#TheSpaceway

Мафусаил: старейшее дерево-одиночка на Земле

49
Читалка

Где-то в Белых горах Калифорнии, на высоте более 3 000 метров над уровнем моря, среди выжженных Солнцем склонов и каменистых россыпей, растет дерево, которое началo свой "путь к небесам", когда завершалось объединение Верхнего и Нижнего Египта в единое государство фараонов, а до возведения первых монументальных пирамид оставались века.

Сосны остистые межгорные в "Лесу древних остистых сосен" / © Oke
Сосны остистые межгорные в "Лесу древних остистых сосен" / © Oke

И у этого дерева есть имя собственное — Мафусаил, в честь ветхозаветного патриарха, прожившего, по легенде, 969 лет. Возраст дерева по состоянию на 2026 год составляет примерно 4 859 лет, что делает его самым древним из известных деревьев на Земле.

Примечательно, что в недалеком прошлом рекорд принадлежал другому дереву, но обо всем по порядку.

Дерево, пережившее цивилизации

Мафусаил — сосна остистая межгорная (лат. Pinus longaeva), вид, приспособленный к экстремальным условиям. Эти деревья растут там, где почти ничто другое не выживает: на высоте 3000-4000 метров, в холоде, на каменистых и скудных почвах, под палящим Солнцем и почти непрекращающимися ветрами.

Такие деревья растут крайне медленно — за год ствол прибавляет доли миллиметра в диаметре. Древесина очень плотная, смолистая, почти не гниет. Мертвые стволы сосен остистых могут лежать под открытым небом тысячи лет, не разлагаясь.

Мафусаил пророс в 2 833 году до н. э. В ту эпоху древнеегипетские инженеры лишь приближались к созданию великих пирамид, в Месопотамии процветал Шумер, а на территории Европы только начинался бронзовый век. Дерево пережило взлет и падение Минойской цивилизации, Греции, Рима, крестовые походы, открытие Америки, все мировые войны, наступление ядерной эры. Оно росло, когда Гомер писал "Илиаду", когда Иисус Христос путешествовал по Иудее, проповедуя, когда Чингисхан покорял Азию. И Мафусаил продолжает расти сейчас.

Большая остистая сосна с живой и мертвой древесиной в "Лесу древних остистых сосен". Примерно так выглядит дерево Мафусаил, но конкретно его фотографии нет во избежание идентификации вандалами / © Dcrjsr
Большая остистая сосна с живой и мертвой древесиной в "Лесу древних остистых сосен". Примерно так выглядит дерево Мафусаил, но конкретно его фотографии нет во избежание идентификации вандалами / © Dcrjsr

Возраст Мафусаила был установлен методом дендрохронологии — подсчета годичных колец. Ученые взяли керн с помощью специального приростного бура — полой трубки, которую аккуратно ввинчивают в ствол. Когда бур извлекают, внутри остается тонкий цилиндр древесины, на котором, как на срезе, видны все годичные кольца. Само дерево при этом не погибает — ранка небольшая и со временем затягивается.

Точное местоположение Мафусаила засекречено Лесной службой США (англ. USDA Forest Service). Известно лишь, что дерево находится где-то в Белых горах Калифорнии, в "Лесу древних остистых сосен" (англ. Ancient Bristlecone Pine Forest). Координаты не публикуются, чтобы защитить дерево от людей. Такая безопасность — результат инцидента 1960-х годов, связанного с уничтожением еще более древнего дерева.

Прометей: трагедия старейшего дерева

В 1964 году в горах Невады, на склоне пика Уилер, рос другой представитель сосны остистой. У этого дерева тоже было имя собственное — Прометей. Студент-географ Дональд Карри в рамках своей исследовательской работы изучал климатические изменения региона с помощью годичных колец деревьев. Каждое кольцо — это своего рода "запись" погоды за конкретный год: чем шире и светлее кольцо, тем благоприятнее были условия; узкое темное кольцо говорит о засухе или холоде. И вот Карри добрался до Прометея. В процессе получения керна его бур застрял глубоко в стволе; все попытки извлечь дорогостоящий университетский инструмент не увенчались успехом.

Тогда Карри обратился в Лесную службу с просьбой о помощи. Чиновники, не осознавая ценности дерева, выдали разрешение на вырубку — чтобы освободить бур. Дерево срубили. Когда начали подсчитывать кольца, выяснилось: Прометею было около 4 900 лет. Это было старейшее известное дерево на планете.

Сохранившийся пень Прометея / © James R. Bouldin
Сохранившийся пень Прометея / © James R. Bouldin

Прометей пал жертвой не болезни, не пожара, не удара молнии — а человеческой неосторожности и бюрократической небрежности. После этого случая политика защиты древних деревьев была пересмотрена. С того дня больше никто в штатах не получал разрешения на вырубку потенциально старых экземпляров.

Есть ли деревья старше Мафусаила?

После смерти Прометея Мафусаил стал официально старейшим живым деревом на Земле. Но сегодня некоторые ученые осторожно намекают, что в тех же Белых горах могут расти экземпляры еще древнее. Однако никакой официальной информации, подтверждающей возраст таких находок, я не нашел.

Предполагаю, что это сознательная стратегия: разрушить культ вокруг конкретного дерева с целью минимизации рисков.

Зачем науке древние деревья?

Изучение древних организмов помогает понять пределы жизни и механизмы старения. Почему одни деревья живут тысячи лет, а другие — десятки? Что защищает их клетки от повреждений? Можно ли применить эти знания в медицине?

Кроме того, годичные кольца древних деревьев — это летопись земного климата. Каждое кольцо отражает условия конкретного года: засуху, холод, пожары. Анализируя кольца Мафусаила и его сородичей, ученые реконструируют климат последних тысячелетий с точностью до года.

Читайте также:

А вы видели вулкан на Луне? Знакомьтесь — Меран Т, загадка нашего спутника

32
Читалка

Глядя на Луну в ясную ночь, мы видим знакомый серебристый диск с темными пятнами — лунными "морями". Но далеко не каждый знает, что эти пятна — застывшие океаны лавы, которая в далеком прошлом извергалась на поверхность в колоссальных объемах. Сохранились на Луне и некоторые вулканические структуры — архитекторы этого инопланетного рельефа.

Одна из них — давно потухший вулкан Mairan T, детально сфотографированный орбитальным аппаратом NASA Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) и поразивший ученых своей необычной природой.

Вулкан Меран Т (вид сбоку) / © NASA/GSFC/Arizona State University
Вулкан Меран Т (вид сбоку) / © NASA/GSFC/Arizona State University

Купол в Океане Бурь

Mairan T расположен на видимой стороне Луны, в северо-западной части Океана Бурь (лат. Oceanus Procellarum) — самого большого лунного "моря". Это не ударный кратер, каких на Луне миллионы, а именно потухший вулкан, сформированный выдавливанием вязкой лавы из недр.

Диаметр его основания составляет примерно семь километров, а высота — 800 метров. На вершине зияет крупная кальдера диаметром 3,8 километра и глубиной около 450 метров. Кальдера образовалась на последних стадиях извержения, когда опустошенное интенсивными извержениями магматическое жерло обрушилось внутрь себя.

Обрушенная кальдера вулкана Меран Т / © NASA/GSFC/Arizona State University
Обрушенная кальдера вулкана Меран Т / © NASA/GSFC/Arizona State University

На снимках LRO отчетливо видно, что Mairan T заметно ярче окружающей поверхности. Равнины Океана Бурь сложены из темных базальтов, богатых железом, а склоны вулкана покрыты застывшей лавой с высоким содержанием диоксида кремния — она светлее и обладает более высоким альбедо, то есть отражает больше света.

И именно в этом — главная загадка Mairan T.

Кремниевый вулкан там, где его не должно быть

Для Луны характерен базальтовый вулканизм — жидкая, текучая лава, которая растекалась по поверхности, заполняя гигантские впадины, разломы и формируя лунные моря. Кремниевый же вулканизм — совсем другая история. На Земле такой тип вулканической активности встречается преимущественно в Тихоокеанском огненном кольце: вязкая, богатая кремнием магма формирует взрывоопасные вулканы вроде Сент-Хеленс (США) или Пинатубо (Филиппины).

Для образования кремниевой лавы на Земле необходимо соблюдение как минимум двух условий: тектоника плит, при которой одна литосферная плита подныривает под другую, и наличие воды в горных породах, которая снижает температуру плавления и тем самым меняет состав магмы. Однако на Луне нет ни того, ни другого, так что факт существования Mairan T — огромная загадка.

Вулкан Меран Т (вид сверху) / © NASA/GSFC/Arizona State University
Вулкан Меран Т (вид сверху) / © NASA/GSFC/Arizona State University

Вероятно, возникла какая-то ошибка при сборе данных? Нет. В образцах, доставленных в рамках лунных программ NASA "Аполлон" и Китайского национального космического управления (CNSA) "Чанъэ", были выявлены следы кремниевых минералов. Так что нет никаких сомнений, что кремниевый вулканизм на Луне имел место. Каким образом — ученые до сих пор спорят. Одна из гипотез предполагает, что кремниевая магма могла формироваться за счет длительной дифференциации базальтового расплава в изолированных магматических камерах, без участия воды и тектоники.

Когда Луна была "живой"

Долгое время считалось, что вулканизм на земном спутнике завершился около трех миллиардов лет назад. Именно тогда, как предполагалось, последние потоки лавы залили поверхность, затвердели и сформировали знакомые нам темные моря, а Луна превратилась в геологически мертвое тело.

Но все изменилось в 2020 году, когда аппарат CNSA "Чанъэ-5" совершил посадку в Океане Бурь, собрал около 1,73 килограмма грунта и доставил его на Землю. Первичный анализ образцов показал, что базальты в этом регионе имеют возраст около двух миллиардов лет, а не три, как ожидалось.

Это уже была сенсация: вулканизм на Луне продолжался на миллиард лет дольше, чем думали. Но главный сюрприз был впереди.

В 2024 году команда китайских ученых из Института геологии и геофизики Китайской академии наук опубликовала результаты более глубокого анализа образцов "Чанъэ-5", в которых были обнаружены микроскопические стеклянные шарики вулканического происхождения. Их возраст составлял примерно 125 миллионов лет.

Лунный грунт под "ногами" посадочного модуля "Чанъэ-5" / © CNSA/CLEP
Лунный грунт под "ногами" посадочного модуля "Чанъэ-5" / © CNSA/CLEP

Получается, что в то время, когда по нашей планете бродили тираннозавры и трицератопсы, на Луне все еще извергались вулканы.

Почему это меняет все

Тело размером с Луну должно было остыть очень быстро по космическим меркам. Тем не менее внутреннее тепло по каким-то причинам сохранялось намного дольше, чем предсказывают стандартные модели, и питало вулканическую активность.

Одна из гипотез связывает эту аномалию с высоким содержанием радиоактивных элементов в лунной мантии, которые при распаде выделяют тепло. Другая предполагает, что приливное взаимодействие с Землей могло поддерживать разогрев недр. Третья допускает существование изолированных "карманов" магмы, которые остывали значительно медленнее, чем окружающие породы.

И вот тут возникает захватывающий вопрос: а может ли Луна все еще оставаться вулканически активной? Скорее всего, нет — но после серии открытий за последние десятилетия ученые уже не столь категоричны в этом утверждении.

50-метровый обитатель Мирового океана с модульной структурой

44
Читалка

Одно из самых длинных существ Мирового океана не имеет ни мышц, ни костей, ни мозга и представляет собой тонкую светящуюся "ленту", дрейфующую на глубине около тысячи метров.

Длина этого создания может превышать 50 метров, что больше любых китов, акул и кальмаров, славящихся своим гигантизмом. А называется этот обитатель океана — гигантская сифонофора (лат. Praya dubia)

© NOAA
© NOAA

Не медуза, а колония

Гигантская сифонофора внешне похожа на медузу, но в привычном смысле ею не является. Это колониальный организм, состоящий из тысяч крошечных специализированных особей, называемых зооидами. Каждый зооид выполняет свою функцию, но все они физически соединены и действуют как единый организм.

Одни зооиды отвечают за движение, другие — за пищеварение, третьи — за размножение, четвертые — за охоту. Генетически все они идентичны — это клоны, произошедшие от одной личинки. Но морфологически они различаются настолько, что выглядят как разные органы одного тела.

© NOAA
© NOAA

И вот тут биологи задаются вопросом: гигантская сифонофора — это один организм или колония? Формально это колония. Но функционально — единое существо, части которого не способны выжить по отдельности.

Сегодня большинство ученых сходятся во мнении, что гигантская сифонофора — это все-таки один организм, но с модульной структурой. Так что существо справедливо называть одним из самых длинных животных на планете.

Размеры

Длина гигантской сифонофоры может превышать 50 метров. Для сравнения: рекордная длина синего кита составляет 33,5 метра.

Однако тело гигантской сифонофоры — это не массивный торс из костей, плоти и кожи, а тонкая полупрозрачная лента толщиной всего несколько сантиметров. Она похожа на длинный студенистый шнур, медленно колышущийся в толще воды.

© NOAA
© NOAA

Точно измерить длину этого создания проблематично. Во-первых, существо постоянно сокращается и растягивается, и никогда не пребывает в состоянии полного покоя. Во-вторых, тело гигантской сифонофоры настолько хрупкое, что при попытке поднять ее на поверхность оно просто разрушается.

Поэтому все наши знания об этом организме — включая примерную оценку длины тела взрослой особи — основаны на дистанционных наблюдениях с помощью глубоководных аппаратов.

Где обитает

Гигантская сифонофора распространена в глубоководных зонах по всему Мировому океану. Ее типичная среда обитания — глубины от 700 до 1 000 метров, хотя отдельные особи регистрировались и глубже. Эта область известна как мезопелагическая, или сумеречная зона — слой воды, куда проникает лишь ничтожная доля солнечного света.

© NOAA
© NOAA

Освещение здесь крайне скудное, температура воды держится в диапазоне 4–10 °C, а давление в десятки раз превышает атмосферное. Именно экстремальные условия делают гигантскую сифонофору трудноуловимой для наблюдателей: исследования на таких глубинах возможны только с применением сложных и очень дорогих аппаратов.

Как охотится

Гигантская сифонофора дрейфует в толще воды вертикально, растягивая тонкие ловчие щупальца длиной до нескольких метров. Эти щупальца усеяны стрекательными клетками — книдоцитами, которые содержат яд.

© NOAA
© NOAA

Когда мелкая добыча — рачок, личинка рыбы, другое желеобразное создание — касается щупальца, книдоциты срабатывают мгновенно, впрыскивая парализующий токсин. Обездвиженная жертва обволакивается щупальцами и подтягивается к специализированным зооидами, отвечающим за пищеварение.

Гигантская сифонофора никогда не гонится за добычей. Она просто "висит" в воде как ловчая сеть и ждет, пока что-нибудь подойдет слишком близко. Это пассивная, но энергоэффективная стратегия позволяет существу процветать в условиях низкой плотности пищи.

Биолюминесценция

Как и многие глубоководные организмы, гигантская сифонофора способна светиться. В морском мраке она выглядит как бледно-голубая или зеленоватая полоса света (иногда с красными вкраплениями), медленно парящая в черной бездне.

© NOAA
© NOAA

Биолюминесценция у гигантской сифонофоры может выполнять несколько функций:

  • Привлечение добычи;
  • Отпугивание хищников;
  • Коммуникация между особями.

Хотя коммуникация под вопросом, учитывая, что у гигантской сифонофоры нет мозга — только распределенная нервная сеть.

Размножение

Жизненный цикл гигантской сифонофоры включает чередование поколений — полового и бесполого.

Взрослая колония производит половые зооиды — гонозооиды. Они выбрасывают в воду яйцеклетки и сперматозоиды, где и происходит оплодотворение. Из оплодотворенной яйцеклетки развивается свободноплавающая личинка, дрейфующая в планктоне.

Со временем запускается почкование, формирующее новых зооидов, каждый из которых остается физически связанным с материнским организмом. Так постепенно вырастает та самая 50-метровая "лента" из тысяч клонов, наделенных определенными функциями.

Таким образом, гигантская сифонофора проходит два этапа: половой — рождение новой личинки, и бесполый — рост колонии через почкование.

© NOAA
© NOAA

Гигантская сифонофора — одно из самых необычных созданий, известных науке. Тонкая, хрупкая, состоящая из тысяч клонов, она живет там, куда почти не проникает солнечный свет.

Океан остается наименее изученной средой на Земле, исследованной примерно на 5%. На глубинах в сотни и тысячи метров, согласно оценкам океанологов, могут скрываться до миллиона уникальных видов, о которых мы пока ничего не знаем.

Гигантская сифонофора — напоминание о том, сколько еще удивительного нам предстоит открыть на планете, которую мы считаем своим домом.

Как говорил Карл Саган: "Где-то что-то невероятное ждет, чтобы быть познанным".

Читайте также:

Самая большая пещера на Земле

46
Читалка

Пещера Шондонг (вьет. hang Sơn Đoòng, "Пещера горной реки"), расположенная во вьетнамском национальном парке Фонгня-Кебанг, является крупнейшей известной пещерой на Земле. Ее объем оценивается примерно в 38,5 миллиона кубических метров. Для сравнения: объем пирамиды Хеопса, крупнейшей из египетских пирамид, составляет примерно 2,58 миллиона кубических метров.

© evbn.org
© evbn.org

Протяженность пещеры более девяти километров. Ширина отдельных залов достигает 150 метров, а высота сводов — 200 метров.

Пещера образована в известняковых породах карстового массива. Ее формирование началось около пяти миллионов лет назад, когда подземная река, сменившая русло, начала интенсивно размывать известняк, создавая обширные полости. В двух местах потолок обрушился, образовав вертикальные колодцы, через которые внутрь проникает солнечный свет.

История открытия

Пещера была обнаружена местным жителем Хо Кханем в 1991 году. Во время поиска древесины он попал под тропический ливень, от которого укрылся у входа в неизвестную пещеру. Немного пройдя вглубь, он услышал шум реки и порывы ветра, из-за чего не рискнул идти дальше в одиночку. Вернувшись в свою деревню, Хо Кхань рассказал о странной находке, и через несколько дней отряд из любознательных добровольцев выдвинулся на изучение пещеры. Однако из-за труднопроходимых джунглей Хо Кхань не смог отыскать ее местоположение. Потребовалось 18 лет поисков и помощь британских спелеологов, чтобы он перестал быть чудаковатым фантазером в глазах соседей.

© znews.vn
© znews.vn

В 2009 году британская экспедиция из спелеологической организации British Cave Research Association (BCRA) под руководством Говарда Лимберта провела первое официальное исследование и подтвердила размеры полости. После этого Шондонг получила статус крупнейшей пещеры мира.

Уникальная экосистема

Шондонг — не просто полость в горной породе. Внутри сформировалась собственная экосистема, изолированная от внешнего мира.

Через два обрушенных участка потолка внутрь проникает достаточное количество солнечного света для роста растений, что привело к формированию настоящих тропических лесов с деревьями высотой до 30 метров, папоротниками и лианами.

© znews.vn
© znews.vn

Пещеру пересекает река, которая продолжается за ее пределами. В сезон дождей уровень воды поднимается настолько, что некоторые участки становятся непроходимыми.

Обилие влаги, испаряемой рекой и растительностью, конденсируется в холодном воздухе полостей, что приводит к образованию тумана и облаков, которые не выходят наружу.

В пещере также находятся одни из крупнейших известных сталагмитов. Например, высота формирования под названием "Рука собаки" достигает почти 70 метров.

© culturedcreatures.co
© culturedcreatures.co

Стены пещеры покрыты кальцитовыми отложениями, возраст которых оценивается в сотни тысяч лет. Они позволяют изучать климатические изменения в регионе за целые геологические эпохи.

Доступ и туризм

Доступ в Шондонг строго контролируется властями Вьетнама. Ежегодно выдается ограниченное количество разрешений — примерно 500–1000 человек в год.

© pinterest.com
© pinterest.com

Продолжительность одной туристической экспедиции составляет 6–7 дней и требует физической подготовки. Маршрут включает переход через джунгли, спуск в пещеру, преодоление подземной реки и проживание в лагерях внутри полости. Стоимость тура составляет примерно 230 000 рублей на человека.

© vietnam.vn
© vietnam.vn

Количество разрешений настолько ограничено из-за необходимости сохранения хрупкой экосистемы. Массовый туризм привел бы к нарушению микроклимата, загрязнению подземной реки и повреждению кальцитовых образований (например, на них могли бы появиться надписи и рисунки).

Научная ценность

Шондонг представляет особый интерес для биологов, геологов и спелеологов. Наиболее изолированные и труднодоступные участки пещеры могут содержать уникальные виды животных и растений, которые эволюционировали независимо от внешнего мира.

© vietnam.vn
© vietnam.vn

Изучение кальцитовых отложений позволяет реконструировать климат региона. Анализ слоев сталагмитов дает информацию о количестве осадков, температуре и растительности за последние сотни тысяч лет.

Кроме того, Шондонг рассматривается как модель для изучения гипотетических подповерхностных экосистем на других планетах и спутниках. Если изолированные системы с собственной атмосферой и биосферой встречаются на Земле, то нельзя исключать существования подобных оазисов в лавовых трубках на Марсе или в полостях на лунах газовых гигантов.

Что увидит человек, падающий в черную дыру, если обернется?

29
Читалка

Визуальный опыт человека, падающего в черную дыру, будет радикально отличаться от повседневной физики — ничего подобного ни при каких других условиях увидеть просто невозможно. Разница между тем, что человек увидит перед собой и что сможет наблюдать за своей спиной — колоссальная. Однако в этой статье мы разберем, что можно было бы увидеть, обернувшись, потому что эта картина была бы особенно необычной.

© Arena/TheSpaceway
© Arena/TheSpaceway

В соответствии с общей теорией относительности Эйнштейна, которая уже более века выдерживает всевозможные тесты, визуальный ряд будет меняться в зависимости от расстояния до горизонта событий и размера самой черной дыры.

На подходе к горизонту событий

При приближении к черной дыре внешняя Вселенная начинает визуально искажаться, так как колоссальная гравитация работает как линза: свет от далеких звезд изгибается вокруг дыры, огибая ее гравитационное поле.

Если в этот момент обернуться назад, наблюдатель увидит, что привычное звездное небо сжимается. Окружающее пространство темнеет, а свет всех звезд из покинутой Вселенной фокусируется гравитацией в яркое концентрическое кольцо, замыкающееся у него над головой. Эффект Доплера подскажет цвет этого кольца — красноватый. Связано это с тем, что наблюдатель стремительно удаляется от объектов позади себя.

© Arena/TheSpaceway
© Arena/TheSpaceway

Параллельно с этим в игру вступает эффект гравитационного замедления времени: собственные часы падающего идут нормально, но если смотреть на внешнюю Вселенную, кажется, что процессы в ней идут быстрее. Чем ближе наблюдатель к горизонту событий, тем сильнее ускоряется внешний мир. Таким образом, человек сможет в режиме реального времени наблюдать рождение звезд, их эволюцию, гибель, столкновение галактик и даже ускоренное космологическое расширение.

Пересечение горизонта событий

Горизонт событий — это точка невозврата, миновав которую, даже свет, имеющий предельную скорость во Вселенной, уже не может вырваться наружу.

Если человек падает в сверхмассивную черную дыру (массой в миллионы и миллиарды солнечных масс), приливные силы на горизонте событий будут относительно слабы. Поэтому наблюдатель пересечет эту границу живым и физически ничего не почувствует.

В случае с черной дырой звездной массы (несколько масс Солнца) приливные силы разорвут наблюдателя задолго до пересечения горизонта.

Находясь точно на горизонте событий и обернувшись назад, человек все еще будет видеть внешнюю Вселенную, так как свет снаружи продолжает беспрепятственно падать внутрь черной дыры, догоняя наблюдателя. Однако по мере падения внешний мир для наблюдателя будет сжиматься все сильнее, превращаясь в экстремально яркое пятно.

© Arena/TheSpaceway
© Arena/TheSpaceway

Внутри горизонта событий

После пересечения горизонта событий вступают в силу радикальные изменения геометрии пространства-времени. Внутри черной дыры пространственные и временные координаты фактически меняются местами.

Направление к сингулярности (центру дыры) перестает быть просто точкой в пространстве — оно становится неизбежным будущим во времени. Любая попытка затормозить или повернуть назад обернется неудачей, так как физически это будет эквивалентно попытке переместиться в прошлое.

Обернувшись внутри горизонта событий, человек все еще будет видеть свет внешней Вселенной, падающий вслед за ним. Но здесь в дело вступает турбулентность самого пространства-времени, и яркое пятно искажается, смешиваясь с излучением, попавшим в дыру ранее. Наблюдатель начинает видеть прерывистые вспышки и лучи света, движущиеся по искаженным траекториям.

© Arena/TheSpaceway
© Arena/TheSpaceway

Существует интересная гипотеза: из-за бесконечного ускорения времени внешнего мира обернувшийся наблюдатель, падающий в черную дыру, мог бы стать свидетелем всей оставшейся истории Вселенной вплоть до ее тепловой смерти. Правда, свет внешнего мира был бы сильно смещен в красную сторону спектра и ослаблен.

Приближение к сингулярности

На финальном этапе, при приближении к сингулярности, гравитационный градиент возрастает до критических значений. Разница гравитационного притяжения, действующего на ноги и голову наблюдателя, станет настолько огромной, что тело начнет стремительно растягиваться по вертикали и сжиматься по горизонтали. В физике этот процесс называют спагеттификацией.

Перед тем как приливные силы разорвут наблюдателя на субатомные частицы, внешняя Вселенная сожмется в бесконечно малую точку света.

Описать визуальный опыт наблюдения по достижении сингулярности невозможно, потому что там наша физика просто перестает работать.

Самые большие кристаллы на Земле

36
Читалка

В апреле 2000 года два шахтера горнодобывающей и металлургической компании Peñoles — братья Хуан и Педро Санчес — бурили новый туннель на глубине около 300 метров под мексиканской пустыней Чиуауа.

"Пещера кристаллов" / © pinterest.com
"Пещера кристаллов" / © pinterest.com

Внезапно бур пробил стену, за которой оказалась просторная полость. Внутри, при температуре 58 °C и влажности воздуха под 100%, росли гигантские кристаллы — зрелище, поразившее даже видавших виды горняков.

Эти образования, о которых пойдет речь в статье, признаны крупнейшими природными кристаллами из когда-либо обнаруженных на Земле.

Параметры

Самый крупный из задокументированных кристаллов имеет длину 11,4 метра, диаметр около одного метра и вес примерно 55 тонн. Все кристаллы в этой пещере состоят из селенита — полупрозрачной разновидности гипса с характерным молочным оттенком. Форма — идеальные шестигранные призмы с острыми гранями.

© pinterest.com
© pinterest.com

Полость с кристаллами-гигантами, получившая название "Пещера кристаллов" (исп. Cueva de los Cristales), располагается в руднике Найка на территории мексиканского штата Чиуауа. До этого открытия рекорд принадлежал "Пещере мечей" (исп. Cueva de las Espadas) в том же штате. Она находится на глубине около 120 метров, а ее открытие состоялось в 1910 году. Длина обнаруженных там экземпляров варьируется от одного до двух метров.

Формирование

Под пещерой находится магматический очаг — остывающее тело расплавленной породы, которое нагревало подповерхностные воды, насыщенные ангидритом (безводной формой гипса), до высоких температур. Эта вода постепенно заполняла подземные полости, и около 600 000 лет назад ее температура стабилизировалась в диапазоне 58 °C.

Это критическое значение: выше этой температуры ангидрит растворяется, а ниже — образуется селенит. И вот раствор начал медленно остывать, что запустило механизм роста кристаллов со скоростью около 0,001 миллиметра в год. Изотопный анализ показал, что возраст находок в "Пещере кристаллов" составляет от полумиллиона до миллиона лет.

© fotoref.com
© fotoref.com

Примечательно, что в 1985 году компания Peñoles начала откачивать грунтовые воды из шахты. Уровень воды упал, пещеры осушились, и рост кристаллов остановился — но, как вы узнаете дальше, лишь на время.

Адские условия и находки

Температура в пещере составляет 58 °C, но в некоторых участках достигает 60 °C. Влажность — 90–100%. При такой комбинации факторов человеческий организм теряет способность охлаждаться через испарение пота. Без защитного костюма человек может находиться внутри не более десяти минут: затем наступает тепловой удар, потеря сознания и вечный покой.

Исследователи, работавшие в "Пещере кристаллов", использовали костюмы с ледяными жилетами и автономными системами охлаждения. Но даже в этом случае пребывание ограничивалось 30–40 минутами.

С 2000 по 2017 год пещеру посетили несколько международных научных экспедиций. Химический анализ показал высокую чистоту селенита и минимальное содержание примесей. Была подтверждена датировка кристаллов.

© nationalgeographic.com
© nationalgeographic.com

В жидких включениях внутри кристаллов были обнаружены живые микроорганизмы возрастом около 60 000 лет, захваченные растущими кристаллами из первичного раствора. Они находились в состоянии анабиоза, но, оказавшись в лабораторных условиях, пробудились и начали стремительно размножаться. Это открытие, важное для астробиологии, расширило научные представления о границах существования жизни в экстремальных условиях.

Текущий статус

В 2015 году компания Peñoles прекратила откачку воды из шахты, так как добыча руды стала нерентабельной. Из-за этого подповерхностные воды начали возвращаться и заполнять полости. В 2017 году "Пещера кристаллов" оказалась полностью затоплена, а ее уникальное содержимое вновь погрузилось в горячий минеральный раствор. Таким образом, теоретически возможно возобновление роста кристаллов.

Сегодня доступ к пещере закрыт, и нет планов по превращению ее в туристический объект. Однако сохранились фотографии, видеоматериалы, научные данные и несколько небольших образцов для музеев.

Крупнейшие самородки золота в истории

33
Читалка

Золото сопровождает человечество с незапамятных времен. Из него делали изысканные украшения, чеканили монеты, ради него снаряжали опасные экспедиции и развязывали беспощадные войны. Целые империи строились на золоте — и рушились, когда его запасы иссякали.

© Arena/TheSpaceway
© Arena/TheSpaceway

Обычно этот драгоценный металл добывают в виде мелких крупиц или тонких прожилок в породе. Но природа, как известно, любит преподносить сюрпризы: цельные глыбы весом в десятки килограммов — золотые самородки.

Большинство таких гигантов были обнаружены в XIX веке, в эпоху золотой лихорадки, представляющей собой массовую стихийную добычу золота. Некоторые из этих находок были переплавлены в безликие банковские слитки, а некоторые — дошли до наших дней.

"Рука судьбы" — гигант конца XX века

26 сентября 1980 года Кевин Хиллиер, копатель из австралийского поселка Кингауэр (штат Виктория), вышел с металлоискателем на прогулку по окрестностям. Для мужчины это было не просто хобби, а надежда найти что-то, способное поправить его непростое финансовое положение. И вот на глубине около 30 сантиметров детектор подал характерный сигнал. В итоге Хиллиер выкопал самородок весом 27,2 килограмма и размером 47 × 20 сантиметров.

Находка, получившая название "Рука Судьбы" (англ. Hand of Faith), до сих пор удерживает статус крупнейшего золотого самородка, обнаруженного с помощью металлоискателя.

Хиллиер продал самородок за 1,1 миллиона австралийских долларов (примерно 1,3 миллиона долларов США) казино Golden Nugget в Лас-Вегасе, где он выставлен по сей день в стеклянной витрине у главного входа.

Золотой самородок "Рука судьбы", выставленный в казино Golden Nugget, Лас-Вегас / © attractiontickets.com
Золотой самородок "Рука судьбы", выставленный в казино Golden Nugget, Лас-Вегас / © attractiontickets.com

Почему государство не изъяло находку? У Хиллиера была действующая лицензия старателя, а по местным законам все, что найдено на государственной земле вне археологических зон, полностью принадлежит нашедшему.

Так "Рука Судьбы" помогла Хиллиеру обеспечить безбедное существование своей семьи.

"Большой треугольник" — гигант Российской империи

26 октября 1842 года крепостной Никифор Сюткин обнаружил на Царево-Александровском прииске (близ города Миасс на Южном Урале) самородок весом 36,2 килограмма, получивший название "Большой треугольник".

Золотой самородок "Большой треугольник" / © chelmuseum.ru
Золотой самородок "Большой треугольник" / © chelmuseum.ru

Форма самородка действительно напоминает неправильный треугольник. Его размеры — 39 × 28 сантиметров, содержание чистого золота — около 91%.

"Большой треугольник" не был переплавлен. По распоряжению правительства Российской империи его сохранили как уникальный природный объект. Сегодня он находится в Алмазном фонде Московского Кремля и является крупнейшим сохранившимся золотым самородком в России.

Для Сюткина находка обернулась вознаграждением в 1 266 рублей — значительная сумма для крепостного (выкуп из крепостной зависимости стоил 200-300 рублей), но ничтожная в сравнении с реальной стоимостью самородка. Впрочем, это была обычная практика: недра принадлежали государству или владельцу земли, а тот, кто нашел золото, не имел на него прав.

"Желанный самородок" — предшественник рекорда

9 июня 1858 года в Балларате (штат Виктория, Австралия) был обнаружен самородок весом около 69 килограммов, получивший название "Желанный самородок" (англ. Welcome Nugget).

"Желанный самородок", найденный девятью шахтерами / © kresenkernow.org
"Желанный самородок", найденный девятью шахтерами / © kresenkernow.org

Находку сделали в шахте Red Hill на глубине примерно 55 метров. На тот момент это был крупнейший самородок в мире, и весть о нем спровоцировала лавину: тысячи людей, распродав имущество и закупившись инструментами, ринулись в Австралию в уверенности, что их ждет такая же удача. Позже этот феномен опишут фразой "во время золотой лихорадки выгоднее продавать лопаты, чем копать золото".

Сам "Желанный самородок" ненадолго выставили на всеобщее обозрение, а после отправили в Лондон, где он экспонировался на Всемирной выставке 1862 года. Затем его постигла обычная участь — переплавка.

"Желанный незнакомец" — абсолютный рекорд

5 февраля 1869 года два старателя — Джон Дисон и Ричард Оутс — обнаружили в окрестностях поселка Молиагул (штат Виктория, Австралия) самородок, который считается крупнейшим в истории.

Находка была сделана при обстоятельствах, в которые трудно поверить: Дисон и Оутс ехали с прииска на повозке, когда ее колесо увязло в грязи. Исправить ситуацию вызвался Дисон. Пытаясь вытащить колесо, мужчина заметил знакомый блеск у корней старого дерева. Копнув рукой, он увидел кусок золота, но это была лишь верхушка айсберга.

Вооружившись лопатами, Дисон и Оутс начали копать и вскоре достали похожий на плиту самородок размером 61 × 31 сантиметр и весом 78,4 килограмма, из которых примерно 71 килограмм приходился на чистое золото. Самородок получил название "Желанный незнакомец" (англ. Welcome Stranger).

Ричард Оутс и Джон Дисон с женами, детьми и коллегами-старателями позируют с крупнейшим в мире золотым самородком "Желанный незнакомец" / © William Parker
Ричард Оутс и Джон Дисон с женами, детьми и коллегами-старателями позируют с крупнейшим в мире золотым самородком "Желанный незнакомец" / © William Parker

Золотую глыбу разделили на несколько частей, переплавили в слитки и продали. Стоимость сделки составила около 10 000 фунтов стерлингов — примерно 1,83 миллиона долларов по нынешнему курсу.

Интересный факт: Дисон и Оутс находились в глубочайшей нищете — за несколько дней до находки они пытались взять у местного бакалейщика кредит на покупку мешка муки, но им отказали. "Желанный незнакомец" мгновенно превратил нуждающихся в богачей.

Самые опасные озера на Земле

30
Читалка

Это произошло в ночь с 21 на 22 августа 1986 года. Жители деревень вокруг озера Ньос в Камеруне (Африка), как обычно, легли спать, но утром не проснулись 1 746 человек.

Вид на озеро Ньос в 1986 году / © Jack Lockwood, USGS
Вид на озеро Ньос в 1986 году / © Jack Lockwood, USGS

Причиной тому стало невидимое облако углекислого газа, которое вырвалось из озера и, будучи тяжелее воздуха, "стекло" вниз по склонам в долины, где находилось несколько деревень. За ночь оно погубило практически всю фауну в низинах на расстоянии до 25 километров от озера.

Это, определенно, была одна из самых странных природных катастроф в истории.

Что такое озеро Ньос

Озеро Ньос расположено на северо-западе Камеруна, в кратере потухшего вулкана на высоте 1 091 метр над уровнем моря. Это небольшое озеро — около двух километров в длину и 1,2 километра в ширину. Максимальная глубина — 210 метров.

До катастрофы озеро было одним из ключевых источников пресной воды, которая использовалась для питья и в сельскохозяйственных целях. Кроме того, в водоеме водилось большое количество рыбы, регулярный вылов которой удовлетворял значительную часть продовольственных нужд. Озеро фактически обеспечивало людей базовыми ресурсами для жизни, поэтому вблизи него и строились деревни.

Под самим озером находится магматический очаг — остатки древней вулканической активности. Магма выделяет углекислый газ (CO2), который просачивается сквозь трещины в земной коре и растворяется в воде озера. На глубине, под давлением толщи воды, CO2 накапливается в огромных количествах. Тропический климат мешает естественному перемешиванию воды, поэтому верхний теплый слой работает как "пробка", удерживая холодную, перенасыщенную газом воду на глубине.

Роковая ночь

Вечером 21 августа 1986 года что-то нарушило равновесие. Возможно, это был обвал скалы, подводный оползень или просто перенасыщение нижних слоев воды газом. Но холодная вода с глубины резко поднялась к поверхности. Давление упало, и растворенный углекислый газ мгновенно начал переходить из растворенного состояния в газообразное — как при открытии бутылки газировки, только в масштабах озера.

Озеро Ньос после лимнологической катастрофы. Полупанорамный снимок, составленный из двух фотографий, сделанных 29 августа 1986 года / © U.S. Geological Survey
Озеро Ньос после лимнологической катастрофы. Полупанорамный снимок, составленный из двух фотографий, сделанных 29 августа 1986 года / © U.S. Geological Survey

За считанные минуты из озера вырвалось около 1,2 кубических километра CO2. Этот газ почти в 1,5 раза тяжелее воздуха, поэтому он не рассеялся, а под действием силы тяжести "потек" вниз по склонам как невидимая река, заполняя долины и низины. Облако двигалось со скоростью до 50 километров в час, вытесняя кислород.

Всего вокруг озера проживало около 4 000 человек. Жители низменностей засыпали и больше не просыпались — к праотцам отправились 1 746 человек. Еще 845 человек серьезно отравились и/или получили повреждения дыхательных путей, но выжили. Кроме того, были потеряны 3 500 голов скота, а озеро, откуда вылавливали рыбу для пропитания, стало практически безжизненным — гарантированный голод для выживших без помощи извне.

Почему это произошло именно там

Озеро Ньос — редкий, но не уникальный случай. Такие озера называют лимнологическими бомбами. Для их формирования необходимо соблюдение трех условий:

  • Во-первых, озеро должно находиться в вулканической зоне, где из глубин поступает углекислый газ.
  • Во-вторых, озеро должно быть глубоким и стратифицированным — то есть слои воды не перемешиваются из-за разницы температур и плотности.
  • В-третьих, климат должен быть стабильным, без сильных ветров и температурных колебаний, которые могли бы перемешивать воду.

Ньос идеально подходил под все условия. Глубина, вулканический источник CO2, тропический климат без штормов — все это создало идеальные условиях для формирования "газовой ловушки".

Есть ли другие подобные озера?

Да, и не одно.

Озеро Монун, также в Камеруне, всего в 95 километрах от Ньос. Его размеры составляют 1,6 × 0,7 километра, а максимальная глубина — 99 метров. 15 августа 1984 года Монун высвободило углекислый газ, погубив 37 человек.

Озеро Монун, Западный регион Камеруна / © Prosper Mekem
Озеро Монун, Западный регион Камеруна / © Prosper Mekem

Однако тогда на это событие почти никто не обратил внимания — слишком "скромный" масштаб катастрофы, которая на самом деле была грозным предупреждением.

Озеро Киву находится на границе Руанды и Демократической Республики Конго. На его побережье проживает более двух миллионов человек. Оно гораздо крупнее озера Ньос. Его размеры составляют 89 × 48 километров, а максимальная глубина — 496 метров. По оценкам экспертов, в его недрах растворено около 300 кубических километров CO2 и 65 кубических километров метана (CH4).

Вид на озеро Киву с острова Иджви / © Reshlove
Вид на озеро Киву с острова Иджви / © Reshlove

Есть также потенциально опасные озера в Италии (вулканические озера Лацио), в Индонезии и на Камчатке. Все они находятся в вулканических зонах и могут накапливать CO2. Однако ни одно из них не идет ни в какое сравнение с трио самых опасных озер, которые расположились на территории африканского континента.

Горький опыт

Наученные инцидентом с озером Ньос, ученые нашли простой, но эффективный способ обезопасить Ньос, Монун и Киву: дегазация.

Эксперимент начали на озере Ньос в 2001 году, установив вертикальную трубу, которая достигает дна. Насос поднимает насыщенную газом воду с глубины на поверхность. Там давление падает, и CO2 выходит контролируемо, образуя фонтан высотой до 50 метров. Процесс идет непрерывно. К 2011 году установили три такие трубы, которые эффективно снижают концентрацию газа в озере. Однако если система выйдет из строя, то накопление газа возобновится.

Дегазация вод озера Ньос, 2006 год. Кстати, в озеро была искусственно запущена рыба / © Bill Evans, U.S. Geological Survey
Дегазация вод озера Ньос, 2006 год. Кстати, в озеро была искусственно запущена рыба / © Bill Evans, U.S. Geological Survey

На озере Монун также установлена дегазационная система. А вот Киву пока не оснащено полноценной защитой из-за огромных размеров и высокой стоимости такого проекта. Однако озеро находится под непрерывным наблюдением. Но если здесь начнет разворачиваться "ньосовский сценарий", то я с трудом представляю себе эвакуацию двух миллионов человек за несколько минут.

Ученые предупреждают, что Киву — бомба замедленного действия. Если в регионе произойдет сильное землетрясение, то это непременно приведет к выбросу газа и последствиям, в сравнении с которыми событие у озера Ньос будет выглядеть как безобидная шалость природы.

Читайте также:

Самая высокая температура, достигнутая человеком

30
Читалка

В августе 2012 года физики Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН) разогрели материю до невообразимых 5,5 триллиона градусов — это высочайшая температура, когда-либо достигнутая в лабораторных условиях.

© Arena/TheSpaceway
© Arena/TheSpaceway

Для сравнения: температура в центре нашего Солнца — "всего" 15 миллионов градусов. Ученым удалось превзойти этот показатель почти в 367 000 раз.

Как это сделали

Рекордная температура была достигнута в Большом адронном коллайдере (БАК) — крупнейшем ускорителе частиц в мире, расположенном на границе Швейцарии и Франции. БАК представляет собой кольцевой туннель длиной 27 километров, проложенный на глубине 100 метров под землей.

В рамках эксперимента 2012 года физики разгоняли ядра свинца до скорости, близкой к скорости света, после чего сталкивали их "лоб в лоб". В результате на мгновение возникали условия, которые, согласно теоретическим моделям, существовали во Вселенной через несколько микросекунд после Большого взрыва.

В ходе таких манипуляций материя переходит в особое состояние — кварк-глюонную плазму. Это не твердое тело, не жидкость, не газ. Это состояние, в котором протоны и нейтроны распадаются на составляющие их кварки и глюоны, свободно движущиеся в мегагорячей "супе".

В обычных условиях кварки заперты внутри протонов и нейтронов из-за сильного взаимодействия — одной из фундаментальных сил природы. Но при экстремальных температурах это взаимодействие ослабевает, и кварки освобождаются.

Зачем это нужно

На фоне этого достижения меркнет не только Солнце, но и самые массивные звезды, недра которых разогреваются до трех миллиардов градусов, а также ядра звезд во время вспышки сверхновой, температура которых подскакивает до 100 миллиардов градусов. Температура, достигнутая на БАК, — это не просто рекорд, а возможность изучать процессы, которые ни при каких других условиях нельзя наблюдать в нашей Вселенной.

Цель экспериментов в БАК — понять, как устроена материя на фундаментальном уровне и как родилась Вселенная.

© Arena/TheSpaceway
© Arena/TheSpaceway

Сразу после Большого взрыва (примерно 13,8 миллиарда лет назад) Вселенная была невероятно горячей и плотной. В первые микросекунды она представляла собой кварк-глюонную плазму. Затем, по мере расширения и остывания, кварки объединились в протоны и нейтроны, из которых позже сформировались атомы.

Воссоздавая условия ранней Вселенной в лаборатории, физики изучают поведение кварк-глюонной плазмы, взаимодействие кварков и глюонов при экстремальных температурах, переходы материи из одного состояния в другое. Это позволяет уточнять наши теоретические модели и проверять всевозможные гипотезы.

Сегодня одна из главных нерешенных загадок космологии — почему материя победила антиматерию. После зарождения Вселенной их должно было быть поровну, но сейчас антиматерии практически нет. Эксперименты такого рода приближают нас к ответу.

Мгновение на наблюдения

Рекордная температура существует ничтожно короткое время — порядка 10⁻²³ секунды. Это время, за которое свет проходит расстояние меньше диаметра протона.

Затем кварк-глюонная плазма остывает и обратно "собирается" в обычные частицы — протоны, нейтроны, мезоны. Этот удивительный процесс называется адронизацией. Детекторы БАК фиксируют следы этих частиц, и по ним физики буквально реконструируют события, происходившие в момент столкновения.

© cienciasplanetarias.com
© cienciasplanetarias.com

Энергия, выделяемая в ходе одного такого столкновения, ничтожна — примерно как энергия летящего комара. Но эта энергия сосредоточена в объеме размером с атомное ядро (10⁻¹⁵ метра), тогда как комар состоит из пяти квинтиллионов атомов. Именно поэтому температура достигает столь запредельных значений.

Почему это безопасно

Казалось бы, температура в триллионы градусов должна испепелить все вокруг. Но этого не происходит по двум причинам:

  • Во-первых, количество материи ничтожно. Столкновение происходит между парой атомных ядер — это несколько сотен протонов и нейтронов. Их общая масса — 10⁻²⁴ грамма. Да, энергия столкновения огромна, но ее носитель — микроскопический.
  • Во-вторых, время существования кварк-глюонной плазмы составляет 10⁻²³ секунды, так что она просто не успевает передать тепло окружающим материалам.

Предшественник рекорда и планы

До БАК температурные рекорды принадлежали Релятивистскому коллайдеру тяжелых ионов (RHIC) в Брукхейвенской национальной лаборатории, США. В 2005 году там впервые получили кварк-глюонную плазму при температуре около четырех триллионов градусов.

Именно тогда ученые впервые доказали, что кварк-глюонную плазму можно создать в лабораторных условиях. Но БАК, работающий на более высоких энергиях, превзошел этот результат.

Но физики не собираются останавливаться на достигнутом. ЦЕРН развернул масштабную программу High-Luminosity LHC по модернизации Большого адронного коллайдера, которая должна завершиться к концу 2020-х годов. Цель — увеличить количество столкновений в пять-десять раз. Это позволит не только достигать более высоких температур, но и собирать больше данных, которые пока ускользают от детекторов.

Кроме того, ЦЕРН работает над концепцией Future Circular Collider, предусматривающей строительство 100-километрового ускорителя. Когда его введут в эксплуатацию (по плану к 2040-м годам), энергия столкновений вырастет в семь-десять раз. Это означает, что появится возможность достигать температуры в десятки триллионов градусов, а значит еще сильнее приблизиться к условиям самых первых мгновений Большого взрыва.

Художественная визуализация туннеля будущего протон-протонного коллайдера Future Circular Collider / © CERN
Художественная визуализация туннеля будущего протон-протонного коллайдера Future Circular Collider / © CERN

Китай также планирует построить свой гигантский ускоритель CEPC-SPPC — сначала для электронов и позитронов, затем для протонов. К возведению приступят в 2030 году, а сбор данных начнут в 2040 году. Поднебесная не скрывает амбиций обогнать ЦЕРН и достичь энергий, недоступных БАК.

В мире также разрабатываются концепции плазменных и лазерных ускорителей, которые позволят достигать сопоставимых энергий без необходимости строить многокилометровые установки.

Есть ли предел?

Теоретически существует планковская температура — 1,4 × 10³² K. Это абсолютный предел, при достижении которого современная физика просто "перестает работать". На этом рубеже гравитация становится* сравнимой с другими фундаментальными силами, пространство-время начинает "кипеть" квантовыми флуктуациями.

*Считается, что при достижении планковской температуры интенсивности всех четырех взаимодействий (ядерное, электромагнитное, слабое и гравитационное) выравниваются. Они становятся неразличимы и, предположительно, сливаются в одну единую силу.

Планковская температура существовала только в первое мгновение Большого взрыва — 10⁻⁴³ секунды после него. С тех пор ничто во Вселенной не достигало таких значений.

Учитывая действующий рекорд, до планковской температуры нам еще очень далеко — разница как между атомом и галактикой. Однако достичь ее в лабораторных условиях невозможно: чтобы разогреть хотя бы микроскопический объем материи до этого предела, потребовалась бы энергия, превышающая энергию всех звезд в наблюдаемой Вселенной.

Читайте также:

Самые яркие объекты во Вселенной

32
Читалка

Квазары — ярчайшие объекты из всех, что доводилось наблюдать человечеству. Яркость одного такого объекта может превосходить яркость Солнца в триллион раз — он светит ярче целой галактики с миллиардами звезд. Эти космические маяки, находящиеся на расстоянии в миллиарды световых лет от Земли, позволяют астрономам заглянуть в очень далекое прошлое Вселенной.

Квазар 3C 273, расположенный на расстоянии около 2,5 миллиарда световых лет. Изображение от космического телескопа "Хаббл" / © NASA/ESA
Квазар 3C 273, расположенный на расстоянии около 2,5 миллиарда световых лет. Изображение от космического телескопа "Хаббл" / © NASA/ESA

Но что представляют собой квазары и какие силы обеспечивают им столь невероятную яркость? Давайте разбираться.

Что такое квазар?

Слово "квазар" — сокращение от "квазизвездный радиоисточник". Первый объект такого рода, выглядевший как точечный источник света, похожий на яркую звезду, был обнаружен в 1960 году астрономами Алланом Сэндиджем и Томасом Мэтьюзом. Однако от типичного светила его отличало огромное количество энергии, излучаемой в радиодиапазоне. Несмотря на это, находка, получившая обозначение 3C 48, долгое время рассматривалась как "нетипичная звезда".

Сегодня мы знаем, что 3C 48 и подобные ему объекты — это квазары, представляющие собой активные ядра галактик, в центре которых находятся сверхмассивные черные дыры массой от нескольких миллионов до миллиардов солнечных масс. Такая черная дыра с лютой жадностью пожирает огромное количество материи, которая ее окружает — газ, пыль, целые звезды — и в ходе этого процесса генерирует колоссальное количество энергии.

Не секрет, что сама черная дыра не способна быть источником света — все, что падает за горизонт событий, не способно вырваться наружу. Но материя, устремляющаяся к черной дыре, разогревается до миллионов градусов, образуя вокруг нее светящийся аккреционный диск. Именно этот диск и джеты (струи вещества, выбрасываемые вдоль оси вращения черной дыры со скоростью, близкой к скорости света) обеспечивают запредельную яркость квазара.

Квазар 3C 273 и его релятивистский джет, отмеченный желтым / © NASA/ESA/TheSpaceway
Квазар 3C 273 и его релятивистский джет, отмеченный желтым / © NASA/ESA/TheSpaceway

Масштаб яркости

Для сравнения, светимость Солнца около 3,8 × 10^26 ватт. По земным меркам это, конечно, впечатляющий показатель, но в масштабах космоса — капля в море.

Типичный квазар излучает энергию на уровне 10^40–10^41 ватт и светит ярче, чем вся наша галактика Млечный Путь, в которой может быть более 400 миллиардов звезд.

Просто представьте: объект размером с Солнечную систему (аккреционный диск квазара имеет диаметр в несколько световых дней или недель) светит ярче, чем галактика диаметром в 100 000 световых лет с сотнями миллиардов звезд.

Как работает квазар

Сверхмассивная черная дыра, по сути являющаяся сердцем квазара, поглощает материю с невероятной скоростью — в среднем несколько солнечных масс в год. Падающее вещество закручивается в аккреционный диск, где частицы сталкиваются, трутся друг о друга, разгоняются до релятивистских (околосветовых) скоростей.

Трение и сжатие разогревают диск до 10-100 миллионов градусов, из-за чего материя начинает излучать в рентгеновском и ультрафиолетовом диапазонах, то есть в одних из самых энергетичных форм света.

Примечательно, что не вся материя попадает в черную дыру — часть выбрасывается вдоль ее магнитных полюсов в виде релятивистских джетов — узких струй плазмы, способных двигаться со скоростью 99,999<...>% скорости света. При этом протяженность джетов может составлять миллионы световых лет, что позволяет наблюдать их далеко за пределами родительской галактики.

Если джет направлен в сторону наблюдателя, квазар кажется еще ярче из-за релятивистского усиления — эффекта, при котором излучение от объекта, движущегося почти со скоростью света, фокусируется в узкий конус.

Рекордсмен среди квазаров

Самый яркий из известных квазаров — QSO J0529−4351, идентифицированный* в 2024 году. Его светимость превышает светимость Солнца в 500 триллионов раз!

Квазар J0529-4351 и его окрестности на изображении, полученном в рамках обзора неба VST (VLT Survey Telescope) Европейской Южной обсерватории / © ESO/VST
Квазар J0529-4351 и его окрестности на изображении, полученном в рамках обзора неба VST (VLT Survey Telescope) Европейской Южной обсерватории / © ESO/VST

*На самом деле объект оказался в данных наблюдений еще в 1980 году. Однако его десятилетиями считали просто звездой.

QSO J0529−4351 находится на расстоянии около 12 миллиардов световых лет от нас, а значит свет от него, который мы видим сегодня, был испущен, когда возраст Вселенной составлял примерно 1,8 миллиарда лет — она была еще совсем юной.

В центре этого квазара находится сверхмассивная черная дыра массой около 17–20 миллиардов масс Солнца. И эта черная дыра — одна из наиболее быстрорастущих в известной Вселенной. Каждый день она поглощает около одной солнечной массы.

Есть ли квазары рядом с нами?

Абсолютно все известные квазары удалены на миллиарды световых лет от нас. В близлежащих галактиках их нет. Почему?

Потому что квазары существовали исключительно в молодой Вселенной, когда галактики были переполнены газом и пылью — топливом для сверхмассивных черных дыр. В те времена черные дыры активно питались, стабилизируя свои галактики и интенсивно светясь.

Со временем сверхмассивные черные дыры расчистили свои окрестности — поглотили все до чего позволяло "дотянуться" гравитационное поле — и перешли в "спящий режим". То есть сверхмассивные черные дыры никуда не делись, они продолжают пребывать в центрах всех крупных галактик, включая Млечный Путь, — но они больше не светятся** как квазары, потому что нет для этого ресурсов.

**И все же в центрах некоторых галактик есть активные черные дыры. Однако в сравнении с квазарами они светятся крайне тускло, потому что вокруг уже нет такого количества "свободной" материи.

Квазары и судьба галактик

Энергия, выделяемая квазаром, настолько велика, что способна остановить звездообразование в родительской галактике.

Связано это с тем, что джеты и мощное излучение нагревают окружающий газ и часть его выбрасывают из галактики, лишая ее ключевого материала для формирования новых звезд. Это подтверждают наблюдения: в наиболее массивных галактиках практически прекратилось звездообразование.

Квазар PKS 1127-145 в рентгеновском диапазоне. Изображение от космической обсерватории "Чандра" / © NASA/CXC
Квазар PKS 1127-145 в рентгеновском диапазоне. Изображение от космической обсерватории "Чандра" / © NASA/CXC

Интересное наблюдение: в нашей Галактике каждый год рождается всего около 2-3 новых звезд, что является очень низким показателем. Можно предположить, что Стрелец А*, сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Пути, в свое время питала квазар, который "выжег" львиную долю газа.

Квазары — это одновременно разрушители и созидатели. Они отвечали за рост галактик и распределение материи в ранней Вселенной, формируя ее структуру.

Эра квазаров закончилась миллиарды лет назад. Однако свет, испущенный ими, все еще продолжает свое путешествие по просторам Вселенной, рассказывая о том, каким было это таинственное мироздание в самом начале своей истории.

Читайте также: