что такое пространство в космосе
Величайшая загадка Вселенной: из чего состоит пространство-время?
«Из чего сделано пространство-время?», задается вопросом физик Арон Уолл из Стэнфордского института теоретической физики. В течение последних нет физики по-разному пытаются осмыслить загадку пространства-времени, рассматривая его не просто как пустой фон, на котором разворачивается история Вселенной, а скорее как поток квантовой информации, перетекающей из одной точки в другую. Уолл и его коллеги все больше убеждаются, что такое представление пространства-времени может быть ключом к разработке теории, которая сможет объяснить гравитацию с использованием принципов квантовой механики. Об этом физики мечтают еще со времен Альберта Эйнштейна.
Пространство и время — это две, наверное, самые неуловимые вещи в мире.
Петр Зенчиковский из Института ядерной физики Польской академии наук задается таким же вопросом, что и Уолл. Является ли пространство-время абсолютной, неизменной, вечно и всегда присутствующей ареной, на которой разворачиваются события? Или, возможно, это динамическое создание, возникающее как бы на определенном масштабе расстояний, времени или энергии? Упоминание абсолюта не приветствуется в современной физике. Считается, что пространство-время эмерджентно, то есть возникает откуда-то. Непонятно только, откуда.
Что такое пространство-время?
Большинство физиков считает, что структура пространства-времени формируется непонятным образом в пределах масштабов Планка, то есть на масштабах, близких к одной триллионной от триллионной доли метра. Однако есть некоторые убеждения, которые ставят под вопрос однозначность такого толкования. Существует немало аргументов в пользу того факта, что возникновение пространства-времени может происходить в результате процессов, которые намного ближе к нашей реальности: на уровне кварков и их конгломератов.
«Математика — это одно, отношение с реальным миром — другое», говорит Зенчиковский. «Например, величина массы Планка кажется подозрительной. Можно было бы ожидать, что у нее будет значение, более характерное для мира квантов. Между тем, оно соответствует примерно 1/10 массы блохи, которая определенно является классическим объектом».
Большинство физиков склонны предполагать, что пространство-время создается на планковских масштабах, на расстояниях, близких к одной триллионной триллионной доли метра (
Вопросы о природе пространства и времени озадачивали человечества с древних времен. Может ли время быть отдельным от материи, создающим «контейнер» для движений и событий, которые происходят при участии частиц, как это предполагал Демокрит в 5 веке до н.э.? Или, может быть, все это атрибуты материи и не могут без нее существовать, как предположил Аристотель столетием позже?
Несмотря на то, что прошла уже тысяча лет с тех пор, эти вопросы до сих пор не решены. Более того, оба подхода — несмотря на их очевидное различие — глубоко укоренились в столпах современной физики. В квантовой механике события происходят на жесткой арене с равномерно текущим временем.
Между тем, в общей теории относительности вещество деформирует упругое пространство-время (растягивает и скручивает его), а пространство-время сообщает частицам, как двигаться. Другими словами, в одной из теорий актеры выходят на уже подготовленную сцену, чтобы играть свои роли, а в другой они создают сцену во время представления, что, в свою очередь, влияет и на их поведение.
«В настоящее время мы сперва стремимся построить квантованное дискретное пространство-время и затем «населить» его дискретной материей. Но если пространство-время будет продуктом кварков и адронов, зависимость будет обратной: дискретное свойство материи должно усиливать дискретность пространства-времени», говорит Зенчиковский и добавляет: «Планк опирался на математику. Он хотел создать единицы из мельчайших возможных постоянных. Но математика это одно, а отношение с реальным миром другое. Значение планковской массы кажется подозрительным. Можно было бы ожидать, что у нее будет более подходящая характеристика для мира квантов. Но она соответствует примерно 1/10 массы блохи, которая определенно является классическим объектом».
Смотришь в космос и не понимаешь, где у него конец
«Игры с постоянными могут быть рискованными, потому что многое зависит от того, какие константы мы выбираем. К примеру, если бы пространство-время действительно являлось продуктом кварков и адронов, то его свойства, включая скорость света, также должны быть эмерджентными. А это означало бы, что скорость света не может быть среди основных констант», отмечает Зенчиковский.
Другим фактором в пользу образования пространства-времени в масштабе кварков и адронов являются свойства самих элементарных частиц. Стандартная модель, например, не объясняет, почему существует три поколения частиц, откуда берутся их массы или почему существуют так называемые внутренние квантовые числа, которые включают изоспин, гиперзаряд и цвет. В картине, представленной профессором Зенчиковским, эти значения могут быть связаны с определенным шестимерным пространством, созданным положением частиц и их импульсами. Построенное таким образом пространство одинаково уважает положение частиц (материя) и их движения (процессы). Выясняется, что свойства масс или внутренние квантовые числа могут быть следствием алгебраических свойств шестимерного пространства. Более того, эти свойства также объясняют невозможность наблюдать свободные кварки.
«Возникновение пространства-времени может быть связано с изменениями в организации материи, происходящей в масштабе кварков и адронов, в более первичном шестимерном фазовом пространстве. Однако не совсем понятно, что дальше делать с этой картиной. Каждый последующий шаг потребует выхода за пределы того, что мы знаем. И мы даже не знаем правил игры, по которым Природа играет с нами, нам все равно приходится их угадывать. Однако представляется разумным, что все конструкции начинаются с материи, потому что она является физически и экспериментально доступной. В этом подходе пространство-время будет лишь нашей идеализацией отношений между элементами материи», суммирует профессор Зенчиковский.
Согласитесь с ним? Расскажите в нашем чате в Телеграме.
dymontiger
Интересное в сети!
Курьезы, юмор, а иногда и жесть, все это вы найдете здесь;)
Космос – это область, которая находится за пределами земной атмосферы. Она включает планеты, галактики, солнечные системы, звёзды, астероиды и прочее.
Мы живём в космосе, поэтому мы должны изучать его. Он настолько огромен, что вмещает триллионы звёзд, а также бесчисленное множество галактик и планет. Однако это только видимая вселенная. Учёные сходятся во мнении, что исследовать неизвестную вселенную можно гораздо больше, чем мы можем себе представить. Эта статья посвящена любопытным фактам о космосе. Начнём!
1. Космос берёт начало на определённой высоте над нашей планетой. Границу между земной атмосферой и космосом называют линией Кармана; она находится на высоте 100 километров над уровнем моря.
2. Самый крупный объект, находящийся в космосе с экипажем на борту – это Международная космическая станция.
3. Космос – это на самом деле пустота, которая содержит очень мало материи.
4. Космические аппараты посетили все планеты Солнечной системы.
5. Возраст Вселенной составляет 13,8 миллиарда лет. С момента своего возникновения (в результате Большого взрыва) она расширяется.
6. В видимой или известной вселенной насчитывается почти два триллиона галактик.
7. В галактике Млечный Путь насчитывается от ста до четырёхсот миллиардов звезд.
8. В космосе нет звука, потому что молекулы расположены так далеко друг от друга, что не могут передавать звук. Однако бесшумным его также не назовёшь. В космосе можно посылать и принимать радиоволны!
9. Космическое пространство между галактиками не пустое. В среднем на один кубический метр приходится один атом.
10. Вулкан на Марсе в три раза выше Эвереста. Олимп – это вулкан на Марсе, ширина которого составляет 600 километров, а высота – 21. Это самая высокая гора из всех планет Солнечной системы. Центральный пик астероида Весты, Реасильвия (высота 22 километра), выше горы Олимп на один километр. Основание горы Олимп – размером с Аризону!
11. На Солнце приходится 99,86% массы всей солнечной системы. Масса Солнца в 330 000 раз больше массы Земли.
12. Карликовая планета Церера считается самым крупным астероидом. Она находится в Поясе астероидов между Марсом и Юпитером. Она была открыта итальянским астрономом Джузеппе Пиацци в 1801 году. Её ширина составляет 965 километров. Тем не менее, это самая маленькая карликовая планета солнечной системы.
13. Знаете ли вы, что в космосе существует огромное облако водяного пара? В нём содержится в 140 триллионов раз больше воды, чем во всех океанах Земли. Оно находится на расстоянии около 10 миллиардов световых лет.
14. Если два куска одного и того же металла или материала сталкиваются друг с другом в космосе, то они навсегда соединяются. Это называется холодной сваркой, при этом атомы двух частей понятия не имеют о том, что они разделены. Это явление нельзя наблюдать на Земле, поскольку между кусками присутствуют вода и воздух.
15. Галактики Млечный Путь и Андромеда столкнутся в ближайшие 3,75 миллиарда лет. Галактика Андромеда приближается к нашей галактике со скоростью 110 километров в секунду!
16. Существует планета под названием 55 Cancri e. Её радиус в два раза больше, чем у Земли, а масса – в восемь раз. Согласно исследованиям, проведённым Йельским университетом, поверхность этой планеты состоит из алмаза и графита. Он находится на расстоянии сорока световых лет от Земли, но видна невооружённым глазом. Она расположена в созвездии Рака.
17. Скафандр НАСА стоит 12 000 000 долларов. 70% стоимости приходится на модуль управления и резервную копию.
18. Самые плотные и мельчайшие начала в известной Вселенной – это нейтронные звезды. Они имеют радиус около 10 километров но их масса в несколько раз больше, чем у Солнца. Они вращаются до шестидесяти раз в секунду после рождения. Затем скорость вращения увеличивается до 600-712 раз в секунду. Они рождаются в результате взрыва ядра сверхновой звезды.
19. Базз Лайтер из «Истории игрушек» провёл 15 месяцев на Международной космической станции. Он вернулся на Землю 11 сентября 2009 года.
20. Комета Галлея снова пройдёт мимо Земли 26 июля 2061 года. Комета была открыта Эдмондом Галлеем в 1705 году. Последний раз её видели 9 февраля 1986 года.
21. В нашей солнечной системе есть пять признанных карликовых планет. Это Церера, Плутон, Эрида, Макемаке и Хаумеа.
22. Китайцы заметили комету Галлея ещё в 240 году до нашей эры. Начиная с 164 года до нашей эры, они отмечали каждое её появление.
23. Центральная часть кометы называется ядром, а потоки пыли, которые видны за ней, называются хвостом.
24. На нашем небе – 88 признанных звёздных созвездий.
25. Лунному свету требуется всего 1,3 секунды, чтобы достичь Земли. Расстояние между Землёй и Луной составляет 384 400 километров.
26. Обычные ручки работают благодаря принципу гравитации. Чернила вытекают под действием силы тяжести. Поскольку гравитация в космосе отсутствует, ручки там не пишут.
27. Гравитационная сила Юпитера настолько сильна, что он притягивает большой процент астероидов, комет и прочих космических объектов.
28. Красное пятно на Юпитере в три раза больше, чем на Земле, но оно уменьшается, пока вы читаете эти факты.
29. Красный карлик – это звезда, которая меньше и холоднее других звёзд. Это поздняя стадия её жизни. Температура поверхности красного карлика составляет около 7200 Кельвина. Они могут гореть непрерывно в течение 10 триллионов лет.
30. Галактика Млечный Путь известна в Китае как «Серебряная Река». В Японии и Корее «Серебряную Реку» вообще называют просто галактиками.
31. Геннадий Падалка провёл в космосе больше времени, чем любой другой человек. Он был космонавтом Федерального космического агентства России. Он провёл в космосе 879 дней. Он работал и на Международной космической станции, и на «Мире».
32. Все слышали о НАСА, но знаете ли вы, что означает название «НАСА»? Оно расшифровывается как Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства. Оно было создано в 1958 году федеральным правительством Соединённых Штатов.
33. Слово «астронавт» происходит от двух греческих слов – astron («звезда») и nautes («моряк»). Таким образом, астронавт – это звёздный моряк.
34. Первым млекопитающим, которого отправили в космос, была Лайка, бродячая собака. Это произошло 3 ноября 1957 года. К сожалению, она умерла спустя 5-7 часов после начала полёта из-за стресса и перегрева.
35. Земля в 81 раз тяжелее Луны.
36. Из-за отсутствия гравитации астронавты не могут отрыгнуть в космосе. Это происходит потому, что воздух не может отделиться от пищи и подняться вверх.
37. Единственная планета, которая может плавать на поверхности воды – это Сатурн. Это также самая лёгкая планета. Она может плавать на поверхности воды потому, что состоит из газа (в основном).
38. Меркурий продолжает сжиматься даже спустя 4,5 миллиарда лет после образования солнечной системы.
39. Кометы – это остатки материи после образования солнечной системы. Они состоят из углекислого газа, льда и песка.
40. Шимпанзе, собаки, морские свинки и обезьяны летали в космос.
41. Ось Земли меняется со временем. Это явление называется прецессией. Изменение оси происходит очень медленно и постепенно. Из-за прецессии примерно через 13 000 лет Поляриссима перестанет быть нашей полярной звездой. Её заменит звезда Вега. Один цикл прецессии занимает 26 000 лет.
42. Япет, один из спутников Сатурна, имеет двухцветную окраску. Одна сторона спутника темнее другой. Такого явления не наблюдается ни на одном другом спутнике солнечной системы. Причина такой двухцветной окраски заключается в том, что Япет находится далеко за пределами колец Сатурна и, следовательно, его атакует космический мусор. Именно столкновения создают тёмные области на Япете.
43. Земля получает от Солнца за час больше энергии, чем использует за целый год.
44. На Луне нет атмосферы, ветра и воды, которые могли бы стереть следы астронавтов, отпечатки космических кораблей и лунных автомобилей. Они просуществуют миллионы лет. Однако микрометеориты продолжают бомбардировать поверхность Луны, что в конечном итоге приведёт к эрозии. Но скорость эрозии очень медленная.
45. Если вы окажетесь на экваторе Марса, температура у ваших ног будет тёплой, а у вашей головы – холодной.
46. Если объединить все известные астероиды солнечной системы, то их общая масса составит менее 10% от массы Луны.
47. Долины Маринер – самая большая система каньонов в солнечной системе. Её длина составляет около 4000 километров. Она в девять раз длиннее и в четыре раза глубже Большого каньона.
48. Ио, один из спутников Юпитера, является самым вулканически активным небесным телом во всей солнечной системе. Его вздутая желтоватая поверхность напоминает пиццу пепперони.
50. Центр галактики Млечный Путь пахнет ромом и имеет вкус малины. Откуда мы знаем? Эта информация была обнаружена радиотелескопом IRAM, когда он сфокусировался на газовом облаке под названием Стрелец B2. IRAM обнаружил этилформиат, который придаёт рому характерный запах, а малине – вкус.
©
Космическое пространство: Великая пустота, полная загадок
Земля – единственное известное место во Вселенной, на котором существует жизнь. Биосфера представляет собой всего лишь тонкую пленку, покрывающую поверхность нашей планеты. Ее верхняя граница находится примерно на высоте 20-22 км. А дальше начинается зона, пронизанная жесткой радиацией и ультрафиолетовым излучением — здесь не выживают даже бактерии и споры грибов. На отметке в сто километров над уровнем моря проходит линия Кармана – официальная граница между космосом и земной атмосферой.
Человечество с древнейших времен изучало космическое пространство. Сначала оно просто наблюдало за движениями планет и звезд невооруженным глазом, затем придумало телескоп для этих целей. Настоящий прорыв в исследованиях космического пространства произошел в прошлом столетии. Стремительное развитие ракетной техники позволило отправить на орбиту первого человека, достичь других небесных тел нашей Солнечной системы, увидеть самые удалённые галактики и туманности. И чем больше мы узнаем о Вселенной, тем яснее становится, что Земля в космическом пространстве – всего лишь крошечная песчинка в гигантских масштабах мироздания.
Что нужно вкладывать в это понятие
Космическое пространство – это совокупность областей Вселенной, лежащих за пределами атмосфер или твердых оболочек небесных тел. С точки зрения обывателя, космос – это огромная пустота, Великое Ничто, в котором «плавают» планеты, звезды и галактики, перемещаются межпланетные зонды и другие объекты. Такое изображение космического пространства неверно: хотя его плотность за пределами нашей атмосферы и невелика, оно не является пустым. Его заполняет межзвездный газ, пыль, различные виды излучений. Есть еще и загадочная темная энергия и материя…
На самом деле, все еще сложнее. Изначально греческое слово «космос» имело в основном философское значение, обозначая пространство вокруг нашей планеты. В западноевропейских языках, в основе которых лежит латынь, под ним подразумевают невообразимую бесконечность Вселенной. Русское словосочетание «космическое пространство» – это скорее тавтология, ставшая для нас привычной.
Кроме того, данное определение имеет множество аспектов. У астронома оно ассоциируется с движением небесных тел и взаимодействием между ними. Физик расскажет об удивительных свойствах вакуума, теории относительности и флуктуациях, которые порождают новые элементарные частицы. Инженер поведает о проблемах освоения космоса. Юриста в основном интересует правовой режим использования космического пространства.
Космическое пространство разделяют на:
Четкой границы космоса не существует – плотность воздуха и атмосферное давление уменьшается постепенно. В ВВС США утверждают, что она начинается на высоте в 50 миль (80,5 км). Согласно другому мнению, данная черта проходит на отметке 122 км, где прекращается влияние ветров и начинается воздействие космических частиц.
Международная авиационная федерация (ФАИ) в качестве границы между атмосферой и космосом установила высоту в 100 км – ее называют линией Кармана. Данную точку зрения разделяют и ученые НАСА. На этой высоте для создания подъемной аэродинамической силы аппарат должен развивать первую космическую скорость, что делает авиационные полеты бессмысленными.
Атмосфера и околоземное пространство
На уровне моря атмосферное давление равняется 101,325 кПа, что составляет одну атмосферу. Подавляющая часть населения планеты – 99% – живет на высоте ниже 2 км. Выше этой отметки могут находиться только акклиматизировавшиеся люди типа гималайских шерпов, у остальных начинается «горная болезнь», вызванная недостатком кислорода. Большая часть (около 80%) массы атмосферы приходится на ее нижний, более плотный слой, находящийся до высоты в 7 км.
На высоте 5 км атмосферное давление уменьшается вдвое, а на отметке 12 – проходит граница тропосферы и стратосферы, выше которой не поднимаются облака. Двенадцать километров — потолок полета пассажирских авиалайнеров, также здесь находится предел кратковременного дыхания чистым кислородом.
На 18,9-19,35 км проходит линия Армстронга – начало космического пространства для человеческого организма. Здесь начинают кипеть слюна и слёзы, набухают глаза. 20 км считается пределом биосферы – выше не могут жить даже бактерии. 25-26 км – предельная высота полета для большинства реактивных самолетов. На 20-25 км в средних широтах расположен озоновый слой, оберегающий планету от действия ультрафиолета.
На высоте 35 км находится так называемая тройная точка воды – из-за низкого атмосферного давления она кипит при температуре 0 °C. 37,8 км – рекордная высота полета для самолета с турбореактивным двигателем. Рекорд был поставлен советским истребителем МиГ-25М. А максимальная отметка, на которую поднимался человек в воздухоплавательном аппарате, составляет 41,42 км. Это достижение занесено в Книгу рекордов Гиннесса. На высоте 50 км находится граница стратосферы и начинается мезосфера.
100 км – линия Кармана, после которой начинается космос. Примерно на этой же высоте находится отражающий радиоволны слой Кеннелли — Хевисайда. Выше этой границы начинается околоземное пространство, отличия которого от других областей Вселенной обусловлены влиянием нашей планеты. Оно выражается в наличии и концентрации заряженных частиц, их энергии, воздействии магнитного поля Земли и др. Считается, что данная область пространства имеет протяженность в 10-12 земных радиусов. Однако некоторые астрономы полагают, что оно простирается до орбиты Луны.
Большие метеоры и болиды начинают сгорать на высоте в 135 км от поверхности Земли. Выше 160 км начинается область стабильных низких околоземных орбит. Высота первого космического полета – Фау-2 в 1944 году – составляла 188 км, Гагарин поднимался на 302 км. На расстоянии в 350 км от земной поверхности начинаются самые низкие орбиты с долгосрочной стабильностью. МКС летает примерно на высоте 400 км. Баллистические ракеты (МБР) в наивысшей точке траектории поднимаются приблизительно на 1300 км.
На высоте 2 тыс. км находится граница между низкими и средними околоземными орбитами. На данном уровне нет влияния атмосферы, поэтому спутники могут существовать годами. На расстоянии 100 тыс. км от поверхности проходит верхняя граница экзосферы.
От границ атмосферы до пределов Солнечной системы
Межпланетное пространство – область Вселенной, ограниченная орбитой самой дальней планеты, вращающейся вокруг звезды. Понятно, что из многочисленных звездных систем, известных ученым сегодня, наиболее хорошо изучена наша собственная. В центре нашей системы расположено Солнце. Именно его влияние обуславливает свойства межпланетного пространства. Вокруг него вращаются восемь планет: четыре имеют твердую каменистую поверхность, а четыре – являются газовыми гигантами. На наибольшем расстоянии от Солнца находится Нептун, ближе всего к нему Меркурий.
Межпланетное пространство простирается до края системы, где переходит в межзвездное. Граница между ними называется гелиопаузой — находится на расстоянии 120-160 а. е. от нашего светила. Плотность среды Солнечной системы очень мала, но не следует считать ее вакуумом – здесь есть пыль, частицы, излучения и плазма. Количество вещества уменьшается при удалении от центра системы.
Важнейшей составляющей межпланетного пространства является солнечный ветер – поток ионизированных частиц, испускаемых Солнцем. Его скорость варьируется от 300 до 800 км/с, температура составляет около 105 °К.
Радиус сферы, где земное притяжение превосходит гравитацию Солнца, распространяется на 260 тыс. км. Точки Лагранжа находятся на удалении в 1,5 млн км, а на расстоянии 21 млн км гравитационное воздействие Земли на пролетающие объекты полностью исчезает.
От Солнца нашу планету отделяет примерно 150 млн км, что составляет одну астрономическую единицу. Расстояние от Солнца до Нептуна – 450 млрд км, что равняется 30 а. е. За ним находятся скопления комет, астероидов и малых планет, которые образуют пояс Койпера и облако Оорта.
До границ гелиосферы будущим космонавтам придется преодолеть 11-14 млрд км. Автоматический аппарат «Вояджер-1» на июнь 2020 года пролетел 35 млрд км или 230 а. е. К концу нынешнего века он удалится на 65 млрд км.
За пределами Солнечной системы
Межзвездное пространство представляет собой области внутри галактик. Говоря другими словами, это космическое пространство без небесных тел, заполненное облаками межзвёздного газа, пылью, излучением и электромагнитными полями. Кроме того, здесь присутствует таинственная темная материя.
Его состав – это результат первичного нуклеосинтеза, который происходил после Большого взрыва, а также ядерных реакций, протекающих в звездах. Распределение вещества в межзвездном пространстве весьма неоднородно: здесь есть облака разной температуры, скопления горячего газа. Его особенностью является низкая плотность – на кубический сантиметр приходится не более 1 тыс. атомов.
Эволюция межзвездного вещества связана с процессами, проходящими в галактиках на протяжении миллиардов лет.
На этом уровне основной единицей измерения является световой год, который равняется примерно 9,5 трлн км. До внешней границы гипотетического облака Оорта, например, 2 св. года, а до Проксимы Центавра – ближайшей к нам звезды – 4,2. Размер Местного межзвездного облака, через которое сейчас движется наша система, составляет 30 св. лет или 30 трлн км. Диаметр Млечного Пути равняется 100 тыс. св. лет.
Межгалактическое пространство представляет собой области Вселенной, находящиеся вне галактик. Оно лучше всего подходит под определение вакуума, потому что здесь практически отсутствует известная нам материя. На один кубический дециметр приходится всего один атом водорода. Температура этого газа составляет около десяти миллионов градусов.
На данном уровне организации Вселенной расстояния измеряются миллиардами световых лет или миллионами парсеков. Например, размер Местного сверхскопления Девы, куда входит наш Млечный Путь, составляет 200 млн св. лет. А длина Комплекса сверхскоплений Рыб-Кит превышает 1 млрд св. лет. Предел видимости вещества в известной нам Вселенной – 26 млрд св. лет. В этой области находится примерно 500 млрд галактик.
Немного о темной материи
Все звезды, многочисленные галактики и другие видимые астрономические объекты составляют лишь небольшую часть от общего количества вещества нашей Вселенной. Ее львиную долю занимает так называемая темная материя, которая не испускает электромагнитного излучения и не поглощает его. Следует понимать, что данное название не подразумевает ничего ужасного и зловещего, просто оно говорит о невозможности наблюдения данного феномена. Физики, астрономы и космологи не знают, что это такое, но ее существование является почти неоспоримым фактом.
Данная субстанция практически не взаимодействует с обычным веществом, поэтому ее так сложно обнаружить. Единственным способом узнать о существовании – отследить гравитационное воздействие, которое темная материя оказывает на астрономические объекты.
Согласно некоторым моделям, темная материя и энергия занимает в составе Вселенной более 95%, при этом на звезды и другие небесные тела приходится менее 1%, а еще 3,6% занимает межгалактический газ.
Впервые предположение о существовании во Вселенной темной материи было выдвинуто астрономом Фрицем Цвики в 1933 году. Он изучал скорости галактики и обнаружил, что для их устойчивости необходима масса в несколько раз больше, чем весят звезды, входящие в их состав. На эту работу поначалу не обратили особого внимания, но вскоре аналогичные результаты стали получать и другие астрономы.
Сегодня нет сомнений, что без существования дополнительной или скрытой массы («темной материи») вещество не смогло бы собраться и образовать звезды и галактики после Большого взрыва. Несмотря на это, мы до сих пор не знаем, из каких частиц состоит темная материя, и что она собой представляет.
Существует множество теорий относительно этой загадочной субстанции, но все они остаются недоказанными. Над исследованиями в данной области бьются десятки научных коллективов в разных странах, но пока, к сожалению, безрезультатно. Видимо, темная материя взаимодействует с нашим миром только посредством гравитации, зафиксировать которую наши детекторы сегодня не в состоянии.
Воздействие космического пространства на человеческий организм
Человечество уже более полувека активно исследует околоземное пространство, поэтому мы неплохо представляем, как оно воздействует на наше тело. Вопреки распространенному мнению, человека, оказавшегося в космическом вакууме без скафандра, не разорвет на части и кровь не закипит у него в сосудах, ему даже не угрожает моментальная потеря сознания. Он просто умрет от недостатка кислорода, другими словами, задохнется.
В истории НАСА описан случай, когда человек из-за повреждения скафандра оказался в условиях, близких к космическому вакууму (давление ниже 1 Па). Он потерял сознание только через 14 секунд – примерно такое время потребовалось для начала кислородного голодания мозга. Он пришел в себя только после повышения давления до уровня высоты 4,6 км. Позже астронавт рассказывал, что чувствовал потерю воздуха и слюну, закипающую на языке.
В середине 90-х годов появилась информация о еще одном похожем инциденте, произошедшем в 1960 году. Во время подъема в открытом аэростате на высоту 19,5 мили, у пилота произошла разгерметизация рукава скафандра. Это создало ему серьезный дискомфорт, но после возвращения в более низкие слои атмосферы они исчезли без особых негативных последствий.
Полеты в космическое пространство
Чтобы преодолеть притяжение нашей планеты и выйти на ее орбиту, физическое тело должно достигнуть первой космической скорости –7,9 км/с. Преодолеть этот рубеж сумел советский «Спутник-1» в 1957 году.
Для победы над гравитацией Земли и выхода в межпланетное пространство, аппарат должен двигаться быстрее 11 км/с. Это вторая космическая скорость. Впервые она была достигнута в январе 1959 года советским автоматическим зондом «Луна-1».
Для выхода в межзвездное пространство и преодоления притяжения Солнца, необходимо развить третью космическую скорость, которая составляет 16,67 км в секунду. Пока наибольшей скоростью покидания Земли обладал аппарат «Новые горизонты» – 16,26 км/с. По пути он смог прибавить еще 4 км/с за счет гравитационного маневра около Юпитера. В будущем это позволит ему покинуть пределы нашей системы и отправиться в межзвездное пространство.
Для преодоления притяжения Млечного Пути и выхода за его пределы необходима четвертая космическая скорость — 550 км/с. Солнце относительно центра галактики двигается медленнее – со скоростью 220 км/с.
Правовые основы освоения Вселенной
Космическое пространство – это новое и уникальное поле для человеческой деятельности, которое мы только начинаем осваивать. Из-за ряда особенностей, исследования в основном носят международный характер. Поэтому начало космической эры привело к появлению новой отрасли права, предназначенной для регулирования отношений между государствами и организациями в этой специфической сфере деятельности. Сегодня правовой режим регламентируют несколько международных договоров о космическом пространстве, принятых в разное время.
Буквально через несколько дней после запуска «Спутника-1» Генассамблея ООН призвала создать инспекцию для обеспечения исключительно мирного использования космического пространства. По данному вопросу была принята специальная резолюция. В 1958 году при ООН появился Комитет (КОПУОС), в задачи которого входило изучение правовых проблем исследований околоземного пространства. Он работает и сегодня, имеет два подкомитета: юридический и научно-технический.
Можно сказать, что в те годы были заложены основы международного космического права, регулирующие деятельность в данной сфере. С трибуны ООН был четко сформулирован главный принцип: космическое пространство и небесные тела свободны для исследования и освоения, и не подлежат присвоению тем или иным государством. Космос должен служить общим интересам человечества.
В 1967 году был подписан Договор о международном режиме использования космического пространства и небесных тел, включая Луну. В 1968 году появилось Соглашение о спасении космонавтов, а в 1972 – Конвенция об ответственности за ущерб, причиненный КА. В 1979 году было подписано Соглашение о деятельности на Луне и других небесных объектах.
В 1982 году была принята конвенция по радиосвязи, которая регулировала вопросы использования радиочастот, а также геостационарной орбиты.
Существующая сегодня договорная база определяет для космического пространства режим, абсолютно отличный от того, что действует в отношении воздушного пространства. Последний находится под суверенитетом государства, над территорией которого он расположен. С космосом другая проблема: нет четкого юридического определения, на какой высоте он начинается. Сегодня существует более тридцати гипотез, определяющих границу между околоземным пространством и атмосферой, но ни одна из них не получила общего или хотя бы подавляющего признания.
В 1979 году СССР предложил в качестве официальной границы космоса считать отметку в сто километров над уровнем моря. Великобритания и США выступили против этой инициативы, заявив, что любая демаркация будет только мешать космическим исследованиям.
Позже несколько экваториальных стран заявили, что геостационарная орбита из-за ее специфического расположения находится под их суверенитетом. Понятно, что подобный месседж не был поддержан международным сообществом.
Появление новых космических государств, увеличение количества запусков и разработка новых космических аппаратов только запутывает ситуацию и делает решение вопроса практически недостижимым.
Загрязнение и милитаризация орбиты Земли
За довольно короткий период люди успели серьезно намусорить в космосе, загрязнив орбиту обломками спутников и других аппаратов. Сегодня в каталоге Стратегического командования США находится 16 тыс. околоземных объектов, 17 тыс. – занесено в его российский аналог. В действительности, сколько их сегодня летает на орбите, не знает никто, и это большая проблема.
Разгонные блоки, отработавшее свое спутники, вторые ступени ракет и даже инструменты, потерянные космонавтами, – все это кружится на орбите, угрожая действующим аппаратам и населению планеты. Загрязнение космического пространства – серьезнейшая проблема, и если этот процесс не замедлится, то через несколько десятилетий мы просто не сможем выводить спутники. Происшествия с участием космического мусора на орбите уже случались, к счастью, пока без человеческих жертв.
Не меньшую тревогу вызывают риски, связанные с использованием радиоактивных материалов в космосе: многие космические аппараты оснащены ядерными энергетическими установками. В 1978 году на территории северной Канады упал советский военный спутник «Космос-954» с тридцатью килограммами урана на борту. К счастью, катастрофа произошла в малообитаемой местности, поэтому ущерб был минимален, но скандал получился весьма громким.
По разным оценкам, сейчас на орбите может находиться от нескольких десятков до сотни аппаратов с радиоактивными материалами на борту.
К сожалению, пока не существует эффективного способа «уборки» околоземной орбиты. Сегодня мы можем только отслеживать опасные объекты, не допуская их столкновения с действующими аппаратами.