Главная В избранное Контакты News О проекте Планы сайта Карта Гостевая
счетчик сайта
Размер шрифта:

>>Найти: на:

Кратко:

БЛИЖАЙШАЯ К НАМ ЗВЕЗДА:

Проксима Центавра находится на расстоянии 4,22 световых года от Солнца. Это самая близкая к нам из всех известных сегодня звезд. Ее можно рассмотреть только в телескоп как объект 11-й звездной величины в южном созвездии Центавра. Эта маленькая красная звездочка, член тройной звездной системы Альфа Центавра, была открыта только в 1915 г. шотландским астрономом Робертом Иннесом (1861 — 1933). Самая же яркая звезда в системе — Альфа Центавра А (4,35 светового года от Солнца), называемая Ригель (нога) Центавра — ярчайшая звезда созвездия. Она очень похожа на наше Солнце, но находится дальше Проксимы. Альфа Центавра А была известна с древнейших времен, являясь четвертой по яркости звездой на ночном небе. Яркие звезды Альфа Центавра А и В составляют тесную двойную систему. Расстояние между ними — 23 астрономические единицы, это немного больше расстояния от Солнца до Урана. А вот Проксима отстоит от этой пары на расстоянии 13 000 а.е. (или 0,2056 светового года, что в 400 раз больше, чем расстояние от Солнца до Нептуна). Все они обращаются вокруг общего центра масс, но период обращения Проксимы Центавра исчисляется миллионами лет, поэтому она еще долго останется для нас "ближайшей" (через 9000 лет самой близкой к Солнцу звездой станет быстро движущаяся в нашу сторону звезда Барнарда).

Главные популяризаторы дыр

— астрофизики — исключительные эксперты в этой темной области знания. Про космические дыры ими написаны толстые книги, журнальные статьи, пестрящие цветастыми врезками, и длинные газетные колонки. Где бы ни выступал астрофизик, о черных дырах он всегда расскажет. В первую и в последнюю очередь. А также и в середине своего выступления. Зияющие тьмой дыры разных диаметров якобы обнаруживаются то в глубине ядра Галактики, то на ее периферии в виде целых скоплений, невидимых глазу — конечно, они ж черные, дыры-то, как их узреть. А что поделаешь — тенденция: черные дыры неоднократно побывали на обложках журналов, приближаются к Земле и, видимо, не оставят нас в покое.  Мы наслышаны, что черная дыра возникает на месте схлопнувшейся в результате действия собственных сил тяготения массивной звезды. Потратив всё свое горючее, звезда падает сама в себя, сжимается в точку (буквально — «в нуль»), а в результате, из-за сверхсильного искривления пространства, из окрестностей этой «точки» (так называемой «сингулярности») не может выбраться и лучик света. «Дыра, да и только», — говорит Теория Относительности, имеющая немалое значение для придания пространству-времени сырной дырявости. Само название «черная дыра» (подчеркивающее полное отсутствие светимости) ввел в обращение физик Джон Уилер — большой весельчак и великолепный лектор. И случилось это недавно, по астрофизическим меркам вообще «сегодня» — в 1969 году. Теоретический аппарат, в рамках которого «описываются» черные дыры, ранее (в начале XX века) создал Карл Шварцшильд — человек, сыгравший далеко не последнюю роль в становлении современной астрономии.

Земляне истощают ресурсы планеты с космической скоростью

Человечество потребляет на 20 процентов больше ресурсов, чем может воспроизвести наша планета. Как сообщается на сайте газеты Financial Times, подобный вывод содержится в докладе Всемирного фонда дикой природы (WWF). Расчеты специалистов показывают, что антропогенная нагрузка на природу выросла. По сравнению с 1961 годом энергетический компонент нагрузки увеличился на 700 процентов. Растущее потребление ископаемого топлива, то есть угля, нефти и природного газа, привело и к увеличению площади, необходимой для поглощения высвобождаемого в результате сжигания углекислого газа. Специалисты фонда отмечают, что чрезмерная эксплуатация этих видов топлива ставит человечество перед угрозой глобальных климатических изменений.

 

    

    

 

Научные открытия

«Физический минимум» на начало XXI века (продолжение)

• Вступление • Список «особенно важных и интересных проблем» • Макрофизика • Микрофизика • Астрофизика •
• О трех «великих» проблемах •

 

Существенной проверкой ОТО является исследование двойных пульсаров. Оно показало, что потеря энергии двумя движущимися нейтронными звездами, образующими двойную систему, находится в полном согласии с ОТО при учете гравитационного излучения (интенсивность которого была вычислена Эйнштейном в 1918 году). Ни один квалифицированный физик не сомневается в существовании гравитационных волн. Но имеется проблема (она фигурирует в списке под номером 22) — приём гравитационных волн, приходящих из космоса. Задача технически очень сложна, для её решения строятся гигантские установки. Так, система LIGO (Laser interferometer gravitational-wave observatory, США) состоит из двух далеко разнесенных «антенн» длиной 4 км каждая. В этой установке можно будет заметить происходящее под действием приходящей гравитационной волны смещение зеркал на 10–16 см, а в дальнейшем и меньшие смещения. В ближайшие годы LIGO и аналогичные установки, строящиеся в Европе и Японии, вступят в строй. Так будет положено начало гравитационно-волновой астрономии.

Замечу, что радиоастрономия родилась в 1931 году, а начала интенсивно развиваться после 1945 года. Галактическая рентгеновская астрономия возникла в 1962 году. Гамма-астрономия и нейтринная астрономия еще моложе. С развитием гравитационно-волновой астрономии будет освоен последний известный «канал», по которому мы можем получать астрофизическую информацию. Как и в других случаях, весьма важны будут совместные (одновременные) измерения в различных «каналах». Речь может идти, например, об исследовании образования сверхмассивных черных дыр совместно в нейтринном, гравитационно-волновом и гамма-«каналах».

Совокупность проблем, указанных в списке под номером 23, — это, пожалуй, самое главное в астрофизике. Сюда отнесена и космология. Несомненно, космологическая проблема — великая проблема. Внимание она привлекала к себе всегда: ведь системы Птолемея и Коперника — это тоже космологические теории. В рамках физики XX века космология в теоретическом плане создавалась в работах Эйнштейна (1917 г.), Фридмана (1922 и 1924 гг.), Леметра (1927 г.) и затем многих других. Но до конца 40-х годов все наблюдения, существенные с космологической точки зрения, велись в оптическом диапазоне. Поэтому открыт был лишь закон красного смещения, и тем самым установлено расширение Метагалактики (работы Хаббла, которые датируются 1929 годом, хотя красное смещение наблюдалось и ранее, и не только Хабблом). Энергичное развитие космологии началось только после того, как в 1965 году было открыто реликтовое тепловое радиоизлучение с температурой около 2,7 К. В настоящее время именно измерения в радиодиапазоне играют наиболее важную роль среди наблюдений, имеющих космологическое значение.

Одной из основных, а может быть и главной, задачей в космологии является определение характера эволюции Вселенной. Важный результат, известный уже довольно давно, заключается в том, что в эволюцию Вселенной вносит вклад не только «обычное» барионное вещество (и, конечно, электроны), но еще что-то, что называют скрытой, или темной, массой (dark matter). Кроме этого, предполагается и влияние некоторой «вакуумной материи», называемой также «темной энергией».

Обращаясь к проблеме 24 (нейтронные звезды и пульсары, сверхновые), замечу, что гипотеза о существовании нейтронных звезд, насколько знаю, была высказана в 1934 году. Вначале казалось, что нейтронные звезды (характерный радиус 10 км, масса порядка массы Солнца) обнаружить почти невозможно. Сейчас даже одиночные нейтронные звезды, не говоря уже о двойных звездах, изучаются в рентгеновских лучах. Однако ещё до этого в 1967–1968 годах было открыто радиоизлучение нейтронных звезд — пульсаров.

Сейчас известно около 1000 пульсаров с периодом радиоимпульсов (это также период вращения звезды) от 1,56 x 10–3 с до 4,3 с. У миллисекундных пульсаров магнитное поле (на поверхности) порядка 108–109 Э. У большинства пульсаров с периодом радиоимпульсов от 0,1 с до 1 с поле порядка 1012 Э. Кстати, существование в природе столь сильных магнитных полей тоже важное открытие. В последнее время обнаружены нейтронные звезды с ещё более сильными полями (магнетары), достигающими по оценкам 1015–1016 Э(!). Радиоизлучение эти магнетары не испускают, но наблюдаются в мягких гамма-лучах.

Чёрные дыры и особенно космические струны — еще значительно более экзотические объекты, чем нейтронные звезды. Космические струны (не следует, конечно, их путать с суперструнами) — это некоторые (не единственно возможные) топологические «дефекты», могущие возникать при фазовых переходах в ранней Вселенной. Они представляют собой нити, могущие быть замкнутыми (кольца) космических масштабов и с характерной толщиной порядка 10–29–10–30 см. Космические струны еще не наблюдались, даже «кандидаты» на эту роль мне неизвестны. Поэтому я было включил космические струны в «список» рядом с черными дырами, но поставил знак вопроса.

Совсем иначе дело обстоит с чёрными дырами — они являются важнейшими астрономическими и физическими объектами. Несмотря на то что «схватить чёрную дыру за руку» очень трудно, в их существовании и большой роли в космосе сегодня невозможно сомневаться. Любопытно, что черные дыры в некотором смысле были предсказаны еще в конце XVIII века Митчеллом и Лапласом.

Наблюдаются, или, если быть очень осторожными, по всей вероятности, наблюдаются, черные дыры двух типов — со звездными массами меньше или порядка 100 масс Солнца и гигантские дыры в галактиках и квазарах с массами порядка (106–109) масс Солнца. Дыры со звездными массами находят в основном в результате наблюдения двойных систем.

Вопрос об образовании галактик (проблема 26) составляет особую главу космологии. Её содержание в теоретическом плане состоит в анализе динамики неоднородностей плотности и скорости вещества в расширяющейся Вселенной. В результате роста крупномасштабных неоднородностей вещества во Вселенной появляются галактики и скопления галактик.

Теперь остановлюсь на вопросе о тёмной материи. По сути дела, это очень крупное и неожиданное открытие, история которого, насколько знаю, восходит к 1933 году. Количество светящейся материи определяется в результате наблюдений в основном в видимом свете. Полное же количество гравитирующей материи сказывается на динамике — движении звезд в галактиках и галактик в скоплениях. Вне всяких сомнений, установлено, что во Вселенной имеется несветящаяся материя, проявляющаяся в силу своего гравитационного взаимодействия. Темная материя распределена отнюдь не равномерно, но присутствует везде: и в галактиках, и в межгалактическом пространстве. Так возник один из важнейших и, я бы сказал, острейших вопросов современной астрономии — какова природа темной материи, часто именовавшейся ранее также скрытой массой? Проще всего предположить, что речь идет о нейтральном водороде, сильно ионизованном (и поэтому слабо светящемся) газе, планетах, слабо светящихся звездах — коричневых карликах, нейтронных звездах или, наконец, черных дырах. Однако все эти предположения опровергаются наблюдениями разных типов.

Происхождение космических лучей (проблема 28), открытых в 1912 году, много лет оставалось загадочным. Но сейчас можно не сомневаться в том, что основными их источниками являются сверхновые звезды. Наиболее интересной представляется проблема происхождения космических лучей со сверхвысокими энергиями, превышающими 1016 эВ. Наивысшая наблюдавшаяся в космических лучах энергия составляет 3 x 1020 эВ. Ускорить частицы (скажем, протон) до такой энергии нелегко, но, по-видимому, возможно, особенно в активных ядрах галактик. Однако есть ряд трудностей, которые не позволяют удовлетворительно ответить на вопросы о происхождении космических лучей с самой высокой энергией. Проблема действительно загадочна и уже поэтому интересна.

Перейдем к проблеме 29 — к гамма-всплескам. В конце 60-х годов в США была запущена система спутников Вела (Vela), оснащенных приборами, могущими регистрировать мягкие гамма-лучи и предназначенные для контроля над соглашением, запрещающим атомные взрывы в атмосфере. Взрывы не производились, но были зафиксированы гамма-всплески неизвестного происхождения. Их типичные энергия (0,1–1) МэВ и длительность — секунды. Об этом открытии было сообщено лишь в 1973 году. Гамма-всплески с тех пор энергично изучались, но их природа долгое время оставалась неясной. Сейчас можно констатировать, что гамма-всплески — следствие мощнейших взрывных явлений, наблюдаемых во Вселенной, не считая, конечно, самого Большого взрыва (Big Bang). Речь идет об энерговыделении до примерно 1051 эрг только в гамма-диапазоне. Это существенно больше, чем оптическое излучение при взрывах сверхновых. Поэтому некоторые источники гамма-всплесков называли гиперновыми. Кандидаты на роль таких «источников»: слияние двух нейтронных звезд, какое-то столкновение или слияние массивной звезды с нейтронной и т. п.

Осталось обсудить последнюю, 30-ю проблему «списка» — нейтринную физику и астрономию. Напомню, что гипотеза о существовании нейтрино была высказана Паули в 1930 году. Длительное время считалось, что детектировать нейтрино практически невозможно. Вопрос о массе нейтрино возникал, вероятно, с самого начала, но было ясно, что масса, например, электронного нейтрино если и отлична от нуля, то очень мала по сравнению с массой электрона. Так или иначе, вопрос о массе нейтрино остается актуальным.

Солнце и звезды, как известно, излучают за счет происходящих в их недрах ядерных реакций и, следовательно, должны испускать нейтрино. Такие нейтрино, имеющие энергию около 10 МэВ, могут в настоящее время регистрироваться лишь от Солнца. Еще несколько лет назад считалось, что измеряемый поток нейтрино от Солнца существенно меньше вычисленного. Но сейчас построены и начали эксплуатироваться несколько совершенных установок для детектирования солнечных нейтрино с различными энергиями. Результаты наблюдений самых последних лет позволяют утверждать, что проблема солнечных нейтрино в основном решена.

Нейтринная астрономия — это не только солнечная астрономия. Сейчас ведется мониторинг, и если нам повезет и вблизи Солнца (в Галактике или в Магеллановых Облаках) вспыхнет еще одна сверхновая, то будет получен богатый материал (сверхновые в Галактике вспыхивают в среднем примерно раз в 30 лет, но эта цифра неточна, и, главное, вспышка может произойти в любой момент). Особо нужно упомянуть задачу детектирования реликтовых нейтрино с малыми энергиями, быть может вносящими вклад в темную материю. Наконец, буквально «на выходе» находится нейтринная астрономия высоких энергий с энергиями нейтрино, превышающими 1012 эВ. Наиболее вероятные источники: ядра галактик, слияние нейтронных звезд, космические топологические «дефекты».

>>>Читайте дальше: Академик Виталий Лазаревич Гинзбург: "Физический минимум» на начало XXI века" (окончание).

Очерк о развитии физики в России «Физический минимум» на начало XXI века [1 2 3 4]Фундаментальные силы в природе Экспериментальные подтверждения ОТО Эйнштейна [1 2] Закон всемирного тяготения [1 2] Различие прошлого и будущего [1 2] ИСТОРИЯ ПЕРВЫХ РУССКИХ НАУЧНО-ИНЖЕНЕРНЫХ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ДОСТИЖЕНИЙ [1 2 3]Первые российские телепатические опытыСемь открытий, которые потрясут мир.

 
 
Главная В избранное Контакты Новости О проектеПланы сайта

 

 

 

 

   
Rambler's Top100 Рейтинг лучших сайтов категории Наука / Образование


© KV