Маркус Чаун - Гравитация. Последнее искушение Эйнштейна

На самом деле Солнце использует самую неэффективную из возможных ядерных реакций. Оно превращает ядра самого лёгкого элемента, водорода, в ядра следующего за ним гелия. Водород состоит из одного ядерного «кубика» и гелия-4, так что сжигание водорода — это многоэтапный процесс. Первый этап представляет собой слияние двух ядер водорода — протонов. Но для того, чтобы два протона внутри Солнца встретились и соединились друг с другом, в среднем требуется около десяти миллионов лет. Вот почему именно такой срок необходим Солнцу, чтобы полностью сжечь своё водородное топливо. Половина данного пути уже пройдена, но этого времени оказалось достаточно для эволюции сложных жизненных форм вроде нас с вами. Солнце производит тепло настолько неэффективно, что, если взять кусок солнечного ядра размером с ваш живот, ваш живот будет излучать больше тепла. Возникает вопрос: почему же Солнце такое горячее? Всё дело в том, что оно состоит из бесконечных миллиардов таких кусков, слепленных воедино.

Newton I. The Principia / edited by Florian. — 1687.

Я долго искал, но так и не сумел обнаружить источник этой фразы, которую обычно приписывают Полю Дираку.

Одним из последних примеров этой силы предвидения, которой обладает наука, является открытие в июле 2012 года бозона Хиггса. Путешествуя по Кернгормским горам в Шотландии в 1964 году, Питер Хиггс понял, что все фундаментальные строительные блоки материи должны приобретать массу за счёт взаимодействия с некой невидимой вязкой субстанцией (называемой сегодня полем Хиггса), которая заполняет всё пространство. Кроме того, он заключил, что локальное возбуждение такого поля должно проявляться в форме новой субатомной частицы. На самом деле Хиггс был одним из пяти физиков, которые независимо друг от друга описали этот механизм, но прижилось название «механизм Хиггса». Почти через 40 лет самая большая машина в мире, стоившая десять миллиардов евро, — Большой адронный коллайдер — обнаружила бозон Хиггса. Для современных физиков это стало таким же шоком, как для современников Леверье осознание того, что природа действительно подчиняется уравнениям, которые они записывают на бумаге.

В физике единственной точно решаемой системой, то есть системой, любой этап эволюции которой можно точно предсказать, является система двух тел. Примерами такой системы являются Земля и Луна, движущиеся под взаимным гравитационным воздействием, или протон и электрон в атоме водорода, влияющие друг на друга с помощью электромагнитной силы. Если ввести в систему третье тело, то процессы окажутся настолько запутанными, что даже лучшие математики будут способны лишь на приближённый прогноз, а не на предсказание. Например, для расчёта траектории межпланетного зонда учёные, ответственные за планирование миссии, вынуждены полагаться на грубую силу. Они суммируют воздействие всех планет на зонд для заданной точки, затем определяют, как он будет двигаться в течение минуты после такого воздействия, затем повторяют расчёты для конечной точки движения и так далее. Долговременная эволюция системы из трёх или более массивных тел под влиянием их собственной гравитации теоретически предсказуема, но на практике невозможна. Это явление называют детерминистским хаосом , и из-за него даже небольшое изменение в стартовом положении планет может привести к совершенно непредсказуемому поведению в далёком будущем. Итак, в долгосрочной перспективе Солнечная система нестабильна. Как механические часы, которые могут в любой момент взорваться, разбрасывая вокруг себя пружины и шестерёнки, так и Солнечная система способна однажды отбросить Меркурий, Марс или любое другое космическое тело в далёкий холодный космос. Вполне вероятно, что в прошлом это уже случалось.

Каролина Гершель открыла больше всего планет, чем любая другая женщина-астроном, за исключением своей тёзки — Кэролин Шумейкер, работавшей в конце XX и начале XXI века.

Sheehan W., Thurber S. John Couch Adams’s Asperger syndrome and the British non-discovery of Neptune // Notes and Records of the Royal Society Journal of the History of Science. — 22 September 2007. — Vol. 61. — Issue 3 ( http://rsnr.royalsocietypublishing.org/content/61/3/285).

Все планеты движутся в одной плоскости, как если бы они лежали на большом прозрачном блюде с Солнцем в центре. Это объясняется тем, как 4,55 миллиарда лет назад сформировалась Солнечная система. Сферическое облако газа и пыли сжалось под воздействием собственной гравитации. Оно вращалось (как вращается весь Млечный Путь и звёзды в нём), а потому между полюсами сжатие было сильнее, чем вдоль окружности, где силе тяготения противостояло стремление материала разлететься в стороны. В результате облако приобрело форму тонкого диска, вращающегося вокруг новорождённого Солнца. Планеты сформировались из кусков космического мусора в этом диске, которые склеивались друг с другом. Вот почему они движутся примерно в одной плоскости и в одном направлении.

См. главу 3.

См. главу 3.

Batygin K., Brown M. Evidence for a distant giant planet in the Solar System // Astronomical Journal. — 20 January 2016. — Vol. 151. — P. 22.

Свет планеты — это отражение света звезды, вокруг которой она вращается, в то время как звезда сама генерирует свет благодаря ядерным реакциям в своём ядре. Для запуска таких реакций требуется температура в миллионы градусов, а для этого нужно, чтобы на ядро звезды воздействовала большая масса. Как помнит любой человек, пользовавшийся велосипедным насосом, если что-то сжать, оно нагревается. Порог, отделяющий планеты от звёзд, составляет примерно 0,08 массы Солнца или 80 масс Юпитера. Тела массой ниже этого порога являются планетами, а выше — звёздами.

В спектрографе используется дифракционная решётка, которая разделяет звёздный свет на разные цвета спектра. Такую решётку можно создать, нанеся множество параллельных царапин на поверхность прозрачного материала, и работает она куда лучше стеклянной призмы. Атомы элементов во внешней атмосфере звёзд на определённых частотах оставляют тёмные полосы в дифракционном узоре. Измерение доплеровского смещения предполагает, насколько сильно такие полосы смещаются по сравнению с аналогичными полосами, созданными земными элементами.

Экзопланеты обнаруживают не только благодаря флуктуациям их звёзд. Если планета движется вокруг звезды таким образом, что периодически проходит по звёздному диску со стороны, видной с Земли, она может затемнять свет звезды в диапазоне от 1%, если она сравнима по массе с Юпитером, и до 0,01%, если она имеет земную массу. Телескоп «Кеплер», запущенный на орбиту Земли в 2009 году, исследовал излучение более чем 100 000 звёзд и обнаружил таким образом свыше 1000 экзопланет.