#Вселенная

12 декабря 1972 года астронавты миссии "Аполлон-17" Харрисон Шмитт и Юджин Сернан работали в районе лунного кратера Шорти, когда Шмитт внезапно остановился и воскликнул:

"Я вижу оранжевый грунт!"

Это событие стало одной из самых громких геологических находок всей программы "Аполлон" и дало начало научной дискуссии, которая продолжается до сих пор.

"Откровенно говоря, когда Джек [Харрисон Шмитт] сказал, что видит оранжевый грунт, я начал задаваться вопросом, не сказалось ли на нем длительное пребывание на Луне. Однако потом я увидел все сам", — вспоминал Юджин Сернан.

Оранжево-коричневый цвет грунта на фоне серого ландшафта настолько выбивался из привычной картины лунного пейзажа, что Шмитт — единственный профессиональный геолог среди астронавтов программы "Аполлон" — сразу понял: перед ними нечто исключительное. Он предположил, что астронавты обнаружили следы вулканической активности, и если бы она оказалась относительно недавней по геологическим меркам, это означало бы, что Луна не полностью мертвый мир.

Образцы оранжевого грунта собрали, упаковали и доставили на Землю. Первые исследования показали, что это не типичная лунная пыль, а масса микроскопических стеклянных шариков и их обломков — пирокластический материал, выброшенный на поверхность во время древних взрывных извержений. Это подтвердило предположение Шмитта о том, что вулканизм действительно имел место, но не в недавнем прошлом, а около 3,6 миллиарда лет назад, когда Луна еще сохраняла заметную геологическую активность.

Специфический цвет оранжевого грунта был связан с присутствием железа и титана. Шарики же по сути представляют собой капли лунной магмы, выброшенные в ходе фонтанирующих извержений, застывшие и осевшие на поверхность подобно вулканическому пеплу в безвоздушной среде.

Однако настоящий сюрприз ждал ученых десятилетия спустя. В 2008 году, когда в их распоряжении появились более совершенные инструменты, вулканическое стекло изучили более чувствительными методами. В итоге внутри частиц обнаружили следы летучих компонентов, включая гидроксильные группы и молекулярную воду, "впечатанные" в структуре стекла.

Это открытие стало одним из самых сильных ударов по старому представлению о Луне как о полностью "сухом" мире. Исследования показали, что содержание воды в источнике этих магм могло составлять от 260 до 745 частей на миллион — величину, сопоставимую с некоторыми земными базальтовыми магмами.

Позднейшие исследования показали, что значительная часть лунной воды имеет "земное происхождение". Это говорит о том, что вода изначально присутствовала в веществе, из которого сформировались и Земля, и Луна. Кроме того, данное открытие является весомым аргументом в пользу гипотезы ударного формирования Луны, предполагающей, что около 4,5 миллиарда лет назад протоземля столкнулась по касательной с протопланетой, примерно вдвое меньшей ее. И, что особенно интересно, это катастрофическое столкновение не испарило всю воду — часть ее сохранилась в глубинах спутника.

Обнаружение оранжевого грунта — один из тех случаев, когда случайное наблюдение приводит к последствиям, которые невозможно было предсказать заранее. Астронавты увидели необычный цвет и зафиксировали его. Затем собрали образцы и доставили их на Землю. После этого исследователи первого поколения поняли природу материала. Ученые следующих поколений, вооруженные уже совсем другими технологиями, извлекли из тех же образцов новую информацию, изменившую представления о внутреннем строении Луны и истории ее формирования.

Так работает наука. И это — прекрасно.

Сегодня оранжевый грунт "Аполлона-17" остается одним из самых ценных лунных материалов на Земле. Эти крошечные стеклянные шарики позволили заглянуть в далекое прошлое Луны, лучше понять формирование системы Земля-Луна и показали, что когда-то на нашем естественном спутнике действовали вулканы, а в его недрах до сих пор сохраняются летучие вещества — немые свидетели катастрофических событий ранней истории.

Перед вами крайне необычная галактика NGC 4753, расположенная на расстоянии около 60 миллионов световых лет от Земли в направлении созвездия Девы.

NGC 4753 относится к линзообразным галактикам — промежуточному типу между спиральными и эллиптическими. У таких объектов помимо галактического диска есть выраженный балдж (сфероидальное уплотнение из звезд в центре), но при этом отсутствуют четкие рукава, характерные для спиральных систем. Именно поэтому линзообразные галактики обычно выглядят более "гладкими" и спокойными, но NGC 4753, определенно, выбивается даже на их фоне.

Главная особенность NGC 4753 — сложная и запутанная система пылевых полос, которые окружают центральную область и будто переплетаются между собой, образуя многослойный узор, придающий галактике необычный вид.

Такие пылевые полосы — не просто украшение NGC 4753, а "безмолвные информаторы", способные поведать о прошлом галактики и ее окрестностей. Моделирование показывает, что нынешний облик NGC 4753 может быть связан со слиянием с близлежащей карликовой галактикой, произошедшего около 1,3 миллиарда лет назад.

Изображения обработаны для более четкого выделения пылевых полос. Вещество в таких образованиях движется со скоростями в сотни километров в секунду, но на фоне колоссальных размеров галактики эти структуры кажутся неподвижными / © NASA/ESA/TheSpaceway

События такого рода не проходят бесследно: они нарушают прежнюю структуру галактики, перераспределяют газ и пыль, активизируют звездообразование, а иногда оставляют после себя столь сложные и нетипичные образования.

Исследования подобных объектов особенно ценны для астрономов, так как они помогают изучать галактический "каннибализм", жизненный путь доминирующих систем и эволюцию их окрестностей. Все это расширяет наши знания о структуре Вселенной, помогая заполнить пробелы в ее истории от Большого взрыва до наших дней.

NGC 4753 напоминает, что структура того или иного объекта во Вселенной почти никогда не бывает случайной: за каждым изгибом пылевой полосы, за каждым искажением структуры может стоять древнее слияние, гравитационное возмущение или целая цепочка катастрофических событий, растянувшаяся на миллиарды лет.

30 ноября 1609 года итальянский астроном Галилео Галилей впервые направил на Луну телескоп собственного изготовления и увидел не просто знакомый светящийся диск, а сложный мир с крайне неоднородной поверхностью.

Именно это наблюдение положило начало его знаменитым лунным зарисовкам, которые позднее легли в основу научного трактата "Звездный вестник" (лат. Sidereus Nuncius). Это нанесло серьезный удар по представлениям о "совершенстве" небесных тел, господствовавшим более двух тысяч лет.

Согласно античной картине мироустройства, перекочевавшей в Средневековье, небесные тела считались "совершенными" сферами, на которых, в отличие от Земли, нет ни неровностей, ни разрушений, ни следов каких-либо временны́х изменений. Небо рассматривалось как область идеальных форм, а значит, Луна, следуя этой логике, не должна была иметь ничего общего с земным рельефом. Так учил Аристотель, и его взгляды на протяжении веков считались непререкаемыми.

Разумеется, Луну не представляли буквально отполированным шаром без единого пятна — темные участки на ее поверхности люди видели всегда. Но их существование объясняли особенностями "небесной материи" или тем, как лунный диск выглядит при наблюдении с "несовершенной" Земли.

Телескоп, изменивший все

В мае 1609 года Галилей узнал об изобретении зрительной трубы в Голландии, способной "далекое делать близким". Будучи профессором Падуанского университета, он, опираясь на свой авторитет и связи, получил возможность ознакомиться с этим новым инструментом, который давал лишь трехкратное увеличение — немногим больше театрального бинокля.

Галилей хотел большего и начал активно экспериментировать с линзами в собственной мастерской. Всего за несколько месяцев он создал телескоп с 20-кратным, а затем и 32-кратным увеличением.

30 ноября 1609 года Галилей впервые направил свой телескоп на Луну. То, что он увидел, потрясло его. Вместо гладкой сферы перед ним открылся далекий мир с горами, долинами, кратерами и загадочными темными областями, позже получившими название морей. Луна оказалась не безупречным небесным телом, а каменистым миром со сложным рельефом — во многом похожим на Землю. Не оставалось никаких сомнений в том, что Аристотель и его последователи ошибались.

Зарисовки от руки

Галилей почти одержимо наблюдал Луну до 18 декабря 1609 года, внимательно изучая движение линии терминатора — границы между светом и тенью. Он замечал, как горы отбрасывают длинные тени при восходе Солнца над лунной поверхностью и как яркие вершины сияют на фоне еще темных долин.

Галилей делал детальные акварельные зарисовки Луны в разных фазах. Всего он создал шесть рисунков, которые стали одними из первых реалистичных изображений земного спутника, показавшими, что Луна обладает сложным рельефом с горами и впадинами.

В 1610 году Галилей опубликовал свои наблюдения в трактате "Звездный вестник", в котором описал увиденное почти поэтически:

"<...> Мы замечали даже, что только что упомянутые небольшие пятна все и всегда сходятся в том, что имеют черную часть со стороны, обращенной к месту Солнца; со стороны же, противолежащей Солнцу, они увенчиваются более светлыми границами, как бы пылающими черными хребтами. Примерно такую же картину мы имеем на Земле около солнечного восхода, когда видим долины, еще не залитые светом, а горы, окружающие их со стороны, противоположной Солнцу, уже горят ярким блеском; и подобно тому, как тени земных впадин уменьшаются по мере поднятия Солнца, так и эти лунные пятна теряют темноту с возрастанием освещенной части".

Хэрриот и Галилей

Интересно, что Галилей не был первым человеком, направившим телескоп на Луну. Еще 26 июля 1609 года — почти за четыре месяца до него — английский математик и астроном Томас Хэрриот провел первые телескопические наблюдения Луны и сделал первую в истории астрономическую зарисовку.

Более того, в период с 1610 по 1613 год Хэрриот составил подробную карту Луны, точность которой удалось превзойти лишь спустя несколько десятилетий. Его телескоп имел небольшое увеличение — всего в шесть раз, однако наблюдательность и точность самого Хэрриота позволили добиться впечатляющего результата.

Как же так вышло, что весь мир знает Галилея, а Хэрриот остался в тени? Все дело в том, что англичанин никогда не публиковал результаты своих исследований и показывал их лишь узкому кругу знакомых. После смерти Хэрриота в 1621 году о его достижениях забыли почти на два столетия.

Галилей же действовал как настоящий популяризатор науки, умеющий превращать открытия в события мирового масштаба. Его "Звездный вестник" имел сенсационный успех по всей Европе.

Революция в науке

Открытия Галилея стали мощным аргументом в пользу гелиоцентрической системы Коперника. Если Луна покрыта горами и кратерами, как Земля, значит, небесные тела не так уж принципиально отличаются друг от друга. А если Земля — такое же небесное тело, то почему бы ей не двигаться вокруг Солнца?

Учение Аристотеля о противоположности "земного" и "небесного" оказалось серьезно поколеблено. Луна перестала восприниматься как идеальная небесная сфера и стала реальным миром со сложным рельефом. Это был переворот в сознании, сравнимый по масштабу с величайшими географическими открытиями эпохи.

Впрочем, не все приняли открытия Галилея. Противники утверждали, что телескоп обманывает и показывает то, чего в действительности нет — сегодня они бы писали в комментариях, что это все Голливуд, фейки и ИИ.

Некоторые астрологи жаловались, что новые открытия на небесах ставят под удар не только астрологию, но и связанную с ней медицинскую практику. Но время расставило все по местам: зарисовки Галилея положили начало новой эпохе телескопической астрономии.

Сегодня, глядя на современные снимки Луны в высоком разрешении, трудно представить, каким откровением были простые акварельные рисунки Галилея четыре века назад. Но именно с них началось настоящее знакомство человечества с Луной как с реальным миром, доступным для изучения и понимания.

Один из самых безумных миров Солнечной системы выглядит именно так. То, что видно на этом снимке, превращает Ио в настоящее исключение среди всех известных спутников.

В классической физике принято выделять три агрегатных состояния вещества, хорошо знакомые каждому еще с начальной школы: твердое, жидкое и газообразное. Однако в астрофизике и физике высоких температур этого набора недостаточно.

При очень высоких температурах или под действием интенсивного излучения газ ионизируется: его атомы теряют часть электронов, и вещество превращается в плазму — ионизированный газ, содержащий свободные электроны и ионы.

Именно наличие большого числа заряженных частиц делает плазму особой формой материи. В отличие от обычного газа, она активно взаимодействует с электрическими и магнитными полями, а ее свойства зависят не только от температуры и плотности, но и от того, как заряженные частицы воздействуют друг на друга через эти поля. Благодаря этому плазма может образовывать потоки, волны, нити и другие замысловатые структуры, поскольку ее поведение определяется не только законами газовой динамики, но и действием электромагнитных полей.

На Земле плазма естественного происхождения встречается довольно редко. Преимущественно она сосредоточена в ионосфере — верхней области атмосферы, простирающейся примерно от 60 до 1 000 километров над поверхностью планеты.

Здесь под действием солнечного излучения атомы и молекулы теряют электроны, образуя разреженную плазменную оболочку. Помимо этого, земная плазма возникает при разрядах молний, полярных сияниях и некоторых других высокоэнергетических атмосферных явлениях.

Однако в масштабах Вселенной именно плазма, а не твердые тела, жидкости или обычные газы, является наиболее распространенной формой обычной материи. По современным оценкам, в плазменном состоянии находится от 99% до 99,999% видимой материи во Вселенной. Из нее состоят Солнце и другие звезды, горячие туманности, звездные короны, солнечный ветер и значительная часть межзвездной и межгалактической среды.

Особенно важна роль плазмы в звездах. При экстремально высоких температурах вещество там не может сохраняться в виде обычного газа: атомы теряют электроны, и звездное вещество переходит в ионизированное состояние. Именно в этой плазменной среде протекают термоядерные реакции, благодаря которым звезды светят, а в их недрах синтезируются новые химические элементы. Без плазмы не существовало бы ни самого Солнца в его нынешнем виде, ни звездного нуклеосинтеза, постепенно обогащающего Вселенную элементами тяжелее водорода и гелия.

Плазма лежит и в основе многих процессов, определяющих космическую погоду. Солнечные вспышки, корональные выбросы массы, магнитные бури и потоки заряженных частиц связаны с поведением плазмы и магнитных полей. Поэтому ее изучение важно не только для фундаментальной науки, но и для практики: чем лучше мы понимаем плазменные процессы, тем точнее можем прогнозировать явления, способные влиять на космические аппараты, навигацию, радиосвязь и энергосистемы на Земле.

При этом плазму не только изучают на расстоянии, но и давно используют в земных технологиях — от неоновых ламп и плазменных дисплеев до промышленных резаков, систем обработки материалов и экспериментальных термоядерных установок.

Вот и получается любопытный парадокс: мы живем среди твердых тел, жидкостей и газов, поэтому именно они кажутся нам основой мироздания. Но стоит взглянуть на Вселенную шире, и становится ясно: привычная земная картина — лишь частный и редкий случай. В космических масштабах господствует именно плазма.

15 марта 1955 года ушел из жизни Микеле Анджело Бессо — швейцарско-итальянский инженер и близкий друг Альберта Эйнштейна.

Узнав об отбытии товарища к праотцам, Эйнштейн написал его семье весьма необычное письмо, часть которого была особенно интересной:

"Он покинул этот странный мир немного раньше меня. Это ничего не значит. Для нас, верящих в физику, различие между прошлым, настоящим и будущим — всего лишь упорно сохраняющаяся иллюзия", — такими словами великий физик утешал семью друга.

Чуть больше чем через месяц, 18 апреля того же года, этот "странный мир" покинул и сам Эйнштейн. Похоже, предчувствуя, что его конец уже близко, он попытался в письменной форме выразить свое понимание смерти языком физики.

Что он хотел сказать?

В письме Эйнштейн говорил о времени в контексте своей теории относительности, согласно которой время — не отдельная "река", текущая одинаково для всех. Оно связано с пространством в единое пространство-время, а его ход зависит от скорости и гравитации.

Это породило в физике концепцию "блочной Вселенной": события в прошлом, настоящем и будущем не "исчезают" и не "возникают", а просто занимают свое место в пространстве-времени.

Поэтому фраза Эйнштейна — это завуалированная попытка сказать: смерть не обесценивает жизнь его друга. Их общая история, прожитые моменты с семьей, сам факт жизни и научной деятельности Бессо не "исчезли в никуда" — они просто отныне находятся в других участках пространства-времени, доступа к которым у нас нет.

Время как иллюзия

В теории относительности единого "сейчас" во Вселенной не существует: у разных наблюдателей оно устроено по-разному. Поэтому привычное для всех нас, живущих на Земле, ощущение, что существует только настоящий момент, прошлое исчезло, а будущее еще не наступило, — может быть не фундаментальным свойством природы, а особенностью нашего восприятия реальности и языка.

Именно это и озвучивает Эйнштейн в письме: граница между "было", "есть" и "будет" иллюзорна.

Физик-теоретик, всю сознательную жизнь стремившийся понять устройство мира, в конце жизненного пути сформулировал мысль, которая во многом перекликается с религиями и верованиями разных эпох и народов: жизнь — не мимолетная вспышка, исчезающая бесследно, а факт, который вписывается в летопись Вселенной. И хотя для нас граница между "было", "есть" и "будет" кажется непреодолимой — по меркам Вселенной она условна. Ничто по-настоящему не исчезает, и прожитая жизнь не стирается — она остается фактом мира, но просто не в нашем "сейчас".

Важно отметить, что это скорее философский вывод из физической картины мироустройства, а не научное доказательство "жизни после смерти".

Перед вами солнечная фотосфера — видимая "поверхность" звезды, предстающая в виде плотной мозаики из светлых гранул и темных промежутков между ними. Именно так в сверхвысоком разрешении выглядит поверхность нашего светила, где раскаленная плазма непрерывно поднимается из глубин и переносит энергию наружу.

Поверхность Солнца в сверхвысоком разрешении / © J. Sanchez Almeida (IAC), SST, APOD/NASA

Светлые гранулы на изображении — это вершины гигантских конвективных ячеек. В центре таких структур находится наиболее горячая поднимающаяся плазма, а по краям — остывающее вещество, плотность которого возрастает, из-за чего оно вновь опускается в глубину. Поэтому границы между гранулами выглядят темнее: там плазма холоднее, плотнее и движется вниз. Все это — прямое проявление бурной солнечной конвекции, которая никогда не прекращается.

Особого внимания заслуживают крошечные яркие точки в темных межгранульных промежутках. Это не артефакты съемки, а области очень сильных локальных магнитных полей. Они выглядят ярче потому, что магнитное давление меняет структуру плазмы, позволяя нам увидеть более глубокие и горячие слои звезды, лежащие ниже фотосферы. Именно поэтому на снимке эти участки выделяются как маленькие сверкающие "искорки" среди более темной сетки.

Белая линия в нижней левой части кадра показывает масштаб: ее длина составляет 5 000 километров. На изображении ниже я добавил Землю в ее реальном размере относительно этого снимка, чтобы вы могли еще нагляднее оценить, насколько крошечные по меркам Солнца элементы на деле имеют колоссальные размеры в масштабах нашей планеты. Отдельные солнечные гранулы сопоставимы по размерам с территориями крупных государств.

© J. Sanchez Almeida (IAC), SST, APOD/NASA

Снимок был получен в сентябре 2007 года с помощью Шведского 1-метрового солнечного телескопа (англ. SST — Swedish 1-m Solar Telescope) на испанском острове Ла-Пальма. Этот инструмент, установленный в обсерватории Роке-де-лос-Мучачос, является одним из наиболее эффективных наземных солнечных телескопов в мире. Высочайшая детализация достигается не только благодаря современной адаптивной оптике, но и за счет сложной компьютерной обработки, которая позволяет компенсировать искажения, вызванные земной атмосферой.

Такие наблюдения позволяют ученым буквально видеть физику звезды в действии. Чем точнее наше понимание поведения плазмы и магнитных полей на Солнце, тем лучше мы можем разобраться в природе солнечных вспышек, корональных выбросов массы и других явлений космической погоды. В перспективе это помогает совершенствовать прогнозы событий, способных нарушить работу спутников, навигации, радиосвязи и даже вывести из строя наземную инфраструктуру.

23 февраля 1987 года. В карликовой галактике Большое Магелланово Облако, расположенной на расстоянии около 160 000 световых лет от нас, вспыхнула сверхновая SN 1987A.

Но за три часа до первого света, донесшего информацию о взрыве массивной звезды, на Землю прибыли нейтрино*.

*Нейтрино — класс нейтральных фундаментальных частиц, участвующих только в слабом и гравитационном взаимодействиях.

Нейтрино долетели до нас быстрее света? Да. И это не ошибка. Дело в том, что в момент коллапса звезды ядро испускает нейтрино, которые проходят через внешние слои, как сквозь пустоту. Свет же задерживается, потому что ему нужно время, чтобы "пробиться" через взрывающуюся оболочку. Вот и получается, что нейтрино, наделенные возможностью миновать препятствия, опережают свет, но не превышают скорость света.

В тот день земные детекторы поймали 24 нейтрино. Это подтвердило, что наше понимание механизма звездных взрывов абсолютно верно.

Сегодня нейтрино продолжают выступать в роли наших информаторов, способных доносить вести о космических катастрофах раньше, чем свет.

Это одно из самых выразительных изображений атмосферы Юпитера, полученное космическим аппаратом NASA "Юнона", который работает в системе газового гиганта с 4 июля 2016 года. На снимке видны сразу несколько разноразмерных вихревых структур, окруженных клубящимися облачными потоками, которые закручиваются в сложный, почти гипнотический узор.

Этот кадр показывает, насколько атмосфера крупнейшей планеты Солнечной системы в действительности далека от того кажущегося однообразия при наблюдении с большого расстояния. Юпитерианская атмосфера — это не просто полосы и пятна, а гигантская подвижная система, где сталкиваются струйные течения, рождаются, взаимодействуют и сливаются вихри, а облачные массы непрерывно меняют форму.

Но у таких изображений не только эстетическая ценность: они помогают ученым лучше понять, как в атмосфере Юпитера перераспределяются тепло, вещество и энергия. Это дает возможность уточнять наши модели строения и эволюции газовых гигантов как в Солнечной системе, так и далеко за ее пределами. А это, в свою очередь, играет важную роль в поисках потенциально обитаемых экзопланет, поскольку газовые гиганты во многом формируют облик своих планетных систем: влияют на распределение вещества, эволюцию орбит, поведение малых тел и, как следствие, на условия, в которых могут возникать и сохраняться пригодные для жизни миры.

Снимок был получен 24 мая 2018 года.

В созвездии Треугольника, на расстоянии около 2,4 миллиона световых лет от Земли, находится одна из самых завораживающих структур ближнего космоса — туманность NGC 604. Она расположена в галактике Треугольник (M 33), входящей в Местную группу вместе с Млечным Путем и Андромедой.

NGC 604 представляет собой гигантскую область ионизированного газа, которая светится под воздействием мощного ультрафиолетового излучения звезд. По своим размерам она примерно в 50 раз превосходит знаменитую туманность Ориона в нашей Галактике, простираясь почти на 1 500 световых лет.

Внутри NGC 604 наблюдается чрезвычайно бурное звездообразование. Астрономам удалось идентифицировать более 200 молодых и в то же время уже "пожилых" по меркам массивных звезд светил, большинство из которых в десятки раз тяжелее Солнца.

Эти звездные гиганты живут ярко, но недолго: их возраст составляет "всего" 3-5 миллионов лет, тогда как продолжительность жизни таких объектов обычно не превышает десяти миллионов лет — мгновение по космическим меркам.

Специфический зеленоватый оттенок NGC 604 связан с излучением дважды ионизированного кислорода. Жесткое ультрафиолетовое излучение горячих звезд выбивает электроны из атомов газа, заставляя его светиться. Температура внутри туманности составляет примерно 10 000 градусов Цельсия, а мощные звездные ветры, скорость которых достигает десятков километров в секунду, выдувают в окружающем веществе огромные полости и пузыри.

Это способствует фрагментации газопылевых облаков, их постепенному остыванию, сжатию и превращению в протозвезды — звезды на начальном этапе эволюции.

NGC 604 — уникальная природная лаборатория, позволяющая изучать рождение, эволюцию и гибель одних из самых массивных звезд во Вселенной. Благодаря этому уточняются модели звездообразования и эволюции галактик, а значит, и наше понимание космического пространства.