Космические новости

[Коури]

Жизненный цикл звезды

[Коури]

Продолжение...

Во Вселенной ничего не вечно. Даже сами звезды перестают существовать. Когда мы смотрим на ночное небо, звезды кажутся вечными и неизменными. По сравнению с человеческими масштабами времени кажется, что звезды существуют вечно, однако Вселенная постоянно претерпевает изменения.

Если бы мы могли прожить много миллиардов лет, мы бы увидели, как меняется ночное небо, когда рождаются новые звезды и умирают другие. Жизнь и смерть звезд — это постоянный цикл, происходящий во Вселенной.

Гибель одной звезды приводит к образованию другой. Материал, который когда-то был частью звезды, будет переработан и использован для формирования нового поколения звезд и планет. Как звезды рождаются и как умирают?
Рождение звезды

Каждая звезда начинает свою жизнь как огромное облако газообразного водорода, расположенное в области пространства, называемой туманностью или облаком межзвездного газа (водорода). Эти облака начинают сжиматься из-за возникающей гравитационной неустойчивости. Изначально могут начать сжиматься только облака большой массы, но в процессе они разделяются на более маленькие области сжатия, каждая из которых уже становится отдельной звездой.

Процесс аккреции становится экспоненциальным, поскольку большая масса означает большую гравитацию, которая, в свою очередь, еще больше увеличивает массу. Как только достаточное количество водорода соединяется, температура и давление достигают критической точки, и начинается процесс ядерного синтеза.

В ядре каждой звезды отдельные ядра водорода сливаются вместе, образуя гелий, в результате чего высвобождается огромное количество энергии. Как только ядерный синтез поддерживается внутри формирующейся звезды, она становится так называемой звездой главной последовательности. Каждая звезда главной последовательности находится в состоянии равновесия.

Огромная гравитация звезды пытается раздавить ее, в то время как направленный наружу поток энергии от ядерного синтеза противодействует гравитации. Две противоборствующие силы поддерживают звезду на протяжении миллионов и миллиардов лет.
Главная последовательность

Хотя каждая звезда рождается похожим образом, тип образующейся звезды зависит от того, сколько массы она содержит. Масса звезды будет определять и другие характеристики звезды, такие как ее гравитация и светимость. Главная последовательность — это способ, с помощью которого астрономы определяют типы звезд.

[Коури]

Главная последовательность звезд (диаграмма Герцшпрунга-Рассела). В верхней части диаграммы оказываются яркие звёзды, а в нижней части — тусклые; в левой части — горячие звёзды голубого цвета, в правой — холодные и красные. Две шкалы показывают температуру и светимость.

Основная последовательность представляет собой график, на котором отслеживаются светимость и масса звезды, а звездный тип определяется тем, куда на главной последовательности попадает звезда.

Например, звезды с большой массой расположены вверху главной последовательности, а звезды с малой массой — внизу. Солнце — звезда средней и малой массы, поэтому оно находится примерно в середине главной последовательности.

По мере эволюции звезда будет перемещаться в разные положения на главной последовательности. В конце концов, каждая звезда полностью отойдет от главной последовательности и вступит в завершающую стадию своей жизни.
Смерть звезды

То, как звезда заканчивает свою жизнь и как долго она будет существовать, зависит от того, где она попадает на главную последовательность. Звезды с большой массой живут относительно недолго и в конечном итоге станут сверхновыми. Звезды с меньшей массой будут сиять в течение многих миллиардов лет, прежде чем превратиться в красного гиганта и, в конечном итоге, в белого карлика.

Может показаться нелогичным, что звезды с большой массой живут меньше, чем звезды с малой массой. В конце концов, звезды с большой массой содержат гораздо больше топлива, поэтому можно подумать, что они существуют дольше.

Интересно то, что более высокие температуры звезд с большой массой означают, что они сжигают свое топливо намного быстрее, чем звезды с малой массой. Несмотря на то, что у них больше топлива, самые массивные звезды будут существовать всего несколько миллионов лет, прежде чем станут сверхновыми.

Между тем считается, что звезды с наименьшей массой, называемые красными карликами, имеют продолжительность жизни от сотен миллиардов до триллионов лет. На самом деле красные карлики могут жить так долго, что во Вселенной не наблюдалось ни одного красного карлика «преклонного возраста» (продолжительность жизни маломассивных красных карликов может достигать 10 триллионов лет).

Когда в ядре звезды с большой массой начинает заканчиваться пригодный для использования водород, состояние равновесия начинает нарушаться. Исходящего потока энергии уже недостаточно, чтобы противодействовать собственной гравитации звезды, и звезда начинает сжиматься.

[Коури]

Жизненный цикл звезды

Звезда красный гигант U Camelopardalis (U Жирафа) испускает оболочку из газа, когда слой гелия вокруг ее ядра начинает плавиться. Расстояние до звезды около 600 парсеков. Такие события помогают ученым подсчитать, насколько быстро расширяется Вселенная. © NASA

Когда звезда коллапсирует, давление в ядре начинает стремительно расти. Процесс ядерного синтеза продолжается, только теперь он способен образовывать еще более тяжелые элементы, такие как углерод, кислород и азот. Процесс ядерного синтеза будет продолжаться вниз по периодической таблице, пока не достигнет железа.

Хотя некоторые из самых массивных звезд могут сплавлять железо в своих ядрах, этот процесс требует больше энергии, чем выделяется. Как только железо образуется в ядре звезды, она вступает в свои последние минуты жизни — звезда рушится сама на себя. В ядре давление становится настолько высоким, что расстояние между отдельными атомами сокращается.

Протоны и электроны сливаются вместе, образуя нейтроны, и в конечном итоге ядро ​​практически состоит только из нейтронов. Ядро становится нейтронной звездой. Внешние слои звезды продолжают коллапсировать и отскакивать от нейтронной звезды, что приводит к мощному взрыву, называемому сверхновой. Коллапс самых массивных звезд во Вселенной может продолжится и после образования нейтронной звезды, что приведет к образованию черной дыры.

Звезды с малой и средней массой не содержат достаточно массы для образования нейтронной звезды и сверхновой. Когда у маломассивной звезды заканчивается пригодный для использования водород, звезда расширяется и становится красным гигантом.

Радиус звезды увеличится, но ее масса останется прежней. Из-за этого гравитация звезды недостаточно сильна, чтобы удерживать внешние слои звезды. Они постепенно сдуваются, образуя вокруг умирающей звезды оболочку из звездного материала, называемую планетарной туманностью.

Ядро звезды коллапсирует под огромным давлением, но нейтронной звездой оно не становится. Скорее всего, ядро ​​маломассивной звезды становится белым карликом. Учитывая массу нашего Солнца, оно, скорее всего, погибнет таким образом.

[Коури]

Жизненный цикл звезды

Белый карлик

Возрождение звезд

Смерть звезды — это не конец ее истории. Удивительно, но материал, созданный в результате ядерного синтеза, однажды будет использован для формирования нового поколения звезд и планет.

На самом деле, исходя из химического состава Солнца, астрономы считают, что она звезда третьего поколения. Это означает, что материал, из которого состоит Солнце и планеты солнечной системы, когда-то был частью двух совершенно разных систем, существовавших задолго до нашей.

Смерть звезды обычно приводит к образованию другой, поэтому ее определяют как цикл. Однако однажды этот цикл закончится.

Хотя Вселенная содержит огромное количество водорода, оно все равно не бесконечно. В конце концов, звезды превратят большую часть имеющегося во Вселенной водорода в более тяжелые элементы, и процесс звездообразования постепенно завершится.

Через много триллионов лет звездообразование полностью прекратится. Через много триллионов лет после этого последние звезды будут медленно выгорать и гаснуть, и Вселенная будет становиться темной, как это было до появления первых звезд.

Ученые оценивают, что максимальное время до прекращения звездообразования в галактиках не превышает 100 триллионов лет. Это означает переход Вселенной из эпохи звезд в эпоху распада; как только закончится звездообразование и наименее массивные красные карлики израсходуют свое топливо, единственными существующими звездными объектами станут конечные продукты звездной эволюции: белые карлики, нейтронные звёзды и чёрные дыры.

https://ab-news.ru/zhiznennyj-czikl-zvezdy/

[Коури]

Концепция отрицательной энергии в физике
Автор: Руслан Пономарев Дата 10.12.2022

Отрицательная энергия — загадочное понятие в мире физики, которое на первый взгляд больше подходит для страниц научно-фантастического романа, чем для реальной жизни. Но насколько реально ее существование и какие есть возможности ее применения?
Суммарная энергия во Вселенной

Гравитационная потенциальная энергия, которая удерживает два материальных объекта в контакте друг с другом, должна быть отрицательной, поскольку для их разрыва требуется положительная энергия. Считая Вселенную примерно однородной, можно показать, что полная отрицательная гравитационная энергия в ней точно компенсирует полную положительную энергию, представленную материей. Следовательно, полная энергия Вселенной в целом равна нулю.

«Бог не играет в кости!» – эти слова произнес Альберт Эйнштейн, чтобы выразить свое недовольство странными следствиями принципа неопределенности. В конце концов, сказал он, как мир вокруг нас может быть настолько случайным, что даже с помощью физики невозможно сделать какое-либо предсказание о нем с уверенностью?

Квантовой механике присуще свойство сбивать с толку здравый смысл, и принцип неопределенности Гейзенберга находится в самом центре всей этой путаницы. Среди нескольких сбивающих с толку концепций, возникших на протяжении многих лет из принципа неопределенности, одной из них является отрицательная энергия.

Но это не просто физический трюк. Мы должны понимать, что, как и все другие, казалось бы, невозможные концепции и теории квантовой механики, она так же реальна, как и сама жизнь. Она показывает, что даже Эйнштейн мог ошибаться.
Концепция отрицательной энергии

В 1928 году физик Поль Дирак сформулировал уравнение для описания динамики электронов. Это уравнение было очень успешным для предсказания спина (момент импульса), а также магнитного момента электрона.


Поль Дирак в 1933 году.

Однако в нем также выдвигалось весьма своеобразное положение — электрон может иметь как положительную, так и отрицательную кинетическую энергию. Кроме того, когда был принят во внимание принцип исключения Паули, можно было представить себе целое море с бесконечным числом электронов с отрицательной кинетической энергией.

Это был первый раз, когда физика указала на существование отрицательной энергии. Но как энергия может быть отрицательной? А если отрицательная энергия существовала, то почему мы не видим и не чувствуем ее присутствия?

Чтобы объяснить свои выводы, Дирак заявил, что в природе квантовые состояния положительной энергии точно уравновешиваются квантовыми состояниями отрицательной энергии. Таким образом, чистый эффект остается нулевым, и поэтому мы не можем видеть или чувствовать воздействие отрицательной энергии в обычных повседневных условиях.

Однако он предположил, что если бы можно было создать идеальный вакуум, в котором были бы устранены все эффекты положительной энергии, то можно было бы подтвердить присутствие моря Дирака и, следовательно, отрицательной энергии.

Но создание идеального вакуума в то время казалось невозможным, а значит, существование отрицательной энергии не могло быть доказано. Это бросило тень сомнения на само понятие отрицательной энергии. Многие ученые начали подвергать сомнению вероятность ее существования, пока голландский физик Хендрик Казимир с помощью новаторского эксперимента не смог показать, что она действительно существует.
Открытие отрицательной энергии: эффект Казимира

Хотя его уравнение предсказывало существование отрицательной энергии, Дирак не смог экспериментально проверить это предсказание. Таким образом, отрицательная энергия оставалась только теорией, пока в 1948 году Хендрик Казимир не предложил эксперимент, который мог бы продемонстрировать эффекты, производимые отрицательной энергией.

Он утверждал, что если бы эффекты гравитации и электромагнетизма были сведены на нет, то был бы создан почти чистый вакуум, в котором эффекты отрицательной энергии проявились бы наблюдаемым образом в форме чего-то, известного как эффект Казимира. Ниже показано, как можно экспериментально наблюдать эффект Казимира.

Экспериментальная установка

Две чрезвычайно тонкие и легкие плоские металлические пластины помещены в вакуум. Они расположены параллельно друг другу и находятся на очень небольшом расстоянии друг от друга. Как правило, расстояние между ними должно быть всего 10 -6 м, чтобы эффект Казимира работал.

Их небольшой вес значительно снижает действие гравитации и, находясь в вакууме, на них не может действовать никакая другая сила. Наконец, обе эти пластины заземлены с помощью проводов, соединенных с землей, чтобы снять с них любой заряд. Таким образом, эффекты электричества и магнетизма также сведены на нет, и две пластины теперь находятся почти в чистом вакууме.

[Коури]

Продолжение...

В 1994 году мексиканский физик Мигель Алькубьерре нашел решение уравнений Эйнштейна, которое можно использовать для создания варп-двигателя, состоящего из искривленного пространственно-временного пузыря, который будет перемещать космический корабль со сверхсветовой скоростью из одной области пространства в другую.

Расчеты показали, что для создания и поддержания варп-пузыря потребуется отрицательная энергия.

Такой варп-пузырь будет вмещать космический корабль и перемещать его с произвольной скоростью. Это будет происходить не за счет фактического приведения в движение космического корабля, а за счет манипулирования пространством-временем.

Пространство-время перед пузырем будет сжиматься, уменьшая расстояние до места назначения. А то, что сзади, расширится, увеличив расстояние от начала пути. Сам космический корабль останется внутри пузыря. Таким образом, не нарушая абсолютного ограничения скорости, корабль сможет достичь сверхсветовой скорости.

Таким образом, отрицательная энергия — это доказанный в физике факт, который, как известно, существует повсюду вокруг нас и повсюду во Вселенной. Эта концепция нашла несколько применений в теоретической физике и вполне может однажды стать ключом к открытию межзвездных космических путешествий.

https://ab-news.ru/otriczatelnaya-energiya/ .................( остальное читать по ссылке)

[Коури]

Почему в космосе не видно звезд?
Автор: Руслан Пономарев Обновлено 15.12.2022

На фотографиях, сделанных с поверхности Луны или с околоземной орбиты, небо кажется совершенно черным, и лишь изредка видны звезды. Между тем космонавты видят их регулярно и предельно ясно, но только при определенных условиях.

На космических снимках ясно видно, что небо там (в космосе) всегда темное. Но есть один нюанс — небо почти всегда выглядит беззвездным.

Следовательно, некоторые делают вывод, что звезд вообще не видно в космосе, и задаются вопросом: почему? На самом деле звезды космонавты видят каждый день, но очень редко они видны на снимках. Чтобы понять, почему это так, надо начать с того, что чернота неба не всегда означает возможность увидеть звезды.
Почему мы не можем видеть звезды днем?

Объяснение следует начать с вопроса, почему мы не видим звезд днем на Земле. Нет, не потому, что в это время небо слишком голубое.

Голубое оно потому, что наша атмосфера частично рассеивает солнечный свет, и в основном этому процессу подвержены более короткие длины волн — то есть синяя и фиолетовая части видимого спектра.

Но цвет неба не мешает нам видеть Луну днем. Более того, при определенных обстоятельствах даже Венеру, Марс и Юпитер можно увидеть невооруженным глазом на дневном небе. Дело в том, что наши глаза настраиваются на определенный уровень освещенности. А днем ​​солнечный свет просто слишком интенсивен по сравнению с такими слабыми источниками излучения, как далекие звезды. Между тем, наш естественный спутник — Луна, отражает достаточно света.

В космосе атмосфера не мешает. Вот почему небо днем ​​остается темным. Но уровень освещенности при наличии Солнца или освещенной Солнцем части Земли все же слишком высок. И наше зрение продолжает «настраивать» свою чувствительность на эти условия, так что звезд при этом не видно на черном небе.

Это можно сравнить с ситуацией, когда после захода солнца вы выходите из темного помещения и заходите на ярко освещенную площадку. Небо над головой кажется темным, но в то же время разглядеть на нем звезды крайне сложно. Примерно такая же ситуация и над освещенным Солнцем полушарием Земли, потому что наше светило намного ярче любой лампы.
Темное небо в космосе не означает, что света мало.

Темное небо в космосе не означает, что света мало.

Видели ли астронавты Аполлона звезды?

Астронавты Аполлона-11, первыми достигшие Луны, столкнулись с эффектом темного неба, на котором не видно звезд. Журналисты не увидели ни одной звезды на сделанных ими снимках, поэтому по возвращении спросили, видели ли они их во время своей миссии.

На это Нил Армстронг ответил, что не видел их, и объяснил, почему. Все пилотируемые модули прибыли на Луну в местное светлое время суток, которое на нашем спутнике длится в среднем 14 дней и 18 часов. Эксперты пришли к выводу, что ночь на Луне слишком опасна для пребывания человека.

Кроме того, все посадки проводились на видимой с Земли стороне нашего спутника. Поэтому на небе все время было не только Солнце, но и наша планета, которая может давать почти в сто раз больше света, чем полная Луна.

Однако после этого Нил Армстронг добавил, что если спрятаться в тени лунного модуля, то можно было увидеть на небе самые яркие звезды. Еще лучше они были бы видны со дна какого-нибудь очень глубокого кратера или ущелья, но астронавты таких экспериментов не проводили.

Почему фотографии звезд с орбиты редки?

Фотоаппарат работает так же, как человеческий глаз. Только его чувствительность регулируется временем, в течение которого свет, прошедший через объектив, освещает воспринимающий элемент — пленку или матрицу. Время называется выдержкой, и для съемки звезд ночью выдержка должна быть намного больше, чем для съемки объектов и пейзажей днем.

Поэтому у камеры фотоаппарата на борту космической станции, летящей над освещенной стороной Земли, шансов увидеть звезды еще меньше, чем у человеческого глаза.

Разумно было бы предположить, что при нахождении космического корабля или станции над неосвещенной стороной Земли проблем с наблюдением дальних огней быть не должно. Действительно, они видны, и тому есть множество фотографий, подтверждающих это.

Единственная проблема заключается в том, что на большинстве фотографий из космоса изображена поверхность Земли, орбитальная станция или другие космические объекты.

А при отсутствии солнечного света их вообще не видно или видно очень плохо. Поэтому обычно фотографируют над дневной стороной. На таких снимках не видно звезд.

Помимо всего вышеперечисленного, космическая станция имеет собственные огни, которые освещают ее во время полета над ночной стороной Земли. Они создают световое загрязнение, похожее на городские огни, которые мешают нам смотреть на звезды в городе.

Поэтому лучше всего смотреть на звезды в космосе при полном отсутствии света. Поэтому два самых мощных космических телескопа — Gaia и Джеймс Уэбб (JWST) — «прячутся» от Солнца за Луной, оставаясь в точке Лагранжа L2.

[Коури]

Ближайшая известная экзопланета к Земле, вращающаяся вокруг Проксимы Центавра, испытывает довольно неприятную космическую погоду из-за своей родительской звезды. Но предыдущие исследования космической погоды Проксимы основывалась на множестве предположений. Плохая новость заключается в том, что новое исследование подтвердило мрачную картину.

Проксима Центавра, самый маленький член системы Альфы Центавра, представляет собой звезду типа M5.5, расположенную на расстоянии 4,244 световых лет от нас в южном созвездии Центавра.

Измеренный радиус звезды составляет 14% от радиуса Солнца, масса около 12% солнечной, а эффективная температура составляет всего около 3050 К.

Проксима Центавра в 1000 раз менее ярка, чем Солнце, что даже на близком расстоянии делает ее невидимой невооруженным глазом.

Она имеет очень медленное вращение — 83 дня и долгосрочный цикл активности с периодом примерно 7 лет. Ее обитаемая зона находится на расстоянии от 0,05 до 0,1 а.е.

В 2016 году планета с массой Земли Проксима b была открыта исследовательской группой под руководством астронома Лондонского университета Гиллема Англада-Эскуде.

Планета имеет массу, близкую к массе Земли, и вращается вокруг своей звезды с периодом 11,2 дня на среднем расстоянии 0,05 а.е. Она расположена в обитаемой зоне звезды, где на поверхности теоретически может существовать жидкая вода.

Астрономов очень интересуют обитаемые зоны вокруг звезд, потому что именно там жизнь, какой мы ее знаем, имеет наилучшие шансы появиться. Поэтому неудивительно, что астрономы интересуются Проксимой b.

Звезда Проксима Центавра — красный карлик. Из-за небольших размеров, ядро у такого типа звезд намного ближе к их поверхности. Это делает их поверхности гораздо более хаотичными, чем у звезд, подобных Солнцу, и такая повышенная турбулентность усиливает невероятно сильные магнитные поля.

В свою очередь, сильные магнитные поля могут запускать чрезвычайно сильные взрывы высокоэнергетического излучения и частиц в окружающую систему. На достаточном расстоянии от звезды это не имеет большого значения. Но поскольку такие звезды, как Проксима Центавра, не так ярки, как Солнце, их потенциальные обитаемые зоны намного меньше солнечной.

Хотя у астрономов уже было представление, что жизнь на Проксиме b будет очень сложной, они не знали точной ситуации с магнитным полем вокруг Проксимы Центавра, и вместо этого им приходилось полагаться на наблюдения подобных звезд.

В новом исследовании использовались карты магнитного поля Проксимы Центавра с высоким разрешением для разработки модели солнечного ветра, исходящего от этой звезды. Ученые обнаружили, что с более точной информацией ситуация остается такая же мрачная для жизни, как думали ранее.

В целом планета Проксима b получает примерно в 1000 раз больше солнечного излучения, чем Земля.

Из-за этого планете будет чрезвычайно трудно удержать атмосферу, не говоря уже о жидкой воде. Хотя это не полностью исключает возможность существования жизни в этом мире, это означает, что любой жизни, закрепившейся там, придется гораздо тяжелее, чем на Земле.

Исследование опубликовано на arxiv.org.

https://ab-news.ru/kosmicheskaya-pogoda ... czentavra/

[Коури]

Ну вот. А в детстве все думали, что там люди живут...