Что такое Черная дыра?
Гравитационные волны дали новой чёрной дыре высокоскоростной «пинок»
Недавно учёные наблюдали объединившиеся в одну две чёрные дыры, которые в процессе слияния спровоцировали «удар», на большой скорости отбросивший только что образовавшуюся чёрную дыру. Эта новая чёрная дыра понеслась со скоростью около 5 миллионов километров в час. Это очень быстро — скорость света всего в 200 раз выше.
Когда две чёрные дыры по спирали вращаются вокруг друг друга перед тем, как слиться в одну (как показано на рисунке), они излучают гравитационные волны, которые могут дать новообразованной чёрной дыре высокоскоростной толчок
Об этом исследователи сообщают в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.
Рябь пространства-времени, называемая гравитационными волнами, запустила чёрную дыру в головокружительный путь. По мере того, как любые две парные чёрные дыры движутся по спирали внутрь и сливаются, они испускают эту рябь, которая растягивает и сжимает пространство. Если эти гравитационные волны выбрасываются в космос преимущественно в одном направлении, чёрная дыра в ответ «отскакивает».
«Это похоже на отдачу пистолета при выстреле», — говорит астрофизик Виджай Варма из Института гравитационной физики им. Макса Планка в Потсдаме, Германия.
Обсерватории гравитационных волн LIGO (США) и Virgo (Италия) обнаружили рябь пространства-времени чёрных дыр, когда она достигла Земли 29 января 2020 года. Эти волны раскрыли детали того, как чёрные дыры слились, что намекает на вероятность сильного удара. Когда чёрные дыры вращались вокруг друг друга, плоскость, в которой они вращались, вращалась подобно тому, как вращается волчок.
LIGO в штате Вашингтон, США
Варма и его коллеги углубились в полученные данные, оценивая, насколько сильный получила чёрная дыра «пинок». Чтобы оценить ударную скорость, исследователи сравнили данные с различными версиями слияний чёрных дыр, созданными на основе компьютерных симуляций.
«Отдача была настолько велика, что чёрная дыра, вероятно, была выброшена из своего дома и отброшена к космическому бордюру», — говорит Варма.
Плотные группы звёзд и чёрных дыр, называемые шаровыми скоплениями, являются одним из мест, где чёрные дыры, как считается, объединяются и сливаются. Астрофизики подсчитали, что вероятность того, что выбитая чёрная дыра останется внутри шарового скопления, составляет всего около 0,5%. Для чёрной дыры в другом типе плотной среды, называемой ядерным звёздным скоплением, вероятность остаться там составляла около 8%.
Ядерное звёздное скопление нашей галактики — Млечный Путь. Снимок полученн с помощью адаптивной оптики в инфракрасном диапазоне с помощью прибора NaCo на VLT (Very Large Telescope в Чили)
«Большой побег» чёрной дыры может иметь большое значение для астрономов. LIGO и Virgo обнаруживают слияния чёрных дыр звёздной массы, которые образуются, когда звезда взрывается сверхновой и коллапсирует в чёрную дыру. Учёные хотят понять, могут ли чёрные дыры снова объединяться, пройдя несколько слияний. Если они это делают, это может помочь объяснить существование удивительно огромных чёрных дыр, которые ранее наблюдались при слияниях. Но если слившиеся чёрные дыры обычно уносятся прочь от дома, это делает множественные слияния менее вероятными.
«Подобные «пинки» очень важны для понимания того, как образуются тяжёлые чёрные дыры звёздной массы», — говорит Варма.
Ранее астрономы обнаружили доказательства того, что гравитационные волны толкают сверхмассивные чёрные дыры, обнаруженные в центрах галактик. Это утверждение основано на наблюдениях за светом, а не за гравитационными волнами. «Гравитационные волны в каком-то смысле чище и их легче интерпретировать», — говорит астрофизик Мануэла Кампанелли из Рочестерского технологического института в Нью-Йорке.
«Данные LIGO и Virgo уже выявили некоторые свидетельства того, что чёрные дыры получают небольшие толчки. Этот же большой толчок не является неожиданностью. Всегда интересно, когда кто-то может измерить на основе наблюдений то, что вы предсказали на основе расчётов», — говорит Кампанелли.
Более ранние теоретические предсказания Кампанелли и её коллег предполагали, что такие мощные толчки возможны.
V. Varma et al. Evidence of large recoil velocity from a black hole merger signal. Physical Review Letters. In press, 2022.
Болезни и смерть станции «Мир»
23 марта 2001 года 124 т металла и оборудования быстро сгорали в атмосфере. Орбитальный комплекс 27КС «Мир», последний осколок советской пилотируемой программы в космосе, прекратил своё существование. Люди в ЦУПе не скрывали слёз, провожая в последний путь своё детище. До сих пор ведутся споры на тему, а вот не топили бы Мир, не нуждались бы в МКС, не дарили бы иностранцам бесценный опыт эксплуатации модульных станций. Не так давно и Сергей Крикалёв, один из опытнейших космонавтов в мире, назвал ошибкой затопление «Мира». Главной причиной прекращения эксплуатации считается недостаток финансирования. Не без этого, Россия тогда очень мало денег выделяла на космос, а тут уже МКС в эксплуатацию входила. Но… есть один нюанс, про который не все помнят. Аварии.
«Мир» был первой модульной станцией, создавался и эксплуатировался в эпоху огромной космической отрасли, когда многим было откровенно плевать на качество своей работы. Ещё до рождения станция страдала от нехватки финансирования — очень много уходило на программу «Бурана». В 1984 году работы вообще фактически замерли. Ещё средства съедал сменщик — «Мир-2», который начали создавать в том же 1984-ом. Позже — работы по МКС. Сама же станция требовала очень много денег и столько в 90-х для её полноценного существования Россия выделить не могла. Сравните: в 1986 году на «Мир» было затрачено 357 млн $, в 1989 вообще 595 млн, зато в 1991 — всего лишь 6,1 млн. Ситуацию исправило соглашение Черномырдина-Гора, по которому США на эксплуатацию и дооснащение станции выделяли от 73 до 211 млн $ в год, что всё равно меньше требуемого. Сам «Мир» изначально имел всего лишь 3 года гарантийной эксплуатации, что очень мало. Аварии в сей ситуации были просто вопросом времени.
Так должна была выглядеть станция «Мир-2»
Серьёзные проблемы начались ещё при сборке базового блока. После выделения финансирования в нужном объёме весной 1984 года работы шли в авральном режиме, чтобы успеть через два года запустить базовый блок 17КС №127-01. И тут оказалось, что масса проводки вместо заложенных 1500 кг оказалась 4500 кг, а общее превышение массы — 3900 кг! Пришлось на ходу переделывать 75% компоновочных чертежей. Для облегчения модуля сняли третью солнечную батарею, холодный радиатор системы терморегулирования и часть телеметрии и управляющей электроники. Установили облегчённую стыковочную систему. В 1985-ом продолжились вноситься изменения в модуль. Также модернизировали ракету-носитель — Протону поставили форсированные двигатели, сняли часть телеметрических и дублирующих систем. Но этого всё равно не хватало для выведения базового блока на орбиту 65 град, пришлось ограничиться 51,6 град, что сильно ухудшило обзор территории СССР. Бортовые управляющие системы не успевали сделать к намеченному сроку, посему часть из них полетела без должной проверки. Злополучную проводку приводили в порядок прям на Байконуре — доработали 1100 из 2500 кабелей. Старт был назначен на 16 февраля 1986 года, к открытию XXVII съезда КПСС. Но из-за отказа передатчика телеметрии пришлось переносить на 20-е число.
Базовый блок 17КС
Следующий модуль, астрофизический 37КЭ «Квант», был запущен 31 марта 1987 года в составе ТКМ-Э (транспортный корабль модульный экспериментальный). Изначально он тоже имел перевес в 1400 кг, но модернизированная ракета справилась с тушей в 22,8 т. Состыковаться удалось с четвёртой попытки 12 апреля, пришлось даже космонавтам выходить в космос — в стыковочном узле застрял мешок со средствами личной гигиены, случайно туда попавший после стыковки «Прогресса-28». В начале 88-го членами экспедиции ЭО-3 много времени было потрачено на профилактические работы с управляющей электроникой станции и установку дополнительного блока терморегулирования. 30 июня Титов и Манаров собирались заменить на «Кванте» блок-детектор рентгеновского телескопа, но… при сборке модуля кто-то залил болты крепления эпоксидкой. Справились с болтами — новая напасть. Замок на телескопе нужно было открыть ключом, но тот просто вращался и в конце концов лопнул. Детектор смогли заменить 20 октября. Вот такие неприятности на ровном месте.
Макет модуля 37КЭ «Квант»
Модуль дооснащения 77КСД «Квант-2» не был исключением по детским болезням при сборке из-за электрохимической коррозии микросхем системы стыковки «Курс». После пуска 26 ноября 1989 года начались новые проблемы: не полностью раскрылась одна из солнечных панелей. Уже стали разрабатывать новую программу стыковки, как панель-таки раскрылась. Но и на «Мире» было не всё благополучно — 2 декабря переполнилась память бортового компьютера и отключились гиродины, стабилизирующие полёт станции. С помощью «Союза ТМ-8» удалось стабилизировать орбитальный комплекс (ОК) и 6 декабря произвести стыковку с «Квант-2».
Стыковочно-технологический модуль 77КСТ «Кристалл» был запущен 31 мая 1990 года. Сперва все модули собирались называть «Квантами», но после проблем со стыковкой первых двух решили переименовать от греха подальше. Но, кто бы мог подумать, смена имени не помогла. Сперва были постоянные отсрочки из-за взаимодействия электроники модуля и наземной аппаратуры. Уже в космосе, после первого импульса двигателей, компьютер отключил систему управления, прекратив сближение. С помощью дублирующих двигателей удалось совершить стыковку 10 июня.
Модуль «Кристалл» в составе орбитального комплекса
17 июня 1990 года была внеплановая внекорабельная деятельность (ВКД) из-за того, что у прилетевшего «Союза ТМ-9» оторвалась экранно-вакуумная термоизоляция. И произошла неприятная авария по вине члена ЭО-6 Александра Баландина — он открыл люк раньше, чем внутри шлюзового отсека упало давление, и крышка с силой распахнулась, повредив петлю. В ЦУП о произошедшем космонавты не доложили, а когда попытались после тяжёлой 6-часовой работы вернуться на станцию — люк не доходил несчастные 1,5 мм до закрытия. 26 июля пришлось снова выходить и силой захлопнуть люк. Чинить его пробовали во время ЭО-7 30 октября, но повреждения оказались сильнее прогнозируемых и ремонт отложили на долю ЭО-8, починившей злополучный люк 10 декабря. В сумме в трёх ВКД на ремонт ушло почти 12 часов. И всё бы ничего, но… во время выхода 26 января космонавты умудрились повредить антенну системы стыковки «Курс» и не заметили это. Выяснилось это при попытке стыковки «Прогресса М-9». Опять внеплановая ВКД.
Экспедиция ЭО-9 опять началась с проблем со стыковкой — с одной стороны сломалась система «Курс» на «Союзе ТМ-12», с другой снова поломка в системе управления движением «Мира» с отключением гиродинов. Сломанную предшественниками антенну «Курса» на модуле «Квант» чинили 25 июня 1991. Вскоре снова столкнулись с проблемами со стыковкой — «Прогресс М-10» 19 октября не смогли принять из-за ошибки наземных служб, а 21-го электроника выдала неправильные поправки, но тут уже операторы не сплоховали и довели грузовик до станции. В январе 1992-го снова был отказ гиродинов.
Так выглядит гиродин (гироскоп для стабилизации и ориентации)
А на Земле в это время СССР не стало. Как уже писал выше, финансирование упало до таких объёмов, что в случае чего денег не было банально затопить станцию! Чтобы «Мир» жил, предлагались разные варианты отказа от тех или иных экспериментов, программ, от запуска новых модулей. Дошло до того, что в привозимых «Прогрессами» пайках не хватало продуктов. Для сбора средств космонавтам пришлось в 1996-ом даже рекламировать Pepsi во время ВКД. Снова отмечу, что первоначальный заложенный срок жизни станции в 3 года был пересечён и требовался ремонт. Кроме описанных проблем выше, до 1994-го были ещё отказы «Курса», гиродинов (ради установки новых пришлось даже демонтировать сауну), бортовой электроники. Космонавты чинили систему регенерации воды, выработки кислорода, системы связи. Были отказы и «Союзов», и скафандров. 10 января 1994 года произошёл отказ ручки управления «Союза ТМ-17», из-за чего он чуть не протаранил станцию. Опаснее была стыковка «Прогресса М-24», при которой из-за автоколебаний грузовик легко, но всё-таки 4 раза ударился о корпус «Мира» и солнечные панели.
Реклама Pepsi на «Мире»
Действительно серьёзные неприятности у «Мира» случились 11 октября 1994. Солнечные панели к тому времени износились и всё меньше и меньше вырабатывали электричества. В ночное время сам собой включился дистиллятор, сожравший энергию, из-за чего в базовом блоке и «Кванте-2» отключились гиродины. Станция потеряла ориентацию и при выходе на Солнце свет не попадал на панели. Быстро кончился заряд аккумуляторов, из всего освещения работала лишь одна лампа, отключилась связь. С помощью движков «Союза» удалось развернуть «Мир» к свету. Борьба за станцию длилась трое суток, но многие системы запустили позже, в том числе генерации кислорода «Электрон». Чтобы не задохнуться, использовали кислородные шашки ТГК. Одна из них оказалась бракованной и загорелась, благо успели быстро потушить.
Генерация кислорода происходила во время химической реакции с температурой 400 градусов
3 июня 1995 к «Миру» пристыковался исследовательский модуль 77КСО «Спектр». Он вполне себе нормально дошёл, но получил сильный удар, когда с одного стыковочного узла на другой переставляли «Кристалл», третий раз за эксплуатацию ради стыковки с шаттлами (потом его ещё перестыковывали). В переходном отсеке ПхО из-за этого всего образовалась утечка воздуха, часть которой была вызвана износом герметизации стыковочных узлов. 1 ноября того же года было ещё происшествие из-за износа станции — лопнула трубка охладительной системы модуля «Квант». Теплоноситель этиленгликоль пришлось собирать тряпками и ориентировать «Мир» так, чтобы закрыть модуль от Солнца. У бортинженера Сергея Авдеева этиленгликоль позже обнаружили в крови. Последний модуль «Мира», научно-исследовательский 77КСИ «Природа», вошёл в состав ОК 26 апреля 1996 года. Строительство станции было закончено, эксплуатацию собирались продлевать до 1999 года.
Модуль «Спектр» изначально задумывался как военный, с возможностью нести ракеты
Технологический дубликат модуля «Природа»
«Мир» во всей красе
Самый аварийный полёт за всю историю космонавтики пришёлся на ЭО-23 и 1997 год. Не заладилось с самого начала — с очередного отказа «Курса». Поскольку генерацию кислорода в «Электроне» до конца так и не починили, экипажи пользовались кислородными шашками и 23 февраля очередная загорелась, причём гораздо активнее, чем в 94-ом. И чем сильнее горела шашка, тем больше кислорода она вырабатывала для собственного горения. «Мир» быстро стал заполняться дымом. В тот момент на орбите были члены ЭО-22, вшестером пожар был потушен. Уже 5 февраля — новая напасть. Остановилась последняя работающая катушка «Электрона-2» (второй такой аппарат, первый отказал ранее и был неактивен). Дошло всё до того, что экипаж использовал кислородные баллоны скафандров. Потом полностью перешли на злополучные шашки ТГК. 6 февраля пытались перестыковать «Прогресс М-33», но из-за отказа систем так и не удалось, пришлось грузовик сводить с орбиты.
Макет центрального поста управления «Мира»
…а так он выглядел 28 июня 1995 года, фото астронавта Нормана Тагарда
Он же вскоре после начала пожара 1997 года
Параллельно разворачивалась катастрофа с терморегуляцией. Её системы стали отказывать по всей станции, температура поднялась до 32 град, а в базовом блоке — до 40. Ядовитый этиленгликоль стал просачиваться через множественные трещины в трубопроводах. У Александра Лазуткина воспалились глаза. Из-за высокой температуры отказала система очистки воздуха от углекислого газа, пришлось пользоваться поглощающими патронами. С прибытием «Прогресса М-34» ситуация наладилась — отремонтировали «Электрон-2», систему охлаждения, снизив температуру до приемлемых 28 град и ниже.
«Электрон-ВМ» российского сегмента МКС — развитие системы получения кислорода «Электрон» станции «Мир»
Но спасительный «Прогресс» чуть не погубил «Мир». 25 июня, как и с «Прогрессом М-33», хотели выполнить перестыковку. Но из-за очередного отказа грузовик на скорости 3 м/с 7 раз ударил станцию, проломив корпус «Спектра», разрушив радиатор и солнечную батарею. Экипаж стал герметизировать повреждённый модуль, из которого быстро утекал воздух. Были отсоединены воздуховоды и электрические кабели. И понеслось… «Спектр» обеспечивал 50% выработки энергии «Мира», электричества стало снова не хватать станции, по традиции первыми вышли из строя гиродины, потом посыпались системы жизнеобеспечения и управления. Экипаж три дня боролся за выживание, но всё-таки сумел направить оставшиеся солнечные батареи на светило. В июле по ошибке потеряли ориентацию станции и опять два дня борьбы. И как финал этой экспедиции — жёсткая посадка «Союза».
Повреждённый «Спектр»
Ради ремонта разгерметизированного «Спектра», а, главное, ввода в строй солнечных батарей модуля, специально была сформирована ЭО-24. Опять же при стыковке не работал «Курс». Удалось наладить энергоподачу, оживить ранее отключенные системы жилых модулей. Шаттлом «Атлантис» была доставлена и заменена бортовая цифровая вычислительная машина (БЦВМ) «Салют-5Б». Но вот найти пробоину в «Спектре» не удалось. К проблемам прибавился износ люков из-за многочисленных ВКД. Понятное дело, научной работой заниматься было особо некогда. «Спектр» пытались чинить до самого конца службы «Мира», но так это и не удалось. Более 700 кг новейшей по тому времени американской научной аппаратуры было потеряно.
Непрерывная эксплуатация «Мира» завершилась с ЭО-27 28 августа 1999 года. В апреле вышел из строя последний спутник «Гелиос», обеспечивавший круглосуточную связь станции с ЦУП. Теперь дозвониться до Земли можно было лишь при пролётах над Казахстаном и Россией. Последняя экспедиция ЭО-28 летала уже за деньги частных инвесторов, хотели даже снимать там фильм «Тавро Кассандры», но не сложилось. И наше государство, и тем более США выделяли средства на перспективную МКС, а многомиллиардный ремонт аварийной станции никому не был нужен. На «Мире» к тому моменту были и последствия пожара, и неполадки с системами жизнеобеспечения, и разгерметизированный модуль, и изношенные солнечные батареи, и проблемы со связью. Сами корпуса модулей старели. Ещё и орбита постоянно падала — не хватало мощностей на поддержание постоянной высоты. Сергей Залетин и Александр Калери покинули «Мир» 15 июня 2000 года.
ЦУП во время затопления «Мира». Наличие рекламы в нём — характерная и печальная черта тех лет.
Вот такие проблемы сопровождали «Мир» в течение его долгой, по мерках предшественников, жизни. Большая часть аварий — последствия хронического недофинансирования, спешки при сборке, малого срока службы и ошибок при проектировании и производстве. Да, затопление «Мира» было большой утратой для российской космонавтики, но — неизбежной. Опыт эксплуатации не прошёл даром. Например, можно сделать вывод относительно утечки воздуха на МКС и связанной с ней истерики — и не с такими проблемами летали. Самые главные уроки «Мир» дал строителям и эксплуатантам МКС и будущего РОССа, который проектируется таким же звездообразным, с возможностью замены отработавших своё или вышедших из строя модулей.
Подпишись, чтобы не пропустить новые интересные посты!
Марсоход NASA сделал серию снимков, на которых видно, как Фобос, один из двух спутников Марса, затмевает Солнце
Пережить космический Апокалипсис
Картина гибели человечества, показанная в вышедшем не так давно фильме “Не смотрите наверх” оживила в моем сознании угнездившееся там еще с “Семиевия” Нила Стивенсона недовольство. Я глубоко убежден, что уничтожить человечество гораздо сложнее, нежели тараканов, крыс или ворон, и меры слабее, чем расколоть планету на кусочки или устроить из Земли вторую Венеру, тут не сработают. И, при всей моей любви к космонавтике, шансы пронести цивилизацию через катастрофу на новый виток прогресса выше у других, более прозаичных вариантов.
Столкновение кометы с Землей, кадр из фильма
Все-таки не удержусь, чтобы не написать один абзац про “Не смотрите наверх”. Картина представляет собой сатиру на современное политическое и социальное устройство США, и сюжет двигается по следующим из этого законам. Возможности других космических государств от всего Европейского космического агентства до России (несколько сотен межконтинентальных баллистических ракет с ядерными боезарядами), Китая (примерно сотня МБР), Индии (несколько десятков) или даже Северной Кореи (неизвестное количество) сюжетно ограничиваются одной небольшой и неудачной попыткой на Байконуре. Не говоря о том, что человечество уже давно направляет плоды своего труда на траектории столкновения с другими небесными телами и первую миссию по отработке технологий изменения орбиты астероида запустило примерно за месяц до выхода фильма. Так что когда действительно угрожающие нашей планете астероид или комета появятся, у землян будут не только технологии, но и опыт аналогичных действий.
Но ладно, допустим, Земле угрожает неотвратимый астероид/комета или дождь из превратившейся в поток астероидов Луны. Здесь стоит отметить, что очень важным будет запас времени. Полгода из “Не смотрите наверх” или два года в “Семиевии” — это очень небольшие сроки, за которые даже в условиях военного положения и направления всех ресурсов на выживание, сделать можно будет не очень много. Сложные технические проекты, которыми человечество по-настоящему может гордиться, шли более длительное время: от попавших в СССР “Фау-2” до первого спутника прошло 12 лет, лунная программа “Аполлон” заняла 8 лет до первой высадки, советская ядерная программа длилась примерно 7, американский “Манхеттенский проект” — примерно шесть.
Уже под землей
Про катакомбы Парижа слышали многие, но если вы откроете список “подземных городов”, то удивитесь его длине. Впрочем, в большинстве случаев это всего лишь подземные переходы между зданиями или размещенные под поверхностью торговые центры. Большинство из них без расширения не позволят накопить сколько-нибудь серьезные ресурсы, чтобы пережить ад на поверхности, и не выдержат “поражающих факторов” астероида — ударную и сейсмические волны, а также цунами. По тем же причинам весьма сомнительна эффективность использования в качестве долговременного убежища метро, как правило, там постоянно приходится бороться с грунтовыми водами.
Из уже подготовленных природой убежищ нельзя не отметить пещеры, из которых не менее двадцати пяти имеют общую длину, превышающую 100 километров. Рекордсмен, Мамонтова пещера (штат Кентукки, США), имеет длину 676 км, два десятка больших залов и подземную реку. Но она лежит сравнительно близко к поверхности, а самая глубокая, пещера Веревкина, расположена в Абхазии и уходит вниз на 2212 метров, и совсем рядом есть еще четыре пещеры глубже полутора километров.
Нельзя не забывать про расположенные по всему миру шахты. Например, самая глубокая из вырытых, золотая шахта Мпоненг в ЮАР, имеет глубину 4 км. В сумме, 14 шахт достигают глубины 3 км. Необходимо понимать, что шахты создавались для добычи ресурсов, и их сейсмическая устойчивость будет очень различной. Но у человечества также есть и готовые сооружения, способные с максимальной вероятностью пережить падение “кометы Дибиаски”.
Схема комплекса NORAD в горе Шайенн, иллюстрация ВВС США
Так получилось, что “поражающие факторы” астероида не сильно отличаются от мощного атомного взрыва. А с началом ядерной эры сверхдержавы построили бункеры, способные пережить не просто прямое попадание ядерной боеголовки, но и специального противобункерного оружия. Самый известный — комплекс NORAD в горе Шайенн: под шестью сотнями метров гранита в туннелях объемом не меньше 453 тысяч кубических метров расположились пятнадцать трехэтажных зданий, установленных на амортизирующих сейсмический удар пружинах. Комплекс способен пережить близкий подрыв термоядерной боеголовки, но без модификаций его автономность составляет всего примерно месяц. Вода поступает из подземных источников, причем в больших количествах, чем потребляет комплекс, но электричество обеспечивают дизель-генераторы, топлива для которых надолго не хватит.Еще один бункер, который называют “подземным Пентагоном”, располагается в горе Рейвен рок, но про него известно гораздо меньше. Аналогичные бункеры для стратегического управления войсками, скорее всего, есть в России, американская пресса называла два возможных места: Косьвинский камень (Свердловская область) и гору Ямантау (Башкортостан). Количество китайских подземных баз оценивается примерно в сорок штук, но из них часть заброшены или переоборудованы в музеи. Широко известна база подводных лодок Юйлинь, но, в силу расположения на острове Хайнань от падения астероида ей, очевидно, будет дополнительно угрожать цунами. Известно, что весьма широко использует подземные сооружения Северная Корея, но из-за закрытости страны у нас есть только догадки об их характеристиках.
Подводные земледельцы
Не только погружение под землю позволяет оказаться в условиях постоянной и комфортной температуры, какой бы ад не творился на поверхности. Кроме случая превращения Земли в Венеру, когда океаны действительно выкипят, гигантские запасы воды будут служить амортизатором планетарной катастрофы. Учитывая, что средняя глубина Атлантического, Индийского, Тихого и Южного океанов превышает три километра, пространства, чтобы спрятаться, не просто много, а очень много. Температура воды резко падает от поверхности до глубины примерно километр, зато потом практически не меняется.
Огромным преимуществом подводных колоний будет доступность, теоретически, всего оставшегося океана. Можно добывать ресурсы из не тронутых во времена до катастрофы месторождений, расширять пространство с ростом населения, кочевать в более подходящие районы. Всех этих возможностей подземная колония лишена.
Подводная станция SEALAB I. Фото Undersea Technologies/Undersea Labs (Habitats) & Obs.
К сожалению, на этом хорошие новости заканчиваются. У человечества нет опыта создания и длительной работы обитаемых подводных сооружений не то, что ниже полутора километров, но и на гораздо меньшей глубине. Экспериментальных баз было создано более двадцати, но они были маленькими и, как правило, располагались не ниже нескольких десятков метров. Далее, подводное сооружение может функционировать в одном из двух режимов: в нем поддерживается обычное атмосферное давление, и конструкция выдерживает внешнее давление воды, либо же внутреннее давление равно наружному, и в конструкции есть удобный выход через открытый вниз проем, по-английски он называется “moon pool” (вспомните фильм “Бездна” или игру Subnautica). Очевидно, что с технической точки зрения для длительного пребывания лучше подходит второй вариант, но исследования в этом направлении велись недостаточно. Известно, что чисто кислородная атмосфера при повышенном давлении очень пожароопасна, в таких условиях горит даже то, что не горит в чистом кислороде при давлении в одну атмосферу. Также кислород при повышенном давлении токсичен. Использовать азот нельзя — отравление начинается примерно с глубины 30 метров (
4 атмосферы).Неврологический синдром высокого давления при использовании гелия начинается с 300 метров (
30 атмосфер). Рекорд погружения для человека составляет 701 метр (70,5 атм), но он был установлен в барокамере, и для дыхания использовалась смесь кислорода, гелия и водорода.
Если говорить про первый тип, когда внутри поддерживается обычное давление, то, с одной стороны, количество пилотируемых погружений в Марианскую впадину уже не помещается на пальцах одной руки, с другой стороны, это были короткие экспедиции — опустились, и назад. В жестком водолазном костюме, выдерживающем внешнее давление, рекорд погружения составляет 610 метров. Советская подводная лодка “Комсомолец” могла погружаться на 1250 м, но она была единственным представителем проекта, и ее автономность составляла всего 180 суток. Несмотря на кажущуюся привлекательность и освоенность этого пути, конструкции, которые должны выдерживать внешнее давление, будут стареть, изнашиваться, терять прочность, а построить новые будет крайне сложно.
К сожалению, несмотря на то, что внешне реально существовавшие экспериментальные базы очень похожи на капли из “Семиевия”, тут же возникшая идея построить их побольше и забрасывать в океан, что гораздо проще и дешевле, нежели выводить на орбиту, увы не годится без решения проблемы противостояния давлению либо выживания в повышенном. Учитывая, что за несколько лет до катастрофы из космоса длительных исследований провести не получится, единственным возможным вариантом оказываются мобильные сооружения, которые будут перемещаться так близко к поверхности, как это будут позволять условия, и, начав с конструкций для режима один, перейдут к режиму два, когда это позволят условия наверху.
Жизнеобеспечение
Падение крупного астероида окажет сравнимый с ядерной зимой эффект: поднятые вверх при ударе и последующих пожарах по всему миру частицы уменьшат количество падающих на поверхность солнечных лучей. Каменный Ливень “Семиевия” по сюжету продлился пять тысяч лет. Есть ли у человечества какие-то наработки, чтобы продержаться как можно дольше?
Сооружения Eden Project, фото A1personage/Wikimedia Commons
С одной стороны, картина может показаться не очень радостной. Широко известно, что эксперимент “Биосфера-2” провалился — создать полностью замкнутую систему жизнеобеспечения не удалось, даже несмотря на немаленькую площадь в 1,27 гектара. Но, в то же время, советский эксперимент БИОС-3 достиг практически 100% замкнутости по воде и воздуху и 80% по еде. На сегодняшний день, кроме “Биосферы” и БИОСа, замкнутые экосистемы исследуют: MELiSSA в Барселоне и китайский “Югон-1” (“Лунный дворец”). Британский Eden Project главным образом занимается культурой и просвещением. В 2014 году вышла книга Дэвида Данкенбергера и Джошуа Пирса “Накормить всех любой ценой”, где с научной точки зрения анализируются способы прокормить всех землян в случае глобальных катастроф, и делается вывод, что это вполне возможно. Среди предложенных вариантов: переработанная бактериями биомасса, грибы, орехи, насекомые, крысы, варианты весьма разнообразны.
Но необходимо понимать, что система жизнеобеспечения, в отличие от марсианского корабля, не будет полностью замкнутой, и это сильно облегчает задачу. В пещерах и шахтах можно забить все свободное пространство припасами, а в океане забросить контейнеры с ними поглубже.
Также, в море изобилие воды, из которой, если не хватит производительности растений, можно вырабатывать кислород для дыхания. Но и подземные сооружения могут получать воду: образцы воды из шахты Кидд, штат Онтарио, Канада, с глубины трех километров, оказались возрастом 2 миллиарда лет. То есть вода находилась в глубине со времен, когда атмосфера еще не была пригодна для дыхания. Там же сказано, что, несмотря на оценочную скорость глубинных подземных вод в 1 метр за год, пробуренные отверстия позволяют получать примерно два литра воды в минуту. Дополнительным, пусть и слабым, утешением служит то, что образующиеся при взаимодействии воды с породой сульфаты создают условия, благоприятные для жизни, так что если у нас не получится, выбравшиеся из шахт бактерии станут источником жизни когда-нибудь потом. И, кстати, этот факт говорит, что для поиска жизни на Марсе не обойтись без бурения глубоких шахт.
Еще один важный вопрос — энергетика. Здесь, кстати, все очень неплохо. Уже существует проект “Шельф”, где обслуживаемая раз в пять лет станция может быть погружена на небольшую глубину. Разменяв эффективность на надежность, вполне реально создать проект, рассчитанный лет на сто. Радиоизотопные генераторы (РИТЭГи) способны автономно, без какого-либо вмешательства, поставлять электричество десятилетиями. Также нельзя забывать про геотермальную энергетику. Градиент температуры составляет 25-30°С на километр, а, благодаря изобретенному в СССР бинарному циклу станции могут производить электричество на гораздо меньшей, нежели требовалось раньше, разнице температур.
Сколько спасать
Важный вопрос — размер популяции в убежище. Понятно, что в “Семиевии”, сократившееся до 8 женщин космическое человечество, в реальности было бы обречено — людей банально не хватит, чтобы обслуживать сложную технику, что уж тут говорить про описанные в книге интриги по рождению новых рас. Логичен вывод, что спасать нужно как можно больше, и дело даже не в гуманизме — у человека есть всего лишь примерно 16 рабочих часов в сутки, а, кроме основных работ по колонии вроде ухода за растениями, требуется ремонт ветшающей и ломающейся техники, обучение новых поколений, активности, связанные с культурой, которые не позволят деградировать и скатиться в варварство. Но здесь есть проблема — чем больше людей, тем меньше располагаемый запас ресурсов.
К сожалению, предыдущий опыт человечества, когда небольшая группа уходила в неизвестность и образовывала новую расу (белокожие, краснокожие и желтокожие люди появились именно так), здесь не подходит. Такие маленькие племена могли жить охотой и собирательством, в то время как обитатели убежищ критически зависят от своей техники. И, например, сценарий, когда мудрый компьютер или искусственный интеллект заботится об оборудовании и пасет дикарей, на нынешнем уровне технологий не является правдоподобным. К сожалению, оценок требуемой популяции немного и они весьма различаются.
В 2002 году антрополог Джон Мур рассчитал, что для стабильной популяции на протяжении двух веков требуется не менее 160 человек, но социальная инженерия, главным образом позднее деторождение, позволит, теоретически, сократить это количество до 80. Однако более продвинутая модель Кэмерона Смита, учитывающая риски эпидемий, несчастных случаев и как минимум одной серьезной катастрофы, получила число в диапазоне от 14 до 44 тысяч, что уже гораздо сложнее реализовать в одной шахте. В каком-то смысле эта (и еще множество потенциальных) проблем решаются распределением — расположенные в разных точках планеты убежища в целом переживут катастрофу, даже если несколько погибнут.
Если кто-то сейчас захочет мне напомнить про диггеров или пингеров “Семиевия”, то я отвечу, что эти проекты велись самодеятельной группой частников или государством по остаточному принципу. При подготовке этого материала мне попалась информация, что сам Стивенсон якобы говорил в интервью, что книга выражает его мнение о непропорциональном развитии ракет по сравнению с другими направлениями освоения потенциально обитаемого пространства. Тогда все логично выражает его позицию. Но поскольку я не вижу перекосов в развитии человечества (например, замечательные эксперименты Березина в “Огромном черном корабле” требуют очень специфической истории мира и все равно выглядят фантастикой для тех, кто мечтает о суперкалибрах, а не чем-то реалистичном), то и пренебрежение вполне реализуемыми мерами, особенно на фоне спасаемого исключительно сюжетным произволом космического человечества, не может не резать глаз.
Вообще, нарисованная выше картина еще невольно напоминает вселенную Fallout, но там, насколько я понимаю, генераторы электричества, чипы для очистки воды, системы кондиционирования и прочее представляют из себя техноволшебство, и их конструкция подробно не объясняется. В реальных убежищах вроде комплекса NORAD в горе Шайенн используются фильтры, что логично — война с использованием ядерного, химического или биологического оружия кислород из атмосферы не уничтожит, и гораздо проще фильтровать внешний воздух, нежели заниматься рециркуляцией. В сценарии одиночного астероида атмосфера может остаться пригодной для дыхания, что очень сильно упрощает ситуацию, но вот Тяжелая Бомбардировка из “Семиевия” такой возможности не даст.
Таким образом, финал “Не смотрите наверх” является слишком пессимистичным по сюжетным причинам. Биосфера Земли без специальных высокотехнологичных убежищ пережила падение небесного тела, образовавшего кратер Чикшулуб, и, предположительно, уничтожившего динозавров. Большинство ученых считают, что это был астероид, но есть и сторонники гипотезы того, что это была комета. Размер тела также оценивается по-разному, но он сравним с девятью километрами “кометы Дибиаски”. Так что финальные кадры с сыном госпожи президента являются не только попыткой скрасить шуткой мрачный финал, но и невольным намеком, что где-то на планете выжили лучше подготовленные люди.
Подпишись, чтобы не пропустить новые интересные посты!
Альфа Центавра - ближайшая к нам звёздная система
Зачастую расстояние между космическими объектами настолько огромно, что с трудом воспринимается человеческим разумом. Порой даже свету требуются тысячи лет, чтобы преодолеть его. Однако, среди множества звездных систем, разбросанных по просторам Вселенной, есть лишь одна, которую можно назвать ближайшей. Сразу три светила, связанных невидимыми нитями гравитации, находятся сравнительно недалеко от нас по космическим меркам, а значит, неизбежно привлекают к себе самое пристальное внимание. Так что же из себя представляет система Альфы Центавра?
Космический телескоп Хаббл обнаружил самую далекую из когда-либо виденных звезд
Звезда под названием Эарендель находится на расстоянии почти 13 миллиардов световых лет от Земли.
Новое исследование показало, что самая далекая одиночная звезда, которую когда-либо видели, появилась менее чем 1 миллиард лет после рождения Вселенной в результате Большого взрыва и может пролить свет на самые ранние звезды в космосе.
Ученые прозвали звезду «Эарендель» от древнеанглийского слова, означающего «утренняя звезда» или «восходящий свет».
Особенности API от NASA
Ранее я писал статью А вы знали что у NASA есть API?, где я рассказал как создал канал, куда ежедневно и автоматически публикуются картина дня от NASA с описанием на русском. На мое удивление подписалось около 300 человек чему я рад, все работало как нужно, но cегодня я проснулся и публикации не увидел, подумал "что не так?"
Оказалось, что Json который NASA возвращает динамический, и мой скрипт из-за отсутствия определенного поля навернулся😁 пофиксить не проблема, но мне стало интересно, а что NASA мне послал? а оказалось что вернулось красивое видео на несколько секунд:
Дак еще и с описанием😁 я не мог такое игнорировать, и решил что подписчики должны тоже видеть эту красоту, но я столкнулся с несколькими проблемами:
1 - Видео, это просто ссылка на Youtube, а я не хочу чтобы в телеграмме для просмотра видео подписчики шли в Youtube, и так много ссылок, зачем еще одна.
2 - Если я буду добавлять описание + ссылку на Youtube будет выглядеть не так красиво (нуу не так как я задумал то есть😁) что мне тоже не очень понравилось
3 - Мне нужно было быстрое решение, но быстрых решений я пока не видел, и понимал что нужно более детально не только изучить документацию ну и поиграться с кодом, чтобы сделать все красиво.
По этому что? я решил сделать чуть более туго, но безотказно (но это не точно)
Получаем Json , понимаем что там ссылка на видео в Youtube, в итоге просто скачиваем его, формируем пост с описанием, потом отправляем в телегу этот видос, щас расскажу как:
1 - Как скачать видео с Youtube (я по прежнему использую Python):
Есть классная библиотека - pytube, в итогу нам от NASA API в поле url приходитссылка на ютуб видео, и мы его просто подставляем куда нужно:
первая строка это импорт библиотеки
Потом я захотел чтобы я мог эти видео отдельно скачивать, тут мне помог nginx, по факту благодаря конфигурации примерно такого вида:
Можно обратится к серверу по доменному имени + имени видео, и будет возможность его скачать с так сказать собственного хранилища (нуу, такая у меня хотелка была)
Усе? нет, нужно же видео загружать в телеграм еще, и тут мне помогла моя хотелка )
на Python используя библиотеку requests пишем такую тему:
что тут происходит можете читануть в предыдущей статье (там в начале ссылка) из нового тут вместо sendPhoto sendVideo, ну и добавлен параметр video, куда мы просто передаем ссылку на видео с нашего хранилища (если что, ссылку на ютуб туда передать нельзя, телеграм вас пошлет куда подальше)
и вуаля, в итоге что у нас есть:
1 - Если получили ссылку на видео в ютуб, cкачиваем видео наше хранилище.
2 - Отправляем в телеграм это видео, указывая ему ссылку на наше видео с нашего хранилища + описание.
Подводные камни что приходят сразу на ум:
1 - Если NASA API вернет видео больше 50МБ, API телеги нас пошлет
2 - Когда сохраняете видео, лучше дополнительным параметром в методе download(dest) измените имя загружаемого файла на какое-то свое даже рандомное, ибо кто знает как там они его назовут, вдруг это навернет вам сервер или поломает скрипт 😂.
Ну и шаг с хранилищем можете опустить, это больше мне для себя любимого.
если что не пугайтесь, там теперь льются еще данные из hubblesite.org
Пожиратель галактик
Фантазия на тему черных дыр
Кратко и просто про геологию от геолога. Строение Земли
На фото 1983 года Великий Атуин, слоны и Мир на фоне Вселенной — про них ничего не будет
Расскажу-ка я про базовые факты и следствия из них — на основе которых строится вся геология. Ибо нередко у непосвящённых возникает ощущение, что учёные взяли и выдумали все свои теории от скуки и для поддержки чувства собственного величия.
Нижесказанное будет относиться к геологии, но может быть применено к любой области знаний. Чтоб воспринимать дальнейшее нужно условиться (хотя бы сделать вид), что арифметика, евклидова геометрия, физика/химия за 7-9 класс школы нами принимаются как реальность, не требующая доказательств. И, да! – Землю будем считать шарообразной – иначе не интересно. Логика тоже будет использоваться, даже если это оскорбит её противников.
Начнём с базы: Карл Маркс Гегель гравитация.
«Гравитация» — фильм режиссёра Альфонсо Куарона, 2013 год
Это даёт нам многое для дальнейших рассуждений. Например, понимание того, почему атмосфера Земли именно такова по толщине и составу. Любой объект, обладающий энергией больше Ug может удалиться навсегда от Земли. Для этого ему надо набрать т.н. вторую (именно вторую: он же далеко летит — на бесконечность) космическую скорость (около 11км/с) для нашей планеты. Скорость молекул зависит от температуры газа и от массы самих молекул.
Молекулы лёгких газов – водород, гелий уносятся быстро, тогда как тяжёлые молекулы азота и кислорода уносятся в космос значительно медленней. Таким образом потенциал силы тяжести (размеры и масса планеты), а также расстояние от солнца (количество энергии, получаемое Землёй) накладывают ограничения на химический состав атмосферы.
Теперь про собственно Землю
Как вводную примем, что Земля образовалась путём аккреции (аккреция – слипание крупности из мелкости) из протопланетного диска одновременно с образованием Солнечной системы. Почему именно так, скажу, когда буду вещать про возраст Земли.
При аккреции Земли и дальнейшей гравитационной дифференциации (расслоении под действием силы тяжести) получаем столько энергии, что если её взять разом, можно полностью испарить несколько таких планет как наша. Энергия получается по тому же принципу, что мы рассчитывали гравитационный потенциал – только там тратим энергию, чтоб удалить массу а тут получаем энергию при присоединении массы. Этой энергии в виде тепла вполне хватает, чтоб обеспечить всю планетную динамику и эволюцию на долгие-долгие годы вперёд.
Чтоб узнать о свойствах Земли на глубине используют сейсмические (ударные) волны от взрывов (лучше всего подземных ядерных) или землетрясений.
Оголовок скважины, в которой проводили ядерный взрыв
Волны в толще планеты попадая на границы областей с разной плотностью отражаются, преломляются, рассеиваются и поглощаются. Детекторы на поверхности Земли фиксируют то что прошло насквозь или отразилось обратно и в стороны. Обрабатывая показания детекторов со всего глобуса и осмысливая их, получаем картину внутреннего строения Земли.
Обратите внимание: поперечные волны (это как рябь на пруду) гаснут на краю земного ядра. Это однозначно говорит о том, что ядро жидкое (расплавленное). Продольные волны (по сути звуковые в них частицы колеблются вдоль оси распространения) могут распространяться в жидкости, чем они и занимаются на картинке. Продольная волна, проходящая жидкое ядро не под прямым углом изгибается, что говорит нам о присутствии там ещё одной границы – внутреннего твёрдого ядра.
Как говорил мой дед – крутой инженер ядерщик: «Земля имеет форму чумадана, несколько сплюснутого у полюсов». И он был совершенно прав! Именно что несколько сплюснута, но не так как положено.
А вот и доказательство
Сплюснутость у нас 1: 298,25 что немного меньше, чем если бы Земля реагировала на центробежные силы как жидкость – было бы 1:300. Это становится понятным, если принять во внимание, что Земля ведёт себя как очень тягучая жидкость и в прошлом вращалась быстрее, а сейчас просто не успела принять положенную форму.
О более быстром вращении Земли нам явно говорит наблюдаемое отдаление Луны от нас. Если совсем просто – в системе Земля-Луна за счёт приливных взаимодействий Луна отбирает энергию вращения Земли и тратит её на удаление от нас. Это невероятно интересно, если мысленно проследить процесс обратно во времени – можете попробовать сами!
Это запаздывание в изменении формы Земли позволяет прикинуть вязкость основной части планеты. Получится что-то вроде 1026 см^2/с– это ну очень твёрдая и совсем не текучая штука, если по ней стучать. Но если сильно давить пару сотен миллионов лет, то получится вполне себе жидкость.
Измерения и их результаты
В первой половине XVIII в. известный французский научный деятель Пьер Буге, измеряя радиус Земли в горной части Перу, заодно решил проверить, как масса гор может отклонить линию отвеса и искажать его измерения формы планеты. К своему удивлению наш натуралист увидел, что результаты не зависят от расстояния до горы, как если бы её вообще не было.
Фото в цвете: Фиксация положения отвеса возле гравитирующей массы Пизанской башни 1355 год. Реконструкция 1989 года
Если обобщить результаты таких измерений по всей Земле, становится ясно, что масса вертикального столба данного сечения в Земле всюду одинакова, независимо от рельефа и высоты, как в океанах, так и на материках. Получается, что высокий столб более лёгкой породы (горы) вытесняет из-под себя часть более тяжёлой породы (мантия) и в целом вес всего столба данного сечения Земли остаётся постоянным. Как следствие этого появляются «корни гор» — утолщение земной коры под возвышенностями. Понятно, это происходит не мгновенно, что мы и наблюдаем, например, на Кольском и в Скандинавии откуда недавно ушёл толстенный ледник – нагрузка упала, и поверхность Земли постепенно «всплывает». С петровских времён некоторые места поднялись более чем на метр.
Астеносфера – слой в верхней части мантии выделяющийся пониженной вязкостью. Это вызвано частичным плавлением вещества слоя. Развита на большей части Земли. За счёт своей пластичности позволяет происходить динамическим процессам тектоники плит и изостатике.
Изостазия (изостатическое равновесие) — гидростатически равновесное состояние земной коры, при котором менее плотная земная кора (средняя плотность 2,8 г/см³) «плавает» в более плотном слое верхней мантии — астеносфере (средняя плотность 3,3 г/см³), подчиняясь закону Архимеда.
Двинем в глубины!
Обобщив данные сейсмики, получим такую схематичную картинку из школьного учебника:
Земная кора – 30-70 км на материках, 6-8 км в океанах. Это камень — твёрдый и в общем холодный. Под ней т.н. зона МОХО или граница Мохоровичича (по фамилии первооткрывателя) на этой границе плотность вещества скачком увеличивается.
Мантия, в которой выделяют несколько слоёв с разными сейсмическими характеристиками. В её верхней части присутствует слой повышенной текучести – астеносфера. Мантия — твёрдое вещество, довольно сильно нагретое, в долгосрочной перспективе ведёт себя как густая жидкость. Прогрев довольно равномерный, что говорит о перемешивании вещества.
Внешнее ядро – жидкое расплавленное, без всяких оговорок.
Внутреннее ядро – твёрдое. Горячее, но при тех давлениях жидким быть уже не может.
Нынче успехи сбора и анализа сейсмоданных таковы, что уже вполне активно составляются 3d карты внутримантийных потоков, рельефов границ оболочек Земли, оконтуривание коровых блоков, в том числе затянутых в мантию и т.п. Из свежего, например, крупнейшие сейсмические и гравитационные аномалии в мантии. Их две: Африканская и Тихоокеанская. Эти «пузыри», как их называют учёные, имеют пониженную плотность и очень медленно поднимаются от границы ядра.
Тут видно, что Земля не просто слоёный шарик, а имеет весьма сложную и интересную структуру и внутреннюю динамику. Анализ этих данных позволяет предположить, что африканская аномалия имеет относительно меньшую плотность и, следовательно, может быть менее стабильной, чем тихоокеанская аномалия, подразумевая, что две аномалии имеют разный состав, динамику и историю эволюции:
А вот ещё вот такие схемы распределения скоростей сейсмических волн:
Это от наших западных коллег – очень наглядно. Вверху слева хорошо видно как тихоокеанская плита затягивается под материковую плиту.
dVp — разница между наблюдаемой скоростью прохождения продольных волн и расчётной теоретической. Что говорит нам о разных упругих свойствах вещества. А они могут быть вызваны изменением плотности из за нагрева, разным химическим составом, перекристаллизацией вещества. Дальше нужно включать геолога в голове и разбираться с чем это связанно и чем можно подтвердить свои выводы.
Совместив множество изображений с разной глубины, например таких:
Получаем объёмную модель в реальном времени – что-то вроде этого:Как и обещано, поговорим про возраст аккрецию и прочие протопланетные вещи.
До 1905 года геологов вполне устраивал вариант, что Земля имеет возраст 20-100 миллионов лет. Предполагалось, что именно за такой интервал времени могли отложиться все осадки общей геологической колонки и накопиться в изначально пресном океане современное количество растворенных в морской воде солей. Это очень расстраивало Дарвина и его последователей, ибо по их прикидкам этого категорически не хватало для развития современных видов. Они полагали, что сложность и разнообразие жизни можно объяснить, лишь допустив, что ее эволюция осуществлялась не менее чем в течение 200 миллионов лет (а лучше побольше). Подробнее о битве за возраст Земли уже недавно писали на Хабре.
Ч. Дарвин с грустью думает о недостаточном для него возрасте Земли
Чтоб они не грустили, в 1905 г. Резерфорд установил соотношения между радиоактивностью и атомным распадом. Это позволило разработать методы радиометрического определения абсолютного возраста в геологии.
Общеизвестное про атом
Атом – это ядро и электроны. Ядро слеплено из протонов с положительным зарядом и нейтронов без заряда. Электроны с отрицательным зарядом вертятся размазаны вокруг ядра. Количество протонов равняется номеру элемента в таблице Менделеева, электронов ровно столько же (а если нет — то это уже ион — тоже атом, но нам такие не нужны), а вот нейтронов может быть и по-разному. Атомы одного химического элемента с разным количеством нейтронов называются изотопами. Они химически полностью одинаковы, некоторые из них радиоактивны, а некоторые стабильны.
Радиоактивный атом распадается и испускает радиацию (излучение) в совершенно случайный момент, но кусок радиоактивного вещества из огромного количества атомов ведёт себя вполне предсказуемо (спасибо точным наукам математической статистике и теории вероятности). А время за которое половина атомов распадётся (период полураспада) строго фиксировано и известно.
Цепочка ядерных реакций при распаде изотопа урана с атомным весом 238 – Сумма нейтронов и протонов в его ядре равна 238
Что получится в итоге ядерных реакций тоже известно. Теперь если посмотреть содержание в веществе продуктов ядерного распада, можно весьма точно узнать, когда оно образовалось.
Вариантов этих методов много: сравнивают количество и соотношение разных элементов и их изотопов, полученных из разных горных пород.
Довольно быстро выяснили, что на земной поверхности присутствуют минералы возрастом не менее 3,5 миллиардов лет.
Когда плотно разобрались в возможностях радиоизотопных методов, собрали данные по соотношению того вещества, что делает радиоактивный распад и того, что от него получается, посмотрели на это в метеоритах и в породах земной коры, а позже и в образцах с других планет стало ясно что:
— Земля, метеориты, другие планеты и Солнце образовались из одного общего месива. Земля обирая вещество из первоначальной разрозненной каши могла быть только однородной. При расслоении выделяется гравитационная энергия в виде тепла и её много.
— Земля и остальная солнечная система образовались, как обособленные тела, примерно в одно время.
— Было это около 4,5 миллиардов лет назад.
Вернёмся к Великому Атуину из начала статьи (он прекрасен). Сразу после него я говорил про выдумщиков-учёных. Теперь мы видим, что поле для фантазии у них сильно ограничено рамками жестоких фактов и бессердечной физики. Но с другой стороны, используя разум, любопытство и всякие лайфхаки, о которых я говорил выше, можно раскручивать мощнейшие детективные сюжеты: раскурочив несколько камней и послушав писк пары забавных приборов, узнать о трудном жизненном пути целой планеты!
— «Земля. Введение в общую геологию». Дж. Ферхуген, Ф. Тернер, Л. Вейс, К. Вархафтиг, У. Файф. (Перевод с английского Ю. П. Алешко-Ожевского, Р. М. Минеевой, Г. Н. Мухитдинова, П. П. Смолина. «МИР» 1974
— «Геодинамика» С.В. Аплонов. Издательство С.-Петербургского университета 2001
Геологический словарь. «НЕДРА» 1973
— «Instability of the African large low-shear-wave-velocity province due to its low intrinsic density» www.nature.com Published: 10 March 2022
Подпишись, чтобы не пропустить новые интересные посты!
Интерес к науке
«Ближайшая к Земле чёрная дыра» оказалась не чёрной дырой
Ближайшая к Земле чёрная дыра оказалась вовсе не чёрной дырой. То, что учёные считали звёздной тройкой, – две звезды и чёрная дыра, – на самом деле является парой звёзд, находящихся на уникальной стадии эволюции.
Звёздная система HR 6819 содержит не чёрную дыру, как сообщалось ранее, а две голубые звезды, одна из которых выкачивает газ из другой
В мае 2020 года команда астрономов сообщила, что звёздная система HR 6819, вероятно, состоит из яркой массивной звезды, держащейся на узкой 40-дневной орбите с невидимой чёрной дырой и второй звездой, вращающейся на более дальнем расстоянии. Всё это происходит в 1 000 световых лет от Земли, что делает эту чёрную дыру ближайшей к нам. Однако в последующие месяцы другие команды астрономов проанализировали те же данные и пришли к другому выводу: в системе есть только две звезды и нет чёрной дыры.
Двойная звезда HR 6819 в созвездии Телескопа
Теперь первоначальная команда и одна из последующих групп объединили свои усилия и посмотрели на HR 6819 с помощью более мощных телескопов, которые собирают данные другого типа. Эти новые данные помогут обнаружить более мелкие детали на небе и позволят астрономам окончательно установить, сколько объектов находится в системе и к какому типу они относятся, – об этом сообщили команды в мартовском выпуске Astronomy & Astrophysics.
«В конечном счёте, именно двойная система лучше всего всё объясняет», – говорит астроном Эбигейл Фрост из Лёвенского католического университета в Бельгии.
Предыдущие наблюдения HR 6819 показывали систему как единое целое, поэтому астрономы не могли различить объекты в ней и их массы. Чтобы определить истинную природу HR 6819, Фрост и её коллеги обратились к VLT (Very Large Telescope), сети из четырёх телескопов в Чили, которые, по сути, могут «видеть отдельные звёзды».
Шуточное представление HR 6819 с чёрной дырой на основе старых данных
Учёные считают, что одна из звёзд представляет собой массивную ярко-голубую звезду, которая выкачивает материал из раздутой атмосферы звезды-компаньона. У этой звезды-компаньона осталось мало газовой атмосферы.
«Она уже прошла свой основной жизненный цикл, но поскольку внешняя оболочка была содрана, и вы видите только обнаженное ядро, её температура, светимость и радиус аналогичны молодой звезде», – говорит Карим Эль-Бадри, астрофизик из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики в Кембридже, штат Массачусетс. Эль-Бадри не участвовал в новом исследовании, но в 2021 году предположил, что HR 6819 является двойной системой.
Цвет и яркость ядра этой перекачиваемой звезды могут обмануть астрономов, основывающихся на старых данных, и заставить думать, что это молодая звезда с огромной массой. Первоначально казалось, что эта звезда вращается вокруг чего-то массивного, но невидимого – чёрной дыры.
Астрономы в течение многих лет наблюдают двойные системы, в которых одна звезда активно перетягивает газ из другой, и они наблюдали системы, в которых звезда-донор представляет собой просто голое звёздное ядро. Но в HR 6819 звезда-донор перестала отдавать массу другой звезде. У неё всё ещё остаётся немного оболочки, но она быстро сжимается, превращаясь в остаточное ядро», – говорит Максвелл Мо из Университета Аризоны в Тусоне.
Эбигейл Фрост и её коллеги используют телескопы VLT в Чили для наблюдения за HR 6819 в течение года, чтобы точно отследить движение звёзд. «Мы хотим действительно понять, как работают отдельные звёзды в системе», – говорит она. Затем команда использует эту информацию в компьютерном моделировании эволюции двойных звёзд.
Телескопы VLT в Чили
«Здорово, что у нас теперь есть система, которую мы можем использовать в качестве краеугольного камня для более подробного исследования», – говорит Фрост.
А если вам интересно узнать больше о наблюдениях чёрных дыр, то рекомендуем посмотреть ролик Сергея Попова «Наблюдения за чёрными дырами».
A. J. Frost et al. HR 6819 is a binary system with no black hole — Revisiting the source with infrared interferometry and optical integral field spectroscopy. Astronomy & Astrophysics. Vol. 659, March 2022, L3. doi: 10.1051/0004-6361/202143004
«Вега сообщает», Автоматические станции, СССР 1986 год. Фильм второй
Фильм второй о советских автоматических межпланетных станциях, предназначенные для изучения Венеры и кометы Галлея.
11 июня 1985 года советская автоматическая межпланетная станция «Вега-1» достигла окрестностей Венеры и доставила посадочные аппараты и аэростатные зонды. Это был важный этап в изучении планет Солнечной системы.
Научным руководителем проекта был академик Р. З. Сагдеев. В конструировании научных приборов и обслуживающих их систем участвовали учёные девяти стран: СССР, Австрии, Болгарии, Венгрии, ГДР, Польши, Франции, ФРГ и Чехословакии. В проекте принимали участие Европейское космическое агентство, Япония, США. В СССР созданием научного комплекса проекта «Вега» занимался ряд научных учреждений и учёных, 12 человек были награждены Госпремией СССР (в 1986 году).
Разработчики, специалисты НПО имени С. А. Лавочкина, считают, что автоматические станции «Вега» вписали блестящую страницу в историю освоения космоса.
Когда венерианские зонды завершили свою работу, пролетные модули «Вега-1» и «Вега-2» пошли на сближение с кометой Галлея. Через год, 6 и 9 марта 1986 года они прошли на расстоянии 8 890 и 8 030 километров от ядра кометы. «Веги» передали около полутора тысяч снимков кометы, ценную информацию о составе космического тела. Последний сеанс связи с «Вегой-1» состоялся 30 января, с «Вегой-2» — 24 марта 1987 года.
Астрофизические итоги 2021 года
Лекция состоялась в научно-популярном лектории центра "Архэ"( http://arhe.msk.ru ) 21 января 2022 года.
Вероятно, прошедший 2021й год запомнится в первую очередь запуском JWST. Однако несмотря на пандемию продолжалась не только инженерно-техническая, но и научная работа, и было получено много интересных результатов. Выделить явных лидеров среди них оказалось непросто. Мы рассмотрим очень широкий круг вопросов, отражающих все основные направления в современной астрофизике. В этот раз будет меньше результатов, связанных с экзопланетами, зато больше касающихся звезд и гамма-всплесков. Традиционно мы поговорим о нейтронных звездах и черных дырах, но добавятся и белые карлики с рекордными параметрами. Как всегда много интересных результатов получено в области внегалактической астрономии, включая исследования сверхмассивных черных дыр, а вот космологические вопросы мы затрагивать практически не будем. Зато не забудем про быстрые радиовсплески, которые продолжают радовать нас новыми загадками.
Лектор: Попов Сергей Борисович, доктор физико-математических наук, профессор РАН, ведущий научный сотрудник ГАИШ МГУ, лауреат (2016 год) премии «За верность науке» Министерства образования и науки РФ в категории «Популяризатор года».
Сфера Дайсона вокруг чёрной дыры: зачем её строить и как её найти
Сфера Дайсона это, наверное, одна из самых культовых космических конструкций. Простое упоминание о ней может привести в восторг как обычного любителя фантастики, так и серьезного энтузиаста технологий будущего.
Идея о возможности строительства такой мегаструктуры была впервые предложена в 1960 году американским физиком-теоретиком Фрименом Дайсоном. По задумке автора она должна представлять собой тонкую сферическую оболочку огромного радиуса вокруг центральной звезды и собирать ее энергию. И хотя данный гипотетический астроинженерный проект с тех пор носит имя своего автора, однако, по признанию самого Дайсона, идею сферы он позаимствовал из фантастического романа Олафа Стэплдона «Создатель звёзд».
Правда похожая идея встречалась в литературе и значительно раньше. Так Константин Циолковский в своей работе «Грёзы о Земле и небе» (1895, главы 37, 43) описал цепи и кольца космических поселений вокруг Солнца.
Дайсон, вероятнее всего, не был знаком с идеями Циолковского, но при этом и он исходил из того, что технологически развитая цивилизация может не только применять подобное сооружение для максимально возможного использования энергии центральной звезды, но и для решения проблемы жизненного пространства.
Не удивительно, что изящность этой идеи обусловила ее широкую популярность. Но не обошлось и без справедливой критики. И дело здесь не только в том, что с точки зрения перспективы развития наших даже самых передовых технологий, сфера Дайсона является, по сути, нереализуемым изобретением, но и в том, что даже обладай мы всеми необходимыми технологиями, встал бы вопрос целесообразности строительства такой конструкции.
Так, например, согласно теоретическим расчётам, для сооружения сферы Дайсона вокруг Солнца необходимо вещество массой порядка массы Юпитера.
Поэтому логично предположить, что для максимального использования энергетических ресурсов планетной системы, более эффективным способом получения энергии могло бы быть использование водорода из этого газового гиганта в термоядерном синтезе, чем сооружение из него конструкции для 100 % захвата энергии излучения центральной звезды.
Такой способ позволил бы добыть из Юпитера количество энергии, сопоставимое с энергией взрыва сверхновой звезды.
Запаса энергии Юпитера при таком способе извлечения энергии хватило бы почти на 300 млн лет.
Этот срок, вероятно, превосходит длительность «шкалы времени» любой развивающейся цивилизации.
Поэтому, с позиции скептиков, данные аргументы и безуспешность попыток обнаружения сфер Дайсона в наблюдаемой Вселенной являются одним из подтверждений парадокса Ферми.
Но возможно мы просто не там и не так ищем?
Совсем недавно исследовательская группа под руководством астронома Тайгера Ю-Янг Сяо из Национального университета Цин Хуа на Тайване решила радикально пересмотреть идею сферы Дайсона - в частности, исследователи задались вопросом: а возможно ли соорудить сферу Дайсона вокруг черной дыры, вместо того чтобы строить ее вокруг звезды основной последовательности?
Но тогда возникают и новые вопросы: Будет ли такая конструкция более эффективной с точки зрения потенциала собираемой энергии? Какой тип инопланетного сообщества смог бы осуществить подобное строительство? И способны ли мы обнаружить такую мегаструктуру с Земли?
В качестве исходного ученые с Тайваня сделали предположение, что технологически развитым инопланетным цивилизациям, достигшим в своем развития уровня 2-го или 3-го Типа по шкале Кардашева, понадобится более мощный источник энергии, чем их собственное солнце.
Но как быть с тем, что ничто не может избежать чудовищного гравитационного притяжения черной дыры?
Ученые предложили сосредоточить внимание на чрезвычайно энергоемких процессах за пределами горизонта событий, где вокруг черной дыры вращается с чрезвычайно высокой скоростью диск сверхгорячей материи.
Они рассмотрели шесть типов источников энергии: от космического микроволнового фона и излучения Хоккинга, до аккреции Бонди и релятивистских струй. Наибольшая светимость, по мнению исследователей, может быть получена с аккреционного диска, достигая мощности сотни тысяч Солнц, чего было бы достаточно для полного обеспечения энергетических потребностей цивилизации типа II по шкале Кардашева.
Более того, если сфера Дайсона собирает не только электромагнитное излучение, но и другие типы энергии (например, кинетическую энергию) от релятивистских струй, общая собранная энергия увеличится еще в пять раз.
Но как сконструировать сферу Дайсона вокруг объекта с такой чудовищной гравитацией и энергией?
Чтобы поглотить светимость аккреционного диска, возможной структурой должно быть кольцо Дайсона или Рой Дайсона, которые должны располагаться вне аккреционного диска. Чтобы высокая температура не расплавила структуру, оболочка сферы должна находится на расстоянии более тысячи радиусов Шварцшильда, который для вращающихся черных дыр несколько превышает радиус горизонта событий.
Но дело в том, что размер аккреционного диска для черной дыры звездной массы меньше размера Солнца, а это означает, что сфера Дайсона вокруг черной дыры звездной массы может быть даже меньше, чем та, которую пришлось бы строить вокруг Солнца.
С точки зрения релятивистских струй возможной формой сферы Дайсона является пузырь Дайсона. Уравновешивая давление и гравитацию черной дыры, легкий парус может быть неподвижным в космосе и может непрерывно собирать энергию от струй.
Одновременно световые паруса поглощают свет аккреционного диска.
По расчетам ученых, лучший способ разместить легкий парус - это расположить его близко к месту происхождения реактивных струй, что может сэкономить материалы для его создания.
По большому счету, тайваньские исследователи не ставили целью разработать конкретную технологию аккумулирования энергии черной дыры с помощью сферы Дайсона, поэтому о нюансах функционирования, например, принципе использования кинетической энергии или способе передачи собранной энергии можно только догадываться.
Основной задачей исследования было - определить возможность и способы обнаружения внеземных цивилизаций, которые имеют с одной стороны заинтересованность в строительстве таких мегаструктур, а с другой стороны имеют соответствующие технологические возможности.
Получается, что с учетом описанного энергетического потенциала, эффективность строительства сферы Дайсона вокруг черной дыры значительно выше, чем ее строительство вокруг звезды главной последовательности, при том, что затраты ресурсов на создание мегаконструкции могут оказаться даже значительно меньше. Ура, не надо демонтировать Юпитер.
Но раз высокая целесообразность серьезно повышает вероятность существования сфер Дайсона вокруг черных дыр, то возможно ли их обнаруживать с помощью имеющихся земных технологий?
Команда ученых рассчитала, что если бы такая технология существовала вокруг черной дыры звездной массы в нашей галактике, то мы смогли бы обнаружить ее излучение в ультрафиолетовых, оптических и инфракрасных длинах волн. Это возможно обнаружить с помощью большинства современных телескопов, таких как Хаббл, или крупномасштабных съемок, таких телескопов как Sloan Digital Sky Survey или Wide-field Infrared Survey Explorer.
Однако из-за того, что черные дыры испускают чрезвычайно много излучения, которое может заглушать сигналы от сферы Дайсона, ученые предлагают дополнить наблюдения, используя метод лучевых скоростей, которые используется астрономами для обнаружения экзопланет по малейшим гравитационным колебаниям их звезд.
Что же, выводы вполне обнадеживающие!
Правда с учетом того, что сфера Дайсона даже вокруг обычных звезд воспринимается как исключительно фантастическая технология, а само существование черных дыр до недавнего времени было исключительно теоретическим, да и сейчас еще окончательно не доказано, то вероятность обнаружения энергетической сферы вокруг черной дыры, которую построила более развитая цивилизация, является близкой к нулю.
Так что, если мы хотим узнать, как могла бы работать сфера Дайсона вокруг черной дыры, более перспективно построить ее самим.
Ускоряемся у черной дыры
на почти световых скоростях
25.000.000 км/час
Движение звёзд вокруг сверхмассивной чёрной дыры Стрелец А, в центре Млечного Пути.
Астрономы нашли первую в истории черную "дыру-бродягу", дрейфующую в Млечном Пути
Ученые объявили о первом в истории открытии свободно плавающей черной дыры, блуждающей в пустоте примерно в 5000 световых лет от Земли. Это темный объект, весом в семь раз больше массы нашего Солнца. Результат, появившийся 31 января на сервере препринтов arXiv, но еще не прошедший рецензирование, представляет собой кульминацию более чем десятилетнего напряженного поиска. «Это очень интересно», — говорит Марина Рейкуба из Европейской южной обсерватории в Германии, соавтор статьи. «Мы действительно можем доказать, что изолированные черные дыры существуют». Это открытие может быть только началом; Ожидается, что текущие исследования и предстоящие миссии найдут еще десятки или даже сотни темных, одиноких путешественников. «Это верхушка айсберга», — говорит Карим Эль-Бадри из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики, не участвовавший в работе.
В 1919 году британский астроном Артур Стэнли Эддингтон провел знаменитый эксперимент. Теории специальной и общей теории относительности Эйнштейна постулировали, что массивные объекты должны вызывать вмятину в пространстве-времени, искривляя близлежащие лучи света в процессе, известном как гравитационное линзирование. Эддингтон доказал это во время полного солнечного затмения, когда яркость солнца была сведена к минимуму, так что можно было увидеть фоновые звезды. Используя астрометрия, он тщательно отметил положения этих звезд до и во время затмения, выявив слабое изменение их видимого положения на небе из-за того, что их свет искажается значительным гравитационным притяжением нашей звезды. Видимое положение звезд немного сдвинулось.
В последующие десятилетия ученые нашли новое применение этой технике. Звезды, масса которых более чем в 20 раз превышает массу нашего Солнца, должны образовывать черные дыры в конце своей жизни, когда их тяжелые ядра коллапсируют под собственным весом после истощения их термоядерного топлива. Рождение такой черной дыры звездной массы — сферы размером с город, масса которой в десятки раз превышает массу нашего Солнца — часто сопровождается яркой сверхновой из-за огромных энергий, высвобождаемых при коллапсе ядра. Эти силы могут быть настолько велики, что иногда они выбрасывают новорожденную черную дыру прямо из ее чрева в бесконечном межзвездном путешествии. Эта космическая тяга к путешествиям, а также небольшие размеры черных дыр и присущая им темнота должны сделать их почти невозможными для наблюдения. Работа Эддингтона, однако, предполагает, что этих изгоев можно найти, наблюдая за их линзирующими эффектами — как правило, предательское кратковременное осветление любых фоновых звезд, через которые черные дыры пролетают в нашем поле зрения. Шансы увидеть такое событие для изолированной черной дыры были невелики, но, учитывая, что миллионы черных дыр звездной массы дрейфуют по нашей галактике, некоторые из них могут обнаружиться при достаточно широком и долгом обзоре неба.
Поиск этих и других событий так называемого микролинзирования в настоящее время осуществляется несколькими проектами, в том числе экспериментом по оптическому гравитационному линзированию (OGLE), проводимым Варшавским университетом в Польше, и исследованием наблюдений микролинзирования в астрофизике (MOA), проводимым исследователями из Новой Зеландии и Япония. В июне 2011 года эти два исследования обнаружили нечто примечательное: внезапно вспыхнувшая звезда на расстоянии 20 000 световых лет от нас в направлении плотно упакованной галактической выпуклости в центре Млечного Пути. Могло ли это быть событием микролинзирования черной дыры-изгоя? Астрономы бросились выяснять.
Среди них был Кайлаш Саху из Научного института космического телескопа в Балтиморе, ведущий автор препринта arXiv, подробно описывающего открытие объекта. С помощью космического телескопа Хаббл он и его коллеги увеличили масштаб звезды в течение нескольких недель после того, как она стала яркой, а затем возвращались к ней снова и снова в течение следующих шести лет. Они смогли подтвердить, что свет звезды был увеличен, что указывало на присутствие невидимого линзирующего объекта, но они обнаружили кое-что еще более важное. Видимое положение звезды в космосе сместилось на ничтожную величину. Эффект был «в 1000 раз меньше, чем измерял Эддингтон», говорит Саху, и был близок к пределу возможностей Хаббла. Что-то скрытое усилило и исказило свет звезды. Это невидимая черная дыра звездной массы, в 7,1 раза больше массы нашего Солнца.
«Это могла быть только черная дыра», — говорит Саху. Две вещи были необходимы, чтобы подтвердить, что это так. «Первым критерием было отсутствие света, исходящего от линзы», — говорит Саху, чтобы исключить более прозаические объекты, такие как неудавшаяся звезда, известная как коричневый карлик. Во-вторых, эффект увеличения должен иметь большую продолжительность, учитывая обширный размер гравитационной сферы влияния черной дыры. Июньское событие 2011 года, продолжавшееся около 300 дней, отвечало всем требованиям.
Величина линзирования и отклонения света от звезды позволила Саху и его сотрудникам установить, что масса предполагаемой черной дыры составляет немногим более семи масс Солнца. По словам Озеля, это помещает его «посередине» того, что мы ожидаем от черных дыр звездной массы. Команда также смогла рассчитать его скорость. «Он движется со скоростью около 45 километров в секунду, — говорит Саху. Это относительно быстро по сравнению с ближайшими звездами — именно этого можно было бы ожидать, если бы черная дыра получила удар от умирающей массивной звезды. Неясно, когда это событие должно было произойти, но «может быть где-то около 100 миллионов [лет назад]», — говорит Саху.
Обсерватория Веры С. Рубин в Чили, которая должна начать 10-летнее исследование ночного неба в следующем году, также, как ожидается, соберет свой собственный урожай черных дыр-изгоев, как и космический телескоп НАСА Нэнси Грейс Рим, настроенный на запуск в 2027 году.
На данный момент это мрачное открытие предсказывает светлое будущее поиска. Бродячие черные дыры звездной массы, предсказанные давно, но подтвержденные наблюдениями только сейчас. Определение их истинного количества, массы и других свойств может укрепить наши все еще неполные теории звездной эволюции или выявить новые важные пробелы в нашем понимании. «Мы ждали этого открытия много-много лет, — говорит Выжиковски. «Это показывает, что этот метод работает. Гравитационное микролинзирование — это способ найти эти изолированные черные дыры».
на картинке: Художественное видение черной дыры на богатом фоне звезд. Огромное гравитационное поле черной дыры создает вокруг нее искривленную область пространства-времени, «гравитационную линзу», которая искажает свет от фоновых звезд.