Что мы знаем о космосе?
Как много мы знаем о космосе? На самом деле, не так много, как хотелось бы. Открывая астрономическое приложение, вы наверняка каждый раз удивляетесь, сколько же различных объектов можно там найти. А теперь представьте: все эти планеты, звезды и другие видимые объекты – это лишь 5% всего, что есть во Вселенной.
Содержание
Космос необъятен и полон загадок. Многие из них еще предстоит решить, хотя наука уже продвинулась довольно далеко. Давайте посмотрим, что нам известно о космосе на данный момент.
Что такое космос?
Космос – это почти идеальный вакуум, безвоздушное пространство. Космос – это не пустота: он пронизан различными излучениями, а также содержит частицы газа, пыли и другой материи.
С Земли мы можем наблюдать планеты, звезды и галактики, которые находятся в пределах 46,5 миллиардов световых лет в любом направлении от нашей планеты. Эта часть космоса называется обозримой Вселенной. Согласно последним данным, предполагаемый возраст Вселенной составляет примерно 13,8 миллиарда лет.
Где начинается космос?
Космос — это все, что находится за пределами условной линии, отделяющей Землю от космического пространства. Есть разные способы определить, где именно начинается космос. Наиболее универсальной точкой отсчета является линия Кармана, которая проходит на высоте примерно 100 км над средним уровнем моря (согласно некоторым источникам, она находится несколько ниже, примерно в 80 км над уровнем моря). Начиная с этой отметки, воздух становится слишком разреженным для полета обычных самолетов.
Границы космических пространств
Космос можно разделить на несколько областей. Они определяются магнитными полями и “ветрами”, господствующими в их границах.
- Околоземное пространство – область космоса, окружающая Землю. Она расположена между верхними слоями атмосферы и самыми дальними участками магнитного поля Земли.
- Межпланетное пространство – область космоса, находящаяся в пределах Солнечной системы. Она определяется солнечным ветром, который образует гелиосферу – огромный “пузырь”, внутри которого находятся Солнце и планеты. После гелиопаузы (внешней границы гелиосферы) межпланетное пространство переходит в межзвездное.
- Межзвездное пространство – это физическое пространство между звездными системами в пределах галактики. Оно заполнено межзвездной средой (МЗС), которая состоит из газа и пыли.
- Межгалактическое пространство – это физическое пространство между галактиками. Оно очень близко к абсолютному вакууму, поскольку практически пусто, но заполнено чрезвычайно разреженным ионизированным газом.
Как устроен космос?
По мнению ученых, Вселенная состоит из трех субстанций: нормальной материи, темной материи и темной энергии.
Нормальная материя
Нормальная, или барионическая, материя представляет собой протоны, нейтроны и электроны. Из нее состоит все, что мы можем увидеть: звезды, планеты, деревья, животные и люди. Как ни странно, ее доля во Вселенной крайне мала – менее 5%.
Темная материя
Темная материя не излучает и не поглощает свет или энергию, а потому абсолютно невидима. Несмотря на то, что темную материю невозможно увидеть, результаты наблюдений позволяют астрономам допускать ее существование. К примеру, исследования спиральных галактик показали, что в них содержится гораздо больше массы, чем можно наблюдать визуально. Если бы темной материи не существовало, эти галактики бы просто распались, потому что гравитации одной лишь нормальной материи было бы недостаточно для того, чтобы удержать все частицы вместе. Темная материя предположительно составляет около 27% Вселенной. Есть несколько предположений по поводу того, из чего может состоять темная материя:
- Вимпы (WIMP, Weakly Interacting Massive Particles) – гипотетические частицы, которые намного тяжелее частиц, составляющих обычную материю. Они участвуют только в гравитационном и слабом ядерном взаимодействии, то есть проходят сквозь материю практически бесследно. Благодаря своей массе вимпы могут обеспечивать дополнительную гравитацию, необходимую для объяснения движения галактик.
- Аксионы – чрезвычайно легкие и очень слабо взаимодействующие теоретические частицы. Впервые их существование предложили в ходе поисков решения математической задачи в физике элементарных частиц, но позже ученые поняли, что они также могут быть хорошими кандидатами на роль тёмной материи.
- Стерильные нейтрино. Нейтрино — частицы, о существовании которых нам достоверно известно — крошечные, практически не имеют массы и редко взаимодействуют с материей. Стерильные нейтрино — это гипотетическая, более тяжелая версия нейтрино: они не взаимодействуют ни с одной из известных сил, кроме гравитации. Их дополнительная масса и невидимость делают их еще одним возможным объяснением существования скрытой материи во Вселенной.
Темная энергия
Темную энергию можно рассматривать не как силу, непосредственно отталкивающую объекты, а как свойство самого космоса, вызывающее ускоренное расширение Вселенной из-за его отрицательного давления. Ученые предложили концепцию темной энергии, чтобы объяснить, почему вселенная расширяется с ускорением. Пока не удается определить природу и происхождение темной энергии: в данном случае, “темная” означает скорее “неизведанная”, чем действительно невидимая, как в случае с темной материей. По разным оценкам, темная энергия составляет примерно 68% Вселенной.
Что есть в космосе?
Космос не пустой — он заполнен объектами самых разных размеров, от крошечных камней до гигантских скоплений галактик. Начнем с самых маленьких объектов — планет, спутников и комет, — а затем перейдем к звездам, галактикам и крупнейшим космическим структурам.
Планеты, спутники и малые тела
Наше исследование Вселенной начинается совсем рядом – в Солнечной системе. Здесь можно найти планеты, спутники, кометы и целый пояс астероидов между Марсом и Юпитером. Астрономы также обнаружили экзопланеты, обрщающиеся вокруг далеких звезд, и даже межзвездные кометы, прилетающие к нам из других звездных систем.
Планеты
Планета – это объект, обращающийся вокруг звезды, достаточно массивный, чтобы под действием собственной гравитации принять форму, близкую к сферической, и очистивший свою орбиту от других объектов. В Солнечной системе существует два основных типа планет:
-
Твердотельные планеты (планеты земной группы) – Меркурий, Венера, Земля и Марс. Эти небольшие и плотные планеты состоят в основном из горных пород и металлов, таких как железо, магний и кремний. Меркурий, несмотря на то, что является планетой, имеет тонкий «хвост» из атомов натрия, сдуваемых с его поверхности солнечным ветром, что придает ему вид кометы. Кстати, у Венеры тоже есть ионный хвост.
-
Планеты-гиганты: Юпитер и Сатурн – газовые гиганты, состоящие преимущественно из водорода и гелия, а Уран и Нептун относятся к ледяным гигантам, содержащим, помимо водорода и гелия, большое количество воды, аммиака и метана.
Вы когда-нибудь задумывались, какая планета Солнечной системы больше всего соответствует вашему характеру? Пройдите наш тест и узнайте!
Существуют также карликовые планеты. Так же, как и «полноразмерные» планеты, они обращаются вокруг Солнца. Отличие между ними в том, что карликовые планеты не очистили свои орбиты от мусора. Из-за этого их обычно не включают в основной «пантеон» планет Солнечной системы. Самый известный пример карликовой планеты – Плутон, но есть и другие, например, Эрида, Хаумеа, Макемаке и Церера.
За пределами нашей Солнечной системы астрономы открыли тысячи экзопланет, обращающихся вокруг других звезд. Некоторые из них поистине удивительны! Например, была обнаружена планета, предположительно состоящая из алмазов. Узнайте больше об этом и многих других необычных космических объектах в нашей статье.
Спутники
Спутник – это объект, обращающийся вокруг планеты или другого объекта, не являющегося звездой (например, астероида). У нашей планеты Земля всего один спутник. Что касается других планет, то вокруг некоторых из них обрщаются десятки спутников, в то время как у других нет вообще ни одного.
- По состоянию на 2025 год рекорд по числу спутников принадлежит Сатурну: у него 274 подтвержденных спутника. На втором месте Юпитер (у него их 95). В последние годы лидеры в этом соревновании то и дело сменяют друг друга, поскольку астрономы продолжают находить новые небольшие спутники у обоих гигантов.
- Если составить рейтинг крупнейших спутников в Солнечной системе, то три из пяти мест займут спутники Юпитера – Ганимед, Каллисто и Ио. Два других – Титан (крупнейший спутник Сатурна) и наша Луна, которая будет замыкать пятерку лидеров!
Астероиды
Астероиды – это «крошки», оставшиеся после процесса формирования Солнечной системы, начавшегося около 4,6 миллиарда лет назад. Большинство из них обращается в поясе астероидов между Марсом и Юпитером. Их размеры варьируются от небольших камней до карликовых планет, таких как Церера.
- Некоторые астероиды иногда приближаются к Земле, например, Апофис, который пролетит на расстоянии 32 000 км (в 10 раз ближе, чем Луна) от нашей планеты в 2029 году. Он даже будет виден на небе невооруженным глазом! Подробнее об этом можно узнать в нашей статье об Апофисе.
Кометы
Кометы — ледяные тела, движущиеся по сильно вытянутым орбитам. Одни кометы прилетают из далекого Облака Оорта, другие – из Пояса Койпера, а некоторые, например, 2I/Борисова и 3I/ATLAS, — из межзвездного пространства. Почему у комет такие впечатляющие хвосты и что они говорят нам о Солнечной системе? Узнайте из нашей статьи о кометах.
Звезды и туманности
Звезда – это гигантский раскаленный шар, состоящий в основном из водорода и гелия, удерживаемого гравитацией. В ядре звезды происходит слияние атомов в ядерных реакциях, высвобождающее огромное количество энергии, которая и заставляет звезду светиться. Звезды рождаются внутри туманностей — гигантских облаков газа и пыли, где гравитация собирает вещество, пока не вспыхнет ядерный синтез.
- Одна из самых необычных туманностей – Туманность Бумеранг, расположенная примерно в 5000 световых годах от нас в созвездии Кентавра. Она считается самым холодным местом во Вселенной: температура там составляет –272 °C, что всего на один градус выше абсолютного нуля.
Сформировавшись, звезды светят миллиарды лет, прежде чем их путь завершится одним из способов. Некоторые из них становятся белыми карликами – тусклыми, плотными оболочками звезд. Известный пример — яркая звезда Сириус, которая на самом деле представляет собой двойную систему: горячая, яркая главная звезда Сириус А и тусклый белый карлик Сириус B. Более массивные звезды могут коллапсировать в нейтронные звезды диаметром всего несколько километров или даже в черные дыры, гравитация которых настолько сильна, что даже свет не может их покинуть.
- Среди звезд, сияющих по сей день, одной из самых древних считается HD 140283 – субгигант в созвездии Весов, прозванный Мафусаилом в честь библейского персонажа, прожившего 969 лет. Ее возраст оценивается в 12–14 миллиардов лет, что почти равно возрасту самой Вселенной.
Чтобы лучше понять, как развиваются звезды – от момента рождения в недрах туманности до зрелищного конца, – ознакомьтесь с нашей инфографикой о жизненном цикле звезды.
Галактики и квазары
Галактики — это огромные системы из миллиардов звёзд, связанных вместе гравитацией, газом, пылью и тёмной материей.
- Наша Солнечная система расположена в галактике Млечный Путь: на ночном небе мы можем наблюдать ее яркий рукав в виде огромной полосы звезд.
- Ближайший крупный сосед нашей галактики – галактика Андромеды – настолько большая и яркая, что ее можно увидеть невооруженным глазом в темное время суток.
Как и звезды, галактики также имеют свой жизненный цикл. Считается, что квазары представляют собой активные ядра галактик на ранней стадии их эволюции, когда центральная сверхмассивная черная дыра поглощает окружающее вещество с колоссальной скоростью. Этот процесс высвобождает огромное количество энергии, что делает квазары одними из самых ярких объектов во Вселенной.
- Квазар 3C 273 в созвездии Девы был первым когда-либо обнаруженным квазаром, и остается самым ярким квазаром, наблюдаемым с Земли (видимая звездная величина 12,9). Радионаблюдения показывают яркостную температуру до 10¹³ K (10 триллионов °C). Обратите внимание, что здесь имеется в виду мера интенсивности излучения, а не фактическая температура плазмы.
- Квазар APM 08279+5255, расположенный в 12 миллиардах световых лет от нас в созвездии Рыси, окружен гигантским облаком водяного пара, превышающим по массе все океаны Земли примерно в 140 триллионов раз.
Крупные структуры
Галактики не парят в космосе изолированно. Они объединяются в группы, такие как Местная группа галактик и Скопление Девы, которые, в свою очередь, входят в еще более крупные структуры, такие как сверхскопление Ланиакея.
- Великая стена Геркулес — Северная Корона, или просто Великая стена, претендует на звание крупнейшей структуры в наблюдаемой Вселенной, хотя ее статус до сих пор остается спорным. Она может достигать 15 миллиардов световых лет в поперечнике и, возможно, содержит миллиарды галактик. Расположенная примерно в 10 миллиардах световых лет от нас, она находится в направлении созвездий Геркулеса и Северной Короны.
Что такое космос: частые вопросы
Сколько лет Вселенной?
Наилучшая текущая оценка возраста Вселенной составляет около 13,8 миллиардов лет. Чтобы помочь вам визуализировать историю Вселенной, мы сжали ее до 1 земного года и получили космический календарь. Вы можете его увидеть в нашей инфографике.
Где начинается космос?
Космос не начинается на чётко определенной высоте над поверхностью Земли. Общепринятой границей является линия Кармана, установленная Международной авиационной федерацией (FAI) на высоте 100 км. Некоторые организации, такие как НАСА и ВВС США, используют чуть более низкую границу – 80 км. Эти высоты выбраны потому, что выше них атмосфера слишком разрежена, чтобы создавать достаточную подъемную силу для работы крыльев самолёта, а это означает, что аэродинамический полет становится невозможным – работают только орбитальные или ракетные двигатели.
Каковы размеры космоса?
Наблюдаемая Вселенная – та часть, которую мы можем увидеть и измерить – составляет около 46,5 миллиардов световых лет в любом направлении от Земли. Если представить ее в виде сферы, окружающей нашу планету, то ее диаметр составит около 93 миллиардов световых лет. Найдите местоположение Земли в наблюдаемой Вселенной с помощью нашей инфографики.
Какая температура в космосе?
Базовая температура космического пространства определяется реликтовым излучением (РКФ), остаточным свечением Большого взрыва. Она соответствует примерно 2,7 К (−270 °C).
Почему космос черный?
По опыту мы знаем, что космос кажется черным. Однако, учитывая, что Вселенная бесконечна и содержит миллиарды звезд, разве он не должен быть ярко-белым? Эта странность известна как парадокс Ольберса; о его возможных решениях читайте в нашей статье.
Почему в космосе ничего не слышно?
Звук – это механическая волна, для распространения которой требуется среда, например, воздух или вода. Космос – это вакуум: там нет воздуха, и звук не может распространяться. Вот почему обычно считается, что в космосе ничего не слышно.
Правда ли, что в космосе полная тишина?
Хотя космос представляет собой вакуум, это не значит, что в нем пусто: он заполнен плазмой, или заряженными частицами. Эти частицы могут генерировать электрические и магнитные поля (или подвергаться их воздействию) и, таким образом, могут переносить магнитозвуковые волны – плазменный эквивалент звуковых волн. Люди не могут их услышать напрямую, но их можно записать и преобразовать в слышимые треки, чтобы получилось что-то вроде “космической музыки”.
Что такое космос: подведем итоги
Космос – это вакуум. Он пронизан различными излучениями, а также содержит частицы газа, пыли и другой материи. Предполагаемый возраст Вселенной составляет примерно 13,8 млрд лет. Размер наблюдаемой Вселенной составляет около 46,5 млрд световых лет в любом направлении от Земли (или 93 млрд световых лет в диаметре). Все, что существует во Вселенной, состоит из нормальной материи, а также темной материи и темной энергии, природу и происхождение которых ученые до сих пор исследуют.
Все про космос: еще больше фактов о космосе и вселенной
Если вам понравилась эта статья и вы хотите узнать больше о космосе и вселенной, ознакомьтесь с этими материалами:
- Узнайте больше о космическом мусоре и о том, как он влияет на человечество;
- Узнайте разницу между световым годом, астрономической единицей и лунным расстоянием с помощью нашей инфографики;
- Вспомните все, что вы знаете о космосе, и пройдите тест: попробуйте отличить реальные космические факты от вымышленных!
