Как открыть звезду в космосе
Как открыть звезду?
Работа победителя открытой городской научно-практической конференции «Курчатовский проект − от знаний к практике, от практики к результату» в секции «Метод» среди работ учащихся 10−11-х классов
Актуальность работы
Работа демонстрирует возможности открытия новых объектов Вселенной не только с помощью прямого визуального наблюдения, но и путём анализа и исследования материалов, полученных большими телескопами, с применением современных инструментов для работы с астрономическими изображениями, новых методик обработки информации, в частности, специальных компьютерных программ.
Цель
Изучить современные методы открытия новых объектов звёздного неба (звёзд, астероидов, комет) и сверхновых и использовать их для обнаружения новых объектов Вселенной.
Задачи
Этапы исследования
1. Овладение программой MaxIm DL.
2. Фотометрия снимков звёздного неба.
3. Нахождение объекта, меняющего яркость (объект не движется).
4. Определение типа транзиента (переменная или сверхновая).
5. Отнесение к переменным звёздам.
6. Определение координат найденного объекта.
7. Поиск в базе данных AAVSO.
8. Констатация факта, что объект не зарегистрирован.
9. Построение кривой блеска и определение периода.
10. Идентификация класса переменной звезды – Затменная типа Алголя.
11. Подготовка астрометрии.
12. Отправление данных в AAVSO.
13. Подтверждение открытия.
Результаты
В конечном итоге благодаря использованию описанных методов мне удалось открыть переменную звезду.
Некоторые характеристики звезды Mkrtchyan 1
• Местонахождение: созвездие Парусов, галактика NGC 3263.
• Затменная переменная типа Алголя (EA).
• Период – 2,054275 суток.
• Яркость меняет с 14,4 до 16,2 m (звёздных величины).
• Дата открытия – 27 апреля 2018 года.
Получен сертификат, подтверждающий открытие.
Ссылка с информацией о звезде на сайте Американской ассоциации наблюдателей переменных звёзд (AAVSO): https://aavso.org/vsx/index.php?view=detail.top&oid=623338.
Оснащение и оборудование, использованное в работе
В моём распоряжении были снимки звёздного неба, полученные с оптического телескопа T31. Использовано программное обеспечение MaxIm DL.
Награды/достижения
Призёр межрайонного этапа Московского городского конкурса исследовательских и проектных работ обучающихся 2019.
Сотрудничество с вузом при создании работы
Перспективы развития результатов работы
В дальнейшем планируется написать программу для нейронной сети, которая смогла бы автоматически (без помощи человека) находить новые объекты Вселенной.
Особое мнение
«Курчатовская конференция – это уникальный проект, который позволяет проявить себя и продемонстрировать свои научные достижения в различных областях знаний»
Что такое экзопланеты и как ищут жизнь во Вселенной
Что такое экзопланета
В слове «экзопланета» приставка «экзо» означает «вне», «снаружи». Получается, что экзопланеты — это все планеты за пределами Солнечной системы. Большинство из них, как и Земля, вращаются вокруг звезд, но встречаются и не привязанные к орбите определенной звезды.
Большинство открытых экзопланет находятся в одном регионе нашей Галактики — внутри Млечного пути. При помощи мощных телескопов ученые измеряют размеры планет, их состав и поверхность. Большая часть открытых экзопланет состоят из тех же элементов, что и планеты Солнечной системы. Отличаются только комбинации и соотношение: на некоторых больше воды и льда, на других — железа и углерода. При этом нет ни одной планеты, которая была бы идентична Земле или другим телам Солнечной системы.
Первую экзопланету обнаружили в 1992 году. С тех пор астрономы идентифицировали тысячи планет, и их число постоянно растет. С Земли не всегда просто обнаружить новые тела: не хватает мощности телескопов, и обзор может перекрываться звездами или другими планетами. Количество открытых небесных объектов может увеличиться в разы, как только ученые наладят технологию запуска космических роботизированных телескопов, которые будут отправлять на Землю данные о своих наблюдениях. Часть таких телескопов уже запущена в космос, но развитие направления поможет ускорить процесс открытия и изучения небесных тел.
Какие бывают типы экзопланет
Наша Галактика состоит из огромного количества звезд — не менее 100 млрд, включая Солнце. Если представить, что вокруг каждой звезды вращается минимум одна планета, то количество неоткрытых экзопланет представляется астрономическим. При этом ученые предполагают, что у каждой звезды есть своя система, в которую входит сразу несколько планет. В таком случае количество экзопланет внутри одного Млечного Пути может составлять триллионы.
Тысячи лет до нашего поколения люди догадывались о существовании планет за пределами Солнечной системы. Сейчас мы точно знаем, что экзопланеты существуют и их много, но все еще не можем добраться ни до одной из них. У ближайшей к Земле звезды — Проксима Центавры — есть минимум одна планета. Вероятно, это планета земного типа, и на ней может находиться вода. Но лететь до нее придется более четырех световых лет, при этом ученые пока не могут с точностью описать свойства планеты и сказать, подходит ли она для жизни. Остальные экзопланеты находятся на расстоянии сотен или тысяч световых лет от нас, и посетить их пока нет никакой возможности.
С момента открытия первой экзопланеты прошло почти 30 лет, но мы до сих пор не знаем о всем разнообразии существующих планет. Поэтому их деление скорее условно.
Газовые гиганты
В космосе встречаются газовые гиганты, наподобие Юпитера и Сатурна. Сейчас известно о 1367 экзопланетах такого типа. Самые известные из них:
51 Pegasi b — газовый гигант с атмосферной температурой более 1000 °C. Первая открытая планета из тех, что вращаются вокруг звезд солнечного типа.
KELT-9 b — cамая горячая известная экзопланета. Температура на дневной стороне может подниматься до 4600 °C. Находится на расстоянии 667 световых лет от Земли.
Нептунианские экзопланеты
Маленькие планеты с атмосферой, на которых преобладают водород и гелий. Открыто 1484 планеты, самые известные:
Kepler-1655 b — экзопланета, похожая на Нептун. Полный оборот вокруг звезды (то есть, один год) на Кеплере, проходит за 11,9 дней. Экзопланету открыли в 2018 году.
GJ 436 b — экзопланета, которая находится относительно близко к Земле: лететь до нее придется 32 года.
Суперземли
Экзопланеты из газа, горных пород и их комбинаций, которые в несколько раз больше Земли. Открыто 1346 планет, самые известные:
Barnard’s Star b — вторая самая близкая к Земле экзопланета, лететь до нее шесть лет. Планету открыли в 2018 году. Она в 3,2 раза больше нашей планеты. Звезда, вокруг которой вращается экзопланета, дает ей только 2% энергии, которую получает Земля от Солнца.
GJ 15 A b — экзопланета, которая вращается вокруг звезды красного карлика в 11 световых годах от Земли. В ее системе есть еще одна планета, что делает ее ближайшей к нам суперземлей со своей системой.
Планеты земного типа
Скалистые тела, похожие на Землю, Марс или Венеру. Открыто 164 планеты, самые известные:
TRAPPIST-1 e — ее масса составляет 60% массы Земли, а год на планете длится 6,1 дня. Планету открыли в 2017 году.
TRAPPIST-1 d — как и Земля — третья планета от своей звезды. Скалистая планета с температурой поверхности около 2290 °C.
Как ищут экзопланеты
Экзопланеты находят при помощи мощных телескопов, которые располагаются на Земле или летают в космосе. Изучение неба через космический телескоп обсерватории NASA «Кеплер» показало, что в Млечном пути находится больше планет, чем звезд. Данные рассчитывались через статистическую оценку. Сейчас ученым известно, что в Галактике сильно распространены маленькие планеты. Однако открывать их сложно: в силу их размера они могут быть не видны в телескоп. Все усложняется тем, что от них, в отличие от звезд, не исходит света. Вдобавок яркий свет звезды может скрывать планету: это как пытаться рассмотреть пылинку на включенной лампе.
Чтобы найти экзопланету, астрономы пытаются обнаружить признаки нахождения планеты у материнской звезды. Свойства звезды могут меняться, если вокруг нее вращается планета. Во-первых, планета влияет на вращение: звезда начинает немного раскачиваться, и специальное оборудование может уловить это движение. Планета — единственное, что может повлиять на такое изменение. Во-вторых, мощный телескоп может поймать небольшую тень, которая исходит от планеты на звезду. Существуют и другие способы поиска, но эти два считаются основными и применяются чаще всего.
Несмотря на существование таких способов, ученым пока не хватает мощностей, чтобы открыть все планеты. До сих пор не было обнаружено ни одной системы, похожей на Солнечную. Вероятно, это говорит о том, что современные телескопы не могут уловить маленькие планеты. К тому же многие из них вращаются на далеком от звезд расстоянии, и на них почти не падает свет, что делает их поиск почти невозможным с далекого расстояния.
Актуальные прогнозы исследований экзопланет
Мощные телескопы и технологии нового поколения помогут открыть все большее количество экзопланет. Они помогут приблизить нас к поиску планет, похожих на Землю: такие вращаются относительно далеко от звезд и имеют маленькие размеры.
Космический телескоп Джеймса Уэбба
Гигантский телескоп размером с теннисный корт будет запущен в космос из Французской Гвианы в 2021 году. Телескоп будет наблюдать Вселенную в инфракрасном свете, изучать формирование планетных систем и состав атмосфер экзопланет. Ожидается, что он станет главным космическим инструментом нынешнего десятилетия.
Космическая платформа: телескоп Нэнси Роман
В середине 2020-х годов в космос запустят электростанцию телескопов, которая поможет лучше изучить экзоланеты. Окно зрения этой станции будет в 100 раз превышать окно самого мощного телескопа NASA, который сейчас занимается поиском планет. Главная цель — изучение темной материи и темной энергии, но в рамках своей программы он будет делать и фотографии экзопланет. С его помощью начнут исследовать плотные звезды Млечного Пути, а на их фоне можно поймать и новые планеты.
Зачем изучать экзопланеты
Теоретически, изучение экзопланет поможет ответить на вопрос: «одни ли мы в этой Вселенной?». Поиск новых планет — одно из самых быстроразвивающихся направлений астрономии. Изучение разных космических тел поможет лучше понять, как устроена Солнечная система, как она сформировалась, и есть ли в мире похожие группы планет. А также, существует ли планета, настолько похожая на Землю, что на нее можно переехать.
В погоне за этими ответами ученые делают новые открытия и раскрывают детали Вселенной. В частности, находят возрастные планеты и делают предположения о том, как может развиваться Солнечная система и какие у нее сроки жизни.
Основная цель направления — поиск признаков жизни во Вселенной. Небо экзопланет может содержать элементы, которые помогут ответить на этот вопрос.
Тройка самых больших из открытых звезд во Вселенной.
На самом деле этот вопрос не так прост, как кажется. Определять точные размеры звёзд очень сложно, это вычисляется на основе множества косвенных данных, ведь напрямую их диски мы видеть не можем. Непосредственное наблюдение звёздного диска пока что было проведено лишь для некоторых крупных и близких сверхгигантов, а звезд на небе миллионы. Поэтому определить, какая самая большая звезда во Вселенной, не так просто — приходится опираться в основном на вычисленные данные.
Кроме того, у некоторых звезд граница между поверхностью и огромной атмосферой очень размыта, и где кончается одно, и начинается другое, понять сложно. А ведь это погрешность не на какие-то сотни, а на миллионы километров.
Многие звезды не имеют строго определенного диаметра, они пульсируют, и становятся то больше, то меньше. И менять свой диаметр они могут очень значительно.
Кроме того, наука не стоит на месте. Проводятся все более точные измерения, уточняются расстояния и прочие параметры, и некоторые звёзды неожиданно оказываются гораздо интереснее, чем казались. Это касается и размеров. Поэтому рассмотрим несколько кандидатов, которые относятся к самым большим звёздам во Вселенной. Заметьте, что все они расположены не так уж и далеко по космическим меркам, и они же являются самыми большими звездами.
Красный гипергигант, претендующий на звание самой большой звезды во Вселенной. Увы, это не так, но очень близко. По размеру она на третьем месте.
VV Цефея – затменно-переменная звезда, то есть двойная, и гигант в этой системе – компонент А, о нём и пойдет речь. Второй компонент – ничем особым не примечательная голубая звезда, в 8 раз больше Солнца. А вот красный гипергигант – еще и пульсирующая звезда, с периодом 150 суток. Её размеры могут меняться от 1050 до 1900 диаметров Солнца, и на максимуме она светит в 575 000 раз ярче нашего светила!
Эта звезда находится от нас в 5000 световых лет, и при этом на небе имеет яркость в 5.18 m, то есть при чистом небе и хорошем зрении её можно найти, а уж в бинокль вообще запросто.
Этот красный гипергигант тоже поражает своими размерами. На некоторых сайтах упоминается, как самая большая звезда во Вселенной. Относится к полуправильным переменным и пульсирует, поэтому диаметр может меняться – от 1708 до 1900 солнечных диаметров. Только представьте себе звезду, больше нашего Солнца в 1900 раз! Если поместить её в центр Солнечной системы, то все планеты, вплоть до Юпитера, окажутся внутри неё.
В цифрах диаметр этой одной из самых больших звёзд в космосе – 2.4 миллиарда километров, или 15.9 астрономических единиц. Внутри неё могло бы поместиться 5 миллиардов Солнц. Светит в 340 000 раз сильнее Солнца, хотя температура поверхности намного меньше – за счёт большей её площади.
На пике яркости UY Щита видна как слабая красноватая звездочка с яркостью 11.2 m, увидеть её можно в небольшой телескоп, а невооруженным глазом она не видна. Расстояние до нее 9500 световых лет. Кроме того, между нами находятся облака пыли – если бы их не было, UY Щита была бы на нашем небе одной из самых ярких звезд, несмотря на огромное расстояние до неё.
UY Щита – огромная звезда. Её можно сравнить с предыдущим кандидатом – VV Цефея. Они на максимуме примерно одинаковы, и даже непонятно, какая из них больше. Однако точно есть звезда еще больше!
Диаметр VY Большого Пса, тем не менее, по некоторым данным, оценивается в 1800-2100 солнечных, то есть это явный рекордсмен среди всех прочих красных гипергигантов. Окажись она в центре Солнечной системы, она поглотила бы все планеты, вместе с Сатурном. Предыдущие кандидаты на звание самых больших звёзд во Вселенной тоже вместились бы в неё полностью.
Свету достаточно всего 14.5 секунд, чтобы обогнуть наше Солнце полностью. Чтобы обогнуть VY Большого Пса, свету пришлось бы лететь 8.5 часов! Если бы вы решились на такой облет вдоль поверхности на истребителе, со скоростью 4500 км/ч, то такое безостановочное путешествие заняло бы 220 лет.
Эта звезда еще вызывает массу вопросов, так как точный её размер установить сложно из-за размытой короны, которая имеет гораздо меньшую плотность, чем солнечная. Да и сама звезда имеет плотность в тысячи раз меньше, чем плотность воздуха, которым мы дышим.
Эту звезду можно найти на небе в бинокль или в небольшой телескоп – её яркость меняется от 6.5 до 9.6 m.
Какая звезда самая большая во Вселенной?
Мы рассмотрели несколько самых больших звёзд звёзд во Вселенной, известных учёным на сегодняшний день. Размеры их поражают. Все они кандидаты на это звание, но данные постоянно меняются — наука не стоит на месте. По некоторым данным, UY Щита тоже может «раздуваться» до 2200 солнечных диаметров, то есть становиться даже больше VY Большого Пса. С другой стороны, по поводу размеров VY Большого Пса слишком много разногласий. Так что эти две звезды – практически равноценные кандидаты на звание самых больших звёзд во Вселенной.
Какая из них окажется больше на самом деле, покажут дальнейшие исследования и уточнения. Пока большинство склоняется в пользу UY Щита, и можете смело называть эту звезду самой большой во Вселенной, опровергнуть это утверждение будет сложно.
Конечно, про всю Вселенную говорить не слишком корректно. Пожалуй, это самая большая звезда в нашей галактике Млечный Путь, известная ученым на сегодня. Но раз еще больших пока не открыто, она пока самая большая и во Вселенной.
Исследователи космоса
10.5K поста 39.4K подписчиков
Правила сообщества
Какие тут могут быть правила, кроме правил установленных самим пикабу 🙂
Почему звезда «Пистолет» синяя? У нее что, такой сверхнеобычный состав, или температура в миллионы градусов не только в короне, но и на поверхности?
Только представьте себе звезду, больше нашего Солнца в 1900 раз!
Внутри неё могло бы поместиться 5 миллиардов Солнц.
Я чего то не пойму. Дык насколько больше звезда то?
Вроде бы самые большие звезды не самые массивные, и вообще у них средняя плотность крайне низкая. Хотелось бы про самые массивные почитать.
Поправьте, пожалуйста, если я не прав, в начале поста фото созвездия ориона с красным сверхгигантом Бетельгейзе, оно (фото) к чему тут? Если в посте о нем ни слова.
таки вроде квазары самые здоровые, нет?
Вот где мы с вами!
Насколько огромна наша Вселенная?
Вселенная – это грандиозная структура, которая состоит из бесконечного множества самых разнообразных объектов. Их разделяют настолько бескрайние космические пространства, что даже свет теряется в их глубинах. Ведь для того, чтобы достигнуть ближайшей звезды, фотону, покинувшему Солнце, потребуется более 4 лет. А преодоление межгалактических расстояний займет миллионы лет. Осознание того, что этот гигантский путь – лишь крошечный шаг в масштабах макрокосмоса, не может не поражать воображение. Так насколько же велика Вселенная на самом деле?
Почему Солнечная система самая необычная из всех известных планетных систем?
Текстовая версия видео:
Солнечная система воспринимается нами как что-то само собой разумеющееся, как что-то простое и обычное во Вселенной. Казалось бы, что таких звездных систем полно в необъятном космосе, наполненном триллионами звезд. Но это не так. Наша Солнечная система выделяется на фоне других обнаруженных планетарных систем.
Пока что это самая необычная планетарная система из открытых. В этой статье я не буду рассказывать о том, как ученые обнаруживают другие планетарные системы и откуда известны их свойства. Человечество не живет в пещерах и наши технологии позволяют даже напрямую наблюдать внесолнечные системы.
А о методе Доплера, методе транзита, периодических пульсаций и гравитационного линзирования вы можете почитать сами, я тут просто приведу несколько аргументов в пользу того, что Солнечная система – самая уникальная и странная из всех известных.
Начнем с нашей звезды – Солнца, а потом перейдем к планетам и системе вообще. В общем, звезд такого типа как Солнце – во Вселенной всего около 7.5%. Большинство звезд во Вселенной – это звезды класса М, Красные карлики (76,4% от всех звезд).
Этих звезд (Красных карликов), кстати, не видно невооруженным глазом на ночном небе. Если бы их было видно, то ночное небо было бы намного больше усыпано звездами. Скажу больше. Большинство звезд, которые выглядят как одиночные точки на ночном небе, это, на самом деле, двойные звездные системы.
Но это не значит, что все остальные звезды одиночные – некоторые из остальных звезд тройные, а некоторые имеют даже 7 звезд в системе как, например, Ню Скорпиона. Как итог – по крайней мере две трети (больше, чем 66% всех звезд) являются членами двойных или кратных звездных систем. Так что да – одиночных звезд меньшинство.
А теперь по поводу планет. Оказывается, в Солнечной системе нет самой распространённой (из известных) планет во Вселенной, а именно горячих суперземель или горячих мининептунов. Короче, нет планеты средней между Землей и Нептуном. Смотрите, как все у нас тут устроено:
Юпитер в 3.3 раза тяжелее Сатурна. Сатурн в 5.5 раз тяжелее Нептуна. Нептун почти такой же, как Уран (всего в 1.1 раз тяжелее него), а дальше Уран резко в 14.5 раз тяжелее Земли! Опа. Что это за резкий переход? Смотрим на натуральные цифры: 3, 5, 1 и резко 14. Да и вообще, посмотреть на состав этих планет – резкая разница в составе между Землей, и Нептуном с Ураном. Что-то тут не то, правда?
В Солнечной системе планеты либо слишком большие, либо слишком маленькие. Ощущение, как будто между Землей, и Ураном с Нептуном должен быть какой-то переходной тип планеты, правда?
Оказывается, что такой тип планет (средний между Землей и Нептуном) – самый распространённый тип из известных экзопланет во Вселенной.
Посмотрите на эту периодическую таблицу открытых экзопланет:
По горизонтали у нас отмечена температура их поверхности – по центру температура оптимальная для известной нам жизни, наверху – слишком горячая, а снизу – слишком холодная температура для известной жизни. По вертикали слева направо: в первом столбце находятся так называемые мини-земли – планеты, размером и массой похожие на Меркурий; Во втором столбце показаны субземли – планеты размером с Марс, в третьем – планеты c размером Земли, в четвертом – суперземли – планеты в 5-10 раз тяжелее Земли и больше примерно в два раза; Дальше идут Нептуны – планеты размером с Нептун и наконец Юпитеры – планеты размером сопоставимым с Юпитером. Конкретные цифры приведены непосредственно над таблицей, где М – масса Земли и R – радиус Земли. Вот как раз планет из категории горячая «суперземля» открыто больше всего (25.1% среди всех остальных 18 категорий планет).
Вот такая же таблица, но с кандидатами в экзопланеты:
Тут тоже лидирует горячая суперземля – почти треть от всех кандидатов. Что же это за планета такая – горячая суперземля? Пусть вас не вводит в заблуждение название «суперземля», это не означает, что это планеты с условиями на поверхности похожими на Землю, это характеризует только массу и размер.
Суперземля – это планета с массой от 5 до 10 Земель и радиусом от 1.5 до 2.5 радиусов Земли. «Горячая» означает, что там температура на поверхности слишком высокая для известных форм жизни (больше 100 градусов Цельсия). По сути, это все параметры, о которых можно говорить более-менее уверенно, но разумно предполагать, что в основном такие планеты являются каменно–металлическими, как Земля, но с более мощной атмосферой (из-за большей гравитации), такие планеты могут быть планетами-океанами или мини нептунами, то есть иметь очень мощную газовую оболочку при сравнительно небольшом каменно-металлическом ядре.
Кстати, если на какой-то суперземле существует разумная жизнь, то такой цивилизации нужно развиться технически намного лучше, чем нашей, чтобы полететь в космос. И все из-за большей силы гравитации на суперземлях. При таких технологиях, как у нас, мы бы еще долго не смогли вылететь в космос из суперземли. Возможно, планета такого типа когда-то существовала в Солнечной системе, но была выброшена из системы вследствие гравитационных пертурбаций во время формирования Солнечной системы. Некоторые ученые также предполагают существование еще одной планеты где-то за Нептуном.
А теперь внимание! Кто-то скажет, что суперземли самые распространённые из известных просто потому, что планеты меньше Земли обнаружить труднее, а тем более холодные, и будет максимально прав. Вполне возможно, что статистика изменится после того, как человечеству станут доступны более продвинутые технологии для поиска экзопланет. Если посмотреть на такую же таблицу для Солнечной системы, то мы увидим, что холодные мини земли – самый распространённый тип небесных тел, входящих в рамки этой классификации.
Это небесные тела размером с нашу Луну, но ни одно из этих тел не является планетой согласно определению планеты. Это луны других планет, и вот тут можно уже практически с уверенностью заявлять, что таких лун во Вселенной намного больше, чем остальных планет в этой таблице. Но именно лун, а не планет. Из-за методов поиска экзопланет, обнаружить большие, горячие планеты вблизи своей звезды намного проще, чем холодные, маленькие, лежащие далеко от звезды, именно поэтому в названии статьи содержится слово «из известных», так как человечество не владеет полной информацией, скажем, о всех планетарных системах в нашей галактике, и вполне возможно, что Солнечная система не такая уж и необычная, но возможно также, что она еще более необычна, чем мы себе представляем.
Идем дальше. Известные экзопланеты находятся очень близко к своей звезде. Большинство планет находятся к своей звезде ближе, чем Меркурий к Солнцу. Вот два графика дающих наглядное представление о расстоянии экзопланет от звезды:
Тут расстояние показано в милях и астрономических единицах, если кому-то сложно сориентироваться, то скажу конкретно –наибольшее количество экзопланет находится на расстоянии от звезды в пределах от 6 до 30 миллионов километров. Для сравнения, Земля находится в среднем на расстоянии 150 миллионов километров от Солнца, а Меркурий – 58 миллионов километров. Нептун – 4.5 миллиардов километров от Солнца. Приведу конкретный пример – звезда TRAPPIST-1 и ее система планет, все из которых находятся очень, очень близко к звезде. Самая далекая находится на расстоянии 9 миллионов километров, а самая близкая – почти два миллиона километров от звезды. Еще раз напомню, что Меркурий находится на расстоянии 58 миллионов километров от Солнца.
Из-за такой близости к звезде на этих планетах год длится пару Земных дней. Я понимаю, что это выглядит странно, но все как раз наоборот – такая ситуация, когда планеты ближе к своей звезде, чем Меркурий к Солнцу – обычна во Вселенной. Это не всегда значит, что на этих планетах супер жарко, так как большинство звезд не такие большие и горячие как Солнце.
Кроме этого, Солнечная система необычайно велика. Как я уже упоминала, расстояние от Солнца до Нептуна в среднем составляет 4.5 миллиарда километров. Сравните это с тем же ТРАППИСТ – 1 и самой далекой планетой там, которая удалена всего на 9 миллионов километров от своей звезды.
Вообще, другие планетные системы редко превышают размер орбиты Земли, так что Солнечная система просто гигантская по сравнению с большинством других известных планетных систем, хотя далеко не самая большая. И в этом ничего странного – большинство звезд, как я уже сказала, это красные карлики. Их масса меньше солнечной в несколько раз, поэтому они и неспособны удерживать большие планетные системы.
Еще одна странность — это то, что газовым гигантам свойственно находиться близко к звезде, в Солнечной системе же наоборот – все газовые гиганты отдалены от Солнца.
Ученые так же обнаружили корреляцию между эксцентриситетом орбит и количеством планет в планетной системе. Эксцентриситет орбиты – это, если объяснять по-человечески, мера сжатости орбиты, ну или вытянутости, смотря как посмотреть.
Как известно, орбиты – это не идеальные круги, а эллипсы. Эксцентриситет показывает, насколько эти эллипсы как бы «сплющены». Вот примерное сравнение эксцентриситетов орбит планет в Солнечной системе.
Как видно, самый большой эксцентриситет (сплющенность орбиты) у Меркурия. Самый маленький – у Нептуна. Заметьте одну очень важную вещь – эти орбиты не пересекаются. Некоторые тела в Солнечной системе имеют очень большой эксцентриситет, и эти тела могут столкнуться с планетами.
Так вот, в большинстве других планетарных систем, эксцентриситеты орбит очень большие, они пересекаются и из-за этого всегда есть шанс, что планеты столкнутся.
А так как временные масштабы существования многих планетных систем измеряются в миллиардах лет, то реализуются даже самые маленькие шансы, и планеты с большим эксцентриситетом сталкиваются с другими планетами. Из-за этого, в других планетных системах (в подавляющем большинстве) очень мало планет по сравнению с нашей системой, причем это показывают не только наблюдения, но и теоретические предсказания. В общем пока что, если сравнивать с другими системами, Солнечная имеет наибольшее количество планет в системе. Только одна система из известных имеет такое же количество планет.
Аргументов исключительности можно привести больше, это только основные, но их уже достаточно, чтобы заявить, что Солнечная система – самая уникальная из известных. Не забывайте, что ключевое слово тут – из известных. Окажется ли, что Солнечная система еще более необычная, или же она все же менее необычная, узнаем только в будущем. Напомню, что новый флагманский космический телескоп Джеймса Уэбба должны запустить уже совсем скоро, под конец 2021 года. Ожидается, что он откроет очень много внесолнечных планет. Поживем – увидим.
Напоследок вспомню самую уникальную вещь Солнечной системы – это единственная система из известных, в которой существует жизнь. Но тут опять же, ключевое слово – из известных…
Что происходит с Бетельгейзе? Эволюция звёзд
Прежде, чем мы попытаемся разобраться в произошедшем, стоит понять, что же представляет из себя Бетельгейзе. Этот объект относится к классу красных сверхгигантов, и, согласно современной теории эволюции звёзд, находится на завершающей стадии своего жизненного цикла. Его светимость и радиус постоянно меняются, а внешние оболочки крайне нестабильны. Периодически светило выбрасывает миллионы тонн раскаленного газа в космическое пространство, формируя гигантские протуберанцы. Остывая, они пополняют собой газовую туманность, окружающую Бетельгейзе.
История Земли за 24 часа
Мы часто рассуждаем про далекий космос, неведомые миры и непостижимые законы, забывая обращать внимание на то, что рядом – наш дом. Давайте исправим эту оплошность и поговорим про старушку Землю. Именно старушку – вы сейчас поймете, насколько она не молода. Наша планета существует треть времени жизни Вселенной и за это время повидала немало. Чтобы не путаться в огромных цифрах, давайте сравним историю Земли с сутками.
Итак, 4 миллиарда 567 миллионов лет назад запустились наши образные 24 часа – молодая звезда по имени Солнце оставила после своего рождения тот еще беспорядок. Пространство было заполнено плотным газом и пылью, образующими вращающийся вокруг нового светила протопланетный диск. Области диска с бОльшим количеством вещества притягивали к себе газ и пыль, наращивая массу и становясь все плотнее. С ростом массы зарождающаяся планета, как снежный ком, притягивала больше вещества.
Прошло всего 6 минут (20 миллионов лет), а наша Земля превратилась из протопланеты в самостоятельный объект молодой Солнечной системы. Да уж, она точно не была похожа на тихую голубую планету, какой мы видим ее сейчас. Это был настоящий ад: вся поверхность Земли была раскалена и расплавлена. Один сплошной океан лавы, в который непрерывно что-то сыпалось из космоса. Планета то и дело сталкивалась с маленькими и большими космическими телами. Есть мнение, что одно из таких столкновений привело к появлению Луны в 00:12 часов по нашему образному времени.
К 3 часам утра планета остыла достаточно, чтобы на ней начал конденсироваться пар, образуя гидросферу. Тут и там начали появляться моря, температура которых доходила до +90°С. Тяжелая бомбардировка метеоритами уже почти завершилась и примерно в это же время на Земле начала появляться примитивная жизнь. Планета все еще не выглядела дружелюбной: кипящие моря и лавовые реки не кончались. Непрерывный вулканизм выбрасывал тонны вещества из недр, наполняя атмосферу углекислым газом, азотом и водяным паром.
В промежутке между 03:00 и 05:30 появляются первые доядерные организмы – прокариоты. У этих примитивных одноклеточных нет даже ядра, но они успешно населяют остывающую планету, которая все больше становится пригодной к жизни. К 09:20 появляется полноценная земная кора, способная формировать континенты. В это же время бактерии познали, что такое фотосинтез. Благодаря этому атмосфера медленно начала наполняться кислородом. Но таким новшеством бактерии сами себя загнали в ловушку, изменив облик Земли до неузнаваемости.
Уже в 11 часов утра случилась так называемая Кислородная катастрофа. Бактерии увеличили концентрацию кислорода и уменьшили количество метана и углекислого газа, которые создавали парниковый эффект. Температура опустилась настолько, что буквально вся Земля превратилась в один большой снежный шар. Лед был даже на экваторе. Гуронское оледенение – так назвали этот период, закончилось лишь в час дня, продлившись 300 миллионов лет. С началом потепления произошел скачок в эволюции, и у простейших появилось ядро в клетке. Наступила эпоха эукариотов.
Долгое время на Земле царило великое затишье. С 14:30 до 20:15 не происходило абсолютно ничего. Ученые назвали этот период «скучный миллиард». Он начался 1,8 миллиарда лет назад и закончился 720 миллионов лет назад. В эволюции жизни не происходили очевидные скачки, да и климат оставался одинаковым на протяжении всего этого времени. Идиллию нарушил очередной ледниковый период, который опять произошел из-за повышения уровня кислорода. Продлился он недолго: начавшаяся в 20:40 вулканическая деятельность вновь запустила парниковый эффект, что спровоцировало дальнейшую эволюцию жизни.
Дальше счет идет «на минуты»:
21:48 – образуются Уральские горы, появляются первые земноводные.
22:07 – первые деревья и семена. Это дало возможность растениям быстро распространиться по всей суше. Появились первые пресмыкающиеся.
22:25 – произошло самое массовое вымирание за всю историю жизни на Земле. За 20 тысяч лет исчезло 95% всех видов растений и животных на суше и в океане. Ученые до сих пор не могут установить причину этой катастрофы. На восстановление разнообразия жизни ушло более 30 миллионов лет. Но исчезновение одних видов, дало возможность развития других.
22:40 – появляются первые динозавры.
22:56 – первые сумчатые млекопитающие. Расцвет эпохи динозавров.
23:03 – суперконтинент Пангея разделился на два континента – Лавразию и Гондвану. Начался дрейф материков.
23:12 – первые птицы.
23:18 – первые цветковые растения.
23:39 – произошла еще одна катастрофа – вымирание динозавров.
23:42 – первые парнокопытные и древние киты.
23:52 – появление первых человекообразных обезьян.
…За 80 секунд до полуночи появляются австралопитеки, за 15 секунд – предки добывают огонь, а за 4 секунды – появляется человек разумный, который всего за 0,3 секунды до конца суток успевает населить Северную и Южную Америку.
Начался новый день. Сегодняшний день. Что он нам принесет? Поживем – увидим.
Пошла первая секунда.
Поставьте лайк, если задумались, что динозавры вымерли всего 20 минут назад и подписывайтесь, если еще не с нами.
Космос – это интересно!
Все мы в Матрице
Мультивселенная. Главные научные гипотезы
В древнеегипетском пантеоне богов присутствовала богиня Нут. У древних египтян она символизировала небо. Согласно мифологии, она каждый день проглатывала звезды и рождала их снова, то есть этим объяснялась смена дня и ночи. По ее телу, то есть по небу, плыл на лодке бог солнца Ра – вот так объяснялось перемещение Солнца.
Шли времена, наука развивалась, все описывалось более точно, наблюдения позволяли проверить правильность наших представлений о мире и вот Вселенная какой мы ее знаем:
Сфера, радиусом 46 миллиардов световых лет, заполнена триллионами галактик и еще большим количеством звезд и планет. Она называется «Видимой Вселенной». Почему «Видимой»? Потому, что из-за того, что скорость света конечна, мы не можем увидеть то, что находится за границами (или же за горизонтом событий Видимой Вселенной).
Что находится за горизонтом событий? Ученые не сомневаются, что такие же галактики и звезды, что Видимая Вселенная — это лишь маленькая часть всей Вселенной, которая, возможно, бесконечна или же безгранична, мы этого не знаем, известно только, что вся Вселенная как минимум в 250 раз больше, чем Видимая Вселенная.
А возможно ли, что существуют другие Вселенные? Мы этого тоже не знаем, но некоторые ученые предполагают, что да. Люди догадались, что Солнечная Система — это не весь мир, что другие звезды – это такие же Солнца как наше, что наша Солнечная Система не уникальна, похожих систем миллиарды в нашей галактике. Потом люди догадались и подтвердили, что и галактика наша не уникальна, их триллионы во Вселенной.
Можем ли пойти еще дальше и предположить, что и Вселенная наша не уникальна, что существуют триллионы или даже бесконечность таких Вселенных? Посмотрите на эту гравюру неизвестного автора:
На ней изображен человек, одетый в средневековую одежду пилигрима с посохом в руке. Он добрался до края Земли и сквозь занавес небесного свода рассматривает устройство Вселенной. Можно сделать некоторые выводы о научной парадигме, которая существовала в те времена. У нас ситуация несколько посложнее, мы не можем добраться до края Вселенной и посмотреть, что же за ним находится. Мы даже не знаем, существует ли вообще этот край Вселенной. Но у нас есть развитая физика, математика, космология, наука в целом и вообще, мы вроде как умнее того, кто сделал эту гравюру, правда? В этом фильме я расскажу о научных гипотезах, которые касаются темы Мультивселенной. Сразу стоит подчеркнуть, что это гипотезы и предположения, мы не знаем наверняка существуют ли другие Вселенные, поэтому стоит относится к этому соответственно – как к предположениям и гипотезам и даже если они обоснованы наукой, это не значит, что они верны.
А начнем мы от «Инфляционной модели Вселенной». Эта модель была разработана, чтобы попытаться объяснить некоторые космологические вопросы: однородность и изотропность Вселенной, то есть почему она настолько одинакова, почему пространство плоское, почему она настолько огромная и почему мы не наблюдаем магнитные монополи, то есть частицы с одним магнитным полюсом.
Все известные частицы, имеющие магнитный момент – это магнитные диполи, то есть имеют два магнитных полюса. Согласно инфляционной модели, до Большого взрыва существовало инфлятонное поле с определенным значением потенциальной энергии. Как и все поля, это поле флуктуировало случайным образом и энергии случайной флуктуации хватило, чтобы преодолеть барьер с более высокой потенциальной энергией, после чего оно опустилось на еще более низкий уровень потенциальной энергии и в процессе этого «опускания» произошло экспоненциальное расширение пространства, а лишняя энергия сконденсировалась в виде частиц, которые мы сейчас наблюдаем. Конечно, за этим всем стоит математический формализм и все намного сложнее, чем вышеупомянутое описание.
Хоть и эта гипотеза очень популярна среди космологов, самая популярная на данный момент, но не является до конца подтвержденной, не переведена в статус теории. Проблема в том, что значения потенциальной энергии и других переменных должны быть очень точно подобраны, чтобы получилась именно такая Вселенная, которую мы наблюдаем, если говорить просто, то шанс на это менее чем один из триллионов, триллионов, триллионов… короче чуть ли не один из бесконечности. Как же так получилось, почему тогда Вселенная именно такая? Впервые ответ появился 1983 году в этой статье.
— Где находятся эти гипотетические Вселенные с различными физическими законами?
В разных частях пространства которое недоступно для наблюдения, находится за горизонтом событий нашей Видимой Вселенной, в статье автора гипотезы есть такое изображение:
— Может ли подобное произойти в видимой части Вселенной?
Да, но, судя по всему, расстояния между такими областями намного, на очень много больше, чем размер Видимой Вселенной, так что шанс на это небольшой.
— Можно ли попасть в другие Вселенные?
На этот вопрос ответа я не удалось найти, но даже если и да, то попасть в другую Вселенную с другими законами физики, где, например электрон не имеет массы – это “смертельно” не только для биологических форм жизни, а и для всяких роботов, космических аппаратов и т. д.
— Существуют ли подобные Вселенные вечно?
Зависит от начальных условий, некоторые моментально прекращают свое существование, некоторые – продолжают существовать практически вечно.
— А как все началось? Как запустился подобный процесс, что было до?
Боюсь неправильно интерпретировать ответ автора, поэтому вот скрин статьи с переводом:
Идем дальше. Практически все попытки создать квантовую теорию гравитации оперируют с дополнительными пространствами, большими чем наше трехмерное пространство. Нас интересует теория струн. Из нее следует существование 10^500 вариантов компактификации дополнительных измерений, ну и такое же количество возможных Вселенных, каждая из своими законами физики.
Это называется «ландшафтом теории струн», предложенным Леонардом Сасскиндом. Поэтому я буду ссылаться на его книгу, в которой идет речь об этом. В ней он приводит хорошие примеры того, что вообще значит Вселенная с другими законами физики, с другими константами. Оказывается, не надо представлять себе что-то абстрактное, достаточно заглянуть в рабочий аппарат МРТ. В нем сильные магнитные поля и это создает внутри «минивселенную» с немного другой физикой внутри.
Там можно заметить, что свободные электроны и другие заряженные частицы летают не по прямой, а по спирали, более того, электрон немного тяжелее чем в обычных условиях, так как сильное магнитное поле влияет на спины этих частиц.
Электронные оболочки атомов вытягиваются по силовым линиям поля, изменяются энергетические уровни атомов, что приводит к изменению спектров излучения. Конечно, это не большие изменения, но теоретически все может проявляться намного сильнее, настолько, что никакая биологическая жизнь или существование атомов не будет возможным. Другой пример – поле Хиггса, которое придает массу различным частицам. Если его изменять, так же, как и магнитное поле, то можно изменять массу частиц. Ну или вообще убрать это поле с некоторой области пространства, тогда все частицы будут двигаться в ней со скоростью света.
А теперь о Мультивселенных. Сасскинд сравнивает их с погодой в различных точках мира. Вот в одной стране такая-то температура, такое-то атмосферное давление, скорость и направление ветра и так далее. Похоже и с Вселенными, только вместо погоды – различные состояния вакуума(значения и свойства различных полей). В одной области физические константы одни, где-то – другие, что приводит к различным физическим законам, некоторые Вселенные и законы физики в ней не позволяют ей существовать, поэтому она практически сразу же коллапсирует, другие Вселенные расширяются слишком быстро и в них не могут появиться атомы, в некоторых частицы не имеют массы, а некоторые Вселенные похожи к нашей.
Как можно заметить, эта гипотеза похожа на предыдущую. Многие ученые считают, что такое(10^500) количество возможных Вселенных – это проблема теории струн, называемая «проблемой ландшафта теории струн». Дело обстоит примерно так:
Это по-другому еще называется «антропный принцип». Кто прав и верна ли теория струн сейчас неизвестно и возможно не будет известно еще долгое время.
Подход Сасскинда критикует Ли Смолин. У него свой подход к проблеме, почему у нашей Вселенной именно такие физические константы и законы физики. Он автор так называемой «гипотезы космологического естественного отбора». Согласно этой гипотезе, «по ту сторону» любой чёрной дыры возникает новая Вселенная, в которой фундаментальные физические постоянные могут отличаться от значений для Вселенной, содержащей эту чёрную дыру.
Разумные наблюдатели могут появиться в тех Вселенных, где значения фундаментальных постоянных благоприятствуют появлению жизни. Процесс напоминает мутации в ходе биологического естественного отбора. По мнению Смолина, его модель лучше за антропный принцип объясняет «тонкую настройку Вселенной», необходимую для появления жизни, так как имеет два важных преимущества, цитирую:
1. В отличие от антропного принципа, модель Смолина имеет физические следствия, которые поддаются опытной проверке
2. Жизнь во множественных вселенных возникает не случайным образом, а закономерно: больше «потомков» в ходе отбора имеют те Вселенные, параметры которых приводят к возникновению большего числа чёрных дыр, и эти же параметры, по предположению Смолина, благоприятствуют возможности зарождения жизни.
Спор Смолина и Сасскинда по поводу ландшафта теории струн и Космологического естественного отбора вы можете прочитать по ссылке. Чтения примерно на минут 40-час.
Продолжим. Многомировая интерпретация Хью Эверетта. Это одна из популярных интерпретаций квантовой механики, но я не считаю, что стоит ее включать в список гипотез о Мультивселенной, потому что она не предполагает реального наличия именно других миров, она предлагает лишь один реально существующий мир. Все остальные альтернативные реальности просто бессмысленные для нас.
Космолог Макс Тегмарк высказал предположение, названное «гипотезой математической Вселенной», гласящей, что любому математически непротиворечивому набору физических законов соответствует независимая, но реально существующая Вселенная.
Тегмарк предложил следующую классификацию миров:
Уровень 1: Миры за пределами нашего космологического горизонта (то есть все что находится за Видимой Вселенной).
Уровень 2: Миры с другими физическими константами (это то, что было описано в трех первых гипотезах).
Уровень 3: Миры, возникающие в рамках многомировой интерпретации квантовой механики.
Уровень 4: Конечный ансамбль (включает все Вселенные, реализующие все возможные математические структуры, то есть абсолютно все возможные Вселенные и альтернативные реальности, как в многомировой интерпретации).
Хоть подобная гипотеза описывается и в теории струн в том числе, но гипотезы циклической Вселенной довольно маргинальны в научных кругах. Одну разновидность этой гипотезы активно продвигается нобелевским лауреатом Роджером Пенроузом, называется «конформная циклическая космология», не буду рассказывать детали, суть циклических гипотез кратко описана выше.
Это был краткий обзор научных и не совсем гипотез о Мультивселенной. Считаю ли я, что существует Мультивселенная? Я думаю так. Безусловно, антропный принцип, который был описан в двух первых гипотезах, очень элегантный, простой и логичный. Но все же я отношусь к нему скептически, и вот почему я так думаю. Давайте вспомним историю. Кеплер, который придумал три закона движения планет, который заменил модель эпициклов эллиптической орбитой, задумывался: «Почему планета Земля находится именно на таком расстоянии от Солнца, как так получилось?». Оказалось, ответ очень прост – существуют миллиарды звездных систем подобных до Солнечной, мы просто появились в одной из таких, она не была создана специально для нас, мы просто появились в таких условиях. Вот ответ на вопрос Кеплера. Мы можем продолжить этот ход мышления и ответить на вопрос, почему в нашей Вселенной законы физики именно такие: «Да потому, что наша Вселенная одна из множества Вселенных и законы физики в нашей Вселенной позволяют существовать формы жизни, которая может задавать такие вопросы». Это выглядит логично и просто, но! Но давайте вспомним Коперника. В его время уже полторы тысячи лет существовала парадигма Птоломея – Земля в Центре мира, вокруг которой вращаются Луна, Солнце и другие планеты, а звезды как бы нарисованы на куполе окружавшим этот мир. Коперник заменил Землю в центре Солнцем, что было очень смелым допущением в те времена, все остальное он оставил таким же.
Но был еще такой астроном, Томас Диггес. Диггес убрал из схемы Коперника край Вселенной, заполнив ее звездами вдаль и до бесконечности.
Понимаете, это простейшая идея, объяснить звезды на небе как множество, простирающееся в бесконечность. Он даже не мог предположить, что существуют более сложные структуры – галактики, сверхскопления галактик, черные дыры. В каком-то смысле ученые поступают как Томас Диггес. Он просто заполнил все пространство звездами до бесконечности, современные ученые заполняют все пространство другими Вселенными до бесконечности. Именно поэтому я отношусь скептически. Да, у нас более развита наука чем во времена Диггеса, но возможно структура Вселенной намного более сложная, чем бесконечное число Вселенных с разными физическими законами, настолько сложная, что современная наука и величайшие умы человечества не в состоянии даже приблизится к ее пониманию, возможно это не просто другие Вселенные, а нечто более сложное, неописуемое современным уровнем физики, математики, нашей логикой и даже больной фантазией.
Египтяне (вспоминайте начало статьи), да и другие народы и отдельные личности, описывали наблюдаемое и ненаблюдаемое так, как позволяла их фантазия и уровень науки, если можно это назвать наукой. Можем ли мы быть уверенны, что современная наука, описывая ненаблюдаемое как множество Вселенных не допускает ту же ошибку, что и египтяне и все остальные? Нет. История показывает, что до реальных наблюдений, предположения и гипотезы в той или иной мере почти всегда оказывались ошибочны. Это не значит, что Мультивселенная наверняка не существует. Это значит, что все может быть устроено покруче даже мозговыносящей Мультивселенной…