Метка: спросите итана

Спросите Итана: как будет выглядеть наша первая прямая фотография землеподобной экзопланеты?


Фото земли, полученное камерой DSCOVR-EPIC, и оно же, ухудшенное до разрешения 3х3 пикселя – примерно в таком виде исследователи будущего увидят экзопланеты

За последнее десятилетия, в основном благодаря миссии Кеплер, наши знания касательно планет других звёздных систем чрезвычайно сильно увеличились. От всего нескольких миров – в основном массивных, с быстрыми, внутренними орбитами, вращающихся вокруг звёзд с небольшой массой – к буквально тысячам планет совершенно разных размеров. Теперь мы знаем, что миры размером с Землю и чуть побольше встречаются чрезвычайно часто. Обсерватории из следующего поколения, которые появятся как в космосе (например, телескоп Джеймса Уэбба), так и на земле (ГМТ и ELT), смогут напрямую сфотографировать ближайшие из этих миров. Как же они будут выглядеть? Об этом спрашивает наш читатель:

Какого рода разрешение можно ожидать от этих фото? Несколько пикселей, или видимость каких-нибудь подробностей?

Сами по себе фотографии не будут очень впечатляющими. Однако из них мы сможем узнать всё, о чём можно мечтать (в разумных пределах).
(далее…)

Спросите Итана: почему мы не чувствуем, как Земля летит сквозь космос?


Отправляющийся на Меркурий космический аппарат “Мессенджер” смог сделать несколько потрясающе красивых фотографий Земли, закладывая гравитационную петлю вокруг своей родной планеты 2 августа 2005 года. Несколько сотен изображений, сделанных широкоугольной камерой двойной системы получения изображений корабля (MDIS) были соединены в фильм

Наша планета – не неподвижное место, которое мы ощущаем под ногами, а тело, движущееся по невероятно сложному маршруту по Вселенной. Мы вращаемся вокруг своей оси каждые 24 часа, вращаемся вокруг Солнца раз в год, при этом вся Солнечная система вращается со скоростью 220 км/с вокруг центра Млечного пути, который ускоряется в направлении Андромеды в местной группе галактик, которая двигается относительно остаточного излучения Большого взрыва. Очень насыщенное космическое движение! Но при этом мы его совсем не чувствуем. Это беспокоит многих людей, включая читательницу, которая спрашивает:

Мне очень нужна ваша помощь! Пожалуйста, помогите мне объяснить моему мужу, почему мы не чувствуем, как Земля летит сквозь космос?

Есть простая причина, по которой мы не ощущаем этого движения телом, однако она не будет интуитивно понятной всем, привыкшим ощущать мир, живя на поверхности Земли.
(далее…)

Спросите Итана: если свет сжимается и расширяется вместе с пространством, как мы можем засечь гравитационные волны?


Вид с воздуха на детектор гравитационных волн Virgo, расположенный в муниципалитете Кашина близ города Пиза в Италии. Virgo – это гигантский лазерный интерферометр Майкельсона с плечами длиной по 3 км, дополняющий два одинаковых детектора LIGO длиной по 4 км.

За последние три года у человечества появился новый тип астрономии, отличающийся от традиционных. Для изучения Вселенной мы уже не просто ловим свет телескопом или нейтрино при помощи огромных детекторов. Кроме этого, мы также впервые можем видеть рябь, присущую самому пространству: гравитационные волны. Детекторы LIGO, которые теперь дополняет Virgo, и скоро будут дополнять ещё KAGRA и LIGO India, обладают чрезвычайно длинными плечами, которые расширяются и сжимаются при проходе гравитационных волн, выдавая обнаруживаемый сигнал. Но как это работает? Наш читатель спрашивает:

Если длины волн света растягиваются и сжимаются вместе с самим пространством-временем, как LIGO может обнаружить гравитационные волны? Они ведь расширяют и сжимают два плеча детектора, поэтому волны внутри них тоже должны расширяться и сжиматься. Разве укладывающееся в плечо количество длин волн не будет оставаться постоянным, в результате чего интерференционная картина не будет меняться, и волны будет нельзя засечь?

Это один из самых распространённых парадоксов, которые представляют себе люди, размышляющие о гравитационных волнах. Давайте разберёмся и найдём ему решение!
(далее…)

Спросите Итана: когда появились тёмная материя и тёмная энергия?


Теоретически мы хорошо знаем всю нашу космическую историю – но только качественно. Только подтверждая и открывая при помощи наблюдений различные этапы прошлого нашей Вселенной, которые должны были происходить, мы по-настоящему начинаем понимать нашу Вселенную. У происхождения тёмной материи и тёмной энергии есть ограничения по времени, однако точный момент их появления неизвестен.

Одна из наиболее загадочных тайн Вселенной звучит просто – “куда всё подевалось?” Всё, что мы видим, находим, или всё то, что взаимодействует с нами, состоит из частиц, перечисленных в Стандартной модели, включая фотоны, нейтрино, электроны, а также строительные блоки наших атомов – кварки и глюоны. Однако при изучении космического океана мы обнаруживаем, что всё это составляет лишь 5% от общей энергии Вселенной – всего остального мы не видим. Мы называем недостающие компоненты тёмной энергией (ТЭ) (68%) и тёмной материей (ТМ) (27%), но мы не знаем, что они такое. Знаем ли мы, когда они появились? Такой вопрос задаёт наш читатель:

Сегодня нормальная материя составляет всего 4,9%, а всё остальное занято тёмной энергией и тёмной материей. А откуда они взялись?

Давайте выяснять.
(далее…)

Спросите Итана: почему первые звёзды гораздо крупнее даже самых больших сегодняшних?


Представление художника о том, как могла выглядеть Вселенная, где впервые формировались звёзды. Звёзды могут набирать сотни и даже тысячи солнечных масс, что может привести к относительно быстрому появлению чёрной дыры с такой массой, которой обладают известные нам первые квазары.

Если разместить в одном месте достаточно массы, дать гравитации достаточно времени для того, чтобы она сжалась и организовала коллапс, в итоге обязательно получится звезда. Если собрать вместе достаточно большое облако материи, получится большое звёздное скопление, с большим разнообразием масс, цветов и температур. Однако заглядывая в самые ранние времена, мы склонны ожидать, что большая часть тогдашних звёзд будет гораздо больше и массивнее сегодняшних. Почему? Именно это хочет узнать наш читатель:

Не понимаю, почему металличность звёзд влияет на их размер. Я спрашиваю, потому что в одной из ваших статей вы писали, что в начале развития Вселенной могли существовать звёзды массой почти в 1000 раз больше солнечной, поскольку они на 100% состояли из водорода и гелия.

Довольно сложно принять эту теорию, поскольку за это время изменился только состав элементов, из которых состоят звёзды.
(далее…)

Спросите Итана: на самом ли деле пространство-время похоже на ткань?


В Ньютоновской картине гравитации пространство и время – абсолютные, фиксированные значения, а в Эйнштейновской картине, пространство-время – единая, объединённая структура, в которой неразрывно переплелись три пространственных и одно временное измерение

Гравитация, возможно, была первым фундаментальным взаимодействием из открытых, но, во многих отношениях остаётся в наименьшей степени понятой. Мы знаем, что она всегда притягивает, и что две любых массы во Вселенной, вне зависимости от их расположения, будут испытывать её воздействие. Когда Эйнштейн придумал свою Общую теорию относительности, одним из её прорывов было признание того, что пространство и время комбинируются в одну сущность: пространство-время. Другим было то, что присутствие материи и энергии искривляет саму ткань пространства-времени, и что искривлённое пространство-время, в свою очередь, диктует, как двигаться материи. Но точна ли эта картина? Наш читатель настроен скептически:

Мне бы хотелось, чтобы кто-нибудь, наконец, признал и согласился, что демонстрация шаров на простыне не даёт достоверного объяснения реальности.

Я спокойно признаю и соглашаюсь с этим. Сколько бы ни было изображений изогнутых простыней или координатных систем, они не совсем точно отражают населяемую нами реальность.
(далее…)

Спросите Итана: можем ли мы отправить миссию типа Кассини к Урану или Нептуну?


Вояджер-2 пролетел мимо Урана (справа) и Нептуна (слева), открыв нам их свойства, цвета, атмосферы и системы колец. У обеих планет нашлись кольца, много интересных лун, и атмосферные, а также поверхностные явления, которые только и ждут наших расследований.

Наблюдая с нашего местоположения в Солнечной системе за далёкими уголками Вселенной при помощи мощных наземных и космических обсерваторий, мы увидели и узнали столько всего, сколько никогда не мечтали. Однако всё ещё не придумано замены реальному путешествию к далёким местам – этому нас научили наши специальные миссии, отправленные к различным планетам. И, несмотря на все ресурсы, потраченные на изучение планет, к Урану и Нептуну летала всего одна миссия: Вояджер-2. Каковы наши перспективы на запуск орбитальной станции к этим внешним мирам? Это хочет узнать наш читатель, который спрашивает:

Приближается окно, во время которого можно отправить космический корабль к Урану и Нептуну с использованием Юпитера в качестве гравитационного ускорителя. Каковы ограничения на использование этого ускорения, но с необходимостью притормозить, чтобы выйти на орбиты вокруг наших “ледяных гигантов”?

Давайте посмотрим.
(далее…)

Спросите Итана: откуда берётся “энергия” в тёмной энергии?


Чем дальше мы заглядываем, тем ближе то, что мы видим, оказывается к Большому взрыву. Текущий рекордсмен среди квазаров виден нам таким, каким он был, когда Вселенной было всего 690 млн лет. А ещё эти сверхдальние космологические зонды показывают нам Вселенную, в которой содержится тёмная материя и тёмная энергия, но не объясняют, откуда эта энергия берётся.

Если ваша вселенная заполнена всяческим материалом – будь то атомы, тёмная материя, излучение, нейтрино или что-то ещё – её практически невозможно сохранять в статичном состоянии. Ткань такой вселенной, по крайней мере, судя по Общей теории относительности, на крупных масштабах обязана либо расширяться, либо сжиматься. Но если вселенная заполнена тёмной энергией, как это, судя по всему, есть у нас, то происходит нечто ещё более странное: общее количество энергии, содержащейся внутри наблюдаемой нами Вселенной, со временем увеличивается, и конца этому не видно. Не нарушает ли это закон сохранения энергии? Именно об этом спрашивает наш читатель:

Общая энергия Вселенной увеличивается, поскольку энергия, присущая пространству-времени, постоянна, а Вселенная расширяется. Получается, что для создания дополнительного кубического километра пространства-времени требуется определённое количество энергии, ни больше, ни меньше. Эта энергия должна откуда-то браться. Во всех остальных случаях, известных нам, энергия (включая материю посредством E = mc2) не может появляться ниоткуда. Получается, что что-то отдаёт энергию нашей Вселенной, что заставляет её расширяться. Остановится ли этот процесс?

Но реальная научная истина по поводу всего происходящего гораздо более неприятна, чем вы могли бы себе представить.
(далее…)

Спросите Итана: в каких фильмах правильно показаны путешествия во времени?


Поезд “Жюль Верн” из третьей части “Назад в будущее”. Возможно, Эйнштейн представлял себе совсем не это, когда формулировал свои мысленные эксперименты, связанные с теорией относительности, но степень научности всё же оценить можно.

То, как мы путешествуем во времени, со скоростью одна секунда за секунду, настолько скучно, что мы принимаем это, как само собой разумеющееся. Однако, согласно Эйнштейновской теории относительности, мы можем путешествовать во времени не только с разными скоростями (если увеличим скорость до величин, близких к скорости света), но и в разных направлениях, вперёд или назад, построив мост между двумя не связанными между собой местами пространства-времени. Путешествия во времени, вперёд или назад, давно уже были одним из лейтмотивов для нашего воображения и рассказов; кому не хотелось бы изучать неизвестное будущее или вернуться во времени, чтобы исправить прошлые ошибки? Однако сочинить корректную с научной точки зрения историю – это совершенно другая задача. Какие фильмы справились с этим лучше всего? Это и хочет узнать наш читатель:

Я – большой любитель фильмов про путешествия во времени (как бы их ни объясняли). Какие из фильмов лучше и точнее всего используют этот сюжетный инструмент?

Давайте подумаем над тем, что должно быть в хорошем фильме про путешествия во времени, и как с этим обходятся ваши любимые фильмы.
(далее…)

Спросите Итана: если Вселенная расширяется, почему не расширяемся мы?


Если Вселенная расширяется, можно понять, почему далёкие галактики удаляются от нас. Но почему не расширяются звёзды, планеты и атомы?

Одним из крупнейших научных сюрпризов XX века стало открытие расширения Вселенной. Удалённые галактики разбегаются от нас и друг от друга быстрее, чем ближе расположенные, будто бы растягивается сама ткань пространства. На крупнейших масштабах плотность материи и энергии Вселенной падали миллиарды лет, и продолжают это делать. А если мы заглянем достаточно далеко, мы увидим галактики, разлетающиеся так быстро, что ничто, что мы могли бы отправить к ним сегодня, не сможет их догнать – не хватит даже скорости света. Но нет ли в этом парадокса? Именно об этом спрашивает читатель:

Если вселенная расширяется быстрее скорости света, почему это не влияет на нашу солнечную систему и расстояния от Солнца до планет? И почему относительное расстояние между звёздами нашей галактики не увеличивается… или оно увеличивается?

Мысль читателя верна, и Солнечная система, расстояния между планетами и звёздами не увеличиваются при расширении Вселенной. Так что же расширяется в расширяющейся Вселенной? Давайте разбираться.
(далее…)