THE SPACEWAY

Каждую ночь, глядя на звездное небо, мы видим лишь крошечную часть нашего Млечного Пути – звезды, которые кажутся застывшими в вечности. Но стоит направить телескоп в глубины космоса, и перед нами откроется захватывающая драма – галактический каннибализм, где гигантские "звездные фабрики" поглощают своих меньших собратьев.

Хищники космического масштаба

В этой космической охоте наш Млечный Путь играет роль одного из главных хищников. Прямо сейчас он медленно разрывает и поглощает несколько карликовых галактик-спутников. Их звезды, словно космическая добыча, растягиваются в длинные светящиеся потоки, постепенно становясь частью нашей галактики.

Анатомия космического пиршества

В этом космическом танце сближения галактик гравитация играет роль безжалостного дирижера. Подобно приливным силам, что заставляют океаны Земли вздыматься к Луне, гравитационное воздействие гиганта-охотника искажает форму меньшей галактики. Ближайшие к хищнику области жертвы испытывают более сильное притяжение, чем удаленные части, и эта неравномерность сил буквально разрывает меньшую галактику на части.

Звезды и межзвездный газ меньшей галактики "перетекают" в галактику-охотника по спиральным потокам, формируя причудливые космические структуры – звездные мосты и хвосты. Этот процесс, называемый приливным разрушением, может длиться миллиарды лет – настоящий эпический пир в масштабах Вселенной.

Грядущее столкновение титанов

Но самое захватывающее событие ждет нас впереди. Примерно через 4,5 миллиарда лет наш галактический хищник встретит достойного соперника – галактику Андромеды. Это будет не охота, а грандиозное слияние двух космических гигантов, в результате которого родится новая, еще более массивная галактика – Млекомеда. И этот величественный процесс, вероятно, уже начался: гигантские гало темной материи обеих галактик, возможно, уже вступили в первый контакт.

Эволюция через разрушение

Галактический каннибализм — фундаментальный процесс эволюции Вселенной, где из столкновений и разрушений рождаются новые, более крупные и сложные структуры. В этом танце космических гигантов мы наблюдаем саму суть развития нашей Вселенной.

В следующий раз, глядя на россыпь звезд нашего Млечного Пути, помните: наша галактика — не просто скопление светящихся точек, а активный участник грандиозного космического балета, где гигантские звездные системы ведут свой вечный танец слияния и трансформации.

Читайте также:

• Новый взгляд на Венеру: что расскажет миссия NASA DAVINCI.

• Просто о сложном: блуждающие черные дыры.

• В ранней Вселенной обнаружена галактика, похожая на Млечный Путь.

На снимке — удивительная туманность NGC 3576, получившая прозвище "Статуя Свободы" из-за своих очертаний, напоминающих знаменитый монумент.

Этот космический гигант простирается на 100 световых лет — для сравнения, это расстояние в 25 раз больше, чем от нашего Солнца до ближайшей звезды!

Находясь на расстоянии около 9 000 световых лет от Земли, туманность представляет собой грандиозную область звездообразования, где раскаленный газ и космическая пыль окрашены в потрясающие оттенки синего, желтого и красного под воздействием излучения молодых массивных звезд.

Историческая миссия NASA "Новые горизонты", в рамках которой 14 июля 2015 года был совершен пролет мимо Плутона, породила больше вопросов, чем дала ответов. Каждый полученный снимок, каждое новое измерение только множили загадки о далеком ледяном мире. И, похоже, что NASA собирается исправить эту ситуацию.

Агентство готовит новую миссию, получившую название "Персефона". Цель — совершить революцию в нашем понимании внешних границ Солнечной системы.

Главная загадка: океан под ледяной корой?

Центральный вопрос миссии звучит интригующе: "Есть ли под поверхностью Плутона океан?" Эта загадка не дает покоя ученым с тех пор, как были получены первые детальные снимки карликовой планеты. Наличие жидкой воды под ледяной корой могло бы полностью изменить наше представление о потенциале далеких холодных миров.

Четыре ключевых вопроса

Миссия "Персефона" направлена на решение четырех фундаментальных научных задач:

• Раскрытие внутренней структуры Плутона и его крупнейшего спутника Харона;

• Изучение эволюции поверхности и атмосферы в системе Плутона;

• Исследование эволюции объектов пояса Койпера;

• Анализ частиц и магнитных полей в поясе Койпера.

Эпическое путешествие

Временные рамки миссии впечатляют:

• Запуск планируется на 2031 год;

• Прибытие к Плутону состоится в 2058 году;

• Основная миссия продлится чуть больше трех лет;

• Возможно продление миссии еще на восемь лет.

Для достижения цели будет использована ракета-носитель NASA Space Launch System (SLS) Block 2 с разгонным блоком Centaur. Движение в космическом пространстве обеспечит гибридная силовая установка, объединяющая миниатюрный ядерный генератор (где тепло от распада радиоактивных изотопов преобразуется в электричество) и ионный двигатель. Это идеальное решение для дальних космических миссий - силовая установка не требует солнечного света (которого в системе Плутона очень мало), экономно расходует топливо и способна работать десятилетиями. Дополнительное ускорение аппарат получит за счет гравитационного маневра у Юпитера.

Арсенал исследователя

Зонд "Персефона" получит 11 научных инструментов:

1. Панхроматическая и цветная камеры высокого разрешения;

2. Камера для съемки в условиях низкой освещенности;

3. Ультрафиолетовый спектрометр;

4. Инфракрасный спектрометр;

5. Тепловизионная камера;

6. Радиочастотный спектрометр;

7. Масс-спектрометр;

8. Альтиметр;

9. Радар для зондирования;

10. Магнитометр;

11. Плазменный спектрометр.

Бонус: исследование пояса Койпера

По пути к Плутону "Персефона" не будет терять времени даром. Планируется исследование как минимум одного объекта пояса Койпера размером 50-100 километров. При продлении миссии появится возможность изучить еще один объект размером 100-150 километров.

Цена открытий

Стоимость миссии оценивается в три миллиарда долларов, что делает ее крупным стратегическим научным проектом NASA. Однако учитывая потенциальные научные открытия и технологические достижения, эти инвестиции могут окупиться сторицей в виде новых знаний о дальних рубежах Солнечной системы.

Почему это важно?

Миссия "Персефона" — это попытка ответить на фундаментальные вопросы о природе окраин Солнечной системы, эволюции планетных тел и потенциале существования жидкой воды в самых неожиданных местах космоса. Результаты этой миссии могут перевернуть наше понимание того, как формировалась наша космическая окрестность и какие тайны она все еще скрывает.

Читайте также:

• Космический телескоп «Джеймс Уэбб» раскрывает тайны Харона.

• Плутон: путь от планеты до карликовой планеты.

• Самое детализированное изображение Никты, спутника Плутона.

Почему мы помним прошлое, но не будущее? Почему чашка может разбиться, но ее осколки никогда сами не соберутся обратно? Почему мы стареем, а не молодеем? Все эти вопросы связаны с одной из самых загадочных особенностей нашей Вселенной - направлением времени.

Стрела времени и законы физики

Большинство фундаментальных уравнений физики (законы Ньютона, уравнения Максвелла для электромагнетизма, уравнение Шрёдингера в квантовой механике) симметричны относительно обращения времени. Это означает, что если мы заменим в этих уравнениях t на -t, они останутся верными. То есть теоретически все процессы могли бы идти в обратном направлении, не нарушая базовых законов физики. Однако в реальности мы наблюдаем строгую направленность времени вперед.

Второй закон термодинамики

Ключ к пониманию направления времени лежит в понятии энтропии - меры хаоса в системе. Согласно второму закону термодинамики, энтропия изолированной системы может только возрастать. Это фундаментальное ограничение определяет:

• Необратимость теплообмена: тепло самопроизвольно переходит только от горячего тела к холодному;

• Невозможность создания вечного двигателя второго рода;

• Необратимость спонтанных процессов в природе (например, процесс горения дров в костре необратим — продукты горения уже не превратятся обратно в древесину).

Начальные условия Вселенной

Современная космология связывает направление времени с начальным состоянием Вселенной. В момент Большого взрыва Вселенная находилась в состоянии предельного порядка (низкой энтропии). С тех пор она непрерывно движется к состоянию все большего беспорядка, и именно это движение от порядка к хаосу определяет направление времени во всей Вселенной. Подобно тому, как вода течет только вниз по склону, все процессы во Вселенной "текут" в сторону увеличения беспорядка.

Квантовая механика и декогеренция

На квантовом уровне физическая реальность ведет себя иначе, чем в привычном нам мире. В изолированных квантовых системах время может как бы "течь" в обе стороны — процессы обратимы. Например, квантовая частица может свободно переходить между различными состояниями в обоих направлениях времени.

Однако эта квантовая обратимость времени сохраняется только пока система изолирована от окружающего мира. Как только происходит взаимодействие с окружением (например, измерение состояния частицы), запускается процесс декогеренции — квантовая система теряет свои уникальные свойства и начинает подчиняться классическим законам физики. Этот процесс:

• Создает квантовую стрелу времени — момент необратимого изменения в квантовой системе;

• Определяет переход от квантового мира к классическому через взаимодействие с окружением;

• Делает процессы необратимыми при переходе от микромира к макромиру.

Термодинамические флуктуации

В физике существует понятие термодинамических флуктуаций — это случайные отклонения от равновесного состояния в микроскопических системах. Теоретически в таких флуктуациях возможно временное уменьшение энтропии (беспорядка). Однако:

• Вероятность таких событий ничтожно мала и становится еще меньше с увеличением масштаба отклонения;

• Эти флуктуации происходят только на микроуровне и никогда не достигают заметных размеров;

• На общее увеличение энтропии во Вселенной эти микроскопические события не влияют — время продолжает течь в одном направлении.

Математическое описание необратимости

Физики разработали целый математический аппарат для описания однонаправленности времени. Это описание включает в себя несколько важных направлений:

• Уравнения необратимых процессов, которые описывают явления, происходящие только в одном направлении времени (например, уравнения теплопроводности и диффузии);

• Статистическую механику неравновесных систем, изучающую поведение систем, стремящихся к равновесию, но никогда самопроизвольно не возвращающихся в исходное состояние;

• Теорию динамических систем и хаоса, показывающую, как даже простые системы могут развиваться так, что их возвращение в исходное состояние становится практически невозможным (представьте, что у вас есть новая упорядоченная колода из 52 карт. Вы начинаете тщательно ее тасовать, меняя порядок карт случайным образом. С каждым перемешиванием порядок карт становится все более хаотичным и непредсказуемым).

Подведем итоги

Однонаправленность времени — фундаментальное свойство нашей Вселенной, возникающее из сложного взаимодействия между законами физики, начальными условиями космоса и статистической природой термодинамики. Хотя базовые физические законы симметричны во времени, реальные процессы строго направлены из-за роста энтропии и квантовой декогеренции.

Этот рост энтропии (меры беспорядка системы) начался с момента Большого взрыва, когда Вселенная находилась в состоянии максимального порядка. Именно постоянное увеличение энтропии создает единую космологическую стрелу времени, определяющую ход всех процессов во Вселенной — от квантовых флуктуаций до эволюции галактик.

Интересное по теме:

• Физик Гленн Старкман: «Время началось с Большого взрыва».

• Земля начала вращаться быстрее, и нам, возможно, придется «повернуть время вспять».

• Путешествия во времени: что говорит современная физика?

На расстоянии около 5 200 световых лет от Земли, в созвездии Стрельца, раскинулась удивительная Тройная туманность (M 20).

Это грандиозная область звездообразования, где из газово-пылевых облаков рождаются новые звезды. Свое название она получила из-за трех отчетливых областей разного цвета, каждая из которых рассказывает свою космическую историю.

Красное свечение туманности создается ионизированным водородом, нагретым до температуры около 10 000°C молодыми звездами. Синий оттенок появляется из-за отражения света этих звезд космической пылью — точно так же, как земная атмосфера окрашивает наше небо в голубой цвет. А темные прожилки между цветными областями — это плотные облака космической пыли, поглощающие свет.

Перед вами один из самых удивительных снимков космического аппарата NASA "Кассини" — галактика Сомбреро, расположенная в 28 миллионах световых лет от нас.

Ее необычная форма, напоминающая мексиканскую шляпу, создается благодаря двум компонентам — яркому центральному балджу (выпуклости в центре галактики) и темной полосе космической пыли, опоясывающей галактику по экватору.

Интересно, что масса этой галактики примерно в 800 миллиардов раз больше массы нашего Солнца, а в ее центре находится сверхмассивная черная дыра, масса которой равна миллиарду солнечных масс! Именно из-за этого центр галактики светится так ярко — это свечение создается раскаленным газом, падающим в черную дыру.

Удивительно, но этот снимок "Кассини" сделал, находясь у Сатурна — на расстоянии около 1,4 миллиарда километров от Земли.

Южный полюс Юпитера в инфракрасном диапазоне, запечатленный орбитальным аппаратом NASA "Юнона" 4 ноября 2019 года.

На этом завораживающем снимке мы видим гигантские циклоны на южном полюсе Юпитера. В центре находится один большой вихрь, окруженный кольцом из шести циклонов, каждый из которых сравним по размеру с территорией США. Благодаря инфракрасной съемке мы можем видеть, как эти колоссальные штормы генерируют тепло в атмосфере планеты.

Интересный факт: эти полярные циклоны вращаются против часовой стрелки со скоростью около 350 км/ч и остаются неизменными с момента их первого обнаружения в 2016 году.