. Само название планеты получили именно из-за этой своей особенности (в переводе с греческого языка αstër ρlanëtës – блуждающая звезда). Движение планет по своим орбитам совершается с запада на восток, однако видимое перемещение по небосводу происходит с востока на запад из-за быстрого осевого вращения Земли. В результате сочетания годового движения Земли и планет по их орбитам все планеты описывают на фоне звёздного неба петли, совершая то прямое, то попятное движение. Это явление заметил и правильно объяснил ещё Н. Коперник. То, что планеты не просто движутся туда и обратно, а описывают петли, получается потому, что плоскости их орбит не совпадают с плоскостью орбиты Земли.
Планеты и их спутники (если конечно они видны с Земли) кажутся нам так же как и звёзды более или менее яркими точками. Они светят отражённым от Солнца светом. Однако спутник Земли – Луна в 10 000 раз ярче самой яркой звезды неба – Сириуса, т. к. она неизмеримо ближе к Земле. Поскольку положение планет на небосводе постоянно меняется, их не показывают на карте звёздного неба. Чтобы определить какую планету мы наблюдаем, необходимо иметь специальную информацию, которую иногда помещают в календарях. Есть ещё один способ отличить на небе планету от звезды: нужно посмотреть на светило в бинокль. Планета видна как крошечный диск, звезда как яркая мерцающая точка. Люди с острым зрением могут получить тот же эффект, рассматривая светило сквозь узкое отверстие, например, неплотно сжатый кулак. В ясную тёмную ночь на фоне звёзд, медленно перемещающихся по небосводу, не меняя взаиморасположения, можно невооружённым глазом увидеть яркие, довольно быстро движущиеся точки – это искусственные спутники Земли. Самым ярким искусственным объектом на околоземной орбите была советская автоматическая станция «Мир» . Она совершила 75 000 оборотов вокруг Земли за 13 лет своего существования. Её «приводнение» в Тихом океане произошло 2 марта 1999 года.
У Земли 6 небесных братьев (Меркурий, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун) и одна сестра – Венера (богиня любви и красоты). У них много общих черт, возникших в процессе схожего образования и дальнейшей эволюции. Все планеты Солнечной системы имеют шарообразную форму. Все они обращаются вокруг Солнца в одном направлении – против часовой стрелки для наблюдателя, смотрящего со стороны Северного полюса. Это направление принято называть прямым. В таком же направлении движутся почти все спутники планет. В этом же направлении происходит и осевое вращение большинства планет. Исключение составляют Венера и Уран, который к тому же вращается как бы «лёжа»: его ось лежит почти в плоскости орбиты. Орбиты планет эллипсы, близкие к окружности, за исключением Меркурия. Из-за этого планеты не подходят близко к другу и их гравитационное взаимодействие невелико. Орбиты всех планет находятся примерно в одной плоскости, близкой к плоскости солнечного экватора. Промежутки между орбитами планет закономерно увеличиваются по мере удаления от Солнца: каждая следующая планета отстоит от Солнца в 2 раза дальше, чем предыдущая (так называемый закон планетных расстояний). Все планеты и их спутники имеют оболочечное строение, т. е. состоят из концентрических сфер, различающихся составом и строением вещества. Все они перемещаются на фоне созвездий. Все планеты светят отражённым солнечным светом. Все планеты делятся на две группы: небольшие типа Земли и гиганты типа Юпитера. Эти различия обусловлены в значительной степени разным расстоянием от Солнца, что отразилось на их как физико-химических свойствах, так и на динамических особенностях.
Каждая планета может «похвастаться» каким-нибудь рекордом. Меркурий – ближайшая к Солнцу, самая маленькая и горячая, почти лишённая атмосферы, с самой большой орбитальной скоростью (≈48 км/с) и самым коротким годом 0, 24 земного года. Венера – самая медленно вращающаяся вокруг оси (≈ 243 сут.) в направлении, обратном её движению вокруг Солнца. Земля – двойная планета «Земля-Луна» , и только на ней есть жизнь. Марс – на ней самые высокие горы (вулканический конус Олимп выше 25 км.) Юпитер – самая большая по массе и объёму и наиболее быстро вращающаяся (9 час 55 м) с самым крупным спутником (Ганимедом). Сатурн – наиболее сплюснутая с большим полярным сжатием (1/10), обладает самыми великолепными кольцами и наибольшим количеством спутников (по последним данным – 22). Уран – движется по орбите «лёжа на боку» , даже слегка «вниз головой» (наклон оси вращения 98). Нептун – имеет самый длительный период обращения вокруг Солнца, обладает разорванными кольцами в виде дуг (арок). У многих планет есть спутники. Самый крупный в Солнечной системе спутник Юпитера – Ганимед (один из его 16 «лун»). Его радиус 2631 км (больше Меркурия и Плутона), а вес в два с лишком раза больше веса Луны. Он находится на расстоянии 1, 07 млн. км от Юпитера и имеет смешанный силикатно-ледяной состав. Сверху поверхность Ганимеда покрыта слоем каменно-ледяной пыли толщиной в несколько метров. На поверхности много метеоритных кратеров. К числу крупных спутников относятся также Титан Сатурна (радиус ≈ 2580 км); Каллисто (≈ 2350 км), Ио (≈ 1815 км), Европа (≈ 1569 км) Юпитера. Три последних спутника и Ганимед были открыты ещё Г. Галилеем.
Вот как представляют себе вид неба на одном из спутников Юпитера писатели-фантасты братья Стругацкие (один из них – астроном). Действие повести происходит в далёком будущем на научной станции, расположенной на одном из спутников Юпитера «. . . Амальтея, пятый и ближайший спутник Юпитера, делает полный оборот вокруг своей оси примерно за тридцать пять часов. Кроме того, за двенадцать часов она делает полный оборот вокруг Юпитера. Поэтому Юпитер выползает из-за близкого горизонта через каждые тринадцать с половиной часов. Восход Юпитера - это очень красиво. Только нужно заранее подняться в лифте до самого верхнего этажа под прозрачный спектролитовый колпак. Небо черное, и на нем множество ярких немигающих звёзд. От звездного блеска на равнине лежат неясные отсветы, а скалистый хребет кажется глубокой черной тенью на звездном небе. Если присмотреться, можно различить даже очертания отдельных зазубренных пиков. Бывает, что низко над хребтом висит пятнистый серп Ганимеда, или серебряный диск Каллисто, или они оба, хотя это бывает довольно редко. Тогда от пиков по мерцающему льду через всю равнину тянутся ровные серые тени. А когда над горизонтом Солнце - круглое пятнышко слепящего пламени, равнина голубеет, тени становятся черными и на льду видна каждая трещина. Угольные кляксы на поле ракетодрома похожи на огромные, затянутые льдом лужи. Это вызывает теплые полузабытые ассоциации, и хочется сбегать на поле и пройтись по тонкой ледяной корочке, чтобы посмотреть, как она хрустнет под магнитным башмаком и по ней побегут морщинки, похожие на пенки в горячем молоке, только темные. Но все это можно увидеть не только на Амальтее. Почему-то считается, что бурый цвет - это некрасиво. Так считает тот, кто никогда не видел бурого зарева на полнеба и четкого красного диска на нем. Потом диск исчезает. Остается только Юпитер, огромный, бурый, косматый, он долго выбирается из-за горизонта, словно распухая, и занимает четверть неба. Его пересекают наискось черные и зеленые полосы аммиачных облаков, и иногда на нем появляются и сейчас же исчезают крошечные белые точки - так выглядят с Амальтеи экзосферные протуберанцы. . Директор в последний раз взглянул на бурый размытый купол Юпитера и подумал, что хорошо бы поймать момент, когда над горизонтом висят все четыре больших спутника - красноватая Ио, Европа, Ганимед и Каллисто, а сам Юпитер в первой четверти наполовину оранжевый, наполовину бурый. Потом он подумал, что никогда не видел захода. Это тоже должно быть красиво: медленно гаснет зарево экзосферы, и одна за другой вспыхивают звезды в чернеющем небе, как алмазные иглы на бархате. Но обычно время захода - это разгар рабочего дня» . . . Аркадий Стругацкий, Борис Стругацкий. Путь на Амальтею.
Единственный естественный спутник Земли и ещё одно светило на небесной сфере – Луна (в греческой мифологии богиня Луны – Селена). Она находится всего в 384 000 км от Земли, её радиус только в ≈ 4 раза меньше земного (1738 км), а масса в 81, 5 раз меньше массы Земли. По отношению к своей планете до недавнего времени Луна считалась самым массивным спутником в Солнечной системе, оказывающим поэтому самое большое влияние на основную планету. В 1978 году был открыт спутник Плутона Харон, сейчас ему принадлежит это первенство. Хотя сам Плутон теперь считают планетой-карликом, но всё же планетой, имеющей самый массивный спутник. Земля и Луна связаны мощным взаимным притяжением и вращаются как единое целое вокруг общего центра тяжести (барицентра) с запада на восток. Барицентр расположен внутри Земли на расстоянии 4750 км от её центра, что составляет 0, 73 земного радиуса. Землю часто называют двойной планетой. Полный оборот система «Земля – Луна» совершает за 27, 3 суток. Это так называемый сидерический (от лат. sidus, род. падеж sideris, то-есть звёздный) месяц. Именно барицентр перемещается по орбите вокруг Солнца. Двойной планетой Землю с Луной можно назвать и с другой позиции. Из всех гипотез образования Луны наиболее приемлемой в настоящее время многие учёные-селенологи считают модель, предложенную российской исследовательницей Е. Л. Рускол. Она разработала теорию совместного образования Земли и Луны как двойной планеты из облака допланетных тел, окружавших Солнце.
Полный оборот вокруг Земли Луна совершает за 27, 3 суток относительно звёзд (это сидерический, т. е. звёздный месяц) с угловой скоростью 13, 2 за сутки. За это же время она делает один оборот вокруг своей воображаемой оси с такой же угловой скоростью. Поэтому Луна всегда обращена к Земле одним и тем же полушарием. Но так было не всегда. Миллиарды лет назад Луна была ближе к Земле и вращалась вокруг оси быстрее, чем обращалась вокруг Земли. Постепенно под влиянием притяжения Земли вращение Луны замедлялось, пока оба движения не стали синхронными. Однако сейчас мы видим ≈ 59% поверхности нашего спутника из-за так называемой либрации (видимого покачивания) по ряду причин. Во-первых, Луна согласно второму закону Кеплера движется по своей эллиптической орбите неравномерно – близ апогея (дальней точки) медленнее, чем близ перигея (ближней точки), и «смотрит» в центр эллипса, а Земля находится в одном из его фокусов. Поэтому мы заглядываем за боковые стороны лунного диска то с запада, то с востока (оптическая либрация по долготе). Во-вторых, из-за того, что плоскости орбит Земли и Луны не совпадают (угол между ними > 5) и ось вращения Луны наклонена к плоскости её орбиты на ≈ 83 , она периодически поворачивается к нам то южной, то северной стороной. При этом приоткрываются околополярные области (оптическая либрация по широте). Благодаря полётам в сторону нашего спутника советских автоматических межпланетных станций «Луна» люди смогли с Земли заглянуть на обратную сторону Луны. Станция «Луна-9» (1966 г.) передала на Землю круговую панораму лунного ландшафта и, успешно совершив мягкую посадку на поверхность Луны, подтвердила предположения о её довольно прочном грунте и отсутствии пыли Это стало крайне важным и надёжным обстоятельством в последующем для советских луноходов и американских астронавтов.
Примечательная черта поверхности не только Луны, но и всех планет земной группы – кольцевые структуры. Такие структуры на Луне – кратеры, отлично видимые с Земли, имеют разные размеры: от мелких (менее метра в поперечнике), до крупных (диаметром более 200 км). Большинство из них имеют более или менее ровное дно и приподнятые края, а в центре иногда видно возвышение в виде горки. Нередко кратеры образуют длинные цепочки, протягивающиеся на сотни километров. Лунные кратеры имеют двоякое происхождение. Часть крупных кратеров, повидимому, вулканические, образовавшиеся в прошлом, когда тектонические процессы на Луне были активными. Надо учесть, что внутренние силы на Луне работали с большим эффектом, чем на Земле из-за меньшей там (в 6 раз) силы тяжести. Сейчас Луна – тектонически безжизненное тело, лунотрясения редки и слабы. Большинство же кратеров, по общепринятому мнению учёных-селенологов, (Селена – это Луна) метеоритного происхождения, т. е. образованы при падении крупных метеоритов, астероидов, кометных ядер. При отсутствии тормозящей их падение атмосферы они обладают большой ударно-взрывной силой, в результате которой создаются основные крупные кратеры, а вторичные более мелкие в их окрестностях могли возникнуть при падении разлетающихся от удара камней.
Первозданный рельеф Луны как бы «законсервирован» , не разрушен ввиду отсутствия атмосферы и гидросферы, а также за счёт действия «солнечного ветра» – корпускулярных потоков (элементарных частиц, летящих от Солнца), которые вызывают спекание поверхностного слоя и превращение его в относительно прочную губчатую корку (риголит). Это сдерживает и склоновые обвально-осыпные процессы. На Земле же первичный кратерированный рельеф сильно разрушен всеми склоновыми и другими рельефообразующими процессами и поэтому завуалирован, хотя и прослеживается как в погребённом виде, так и на поверхности планеты. На видимой стороне Луны насчитывается примерно 300 000 кратеров диаметром более километра. Некоторые из них имеют названия: Коперник, Кеплер, Тихо и др. Помимо кратеров на Луне есть обширные тёмные ровные участки – так называемые «моря» , но без воды (Океан бурь, Море Дождей и др.), и светлые гористые участки – так называемые «материки» . Многие моря окаймлены протяжёнными горными хребтами, названными по земным горам – Альпы, Кавказ, Пиренеи и др.
Астероиды – малые тела Солнечной системы. Главный пояс астероидов находится между орбитами Марса и Юпитера. Согласно закону планетных расстояний, астрономы в XVIII в. надеялись обнаружить здесь планету земного типа, а открыли в начале XIX в. ряд малых планет: Цереру (диаметр 1003 км), Палладу, Юнону и др. Сейчас известно около 6000 астероидов. Почти все они движутся в прямом направлении вокруг Солнца со скоростью ≈ 20 км/с по эллиптическим орбитам, причём большинство их орбит лежит в плоскости эклиптики. Некоторые из них пересекают орбиту Земли. Размеры астероидов различны. Около 30 имеют диаметр > 200 км. Форма неправильная многогранная, угловато-сглаженная с многочисленными кратерами. Состав разный. Они бывают каменные и металлические. Астероиды – главный источник метеоритов. В 1989 году астероид размером ≈ 300 м пролетел на расстоянии ≈ 650 тыс. км от Земли. В начале июня 2006 г. астероид длиной до 900 м пролетел на максимально близком расстоянии от Земли, чуть дальше Луны. Встреча с таким «камушком» мгновенно изменила бы климат и вообще всю жизнь на Земле. В случае падения в океан возникли бы волны высотой в десятки метров, которые смыли бы многие приморские страны. В атмосферу были бы выброшены миллиарды тонн водяного пара. . . При падении на сушу в воздух попали бы в огромном количестве пыль и дым от возникших пожарищ, что вызвало бы глобальную климатическую аэрозольную катастрофу: быстрое резкое и длительное понижение температуры до отрицательных значений. Есть предположение, что падение крупного астероида в районе Мексиканского залива ≈ 65 млн. лет назад вызвало на планете гибель ≈ 95% всех живых организмов, включая динозавров. Последний «астероид-убийца» (2006 года) промахнулся, опасность на время миновала, но ожидается визит ещё одного «космического террориста» , поэтому астрономы тщательно следят за траекториями движения астероидов. Одновременно ведутся научные исследования и разрабатываются методы разрушения опасных «визитёров» на ближних подступах к Земле.
Кометы (от греч. κοmëtës – длинноволосый) – небольшие тела Солнечной системы с ещё меньшей массой, чем астероиды. Это холодные тела, которые начинают светиться только при подходе к Солнцу. Орбиты комет – сильно вытянутые эллипсы или даже параболы. Периоды обращения вокруг Солнца весьма различаются: от нескольких лет до тысяч и даже миллионов лет. Если же комета движется по параболе, она вообще не возвращается в Солнечную систему. Движение по орбитам может быть как прямым, так и обратным. Плоскости орбит лежат под самыми разными углами, образуя настоящий запутанный клубок. У кометы выделяется голова и хвост. Голова состоит из твёрдого ядра и газового окружения – комы. Ядро – ледяной конгломерат, состоящий на 80% из воды с примесью различных газов: диоксида углерода, метана, аммиака, водорода, а также каменистых и железистых частиц. В этих космических айсбергах с температурой – 250 -260 С, как в холодильнике могли сохраниться органические вещества, возможно первые кирпичики, из которых сложилась жизнь на Земле.
Ядра комет невелики: от нескольких сотен метров до нескольких километров (например размер известной кометы Галлея в 1986 г. составлял 16 км х 8 км). При приближении к Солнцу под влиянием тепла происходит возгонка льдов и образуется газовое окружение – кома. В результате отталкивающего действия светового давления и солнечного ветра появляется светящийся хвост кометы (иногда не один) из разреженных газов и тончайшей пыли («видимое ничто»), мчащихся прочь от кометы в сторону, противоположную Солнцу со скоростью 500 -1000 км/с. Хвосты достигают длины миллиардов километров и светятся холодным люминесцентным светом. Ядро может терять 30 -40 тонн вещества ежесекундно! Каждое приближение кометы к Солнцу сопровождается невосполнимой потерей массы. Поэтому в конце концов запас газов и твёрдых частиц исчерпывается, ядро разрушается, частично распадается, образуя «космический мусор» , который может служить источником потока метеоров и даже метеоритного дождя. Земля на памяти людей не сталкивалась с ядрами комет (только с их обломками), но неоднократно попадала в кометные хвосты (в 1910 г. прошла через хвост кометы Галлея). Никакой опасности для людей при этом не возникает: хотя в составе хвоста есть ядовитые газы (метан, циан), но они очень разрежены и примесь их в атмосфере неощутима.
Есть предположение, что взрыв в 1908 г. в тайге в бассейне Подкаменной Тунгуски, который мы называем падением Тунгусского метеорита (никакого метеорита там не оказалось)был на самом деле результатом столкновения Земли с ядром небольшой кометы Энке с поперечником около 30 м. При падении ядро почти всё испарилось из-за нагрева в плотных слоях атмосферы, причём на высоте 5 -10 км вследствие огромного давления воздуха произошёл взрыв. Было отмечено сильное землетрясение, вековая тайга оказалась скошенной как косой на огромном пространстве (40 км х 50 км). В радиусе ≈ 30 км от центра взрыва деревья были повалены вершинами наружу. Блеск, видимый с расстояния 500 км, превосходил сияние Солнца, а громовые удары слышали за тысячу километров от места падения. В момент вхождения кометы в атмосферу Земли (это произошло утром, когда Солнце было в восточной половине неба), к западу от района взрыва по всей Западной Сибири и Европе до Атлантики отмечалось необычное свечение ночного неба. Возможно это был хвост кометы. В последующие дни в атмосфере Земли была замечена повышенная запыленность. Интересна история кометы Биэлы, названной в честь открывшего её в 1826 г. чеха Биэлы (Белого). Период обращения этой кометы был ≈ 7 лет. Дважды её наблюдали, а в третий раз (в 1846 г.) на глазах астрономов она разделилась на две части. В 1852 г. обе дочерние кометы появились, но расстояние между ними выросло. Следующий раз условия для наблюдения появились только в 1872 г. , но комету обнаружить не удалось. Зато 27 ноября 1872 г. в ночь, когда Земля пересекала орбиту Биэлы, наблюдался обильный метеоритный дождь с радиантом из созвездия Андромеды, где по вычислениям и должна была находиться комета. И даже сейчас ежегодно при пересечении Землёй орбиты Биэлы отмечается повышенное количество метеоров. По-видимому метеорное вещество кометы более или менее равномерно распределилось по всей её орбите. Это свидетельствует о том, что кометы – недолговечные небесные тела.
В космическом пространстве в изобилии присутствуют твёрдые тела самых разных размеров от пылинок до глыб в десятки и сотни метров. Пылинки падают на Землю ежечасно, а глыбы – один раз в сотни-тысячи лет. Метеоры – мельчайшие твердые частицы весом в граммы и доли грамма, вторгающиеся в атмосферу Земли со скоростью десятков километров в секунду. Из-за трения о воздух на высоте 80 -100 км они нагреваются до нескольких тысяч градусов Цельсия, при этом светятся 1 -2 секунды, теряют массу или распыляются и исчезают, не долетев до поверхности Земли. За метеорами остаются ионизированные газы – метеорный след, часто видимый невооружённым глазом. На фоне тёмного ночного неба метеоры видны как «падающие звёзды» . Метеоры могут быть единичными, спорадическими, а могут образовывать метеорные потоки. Особенно обильные из них называют метеорными дождями. Все частицы метеорных потоков движутся параллельно другу, но по законам перспективы кажется, что они разлетаются из одной точки неба, называемой радиантом. Метеорные потоки носят названия созвездий, в которых расположены их радианты. Известных потоков 8. Один из обильнейших – «персиды» (по созвездию Персея). Он продолжается с 5 по 18 августа с максимумом около 10 -го числа. В конце первой декады октября бывают «дракониды» , в третьей декаде октября – «ориониды» . Каждые 33 с четвертью года в середине ноября к Земле возвращается мощный поток – «леониды» . Так в ночь на 17 ноября 1966 г. в небе над Аризоной насчитали до 2300 метеоров в минуту. Метеорные потоки возникают, когда с Землёй встречается метеорный рой – скопление метеорных тел, которые представляют собой продукты распада комет, дробления астероидов и т. п. Большинство крупных метеорных тел движутся подобно кометам по вытянутым эллиптическим орбитам. Орбиты потоков тщательно изучают, т. к. они могут быть опасными для космических кораблей.
