Белые карлики. Будущее Вселенной - [80]
Рассеяние, о котором только что шла речь, изменяет направление фотонов, но практически сохраняет их энергию (такое рассеяние называется томсоновским). Однако это не единственная возможность. Особо «горячие» электроны, чьи энергии выше средней энергии фотонов, могут поделиться с последними своей энергией (такой эффект называется обратным комптоновским рассеянием). Плотность подобных электронов в скоплениях галактик может быть весьма высока — порядка 1000 на кубический метр. Поэтому спектр реликтовых фотонов, которые по пути к Земле прошли сквозь такие скопления галактик, оказывается смещенным в сторону более высоких энергий. Этот эффект в начале 1970-х гг. предсказали Яков Борисович Зельдович и Рашид Алиевич Сюняев, и теперь он носит их имя.
Еще одна причина вторичной анизотропии — возникновение во Вселенной крупномасштабных структур, галактик и галактических скоплений. Поскольку они (вместе с окружающей их темной материей) создают локальные поля тяготения, реликтовые фотоны вблизи них набирают энергию на входе и теряют ее на выходе. Если бы эти поля были полностью статичными, потерянная энергия равнялась бы приобретенной, и фотоны продолжали бы миграцию по космосу в первозданном виде. Однако реально эти поля изменяются со временем, и это должно отразиться на энергии фотонов. Можно показать, что в расширяющейся Вселенной с нулевой кривизной пространства, описываемой космологической моделью Эйнштейна — де Ситтера, фотоны сохраняют первоначальную энергию. В других космологических моделях их энергия изменяется — это так называемый интегрированный эффект Сакса — Вольфа. Наличие или отсутствие этого эффекта позволяет судить о геометрии пространства-времени нашей Вселенной.
Понятно, что температурные флуктуации реликтового излучения обусловлены сложной гаммой причин и в целом отражают физическую историю Вселенной на разных этапах ее существования. Эта история представлена в конкретных космологических моделях, которые отличаются друг от друга численными значениями нескольких параметров. В минимальной версии Стандартной модели их шесть, в расширенных — более десятка (кстати, самым ранним космологическим моделям хватало всего трех параметров). Математический анализ данных, собранных во время наблюдения и измерения этих флуктуаций, позволяет определить эти параметры и на этой основе выбрать наилучшую теоретическую конструкцию, описывающую эволюцию Вселенной.
О том, как это делается, невозможно рассказать на пальцах, хотя вот несколько наглядных примеров. Для теоретического анализа первичных анизотропий реликтового излучения очень важно знать, под каким углом возможно наблюдать область пространства, соответствующую размеру Вселенной в эпоху рекомбинации. Чтобы вычислить его величину, необходимо определиться с космологической моделью. Для плоской Вселенной, которую описывает модель Эйнштейна — де Ситтера, этот угол равен 1,8°, для прочих моделей он имеет другое значение. Барионно-акустические осцилляции имеют максимальную амплитуду на длине волны, по порядку величины равной звуковому горизонту в эпоху рекомбинации. Так как скорость распространения этих колебаний в 1,7 раза меньше скорости света, максимум флуктуаций реликтового излучения в плоской Вселенной Эйнштейна — де Ситтера должен прийтись на угловой размер в 1°. Именно это и показывают наблюдения! Отсюда следует, что мы живем во Вселенной с плоской (или почти плоской) евклидовой геометрией пространства, кривизна которого равна или почти равна нулю. Возможно, это самый важный результат, извлеченный на сегодняшний день из богатейшего информационного резервуара реликтового излучения.
Данные о кривизне космического пространства можно получить и из наблюдений крупномасштабных (на угловых размерах в десятки градусов) осцилляций температур реликтового излучения, где работает интегрированный эффект Сакса — Вольфа. Чем больше кривизна пространства (и, следовательно, чем заметней его неевклидовость), тем сильнее должны изменяться со временем локальные гравитационные потенциалы. А такие изменения как раз и влекут за собой появление вторичной температурной анизотропии, обусловленной этим эффектом. Данные по крупномасштабным осцилляциям подтверждают, что нам выпало обитать в практически плоской Вселенной. Об этом же свидетельствует и угловое распределение акустических температурных пиков, также зависящее от кривизны пространства.
Температурные флуктуации фонового излучения демонстрируют и другие пики с более скромными амплитудами, которые наблюдаются на меньших угловых размерах. Причины их неодинаковы, и они тоже зависят от различных космологических параметров. Например, чем больше во Вселенной барионного вещества, тем выше амплитуда первого пика (и других пиков с нечетными номерами) и тем ниже она для второго, четвертого и прочих четных пиков. На совсем малых масштабах (менее пяти угловых секунд) первичные анизотропии сглаживаются благодаря эффекту Силка.
В нашем столетии львиную долю информации о спектрах реликтового излучения ученые получили с помощью космических обсерваторий WMAP и Planck. Обе станции несли на борту уникальную аппаратуру, которую смело можно назвать техническим чудом космического приборостроения. Кроме того, реликтовое излучение наблюдали с помощью специализированных наземных телескопов нового поколения и приборов, поднятых в стратосферу высотными аэростатами. Каждый из этих экспериментов заслуживает отдельной статьи, а некоторые — даже книги. В совокупности они неизмеримо расширили и уточнили полученные в прошлом веке сведения о реликтовом излучении. В обозримом будущем подобные наблюдения будут продолжаться.
Тим Пик увлекается марафонским бегом, альпинизмом и лыжным спортом, воспитывает сына и ходит в спелеологичес кие походы в Западном Суссексе. А еще Тим прошел отбор в программу Европейского космического агентства (EKA). На шесть мест для полетов в открытый космос претендовало более 8000 участников… А сегодня Тим Пик – единственный космонавт во всей Великобритании. 15 декабря 2015 года в 14:03 Тим Пик в должности второго борт инженера отправился с космодрома Байконур к МКС, чтобы провести на орбите 186 суток и узнать все о том, как жить и выживать в космосе. Что чувствовал Тим, вращаясь вокруг Земли быстрее, чем ускоряющаяся пуля? Каково это есть, спать и вообще жить в космосе? Что делать, когда нечего делать? Как вообще обстоят дела в современном космосе? Вернувшись домой, Тим решил поделиться всем пережитым с землянами.
Эта книга о потомке немецких баронов и гениальном конструкторе, который создал для Гитлера самое совершенное по тем временам оружие устрашения — баллистическую ракету «Фау-2». Незадолго до поражения Третьего рейха Вернер фон Браун предложил свой талант и знания победителям и дистанцировался от своих бывших товарищей по нацистской партии. Сначала он предложил себя армии США, а затем — НАСА, а свои мечты о космических путешествиях — миллионам американцев. А еще через десяток лет продал своей второй заокеанской родине Луну. Для широкого круга читателей.
Гравитационные волны были предсказаны еще Эйнштейном, но обнаружить их удалось совсем недавно. В отдаленной области Вселенной коллапсировали и слились две черные дыры. Проделав путь, превышающий 1 миллиард световых лет, в сентябре 2015 года они достигли Земли. Два гигантских детектора LIGO зарегистрировали мельчайшую дрожь. Момент первой регистрации гравитационных волн признан сегодня научным прорывом века, открывшим ученым новое понимание процессов, лежавших в основе формирования Вселенной. Книга Говерта Шиллинга – захватывающее повествование о том, как ученые всего мира пытались зафиксировать эту неуловимую рябь космоса: десятилетия исследований, перипетии судеб ученых и проектов, провалы и победы.
Книга авторитетного британского ученого Джона Дрейера посвящена истории астрономии с древнейших времен до XVII века. Автор прослеживает эволюцию представлений об устройстве Вселенной, начиная с воззрений древних египтян, вавилонян и греков, освещает космологические теории Фалеса, Анаксимандра, Парменида и других греческих натурфилософов, знакомит с учением пифагорейцев и идеями Платона. Дрейер подробно описывает теорию концентрических планетных сфер Евдокса и Калиппа и геоцентрическую систему мироздания Птолемея.
Книга астронома из ФРГ посвящена изложению современных взглядов на свойства, строение, происхождение и эволюцию звезд. Не применяя математики и сложной терминологии, автор просто и наглядно объясняет все основные результаты теории звезд, начиная с ее классических разделов и кончая самыми современными данными о пульсарах, рентгеновских звездах и черных дырах.
Выпуск Итоги науки и техники из серии Ракетостроение, том 3, «Пилотируемые полеты на Луну, конструкция и характеристики Saturn V Apollo» является обзором и систематизацией работ, информация о которых опубликована в изданиях ВИНИТИ АН СССР в 1969—1972 гг. В томе 3 описываются конструкция, весовые, летные характеристики и космические летные испытания ракеты-носителя Saturn V и корабля Apollo. Рассматриваются системы управления корабля Apollo, принципы прицеливания траектории полета Земля-Луна-Земля, навигация, коррекция траектории полета, методы аварийного возвращения.
Мало кто осознаёт масштабы времени в долгой истории нашей планеты, и именно это лежит в основе многих экологических проблем, которые мы создаем. Нам легко представить себе период в девять дней — именно столько в атмосфере Земли остается капля воды. Но период в сотни лет — время нахождения в атмосфере молекулы углекислого газа — почти за пределами человеческого понимания. Наша повседневность определяется процессами, начавшимися тысячи и миллионы лет назад, а последствия того, что мы делаем, в свою очередь, переживут нас.
В книге собраны 181 задача, 50 вопросов и 319 тестов с ответами и решениями. Материал в основном новый, но включает наиболее удачные задания из предыдущих изданий. В целом это не очень сложные, но «креативные» задачи, раскрывающие разные стороны современной астрономии и космонавтики и требующие творческого мышления и понимания предмета. Основой для некоторых вопросов стали литературные произведения, в том числе научно-фантастические повести братьев Стругацких. Работа с этой книгой делает знания по астрономии и космонавтике активными, что важно для будущих ученых и инженеров, а также преподавателей физики и астрономии.
Почему мы помним? Как мы забываем? И что же такое память, в конце концов? Отвечая на эти и другие вопросы, умная и веселая книга «Это мой конёк» позволяет нам по-новому увидеть одну из самых поразительных человеческих способностей. Две сестры из Норвегии, нейропсихолог и известная писательница, искусно вплетают в повествование историю, науку и собственные исследования, открывая перед читателем захватывающую панораму понимания памяти — от эпохи Возрождения и открытия гиппокампа, напоминающего по форме морского конька, до нашего времени. В свете самых актуальных научных идей XXI века показана роль различных отделов мозга, причины забывания детских воспоминаний и трудностей с памятью при стрессе и депрессивных состояниях.
Карло Ровелли – итальянский физик-теоретик, специалист в области квантовой гравитации, автор нескольких научно-популярных книг. В “Сроке времени” он предлагает неожиданный взгляд на такой, казалось бы, привычный нам всем феномен, как время. Время, утверждает он, не универсальная истина, а иллюзия, это просто наше ощущение последовательности событий, их причинно-следственных связей. Время есть форма нашего взаимодействия с миром. Тайна времени, вероятно, в большей степени связана с тем, что такое мы сами, чем с тем, что такое космос.