Ты идешь,
А он летит.
Ты лежишь,
А он летит.
Ты заснул,
Но все летит
В космосе метеорит…
Представьте ночное небо. Что вы в нем видите? Миллионы светящихся точек! Это звезды, их видно с Земли даже невооруженным глазом. Но в недрах Вселенной скрываются и другие интересные тела, увидеть которые можно только в мощный телескоп. А некоторые объекты существуют только в теории, никто и никогда не наблюдал их. Давайте заглянем в бесконечность космоса и узнаем, что же он таит в себе.
Звезды – от рождения до смерти
Знаете, как рождается звезда? Сначала облако из газа и пыли, витающее в вакууме, сжимается и уплотняется. Вокруг него образуются плотные, темные газопылевые облака массой в 200 раз больше, чем у Солнца. Их называют глобулами Бока. По мере того как глобула сгущается, ее масса увеличивается, притягивая к себе материю из соседних областей. Внутренняя часть глобулы сгущается быстрее, чем внешняя, поэтому она начинает нагреваться и вращаться. Постепенно частицы формируют плазменный шар, и только через несколько сотен тысяч лет образуется «новорожденная» протозвезда.
N 11B – регион образования новых звезд, снятый телескопом «Хаббл»
Протозвезда постепенно наращивает массу. Ее давление, плотность и температура увеличиваются. Прогреваясь, звезда начинает светиться темно-красным светом. Все это длится миллионы лет. Увидеть молодую звезду очень трудно, ведь она еще окружена плотным пылевым облаком, из-за которого почти не виден ее блеск.
Дальнейший путь развития протозвезды зависит от ее габаритов. Если ее масса составляет менее 10 % от массы Солнца, то внутри протозвезды не будут происходить ядерные реакции, и она никогда не сможет стать настоящей звездой. Протозвезда постепенно остынет и превратится в переходный объект, так называемый коричневый карлик – нечто среднее между звездой и планетой.
Протозвезда – это новая звезда на завершающем этапе своего формирования. Сформировавшись полностью, она превращается в звезду главной последовательности. Протозвезды окутаны пылевыми оболочками, благодаря которым они испускают мощное инфракрасное излучение
Если же протозвезде удастся вырасти, она сможет преобразоваться в полноценную звезду – гигант, карлик – и даже в черную дыру. Давайте рассмотрим несколько наиболее интересных видов.
Компактные звезды
Мы привыкли к тому, что звезда – это раскаленный светящийся шар. Да, большинство звезд так и выглядят, однако некоторые из них не похожи на своих мерцающих собратьев. Их плотность превышает обычную во много раз. Такие звезды называют компактными. Внутри компактных звезд прекратилась ядерная реакция, поэтому они медленно, но верно схлопываются внутрь под действием гравитации.
Барт Ян Бок (1906–1983) – американский астроном голландского происхождения. Он впервые описал глобулы
К компактным звездам относятся:
• Белые карлики
Внутри белых карликов нет источников термоядерной энергии, поэтому они очень тусклые. Белые карлики медленно остывают и краснеют. Из-за этого их не видно невооруженным глазом, а ученые наблюдают их только через мощные телескопы. Ближайший к нам белый карлик – Сириус B, находящийся на расстоянии 8,6 светового года от Земли.
Черный карлик – остывший и не излучающий свет белый карлик. Это конечная стадия эволюции белых карликов. Один из «остывших» карликов – белый карлик WD 0346+246
• Нейтронные звезды
Нейтронная звезда состоит из нейтронов и небольшого количества других частиц. Большинство нейтронных звезд вращаются с дикой скоростью – до нескольких сотен оборотов в секунду. Удивительно, что при массе, равной солнечной, нейтронная звезда имеет радиус всего в 10–20 километров. Представьте, насколько она плотная!
Советский ученый Лев Ландау (1908–1968) в статье «О теории звезд», опубликованной 29 февраля 1932 года, писал: «Мы ожидаем, что все это должно проявляться, когда плотность материи станет столь большой, что атомные ядра придут в тесный контакт, образовав одно гигантское ядро»
Интересно, что нейтронные звезды были предсказаны еще до их официального открытия. В декабре 1933 года астрономы Вальтер Бааде и Фриц Цвикки выдвинули обоснованную гипотезу о том, что нейтронная звезда может образоваться в результате взрыва сверхновой. А в 1967 году Джоселин Белл открыла первую нейтронную звезду – пульсар PSR B 1919+21.
• Черные дыры
Черные дыры – пожалуй, самые загадочные космические объекты. Черная дыра образуется из звезды. Термоядерные реакции в ее недрах поддерживают высокую температуру и давление, не давая звезде сжиматься под действием собственной гравитации. Со временем ядерное топливо истощается, а звезда начинает схлопываться. Если масса звезды меньше трех масс Солнца, то гравитационного коллапса не произойдет: такая звезда навсегда превратится в белого карлика или нейтронную звезду. Но если масса звезды больше трех солнечных, то она станет черной дырой.
Гравитация черных дыр настолько велика, что может сжимать любое вещество до бесконечности. Покинуть черную дыру не в состоянии даже объекты, движущиеся со скоростью света, в том числе и частички самого света.
• Экзотические звезды
Экзотическая звезда – гипотетический космический объект. Она состоит не только из электронов, протонов, нейтронов и мюонов, как обычные и нейтронные звезды, а также из других видов материи. К ним относятся звезды из «кварковой материи», а также звезды, состоящие из частиц, существование которых еще не доказано.
• Темные звезды
Существование темных звезд (или темной материи) не доказано. Ученые лишь предполагают, что темные звезды могли существовать миллиарды лет назад, когда наша Вселенная только начала формироваться. Если верить этой теории, темная звезда – это огромное холодное облако, состоящее из водорода и гелия. Ее температура настолько низкая, что излучение невозможно увидеть невооруженным глазом. Возможно, темные звезды все еще существуют где-то в глубинах Вселенной.
• Белые дыры
Еще одна космическая загадка – белая дыра. Она, как и темная материя, существует только гипотетически. Это полная противоположность черной дыры. По догадкам ученых, в область белой дыры ничто не может войти. Однако большинство физиков уверены: существование белых дыр невозможно. И действительно, на сегодняшний день наука не знает ни одного объекта, который можно было бы считать белой дырой. Но есть и сторонники этой теории. Они считают, что черные дыры со временем превращаются в белые.
Прожив долгую, но не всегда счастливую жизнь, звезда умирает. Когда термоядерное топливо на исходе, недра звезды остывают и уже не могут противостоять гравитационному сжатию. Звезда коллапсирует – ее вещество всасывается внутрь. Есть несколько возможных сценариев звездного коллапса:
• тихое угасание;
• образование белого карлика;
• взрыв сверхновой I типа;
• коллапс с образованием нейтронной звезды;
• коллапс с образованием черной дыры.
Планеты
Планеты, как и звезды, бывают разными. Интересный факт: планеты Солнечной системы так и называются – «планеты», а все планеты за ее пределами зовутся экзопланетами (с древнегреческого «экзо» – вне, снаружи).
Двойники Земли
Астрономы подтвердили, что за пределами Солнечной системы есть двойник нашей Земли. Эта планета называется Кеплер‑22b, и она (как и Земля) вращается вокруг своей звезды. Планета-двойник больше Земли почти в 2,5 раза и находится на расстоянии 600 световых лет от нее. Несмотря на то что Кеплер‑22b называется двойником, у него с Землей есть и сходства, и различия:
• мягкий климат: средняя температура на этой планете равна 22 °C;
• Кеплер‑22b находится ближе к своей звезде, чем Земля, примерно на 15 %;
• год на Кеплере‑22b длится 290 дней;
• Кеплер‑22b получает от своей звезды на 25 % меньше света, чем Земля.
Из истории открытия белых карликов
В 1785 году английский астроном Уильям Гершель наблюдал звезду 40 Эридана, после чего занес ее в свой каталог двойных звезд. Позднее выяснилось, что второй компонент этой системы – не что иное, как белый карлик. Но тогда о существовании белых карликов и не подозревали
Ученые уверены, что во Вселенной существует множество других двойников Земли, о которых нам еще не известно. Наука заинтересована в поиске планет-двойников, ведь они – наш альтернативный дом в случае глобальной катастрофы.
Мегаземли, суперземли и мини-земли
Экзопланеты, похожие на Землю, могут иметь такую же массу и габариты, а могут быть намного больше или, наоборот, меньше нашей планеты. Таким образом, «двойников» Земли делят на мегаземли, суперземли и мини-земли.
Открытие Фридриха Бесселя
Фридрих Бессель изучал архивные данные о восхождении звезд в Кёнигсбергской обсерватории. Бессель обнаружил удивительную вещь: за последние 100 лет две звезды, Сириус и Процион, отклоняются от прямолинейной траектории движения по небесной сфере, иными словами, находятся в небе то правее, то левее обычного. Бессель пришел к выводу, что у каждой из них должен быть близкий спутник. Его заявление встретили скептически, ведь слабый спутник оставался ненаблюдаемым, а его масса должна была быть достаточно велика – как у Сириуса и Проциона соответственно.
Мегаземля в десять и более раз массивнее Земли. Суперземля (или сверхземля) превосходит ее по массе, но не так сильно, как мегаземля. Суперземли могут быть размером с Землю или до 10 раз массивнее. А мини-земля – это планета земного типа с массой меньшей, чем у нашей планеты. В Солнечной системе к ним относятся Марс и Меркурий.