Вселенная. Краткий путеводитель по пространству и времени: от Солнечной системы до самых далеких галактик и от Большого взрыва до будущего Вселенной - [9]
В короне возникают структуры самых разных масштабов. Современные наблюдения позволяют изучать образования размером в сотни километров и более. На разных этапах 11-летнего цикла солнечной активности корона имеет различный вид: в годы максимумов она более симметрична, а во время минимумов корональные структуры в основном сконцентрированы вблизи солнечного экватора, где обычно больше активных областей, а значит, и солнечных пятен.
Наблюдения, проведенные с помощью приборов спутника Yohkoh (1991–2005), позволили изучить структуры и магнитные поля солнечной короны и проследить их эволюцию на протяжении солнечного цикла. Получены прямые данные о пересоединении магнитных полей («замыкании» противоположно направленных силовых линий поля), что приводит к выделению энергии (излучению и нагреву вещества) и ускорению частиц. В настоящее время существует несколько космических проектов, в задачи которых входит изучение структур и процессов в солнечной короне.
Особый интерес представляют корональные дыры и корональные выбросы. Корональные дыры – это области открытых силовых линий магнитного поля, плазма из которых истекает наружу. Температура в корональной дыре падает ниже миллиона градусов, поэтому (а также из-за понижения плотности) в ультрафиолетовых и рентгеновских лучах такая область короны выглядит более темной (существенно, что корональные дыры часто видны как темные области именно в проекции на солнечный диск). Также корональные дыры хорошо заметны при наблюдениях в некоторых спектральных линиях, формирующихся в короне. Можно сказать, что в периоды низкой солнечной активности обе приполярные области являются гигантскими корональными дырами. В годы высокой активности, когда корона обладает большей сферической симметрией, дыры могут возникать на любых широтах. Истекая из корональных дыр, электроны и ионы формируют быструю компоненту солнечного ветра.
Корональные дыры являются одним из основных источников солнечного ветра.
Солнечный ветер – это поток плазмы, истекающий от Солнца. Для Солнца это небольшая потеря (лишь около одной миллиардной доли полной массы за 40 000 лет), но поток заряженных частиц может оказывать серьезное воздействие на тела Солнечной системы – именно он несет ответственность за полярные сияния и появление хвостов у комет. Выделяют две компоненты солнечного ветра: быстрый ветер (со скоростью 700–800 км/с) и медленный (400 км/с). Обе компоненты зарождаются в солнечной короне.
Корональные выбросы вещества впервые наблюдали в начале 1970-х гг. с помощью приборов спутника OSO-7 (Orbiting Solar Observatory). В основном выбрасывается вещество нижней короны. В момент возникновения будущий выброс имеет размер около 10 000 км, что соответствует размеру петли коронального магнитного поля (часто выбросы связаны с так называемыми шлемовидными стримерами – крупными, хорошо заметными петлевидными образованиями, чья форма напоминает прусские военные шлемы). Такие события наблюдаются достаточно часто, и на сегодняшний день зафиксировано более 10 000 корональных выбросов.
Корональные выбросы делят на два основных типа. Так называемые нормальные выбросы похожи на поднимающийся протуберанец с ярким ядром внутри петли (иногда это яркое ядро отсутствует). В них выделяют три части: яркую наружную петлю, темную полость сразу под ней и яркую область ниже. Второй тип выброса имеет вид узкой струи, они обычно связаны с корональными дырами.
Корональные выбросы оказывают большое влияние на космическую погоду.
Типичная масса выброса составляет 1011–1014 кг, около 15 % выбросов имеет меньшие массы. Типичные скорости составляют сотни километров в секунду, но иногда могут отличаться на порядок (в 10 раз) в большую или меньшую сторону. Энергетика выбросов составляет порядка 1029–1032 эрг (1022–1025 Дж), что сравнимо с энергиями солнечных вспышек. Нередко вспышки и выбросы происходят одновременно. Однако корональные выбросы могут быть не связаны со вспышками, и, наоборот, вспышки не обязательно сопровождаются выбросом. Выбросы также хорошо коррелируют с появлением волокон (протуберанцев), которые могут становиться яркими ядрами корональных выбросов. По темпу появления выбросов можно судить об этапе солнечного цикла: в минимуме выбросы появляются раз в несколько дней, а в максимуме – несколько раз в день. Корональные выбросы являются одним из определяющих факторов в так называемой космической погоде, они оказывают серьезное влияние на состояние межпланетной плазмы, магнитосферы планет, а также, разумеется, на работоспособность космических аппаратов.
Появление корональных выбросов коррелирует с общим уровнем солнечной активности.
Детали происхождения корональных выбросов остаются предметом споров. Однако очевидно, что основным источником энергии для большинства вспышек является магнитное поле.
В механизме нагрева короны и эволюции корональных структур остается много нерешенных проблем.
Долгое время нерешенным оставался вопрос о нагреве солнечной короны до высоких температур, в сто раз превосходящих температуру хромосферы и в сотни раз – температуру поверхности. Спутниковые наблюдения прояснили многие аспекты, однако в деталях этот вопрос до сих пор не решен. Тем не менее понятно, что основную роль играют магнитогидродинамические волны (волны в плазме, для существования которых важно присутствие магнитных полей), приносящие энергию от поверхности Солнца. Большое значение в механизме нагрева имеют также магнитные поля, простирающиеся от фотосферы до короны. Наблюдения показывают, что самые горячие области короны обычно связаны со структурами магнитного поля.
Книга посвящена нейтронным звездам – единственным астрономическим объектам, исследования которых отмечены уже двумя Нобелевскими премиями по физике, и еще две – на подходе. Это говорит о том, что именно они среди всего многообразия небесных тел представляют наибольший интерес для современной физики. Вы узнаете о том, как астрономы наблюдают нейтронные звезды, и какими удивительными объектами они могут быть, а кроме того, у вас будет возможность познакомится с необычными физическими явлениями, связанными с этими суперобъектами.
Галилео Галилею принадлежат слова: «Книга природы написана на языке математики». Спустя почти четыре столетия мы не устаем удивляться тому, что математические методы прекрасно подходят для описания нашего мира. Еще большее изумление вызывают естественнонаучные открытия, сделанные на основе математического анализа уравнений. Создание любой сложной конструкции – от хитроумной дорожной развязки до квантового компьютера – сопряжено с математическими расчетами. Для полноценного понимания действия гравитации или квантовых явлений нам также не обойтись без математики.
Галактики – это своеобразные «кирпичики» в бескрайнем «здании» Вселенной. Возникшие из пыли Большого Взрыва, эти «кирпичики» не находятся в состоянии покоя вот уже 13 миллиардов лет – они продолжают изменяться. Джеймс Гич рассказывает увлекательную историю эволюции самых красочных элементов космоса: как возникли галактики; почему их так много, они отличаются размерами, яркостью и формой; и как им удалось вырастить в своих недрах черные дыры. Как практикующий исследователь Гич приподнимает завесу тайны над работой астрофизика: они борются за финансирование, пишут заявки на доступ к телескопам в последний момент перед дедлайном ради азарта увидеть то, что еще не было доступно глазу человека.
В книге, написанной на основе отечественных и иностранных источников, рассказывается о создании и запуске в СССР первых в мире искусственных спутников Земли (ИСЗ), о теоретических вопросах, которые необходимо было разрешить при этом. В ней последовательно излагаются этапы освоения космоса, начиная с осуществления необитаемого и неавтоматизированного искусственного спутника Земли и кончая изложением вопросов создания межпланетных станций и космических кораблей. Книга рассчитана на воинов Советской Армии, Авиации и Флота, поэтому в ней уделено внимание описанию военного значения ИСЗ и межпланетных станций. В целом автор стремился не перегружать книгу техническими подробностями и излагал материал в возможно более популярной и доступной для широкого читателя форме.
О рождении Вселенной, ее истории, происхождении, образовании и эволюции звезд и галактик, изучении Вселенной, новых открытиях астрономов рассказывает эта книга.
Краткая история развития космонавтики в СССР, США и Китае, интересные факты, перечень целей, размышления о будущем.
Сергей Павлович Королёв – это человек, непосредственно формировавший облик будущего. Благодаря ему космонавтика стала модным трендом, подкреплявшим советскую пропаганду. В этой книге известного исследователя А. И. Первушина подробно описывается, как С. П. Королёв создал маленькую «империю», преобразившую многие уголки страны.
«Однажды люди научатся жить на Титане, самом крупном спутнике Сатурна» – этими словами начинается книга «За пределами Земли», написанная планетологом Амандой Хендрикс и научным журналистом Чарльзом Уолфортом. Не на Марсе, как считалось долгие годы, а именно на Титане, с его плотной атмосферой, щадящим климатом и неисчерпаемыми запасами топлива и воды, возможно создание автономной колонии. Аргументируя свою точку зрения, ученый и журналист показывают не только неизбежность и заманчивые перспективы освоения планет и спутников Солнечной системы, но и болевые точки государственного и коммерческого освоения космоса, политические, бюрократические и научные проблемы, которые препятствуют покорению иных миров.