Многие межпланетные зонды использовали для разгона тяготение Юпитера. Первыми были аппараты «Пионер-10» и «Пионер-11» (Pioneer), а вслед за ними «Вояджер-1» и «Вояджер-2». В 1992 году Юпитер помог выйти из плоскости эклиптики «Улиссу» (Ulysses) — зонду, исследующему полярные области Солнца, вокруг которого он обращается по орбите, почти перпендикулярной земной. Другим способом вывести аппарат на такую орбиту при современном уровне развития космической техники просто невозможно. Выполнил пертурбационный маневр у Юпитера и зонд «Новые горизонты» (New Horizons), запущенный Соединенными Штатами к Плутону 19 января 2006 года. Увеличив скорость на 4 км/с и на 2,5 градуса отклонившись от плоскости эклиптики, он сможет прибыть к цели в 2015 году, прежде чем на Плутоне (который в этом столетии удаляется от Солнца) станет замерзать атмосфера, снижая тем самым ценность будущих исследований.
    Разумеется, для выполнения гравитационных маневров дата старта должна быть выдержана весьма точно. Баллистики оперируют понятием «окно запуска» — это интервал дат, в пределах которого эффективность запланированных гравитационных маневров максимальна. Ближе к краям «окна» эффект становится меньше, а потребности в топливе — больше. Если же выйти за его границы, то носитель просто не сможет вывести аппарат на нужную орбиту, что приведет к срыву полета или недопустимому возрастанию его длительности. Например, запуск «Новых горизонтов» неоднократно переносился по погодным и техническим причинам. Задержись старт еще на несколько дней, и зонд отправился бы в полет уже без расчета на «гравитационную помощь» Юпитера и с меньшими шансами на успех. Выполнять маневры у планет-гигантов удобнее всего. Благодаря их большой массе поворачивать возле них можно по широкой плавной дуге и требования к точности навигации остаются довольно мягкими. Однако нередко в качестве «пращи» используют Венеру, Землю, Марс и даже Луну. Тут уже ошибаться нельзя, в противном случае аппарат уйдет от планеты совсем не в том направлении, как было запланировано.

Зонд ISEE-3/ICE четыре года (1978—1982) изучал Солнце с орбиты вокруг точки Лагранжа L1, а затем путем сложных гравитационных маневров у Земли и Луны он был направлен на встречу с кометами Джакобини — Циннера (1985) и Галлея (1986). В 2012-м зонд вернется к Земле. Рис. NASA

Окном запуска называют интервал дат, в пределах которого эффективность запланированных гравитационных маневров максимальна.

Гомановские эллипсы, касающиеся орбиты Земли и планеты назначения, - самые экономичные межпланетные траектории, если не прибегать к гравитационным маневрам. Полет к Марсу по гомановской орбите занимает около 240-280 суток, к Венере - около 150 суток.

    Наиболее сложны — но тем и интересны! — траектории с пертурбационными маневрами не у одного, а у нескольких небесных тел. К примеру, станция «Галилео» (Galileo), чтобы добраться до Юпитера, осуществила гравитационный маневр в поле тяготения Венеры, а потом еще два возле Земли. Такие полеты возможны не всегда, а лишь при определенном расположении планет. Самый знаменитый подобный «большой тур» совершил «Вояджер-2», который последовательно пролетел вблизи Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Его близнец «Вояджер-1» тоже мог бы пройти подобным маршрутом, однако ученые предпочли поближе рассмотреть загадочный спутник Сатурна Титан, и его тяготение необратимо отклонило траекторию станции от направления на Уран. Это было трудное, но верное решение. Именно данные «Вояджера-2» позволили спустя 24 года осуществить посадку на Титан зонда «Гюйгенс» (Huygens).
    В наши дни еще более сложный полет выполняет станция «Мессенджер» (MESSENGER). Ее основная задача — выход на орбиту вокруг Меркурия для детального изучения его характеристик. Миссия, рассчитанная на семь лет пути, в январе 2008 года вышла на заключительный этап. Аппарат уже выполнил четыре гравитационных маневра: один около Земли, два возле Венеры и один у самого Меркурия, а между ними производились маневры двигателями, чтобы каждый раз правильно входить в гравитационную «воронку» планеты. «Мессенджеру» предстоит совершить еще пять маневров (два гравитационных и три — двигателями), прежде чем он станет спутником ближайшей к Солнцу планеты. За это время он «намотает» вокруг Солнца 8 миллиардов километров — больше, чем до Плутона! Однако, не будь траектория столь сложной, при современном состоянии ракетно-космической техники этот полет вообще не мог бы состояться.

ЛЕСТНИЦА ЛАГРАНЖА

Несмотря на коррекции и гравитационные маневры, орбиты большинства межпланетных станций все же близки к классическим дугам эллипсов и гипербол. Но в последнее время астронавигаторы все чаще используют куда более изощренные траектории, пролегающие в тех областях пространства, где приходится в равной мере учитывать притяжение сразу двух небесных тел.     Рассмотрим, например, орбиту Земли вокруг Солнца. Она почти круговая с радиусом 150 миллионов километров и периодом обращения, равным году. Соотношение радиуса и периода определяется силой солнечного притяжения, заставляющей Землю двигаться по искривленной траектории. На большем расстоянии притяжение Солнца окажется слабее, а соответствующая орбитальная скорость ниже. Космический аппарат на такой орбите отстает от Земли (а на орбите меньшего радиуса обгоняет ее). Математически это выражается третьим законом Кеплера. Однако из этого правила есть исключение. Допустим, мы запустили станцию так, чтобы она пришла в некую точку, расположенную на продолжении земной тени, причем на строго определенном расстоянии от Земли (примерно полтора миллиона километров). Тогда притяжение нашей планеты, добавленное к солнечному, окажется как раз таким, что период обращения по расширенной орбите будет в точности равен году. Получится, что станция как бы все время прячется от Солнца позади Земли. Аналогичная траектория есть и внутри земной орбиты, где притяжение планеты, наоборот, ослабляет солнечное ровно настолько, чтобы на более короткой орбите период обращения был равен году. На таких орбитах станции будут обращаться вокруг Солнца, оставаясь неподвижными относительно Земли, — в направлении к Солнцу и от него. Это так называемые точки Лагранжа L1 и L2, где космический аппарат может неподвижно висеть, не расходуя топлива. Этим уже пользуются: в L1 работает солнечная обсерватория SOHO, а в L2 — астрофизический зонд WMAP. Туда же планируется вывести 6-метровый телескоп имени Джеймса Вебба, который строится на смену стареющему «Хабблу».     Но полеты в точках Лагранжа не лишены трудностей. Дело в том, что равновесие в них неустойчиво. Стоит аппарату немного отклониться из-за возмущений со стороны других планет или погрешностей навигации, как он начинает описывать вокруг точки Лагранжа медленно расходящиеся петли. Если вовремя не скорректировать орбиту, аппарат может быть выброшен в космос или даже упасть на Землю. Рассчитать движение по такой траектории очень трудно: она очень сильно «крутит хвостом» — при малейшей ошибке в начальных условиях может повернуться в противоположном направлении.     И все же NASA уже удалось воспользоваться такой сложной орбитой для миссии по сбору образцов солнечного ветра. Аппарат «Генезис» (Genesis) был запущен по тончайшим образом выверенной траектории, которая после нескольких витков вокруг точки L1 вернула его к Земле, причем так, что капсула с образцами по касательной вошла в атмосферу и совершила посадку (к сожалению, жесткую из-за сбоя в парашютной системе). А у навигаторов тем временем зреют новые планы. Среди раскручивающихся траекторий ухода от точки L1 есть такие, которые на время приводят аппарат на орбиту вокруг L2 (и наоборот). Причем для этого не требуется серьезных затрат топлива. У Земли пользы от этого немного. Иное дело — система Юпитера, где у каждого из четырех его больших спутников — Ио, Европы, Ганимеда и Каллисто — есть по паре точек Лагранжа. Двигаясь вокруг планеты, внутренние спутники обгоняют внешние, и если правильно подгадать, то ценой совсем небольших затрат топлива аппарат может перепрыгнуть с неустойчивой орбиты вокруг точки L2, скажем, спутника Ио на такую же орбиту вокруг точки L1 Европы. Покрутившись там и проведя наблюдения, можно подняться еще на одну ступеньку «лестницы» — к точке L2 Европы, а оттуда в нужный момент прыгнуть к L1 Ганимеда, а там и до Каллисто рукой подать. Спускаться по этой «лестнице Лагранжа» тоже не возбраняется.     Именно такой план полета предлагается для большой исследовательской станции JIMO, которую NASA готовит для изучения галилеевых спутников Юпитера. До сих пор спутники Юпитера исследовались только с пролетных траекторий. «Лестница Лагранжа» позволит станции подолгу зависать над спутником — изучать его поверхность и отслеживать происходящие на ней процессы.

    Но гравитационные маневры — не единственный способ сэкономить топливо. Еще в 1930-х годах один из пионеров отечественного ракетного двигателестроения Валентин Петрович Глушко предложил использовать электроракетные двигатели (ЭРД). По сравнению с традиционными жидкостными ракетными двигателями (ЖРД) скорость истечения рабочего тела у них на порядок выше, а значит, топлива требуется в сотни раз меньше. К сожалению, тяга ЭРД исчисляется величинами порядка нескольких граммов-силы, так что для вывода аппаратов на орбиту они не годятся. Это «двигатели открытого космоса», предназначенные для медленного, но непрерывного ускорения, длящегося месяцы, а при межпланетных полетах и годы. «Миссии с малой тягой» стали популярны лишь тогда, когда электроника, сделав гигантский скачок, позволила увеличить срок службы космических аппаратов с нескольких месяцев до нескольких лет, а то и десятилетий.

    Трасса полета с малой тягой совсем не похожа на классический эллипс, она представляет собой медленно разворачивающуюся спираль Архимеда. Переход с низкой околоземной орбиты на геостационарную по такой траектории затягивается на полгода. Это поистине пытка для владельца спутника, продающего услуги космической связи: каждый день ожидания обходится в десятки тысяч долларов. Приходится учитывать и такое неприятное обстоятельство, как многократный пролет через радиационные пояса Земли. Тонкая электроника очень не любит космических излучений. Но зато спутник, оснащенный ЭРД, можно запустить на геостационарную орбиту ракетой «Союз» (300 тонн), а для аппарата с обычным ЖРД уже нужен могучий «Протон» (700 тонн). Разница в стоимости запуска — в два-три раза. Вот и ломает голову заказчик космического аппарата: какой вариант выбрать? Обычно все же останавливаются на том, что быстрее: современные спутники связи начинают «отбивать» затраченные на их запуск деньги уже через пару недель после выведения на целевую орбиту. Так что в околоземном пространстве двигатели малой тяги применяют в основном для небольших коррекций орбиты.
    Другое дело — полеты, скажем, к астероидам. ЭРД позволят относительно легко перекидывать межпланетную станцию с одного объекта к другому, причем не просто пролетать мимо, а подолгу задерживаться у каждого. По причине своей ничтожной (по сравнению с планетами) массы астероиды обладают мизерной гравитацией. Их облет мало похож на обычное орбитальное движение вокруг больших планет. Орбитальные скорости здесь измеряются сантиметрами в секунду, а периоды — многими сутками. Чтобы облететь астероид быстрее, приходится почти постоянно «работать двигателями». Стоит их выключить, и аппарат просто улетит от планетоида. Но зато практически полное отсутствие гравитации позволяет садиться на поверхность астероида и взлетать с него при минимальных затратах топлива.
    По большому счету слово «посадка» здесь можно употреблять лишь условно: причаливание межпланетного зонда к астероиду больше напоминает стыковку двух космических кораблей, нежели классическую посадку на поверхность планеты. Этот фокус проделывали японцы со своим зондом «Хаябуса», который дважды опускался на поверхность астероида Итокава и поднимался с нее. Кстати, этот же полет показал, насколько непросто управлять аппаратом вблизи поверхности астероида. Обмен сигналами с аппаратом занимает десятки минут, так что отдавать ему команды в реальном времени невозможно, несмотря на небольшие скорости. Поэтому отработка автономной навигации вблизи неровной поверхности астероида была одной из основных задач «Хаябусы».
    Стартовавший в сентябре 2007 года к астероидам Церере и Весте американский зонд «Заря» (Dawn) оснащен ионными двигателями с тягой меньше одной десятой Ньютона (вес 10-гранного груза). За сутки работы они ускоряют аппарат массой около тонны на 25 км/ч. Это не так мало, как может показаться: за год подобными темпами можно набрать 2,5 км/с. Полного же запаса топлива на борту (425 килограммов) хватит для изменения скорости аппарата на 10 км/с — никаким межпланетным аппаратам с химическими двигателями подобное недоступно.

    Попробуем пофантазировать и представим, что наконец-то решено отправить экипаж, состоящий из людей, скажем, в систему Сатурна. Можно выбрать быстрый перелет с большой тягой: собрать межпланетный корабль на околоземной орбите, выдать при помощи ЖРД мощный разгонный импульс и по гиперболе отправиться в путешествие. Лететь все равно придется долго — несколько лет. Масса топлива нужна огромная. А значит, для снаряжения гигантского корабля потребуется не один десяток сверхтяжелых ракет. Запасы кислорода, воды, пищи и всего, что нужно в межпланетном полете, теряются на фоне огромной массы топлива, необходимого не только для разгона у Земли, но и для торможения у цели путешествия, и для возвращения к родной планете…

    А что если попробовать малую тягу? Безумное количество топлива существенно сократится, а срок путешествия, как ни странно, может остаться прежним! Ведь двигатели корабля будут работать всю дорогу — полпути на разгон, а полпути — на торможение. Правда, тягу электрореактивных двигателей придется увеличить в сотни раз по сравнению с теми, что стоят на зонде «Заря». Но во-первых, такие разработки уже ведутся, а во-вторых, двигателей может быть много.
    Для питания ЭРД понадобится несколько мегаватт энергии. Вблизи Земли ее можно было бы получать даром — от огромных солнечных батарей площадью тысячи, если не десятки тысяч квадратных метров. Но с удалением от Солнца их эффективность быстро падает: у Марса — на 60%, у Юпитера — в 30 раз. Так что для полетов к планетам-гигантам придется использовать ядерный реактор. И еще, скорее всего, ЖРД все-таки понадобятся для того, чтобы быстрее пройти опасные радиационные пояса вблизи Земли. Видимо, именно комбинированные двигательные установки будут применяться в межпланетных пилотируемых миссиях будущего.

    Дальний космос таит в себе немало загадок. Казалось бы, что может быть точнее баллистических расчетов, в основе которых лежат законы небесной механики? Не тут-то было! На космический зонд действует множество сил, которые трудно учесть заранее. Давление солнечного излучения и солнечный ветер, магнитные поля планет и истечение газа из самого аппарата — все это сказывается на скорости его движения. Даже тепловое излучение зонда и радиосигнал, посылаемый на Землю узконаправленной антенной, вызывают отдачу, которую приходится учитывать при точной навигации. А то что происходило с уже упоминавшимися «Пионерами», вообще не получило пока должного объяснения. Работающий в NASA российский астрофизик Вячеслав Турышев обнаружил около 10 лет назад, что зонды испытывают очень небольшое аномальное торможение. За 20 лет полета аномалия «Пионеров» привела к тому, что, подлетая к границам Солнечной системы, космические аппараты отклонились от расчетного положения на 400 тысяч километров! Какие только гипотезы не выдвигались для объяснения аномалии. От уже упомянутых магнитных полей и испарения остатков топлива из топливных магистралей до наличия на границах Солнечной системы массивных невидимых объектов. Некоторые физики считают аномалию указанием на неточность современной теории гравитации, другие видят в ней проявление космологических факторов вроде темной материи и темной энергии. Исчерпывающего объяснения пока нет, а группа Турышева продолжает обрабатывать данные о полете «Пионеров». Как бы то ни было, при проектировании новых траекторий межпланетных полетов придется учитывать возможность подобных неожиданных явлений.

Станция «Кассини» и траектория ее движения в системе Сатурна. Рис. NASA/ESA

    В общем, работа космического баллистика балансирует на грани искусства и точных наук. Ему всегда приходится решать задачу со многими неизвестными, усугубленную стремлением заказчика сделать все «быстрее и дешевле», не выходя за рамки физических законов. Так что, несомненно, мы еще станем свидетелями рождения многих новых нетривиальных космических траекторий.

Сегодня в России отмечается День космонавтики. 12 апреля 1961 года Советский Союз вывел на орбиту Земли космический корабль-спутник «Восток» с первым космонавтом на борту. Длительность полета составила 1 час 48 минут. Корабль сделал один виток вокруг Земли и совершил посадку в Саратовской области. На высоте нескольких километров от Земли Юрий Гагарин катапультировался и приземлился с парашютом недалеко от спускаемого аппарата. Это был великий день для всего человечества.

    Почему два германо-американских спутника получили имена Том и Джерри?

В 2002 году Германия совместно с США запустила систему из двух космических спутников для измерения гравитации Земли под названием GRACE. Они летают по одной орбите на высоте около 450 километров один за другим, с промежутком 220 километров. Когда первый спутник подлетает к области с повышенной гравитацией, например, большому горному массиву, он ускоряется и удаляется от второго спутника. А через некоторое время сюда долетает и второй аппарат, тоже ускоряется и тем самым восстанавливает исходную дистанцию. За подобную игру в «догонялки» спутникам дали имена Том и Джерри.

    Какие рукотворные объекты на Земле видны из космоса?

Долгое время бытовал миф о том, что единственным рукотворным объектом, видимым из космоса, является Великая Китайская стена. Однако как раз эту стену увидеть трудно, особенно если не знаешь где именно ее искать. Это подтвердил даже первый китайский тайконавт Ян Ливэй. Что касается других объектов, то из космоса хорошо видны египетские Пирамиды. Внимательный взгляд космонавта также может различить многие большие города и шоссе, аэропорты и плотины.

    Какие животные первыми облетели вокруг Луны?

Первыми животным, возвратившимися на Землю после полета в космос, были, как известно, собаки. А вот первенство в облете Луны принадлежит черепахам. Это случилось в 1968 году: в советский космический корабль Зонд-5 посадили среднеазиатских степных черепах. Выбор был обоснован тем, что им не требуется большого запаса кислорода, они могут полторы недели ничего не есть и длительное время находиться как бы в летаргическом сне.

    Кого предложили советским ученым посылать в космос вместо собак сердобольные американские женщины?

Собаку Лайку отправили в космос, заранее зная, что она погибнет. После этого в ООН пришло письмо от группы женщин из штата Миссисипи. Они потребовали осудить бесчеловечное отношение к собакам в СССР и выдвинули предложение: если для развития науки необходимо посылать в космос живых существ, в нашем городе для этого есть сколько угодно негритят.

    Почему космонавты смотрят перед отлетом фильм «Белое солнце пустыни»?

Известно, что у советских и российских космонавтов есть традиция — перед отлетом смотреть фильм «Белое солнце пустыни». Оказывается, у этой традиции есть логичное обоснование. Именно это кино показывалось космонавтам как эталон операторской работы — на его примере им объясняли, как правильно работать с камерой и строить план.

    Как на Международной космической станции озвучивают смену капитана?

На Международной космической станции есть колокол. В него бьют каждый раз, когда происходит смена капитана.

    Каким образом арбузы помогли при испытаниях советской авиационно-космической системы?

В 1960-70-х годах в СССР разрабатывалась авиационно-космическая система «Спираль», состоящая из орбитального самолета, который должен был выводиться в космос гиперзвуковым самолетом-разгонщиком, а затем ракетной ступенью на орбиту. Для испытаний был сконструирован аналог орбитального самолета, оборудованный шасси с лыжно-тарельчатыми опорами. Однажды во время испытаний тяги двигателей было недостаточно, чтобы сдвинуть с места эти лыжи по грунтовой полосе. Было решено пригнать два грузовика с арбузами, которые равномерно разбили на протяжении 70 метров. Это обеспечило необходимое скольжение и самолет сумел тронуться с места и разогнаться.

    Чем пишут в условиях невесомости американские и российские космонавты?

Согласно распространенному мифу, НАСА вложило несколько миллионов долларов в разработку ручки, которой можно писать в космосе, а русские космонавты пользовались простыми карандашами. В действительности американцы на первых порах писали тоже карандашами, только механическими, или фломастерами. Недостаток их использования заключался в том, что в случаем поломки мелкие детали карандаша могли причинить вред космонавтам. Во второй половине 1960-х годов изобретатель Пол Фишер сконструировал ручку, способную писать в любых условиях, и предложил ее в том числе НАСА по цене 2 $ за штуку. Впоследствии эти ручки закупались и советским (а затем и российским) космическими агентствами.

    Почему договор о мирном использовании Луны не имеет фактической силы?

В 1979 году в рамках ООН было заключено соглашение, которое провозглашает принцип исключительно мирного использования Луны и всех других небесных тел, кроме Земли, и недопустимости претензии со стороны любого государства на распространение своего суверенитета на какое-либо небесное тело. Соглашение ратифицировали всего 13 стран, причем среди них нет ни одного государства, обладающего существенной собственной космической программой.

    Какую защиту от возможной невменяемости Гагарина предусмотрели инженеры космического корабля?

В начале эры космонавтики никто не мог представить, как скажется пребывание в космосе на здоровье человека, в частности, не сойдет ли он с ума. На случай неадекватных действий Юрия Гагарина из-за перегруженной психики инженеры позаботились о его безопасности. Прежде чем запустить тормозной двигатель, ему надлежало подтвердить свою вменяемость, решив простую логическую задачку: получить цифровой код. Только введя его, можно было вручную включить необходимое оборудование.

    Какому туристу жена запретила слетать в космос еще раз?

Чарльз Симони стал первым двукратным космическим туристом, слетав на МКС в 2007 и 2009 годах. Недавно он женился, и его брачный контракт, помимо всего прочего, содержит запрет лететь в космос в третий раз.

    Как открыли твердость поверхности Луны?

При конструировании первого советского лунохода возникло много споров: что из себя представляет лунная поверхность? Были гипотезы, что она образована толстым слоем пыли. Одна организация для испытаний лунохода предложила построить громадный ангар площадью несколько тысяч квадратных метров, усыпанный 5-10-метровым слоем нелущеного проса (которое очень скользко и могло стать аналогом «лунной пыли»). Проблему решил Королев, лично приказав считать поверхность Луны твердой.

    Какой затонувший корабль стал источником металла для космических спутников?

Сталь для американских спутников, измеряющих космическую радиацию, пришлось добывать из затонувшего в 1919 году корабля «Кронпринц Вильгельм», поскольку радиационный фон от стали, изготовленной после 1945 года, слишком велик.

    Почему на резьбе испанского собора 12 века изображен космонавт в скафандре?

В резьбе кафедрального собора города Саламанка (Испания), построенном в 12 веке, можно обнаружить фигуру космонавта в скафандре. Никакой мистики здесь нет: фигура была добавлена в 1992 году при реставрации одним из мастеров в качестве подписи (он выбрал космонавта как символ 20 века).

    Какой прибор показал, что на Земле жизни нет?

Во время подготовки запуска советской автоматической станции на Марс возникли проблемы с излишком веса исследовательской аппаратуры. Королев, изучив чертежи, захотел проверить прибор, который должен был сообщить по радио о наличии или отсутствии органической жизни на планете. Прибор был вывезен в выжженную степь недалеко от космодрома, а затем передал, что жизни на Земле нет, что и послужило причиной его исключения из миссии.

    Почему изменяли фамилии космонавтов дружественных стран?

Фамилии космонавтов, которые казались советским властям неблагозвучными, изменяли. Болгарину Какалову пришлось стать Ивановым, а поляку Хермашевскому — Гермашевским.

    Почему Гагарину дали именной автомобильный номер?

После полета в космос Гагарин был награжден черной «Волгой» с номерами 12-04 ЮАГ (дата полета и инициалы). Причем буквы были законно произведены от индекса Московской области (где и находился Звездный городок) — ЮА. У следующих космонавтов на именных машинах сохранились буквы ЮАГ, а цифрами обозначалась также дата полета.

    Как на орбитальной станции выросли огурец и апельсин?

Космонавты Ляхов и Рюмин тайно пронесли в карманах скафандров на орбиту огурец и апельсин. И в первом репортаже показали этот огурец, якобы выросший в станционной оранжерее, хотя до этого растение даже завязи не давало. Потом космонавты признались в шутке, показав и апельсин.

источник

Дорогой читатель! Буквально на днях астрономами любителями было зафиксировано падение объекта на Юпитер. Это третье "громкое" падение на гигант. Первое как известно, было падение фрагментов кометы Шуме́йкеров — Ле́ви 9 (D/1993 F2) в июле 1994 года.  Этот случай стал первым наблюдавшимся столкновением двух небесных тел Солнечной системы. И как видим далеко не последнее. Уже в в 2009 году произошло второе столкновение с гигантом тоже в июле. Оно привело к образованию чёрного пятна в атмосфере планеты, по размеру сравнимого с Тихим океаном. Это второй случай, когда стало возможным наблюдать последствия столкновения небесного тела с Юпитером.

Автор, даст краткую характеристику события, до выхода научных статей и исследований.

1) Астроном-любитель Геррит Кернбауэр из Медлинга (Австрия) сфотографировал и смонтировал видео столкновения Юпитера с неопознанным летающим объектом (НЛО). Об этом  сообщил пользователь Фил Плейт в своем блоге Bad Astronomy.  Данные Кернбауэра подтвердил астроном-любитель Джон МакКен из Дублина (Ирландия). Из снимков астрономы составили видео. Автор просмотрел оба смонтированных видео. Дополнительных информаций пока не поступало.

2) Отсутствие информации о следе на теле Юпитера усложняет задачу оценки величины импактора. Однако вспышка  выглядящая как всплеск в верхних слоях атмосферы свидетельствует о достаточно массивном теле способном выбросить газы на несколько тысяч километров над поверхностью. Объект вошёл в атмосферу под углом со стороны северного полушария ниже средних широт ближе экватора. Удар пришёлся за границами видимого с земли полушария, и наблюдатели видели лишь возмущение верхних слоёв атмосферы. Угол входа составил  ок 40-45 градусов, выброс вещества составил по крайней мере 9-11 тысяч километров над поверхностью. Оценка производилась путём соотношения видимого всплеска относительно тела Юпитера и носит весьма условный характер определяя нижние границы действительного явления. Скорость входа определить не удалось и можно исходить лишь из средних величин свойственных подобным объектам, это порядка 60-70 км в/с. Температуры всплеска превышали 20 000 К.

3) В заключение следует сказать, что данное явление весьма обыденно, для планеты гиганта. Даже то, что мы наблюдаем с современными наблюдательными иструментами весьма частое явление. В среднем Юпитер раз в год претерпевает столкновения с крупными кометами и астероидами. Трудность наблюдений состоит в том, что большинство столкновений происходит с противосолнечной стороной планеты и невидимо с земли. Величина тел импакторов и расстояние до наблюдаемого объекта делают такую статистику крайне условной и несостоятельной. И говорят лишь о выразительно ярких или относительно массивных столкновениях. В действительности, наука доподлинно знает о выпадении тысяч тон кометно-астероидного вещества на планету ежедневно. Просто речь идёт о малых объектах величины булыжника.

Автор Р.Д.И. Стрельцов.

Обзор фотографий, марсианские сумерки.

Друзья, предлагаю вашему вниманию несколько панорам марсианских сумерек.

Для начала нужно вспомнить что такое сумерки и какова их длительность на земле.

Формально, сумерки — это отрезок времени перед восходом и после захода Солнца, во время которого естественный свет обеспечивается верхними слоями атмосферы, которые, принимая прямые солнечные лучи, отражает часть их на поверхность Земли. Из этого следует, что даже когда вы ещё видите край солнечного диска над горизонтом, де факто можно говорить о начале либо окончании сумерек. Геометрически Солнце уже либо за горизонтом, либо уже над горизонтом зависит от времени суток. Мы видим положение Солнца с 8,5 минутным опозданием его фактического положения над горизонтом (время достижения солнечного света поверхности земли).

Продолжительность земных сумерек зависит от широты нахождения наблюдателя и колеблется от 20-25 минут на экваторе до 2-3 недель на полюсах.

В нашем обзоре примем среднее значение для средних широт в которых живёт большинство нашей аудитории, а это ок. 35-45 минут до наступления темноты. Естественно, в обзоре автор упрощает для читателя, поскольку принято различать: Гражданские сумерки, Навигационные сумерки, Астрономические сумерки.

А вот, сумерки на Марсе длятся дольше, чем на Земле, до двух часов перед восходом или после захода Солнца. Находящаяся высоко в атмосфере пыль рассеивает свет на тёмную сторону планеты. Похожие сумерки наблюдаются на Земле после больших вулканических извержений. Обусловлено это рядом причин, рассмотрим по порядку:

1) Атмосфера и сила тяготения Марса. Запылённость её даже в спокойной фазе выше земной, особенно касается это средних и верхних слоёв атмосферы. Толщина марсианской атмосферы сопоставима с земной, в том, что принято считать границами атмосферы для обоих планет 100км для Земли и 110 км для Марса. Однако в следствии низкой гравитации 38% от земной, активные атмосферные процессы на Марсе происходят на высотах до 8-12 км над поверхностью в отличии от земных 2-5 км. Под такими процессами подразумевается активное взаимодействие атмосферы и поверхности, такие как погодные изменения, высота облаков, зона формирования погоды, высота взвешенных частиц в атмосферных газах. Обычно вулканические выбросы и ураганы не поднимаются выше этих границ. Кроме более низкой гравитации позволяющей зависать частичкам мелко диспесионой пыли над поверхностью, следует упомянуть и выраженный электростатический заряд этих частичек на Марсе. В сумме уже две эти составляющие приводят к тому, что рассеяние солнечного света происходят на существенно большей высоте над поверхностью Марса чем земной. Что обуславливает длительность атмосферного свечения после заходов/перед восходами Солнца.

2) Не маловажным фактором является и "загнутость" горизонта. Средний радиус планеты фактически меньше земного ок. в 2 раза и составляет 3389,5 км. Это ограничивает видимость горизонта на равнинах для наблюдателя до 3.5 км, против 5-6 в земных условиях. Без учёта частых условий наблюдения обусловленных топографией. Скорость ротации Марса немногим больше земной и сопоставима. Марсианские сутки составляют ок. 24, 37 земных часа. Поэтому видимое движение Солнца по небесной сфере практически неотличимо от земного. Видимый солнечный диск с поверхности планеты составляет 2/3 земного. Из этого следует, что с момента касания диска Солнца горизонта, до полного исчезновения за горизонтом и обратное, для наблюдателя  произойдут быстрее от привычного земного более чем в 2 раза. Любопытно заметить, что как и на земле наблюдатель будет видеть картину заходов/восходов с опозданием/опережением от фактического в 12,7 минут, против 8,5 минут от земного. При среднем расстоянии планеты до звезды в 228 млн. км.

Фактически наблюдаемые сумерки на Марсе будут существенно дольше земных, принятого для средних широт обеих планет и по причине высоты отсвечивания света обусловленного близостью видимого горизонта в сочетании с отсвечиванием верхними слоями атмосферы. Проще говоря, время видимого захода Солнца от момента касания горизонта до исчезновения под ним короче, а сами сумерки длиннее.

Автор, также хочет указать, что в следствии описанных явлений ночное время (тёмное время суток) на Марсе будет короче земного, при прочих равных условиях для обеих планет.

Автор Р.Д.И. Стрельцов.

Путей много, цель одна: Космос.

Вам не нужна ракета, чтобы покинуть Землю. Есть более мягкий и нежный способ путешествия — и коктейль в придачу. Когда Алан Юстас оторвался от земли в пустыне Нью-Мексико в прошлом октябре, пришлось немного покряхтеть и вспотеть. 57-летний информатик из Google, разодетый в 120-килограммовый скафандр, в одиночку взмыл на полиэтиленовом шаре, тонком, как мешочек для пыли в пылесосе. По мере того как шар медленно поднимался в воздух, небольшой пузырек гелия внутри него начал расширяться, и с каждым пройденным километром шар менял форму.

Сначала он растянулся по направлению к небу, волнуясь и колеблясь подобно медузе. Затем вырос в мягкую каплю. Наконец, когда Юстас достиг своего пункта назначения в 40 километрах над поверхностью планеты, он стал идеально круглым, размером с футбольное поле. Над ним раскинулась черная бездна космоса. Под ним растянулась живописная картина, являющаяся людям на такой высоте: захватывающий дух вид изгиба Земли.

Для большинства из вас полет Юстаса показался бы прямой противоположностью космическому путешествию, которое с рассвета космической эры было синонимом огненной ревущей ракеты. Первые частные компании, которые соревнуются за право первыми вывести обычных смертных в космос — Virgin Galactic, XCOR Aerospace и Blue Origin — обещают прокатить с ветерком, чтобы опыт переживаний такого путешествия ничем не отличался от опыта истинных космонавтов. Но есть и альтернативная форма проведения космических гонок, медленная и безмятежная. Несколько стартапов собираются выводить людей в стратосферу на гигантских воздушных шарах.

«Воздушный шар — прекрасный механизм для полета, — говорит Юстас. — Вы в состоянии идеального равновесия; все проходит тихо; никаких вибраций».

На высоте пассажиры будут дрейфовать вместе с ветром, глядя в окошки герметичной капсулы. Спустя несколько часов они начнут скользить к Земле вместе с парафойлом (парапланом или парашютом в виде крыла).

Тэйбер Маккалум говорит, что миссия StratEx Юстаса стала доказательством возможности стратосферного туризма «на одного». Вместе с партнером, Джейн Пойнтер, Маккалум находится во главе Paragon Space Development Corporation, которая разработала план Юстаса и построила систему жизнеобеспечения. Эта пара планирует выводить людей на высоту 30 километров за 75 000 долларов на человека. Первый полет должен состояться в 2017 году.

Zero2Infinity в Барселоне и китайский стартап Space Vision также планируют отправлять в небо пассажиров в ближайшие несколько лет. Они продают билеты по 125 000 и 80 000 долларов соответственно. Сборы крутые, но все еще ниже 250 000 долларов за билет на суборбитальный космический самолет Virgin Galactic или 50 миллионов долларов за недельную прогулку на Международную космическую станцию от Space Adventures.

В общей сложности, воздушные шары могут предложить более вместительную форму космического туризма. «Это очень медленный и нежный подъем туда, нежный полет обратно, вы можете оставаться там часами», — говорит Маккалум. В отсутствие гравитационных сил, действующих на взлет и приземление, полет сопряжен с минимальными ограничениями по здоровью. «Морская болезнь» вряд ли проявит себя. Пары могут пожениться прям в околокосмосе или отметить день рождения предков. World View уже принимает предоплату в размере 7500 долларов для бронирования мест в грядущих полетах. «Люди целыми семьями выкупают всю капсулу, — говорит Маккалум. — Вы можете взять родителей и детей. Представьте, какой статус в Facebook можно забабахать: вся семья в космосе!».

В 2002 году, за два года до того, как Scaled Composites объявила конкурс Ansari XPRIZE на 10 миллионов долларов за частные космические полеты, основатель Zero2Infinity Хосе Мариано Лопес-Урдиалез написал докторскую работу под названием «Роль воздушных шаров в будущем развития космического туризма». В ней он подсчитал, что стратосферные воздушные шары могут стать отраслью с оборотом на 10 миллиардов долларов в год. Большая часть технологий, необходимых для отправки туристов на такие высоты — воздушные шары, гелиевое топливо, капсулы под давлением — уже хорошо проверены. Они также относительно доступны и их легко закупать.

А вот полеты на ракетах, в противовес, стоят дорого, и осуществлять их трудно. Общественность сурово хранит память о прошлой осени, когда SpaceShipTwo взорвался над пустыней Мохаве, убив летчика-испытателя. «Когда вы запускаете ракету, может произойти 10 000 разных вещей, и только одна из них будет хорошей», — говорит Майкл Лопез-Алегрия, бывший астронавт NASA, которого взяли в качестве советчика в Zero2Infinity. С воздушными шарами, говорит он, «все идет не так быстро, не так высоко и вся система требует не так много энергии».

В то время как Virgin Galactic планирует взлетать на высоту почти в 100 километров — преодолевая отметку, которая считается границей космоса, — воздушные шары будут подниматься не выше 30 километров. Разница не столь значительная, как может показаться. «На такой высоте 99% атмосферы находится под вами, — говорит бывший командир космического шаттла Марк Келли, ныне директор летных операций в World View. — Вы практически в вакууме. Вы во мраке космоса». Он соглашается с Лопезом-Алегрия в том, что воздушные шары представляют меньше риска. «Если исключить сложность склонения людей к этой точке зрения, то в теории они будут намного безопаснее».

Космический туризм будет предлагать различный опыт, в зависимости от стоимости билета — и вашей жажды приключений. Вот два варианта.

1. Стратосферный воздушный шар (World View Experience)

Стоимость: 75 000 долларов

1. Вы садитесь в капсулу за пару часов до рассвета. Чудовищный полиэтиленовый шар, который поднимет вас в стратосферу, смотрит в небо. Вы выбираете место, но это не имеет значения — все они предлагают 360-градусный обзор. После пятиминутного инструктажа от пилота, бывшего астронавта, путешествие начинается.
2. Восхождение протекает медленно и устойчиво, в среднем на скорости 20 км/ч. Вы едва ощущаете его. По мере расширения гелия внутри шара, его форма трансформируется из длинной вытянутой капли в тугую округлую фигуру. Через полтора часа шар достигает высоты 30 километров. Вы можете спокойно ходить, пользоваться туалетом или пить коктейли.
3. На этой высоте воздушный шар дрейфует. Движется он нежно: пилоты называют это «плывет». Видны созвездия и планеты. Вскоре начинается рассвет, освещая шрам Большого Каньона в 30 километрах внизу. Ваш пилот рассказывает о своем собственном первом опыте так называемого эффекта обзора, эмоционального сдвига восприятия, который приходит во время вида на Землю из космоса. Вы достаете телефон и делаете снимок, селфи в стратосфере.
4. Спустя два часа пилот выпускает гелий из воздушного шара, чтобы начать снижение. Капсула начинает спускаться на 30-метровом парашюте. Начинается контролируемый и мягкий спуск. Ветер унес воздушный шар на несколько сотен метров, и парашют позволит вернуться на это расстояние обратно. Внимание пилота приковано к полету — для этой части турне его и нанимали. Чувство похоже на полет на небольшом и очень тихом аэроплане. Спуск занимает меньше часа и возвращает вас на взлетную площадку через четыре-пять часов после отрыва от земли.

Ракетный самолет (XCOR Aerospace)

Стоимость: 100 000 долларов

Вы сидите в пассажирском кресле суборбитального космического самолета Lynx, до взлета остаются считанные секунды. Вы прошли медосмотр и провели два дня в тренировках, обучаясь приемам поверхностного дыхания, чтобы справиться с перегрузками. Хотя кабина находится под давлением, сверх того на вас надели сдавливающий костюм. Центр управления полетом говорит по радио в вашем шлеме. «Взлет разрешен. Три… два… один… зажигание».

Четыре ракетных ускорителя в хвосте самолета зажигаются, и космический корабль отрывается от взлетно-посадочной полосы. Через 60 секунд вы уже летите со сверхзвуковой скоростью, хотя внутри кабины не разобрать. Но вы догадываетесь, что полет очень быстрый. Вас наклоняет назад, когда нос Lynx поднимается, и вы разрезаете атмосферу под углом в 75 градусов. Высотомер устремляется к отметке в 100 000 метров, и поверхность Земли исчезает.

Затем, внезапно, остаетесь лишь вы, пилот и темнота космоса. Гравитация, похоже, больше на вас не действует, а ваше поле обзора простирается далеко за привычный горизонт. Вы ничего не весите. Пилот держит рычаги так, чтобы перед вами открывался лучший вид, но все и так симпатично.

Через пять минут вы начинаете снижаться. Сила тяжести возвращается, сильнее, чем раньше. Повторный вход будет быстрым и жестким. В его пике вы чувствуете четырехкратную силу тяжести. Она уменьшается по мере вхождения Lynx в атмосферу, и вот вы уже на крейсерской высоте. Спустя полчаса вы оказываетесь там, откуда взлетали.

Простая природа воздушных шаров давно привлекала людей. На самом деле, с них началась первая космическая гонка. В 1931 году воздушный шар поднял в стратосферу герметичную капсулу с Огюстом Пикаром и Полом Кипфером, и этот подвиг описали в августовском номере Popular Science как «приключение, превосходящее вымысел». «Спустя семнадцать часов, отказавшись умирать, они вернулись в целости с высоты более 15 000 метров, почти пятнадцати километров, побив рекорд любого самолета». Новые рекорды устанавливались и побивались до 1950-х годов. В 1960 году Джо Киттинджер добрался до отметки в 102 800 фута (30 километров). Его рекорд продержался 52 года — до октября 2012 года, пока австрийский парашютист Феликс Баумгартнер не добрался до 128 1000 футов. Юстас превзошел рекорд Баумгартнера двумя годами позже, уже с отметкой в 135 890 футов.

Физик Огюст Пикар готовится к стратосферному полету на воздушном шаре в 1932 году

Как Киттинджер и Баумгартнер до него, Юстас недолго поплавал в стратосфере, бросив на планету «чудесный», как он выразился, взгляд. «Прекрасно наблюдать за тем, как свет рассеивается на разных уровнях атмосферы». Потом Юстас отпустил свой шар и пошел к Земле, будучи защищенным лишь одним скафандром. Его тело разогналось до 1200 км/ч, превысив скорость звука, прежде чем атмосфера уплотнилась достаточно для раскрытия парашюта. Чтобы преуспеть в новом поле космического туризма, компании придется научиться радовать пассажиров не только по пути наверх, но и по пути вниз.

Поездка на воздушном шаре в стратосферу будет разделена на три части: запуск, приятный круиз на высоте и поездка на Землю. Первая часть довольно простая. Для своих коммерческих рейсов World View планирует использовать шары более 100 метров в диаметре — вроде того, что использовал Юстас. И хотя этот шар будет буксировать 3-тонную капсулу с туристами, ему не придется забираться так высоко. Благодаря миссии StratEx, у команды World View появилась хорошая практика.

Zero2Infinity запускала беспилотные воздушные шары ради испытания двух разных коммерческих предприятий: стратосферный туризм и система доставки коммерческих спутников. Также компания спроектировала аппарат в форме тора, который сможет приспособиться к обеим задачам. Та версия, которая будет перевозить туристов, под названием Bloon, будет вмещать двух пилотов и четырех пассажиров. Пока компания сделала в два раза меньший прототип и отправила с его помощью небольшого андроида в околокосмос. Когда-то на его месте могли оказаться собака или обезьяна. Вооруженный камерами и датчиками, этот робот помог инженерам Zero2Infinity понять опыт потенциального пассажира. Когда робот смотрел в окна, которые кольцом шли вдоль стены, отражение затмевало обзор. В результате расположение окон, скорее всего, изменится.

Видение World View включает продолговатую капсулу с обзорными портами по каждую сторону. Будут места для шестерых пассажиров, пилота и члена экипажа. Пассажиры будут пристегнуты во время взлета и посадки, но большая часть полета будет обычным плаванием, как на лодке во время легкого бриза. Хотя ветры на высоте 30 километров могут разгоняться до 200 км/ч, высокая скорость ощутима не будет. Все потому, что Земля, единственная точка опоры, будет двигаться очень медленно. В капсуле будет бар и туалет, говорит Маккалум, и экипаж будет одновременно и барменами, и гидами.

Маккалум и Лопес-Урдиалес согласны в том, что воздушный шар обеспечит удобную среду для полета. «Цель состоит в том, чтобы избавиться от тренировок и скафандров. Все будет похоже на полет коммерческого авиалайнера, вам остается только занять свое место». Но за пределами герметичной кабинки окружение смертельно. Выход наружу будет означать почти мгновенную смерть. По этой причине компании придется решить, как уравнять комфорт с безопасностью в случае возникновения чрезвычайной ситуации.

«По крайней мере пилот должен быть в скафандре, — говорит Арт Томпсон, владелец аэрокосмической компании Sage Cheshire, которая построила герметичную капсулу для Баумгартнера. — Если в аппарате возникнет проблема, пилот должен суметь взять все под контроль». Наиболее разумным решением будет убедить туристов тоже надеть скафандры. Конечно, скафандры требуют тренировок, а на высоте 30 километров может быть неудобно натягивать одной рукой гермошлем, а другой пытаться не расплескать коктейль. Так что единственной возможностью для компаний на данный момент остается делать ставку на способность капсул сесть на землю в случае обнаружения проблемы — и не придется учиться надевать скафандры или свободному падению.

Третья фаза путешествия, возвращение, может быть наиболее трудной. В настоящее время World View усердно работает над парафойлами, которые будут доставлять капсулы на Землю. «Мы хотим, чтобы капсулы нежно садились в заранее обозначенном месте, — говорит Маккалум. — Сделать это с высоты 30 километров практически невозможно». В настоящее время компания испытала беспилотные парафойлы с высоты 30 километров трижды, каждый с нагрузкой в 30 килограммов. Летом планируется увеличить груз до 100 кг и подключить GPS-систему. «Если все пойдет хорошо, к концу года мы сможем осуществить полет с 3-тонной капсулой и сопоставимо большим парафойлом», — говорит Маккалум.

У Zero2Infinity на этот год запланированы испытания высокоскоростной телеметрии, которая по лучу будет передавать видео прямо из капсулы. Другой отдел компании сосредоточен на разработке огромных парафойлов, которые могут выступать в качестве спасательных систем для традиционных самолетов. Хотя они будут намного больше, чем те, что будут спускать туристические капсулы, двойное применение технологии ускоряет ее развитие и снижает затраты.

Во время туристических поездок эти парафойлы будут частично управляться пилотами, поэтому обе компании также будут обучать и их. Некоторые летчики-испытатели будут бывшими астронавтами NASA. Келли говорит, что люди, которые управляли космическими шаттлами, вроде него, точно не начнут с нуля. Шаттл был тем же глайдером, приземляющимся без помощи двигателя. Подобно парафойлу и капсуле, шаттл сталкивается с большим сопротивлением по мере наращивания тяги. Ради тренировки Келли проведет это лето, прыгая с самолета и обучаясь управлению небольшим парапланом. Хотя на его плечах лежит задача по сбору команды пилотов World View, он планирует выполнить первые пилотируемые полеты самостоятельно, а также стать пилотом первого коммерческого путешествия в стратосферу.

Простота взгляда World View — особенно если сравнить с полетом ракеты — вот чем этот проект привлекает Келли. Потенциальные туристы, по идее, будут обращаться к компании, руководствуясь таким же мнение. Прежде чем впервые выйти в космос, Келли был уверен, что самое замечательное в этом — ощущение невесомости. Но это не так. Самое замечательное — охватить всю планету взглядом, этот круглый шар, который плавает где-то там, в космосе.

источник http://hi-news.ru/space/kakoj-sposob-puteshestviya-v-kosmos-vybrat.html

Жизнь, кажется, нашли. Но не там, где искали

Доктор физико-математических наук Леонид Ксанфомалити,
Институт космических исследований РАН.

Анализ поведения обнаруженных на панорамах Венеры объектов позволяет предположить, что по меньшей мере какая-то их часть имеет признаки живых существ. С учётом этой гипотезы можно попытаться объяснить, почему в первый час работы спускаемого аппарата никакие странные объекты, кроме «чёрного лоскута », не наблюдались, а «скорпион» появился только спустя полтора часа после посадки аппарата.

Сильный удар при посадке вызвал разрушение грунта и выброс его в сторону бокового движения аппарата. После посадки аппарат около получаса производил сильный шум. Пиропатроны отстреливали крышки телекамер и научных приборов, работала буровая установка, освободилась штанга с измерительным молотком. «Обитатели» планеты, если они там были, покинули опасный район. Но со стороны выброса грунта они уйти не успели и были им засыпаны. То обстоятельство, что «скорпион» около полутора часов выбирался из-под сантиметрового завала, говорит о его невысоких физических возможностях. Огромной удачей эксперимента стало совпадение времени сканирования панорамы с появлением «скорпиона» и его близость к телевизионной камере, что позволило разглядеть и подробности развития описанных событий, и его внешний вид, хотя чёткость изображения оставляет желать лучшего. Сканирующие камеры аппаратов «Венера-13» и «Венера-14» предназначались для съёмки панорам окрестностей мест их посадки и получения общих представлений о поверхности планеты. Но экспериментаторам повезло — удалось узнать намного больше.

Аппарат «Венера-14» тоже опустился в экваториальной зоне планеты, на расстоянии около 700 км от «Венеры-13». Поначалу анализ снятых «Венерой-14» панорам каких-либо особых объектов не обнаружил. Но более подробный поиск дал интересные результаты, которые сейчас изучаются. А мы вспомним про первые панорамы Венеры, полученные в 1975 году.

Миссии «Венера-9» и «Венера-10»

Результаты миссий 1982 года не исчерпывают все имеющиеся наблюдательные данные. Почти на семь лет раньше на поверхность Венеры опустились менее совершенные аппараты «Венера-9» и «Венера-10» (22 и 25 октября 1975 года). Затем, 21 и 25 декабря 1978 года, состоялся десант «Венеры-11» и «Венеры-12». На всех аппаратах также стояли оптико-механические сканирующие камеры, по одной с каждой стороны аппарата. К сожалению, на аппаратах «Венера-9» и «Венера-10» раскрылось только по одной камере, крышки вторых не отделились, хотя камеры работали нормально, а на аппаратах «Венера-11» и «Венера-12» не отделились крышки всех сканирующих камер.

По сравнению с камерами «Венеры-13» и «Венеры-14» разрешение на панорамах «Венеры-9» и «Венеры-10» было почти вдвое ниже, угловое разрешение (единичный пиксел) составляло 21 угловую минуту, длительность развёртки строки — 3,5 секунды. Форма спектральной характеристики примерно соответствовала человеческому зрению. Панорама «Венеры-9» охватывала 174° за 29,3 минуты съёмки с одновременной передачей. «Венера-9» и «Венера-10» проработали соответственно 50 минут и 44,5 минуты. Изображение в реальном времени ретранслировалось на Землю через остронаправленную антенну орбитального аппарата. Уровень шума в принятых изображениях был низким, но из-за ограниченного разрешения качество исходных панорам, даже после сложной обработки, оставляло желать лучшего.

Фото 10. Панорама, переданная 22 октября 1975 года аппаратом «Венера-9» с поверхности планеты. Вверху — после полной обработки в 1979 году и улучшенной обработки в 2003—2006 годах; внизу — та же панорама, обработанная заново.

	Фото. 11. Угловая левая часть панорамы на фото 10, где виден склон отдалённого холма.
	Фото 12. Изображение объекта «странный камень» (в овале) при исправлении геометрии панорамы «Венеры-9» становится более вытянутым. Центральное поле, ограниченное наклонными линиями, соответствует правой части фото 10.

Вместе с тем изображения (особенно насыщенная деталями панорама «Венеры-9») поддались дополнительной, очень трудоёмкой обработке современными средствами, после которой они стали гораздо чётче (нижняя часть фото 10 и фото 11) и вполне сравнимыми с панорамами «Венеры-13» и «Венеры-14». Как уже отмечалось, ретуширование и дополнения изображений полностью исключали.

Аппарат «Венера-9» опустился на склон холма и встал под углом почти 10° к горизонту. На дополнительно обработанной левой части панорамы чётко виден отдалённый склон следующей возвышенности (фото 11). «Венера-10» села на ровную поверхность на расстоянии 1600 км от «Венеры-9».

Анализ панорамы «Венеры-9» выявил много интересных деталей. Вначале вернёмся к изображению «странного камня». Он был настолько «странным», что эту часть снимка даже вынесли на обложку издания «Первые панорамы поверхности Венеры».

Объект «сыч»

В 2003—2006 годах качество изображения «странного камня» удалось заметно улучшить. По мере изучения объектов на панорамах совершенствовалась и обработка изображений. Аналогично предложенным выше условным названиям «странный камень» за свою форму получил название «сыч». На фото 12 представлен улучшенный результат, основанный на исправленной геометрии изображения. Детализация объекта повысилась, но всё же оставалась недостаточной для определённых выводов. Изображение построено на основе крайней правой части фото 10. Вид равномерно светлого неба может быть обманчивым, так как на исходном изображении просматриваются едва различимые пятна. Если предположить, что здесь, как и на фото 11, виден склон другого холма, то он плохо различим и должен находиться гораздо дальше. Следовало существенно улучшить разрешение деталей исходного изображения.

Фото 13. Сложная симметричная форма и другие особенности объекта «странный камень» (стрелка ) выделяют его на фоне каменистой поверхности планеты в точке посадки «Венеры-9». Размеры объекта около полуметра. На врезке объект показан при исправленной геометрии.

Обработанный фрагмент фото 10 приведён на фото 13, где «сыч» отмечен стрелкой и окружён белым овалом. Он имеет правильную форму, выраженную продольную симметрию, и его трудно интерпретировать как «странный камень» или «вулканическую бомбу с хвостом». Положение деталей «бугорчатой поверхности » обнаруживает определённую радиальность, идущую от правой части, от «головы». Сама «голова» имеет более светлый оттенок и сложную симметричную структуру с крупными фигурными, также симметричными тёмными пятнами и, возможно, с каким-то выступом сверху. В целом структуру массивной «головы» понять сложно. Не исключено, что какието мелкие камни, случайно совпадающие по оттенкам с «головой», представляются её частью. Исправление геометрии немного удлиняет объект, делая его более «стройным» (фото 13, врезка). Прямой светлый «хвост» имеет длину около 16 см, а весь объект вместе с «хвостом» достигает полуметра при высоте не менее 25 см. Тень под его корпусом, который слегка поднят над поверхностью, полностью повторяет контуры всех его частей. Таким образом, размеры «сыча» довольно велики, что позволило получить достаточно подробное изображение даже при том ограниченном разрешении, которым обладала камера, и, конечно, благодаря близкому расположению объекта. Уместен вопрос: если на фото 13 мы видим не обитателя Венеры, то что это? Очевидная сложная и весьма упорядоченная морфология объекта делает трудным поиск других предположений.

Если в случае «скорпиона» («Венера-13 ») имелась некоторая зашумлённость панорамы, которую устранили известными приёмами, то на панораме «Венеры-9» (фото 10) шумы практически отсутствуют и на изображение не влияют.

Вернёмся к исходной панораме, детали которой видны достаточно чётко. Изображение с исправленной геометрией и наиболее высоким разрешением приведено на фото 14. Здесь есть ещё один элемент, который требует внимания читателя.

Повреждённый «сыч»

Фото 14. Наиболее высокое разрешение удалось получить при обработке панорамы «Венеры-9» с исправленной геометрией.

При первых обсуждениях результатов «Венеры-13» одним из главных был вопрос: как на Венере природа могла бы обойтись без воды, абсолютно необходимой для земной биосферы? Критическая температура для воды (когда её пар и жидкость находятся в равновесии и имеют неразличимые физические свойства) на Земле 374°С, а в условиях Венеры — около 320°С. Температура у поверхности планеты около 460°С, поэтому метаболизм организмов на Венере (если таковые существуют) должен строиться как-то иначе, без воды. Вопрос об альтернативных жидкостях для жизни в условиях Венеры уже рассматривался в ряде научных работ, и химикам такие среды известны. Возможно, такая жидкость присутствует на фото 14.

Фото 15. Фрагмент панорамы — фотоплан. От посадочного буфера тянется тёмный след, который, по-видимому, оставлял за собой раненный аппаратом организм. След образован какой-то жидкой субстанцией неизвестной природы (на Венере не может быть жидкой воды). Объект (размером около 20 см) сумел отползти на 35 см за время не более шести минут. Фотоплан удобен тем, что позволяет сопоставлять и измерять реальные размеры объектов.

От места на торе посадочного буфера «Венеры-9», отмеченного звёздочкой на фото 14, по поверхности камня влево тянется тёмный след. Далее он сходит с камня, расширяется и заканчивается у светлого предмета, похожего на рассмотренного выше «сыча», но вдвое меньших размеров, около 20 см. Других подобных следов на изображении нет. Можно догадаться о происхождении следа, который начинается непосредственно у посадочного буфера аппарата: объект был частично раздавлен буфером и, отползая, оставил тёмный след жидкого вещества, выделившегося из его повреждённых тканей (фото 15). Для земных животных такой след назвали бы кровавым. (Таким образом, первая жертва «земной агрессии» на Венере относится к 22 октября 1975 года.) До шестой минуты сканирования, когда объект возник на изображении, он сумел отползти примерно на 35 см. Зная время и расстояние, можно установить, что его скорость была не меньше 6 см/мин. На фото 15, между крупными камнями, где находится пострадавший объект, можно различить его форму и другие особенности.

Тёмный след указывает, что подобные объекты, даже повреждённые, при серьёзной опасности способны перемещаться со скоростью не менее 6 см/мин. Если «скорпион», о котором уже говорилось, между 93-й и 119-й минутами действительно удалился на расстояние не менее одного метра, за пределы видимости камеры, то его скорость была не менее 4 см/мин. Вместе с тем, сравнивая фото 14 с другими фрагментами изображений, переданных «Венерой-9» за семь минут, видно, что «сыч» на фото 13 не переместился. Неподвижными оставались и некоторые объекты, найденные на других панорамах (которые здесь не рассматриваются). Наиболее вероятно, что такая «неторопливость» вызвана их ограниченными энергетическими запасами («скорпион», например, на несложную операцию собственного спасения затратил полтора часа) и медленные перемещения венерианской фауны для неё нормальны. Заметим, что энерговооружённость земной фауны очень высока, чему способствуют обилие флоры для питания и окислительная атмосфера.

В этой связи следует вернуться к объекту «сыч» на фото 13. Упорядоченная структура его «бугорчатой поверхности» напоминает небольшие сложенные крылья, а опирается «сыч» на «лапу», похожую на птичью. Плотность атмосферы Венеры на уровне поверхности составляет 65 кг·м³. Сколько-нибудь быстрое движение в такой плотной среде затруднительно, зато для полёта потребовались бы совсем небольшие крылья, чуть больше плавников рыб, и незначительные расходы энергии. Однако для утверждения, что объект относится к пернатым, доказательств недостаточно, и, летают ли обитатели Венеры, пока неизвестно. Но, похоже, их привлекают некоторые метеорологические явления.

«Снегопад» на Венере

Об атмосферных осадках на поверхности планеты до сих пор ничего известно не было, кроме предположения о возможном образовании и выпадении высоко в горах Максвелла аэрозолей из пирита, сульфида свинца или других соединений. На последних панорамах «Венеры-13» присутствует множество белых точек, покрывающих их значительную часть. Точки считали шумами, потерей информации. Например, когда сигнал, передаваемый в негативе, от одной точки изображения теряется, на его месте появляется белая точка. Каждая такая точка — это пиксел, либо потерянный из-за сбоя нагревшейся аппаратуры, либо пропавший при краткой потере радиосвязи между спускаемым аппаратом и орбитальным ретранслятором. При обработке панорамы в 2011 году белые точки заменяли осреднёнными значениями прилегающих пикселов. Изображение стало более чётким, однако осталось множество мелких белых пятнышек. Они состояли из нескольких пикселов и представляли собой, скорее, не помехи, а что-то реальное. Даже на необработанных снимках видно, что точки почему-то почти отсутствуют на чёрном корпусе прибора, попавшего в кадр, а само изображение и момент появления помехи никак не связаны. К сожалению, всё оказалось сложнее. На приведённых ниже сгруппированных изображениях помехи встречаются и на близком тёмном фоне. Более того, они редко, но всё же встречаются и на телеметрических вставках, когда трансляция панорамы периодически на восемь секунд замещалась передачей данных с других научных приборов. Поэтому на панорамах видны как осадки, так и помехи электромагнитного происхождения. Последнее подтверждается тем, что применение операции лёгкого «размытия» резко улучшает изображение, устраняя именно точечные помехи. Но происхождение электрических помех остаётся неизвестным.

Фото 16. Хронологическая последовательность изображений с метеорологическими явлениями. Время, указанное на панорамах, отсчитывается от начала сканирования верхнего изображения. Сначала вся сперва чистая поверхность покрылась белыми пятнышками, затем, за последующие полчаса, площадь выпавших осадков уменьшилась не менее чем наполовину, а грунт под «растаявшей» массой приобрёл тёмный оттенок, подобно увлажнённой растаявшим снегом земной почве.

Сопоставив эти факты, можно сделать вывод, что за шумы отчасти принимали метеорологические явления — осадки, напоминающие земной снег, и их фазовые переходы (таяние и испарение) на поверхности планеты и на самом аппарате. На фото 16 показаны четыре такие последовательные панорамы. Выпадение осадков происходило, по-видимому, краткими интенсивными порывами, после чего площадь выпавших осадков уменьшилась не менее чем наполовину за следующие полчаса, а грунт под «растаявшей » массой потемнел, подобно увлажнённой земной почве. Поскольку температура поверхности в точке посадки установлена (733 К), а термодинамические свойства атмосферы известны, главный вывод наблюдения состоит в том, что имеются весьма жёсткие ограничения на природу выпадающей твёрдой или жидкой субстанции. Разумеется, состав «снега» при температуре 460°С — большая загадка. Однако веществ, которые имеют критическую pT-точку (когда они существуют одновременно в трёх фазах) в узком интервале температур вблизи 460°С и при давлении 9 МПа, наверное, очень немного, и среди них — анилин и нафталин. Описываемые метеорологические явления возникли после 60-й или 70-й минуты. В это же время появился «скорпион » и возникли некоторые другие интересные явления, которые ещё предстоит описать. Невольно напрашивается вывод, что венерианская жизнь ждёт осадков, как дождя в пустыне, или, наоборот, избегает их.

Источники энергии Венерианской фауны

Возможность жизни в условиях, аналогичных умеренно высоким температурам (733 К) и углекислотной атмосфере Венеры, не раз рассматривалась в научной литературе. Авторы приходили к заключению, что её наличие на Венере, например в микробиологических формах, не исключено. Рассматривалась также жизнь, которая могла эволюционировать в медленно меняющихся условиях от ранних этапов истории планеты (с более близкими к земным условиям) к современным. Температурный диапазон вблизи поверхности планеты (725—755 К в зависимости от рельефа), конечно, абсолютно неприемлем для земных форм жизни, но если вдуматься — термодинамически он ничем не хуже земных условий. Да, среды и действующие химические агенты нам неизвестны, но их никто и не искал. Химические реакции при высоких температурах очень активны; исходные материалы на Венере мало чем отличаются от земных. Анаэробных организмов известно сколько угодно. Фотосинтез у ряда простейших основывается на реакции, когда донором электронов оказывается сероводород H₂S, а не вода. У многих видов живущих под землёй автотрофных прокариотов вместо фотосинтеза используется хемосинтез, например 4H₂ + CO₂ → CH₄ + H₂O. Физических запретов на жизнь при высоких температурах не видно, кроме, конечно, «земного шовинизма». Разумеется, фотосинтез при высоких температурах и в безокислительной среде должен, по-видимому, опираться на совершенно другие, неизвестные биофизические механизмы.

Но какими источниками энергии в принципе могла бы пользоваться жизнь в венерианской атмосфере, где основную роль в метеорологии играют соединения серы, а не вода? Обнаруженные объекты довольно велики, это не микроорганизмы. Наиболее естественно предположить, что они, подобно земным, существуют за счёт растительности. Хотя прямые лучи Солнца из-за мощного облачного слоя, как правило, не достигают поверхности планеты, света для фотосинтеза там хватает. На Земле рассеянной освёщенности 0,5—7 килолюкс вполне достаточно для фотосинтеза даже в глубине густых тропических лесов, а на Венере она лежит в пределах 0,4—9 килолюкс. Но если настоящая статья и даёт какие-то представления о возможной фауне Венеры, то судить о флоре планеты по имеющимся данным нельзя. Похоже, что некоторые её признаки удаётся обнаружить на других панорамах.

Независимо от конкретного биофизического механизма, действующего на поверхности Венеры, при температурах падающего T₁ и уходящего T₂ излучений, термодинамическая эффективность процесса (кпд ν = (T₁ — T₂)/T₁) должна быть несколько ниже земной, так как T₂ = 290 К для Земли и T₂ = 735 К для Венеры. Кроме того, из-за сильного поглощения сине-фиолетовой части спектра в атмосфере максимум солнечного излучения на Венере смещён к зелёно-оранжевой области и, согласно закону Вина, соответствует более низкой эффективной температуре T₁ = 4900 К (у Земли T₁ = 5770 К). В этом отношении условиями, наиболее благоприятными для жизни, обладает Марс.

Заключение

В связи с интересом к возможной обитаемости определённого класса экзопланет с умеренно высокой температурой поверхности со всей тщательностью были заново рассмотрены результаты телевизионных исследований поверхности Венеры, выполненных в миссиях «Венера-9» в 1975 году и «Венера-13» в 1982-м. Планету Венеру рассматривали как природную высокотемпературную лабораторию. Наряду с ранее опубликованными изображениями изучены панорамы, ранее не включённые в основную обработку. На них видны появляющиеся, изменяющиеся или исчезающие объекты заметных размеров, от дециметра до полуметра, случайное возникновение изображений которых объяснить не удаётся. Обнаружены возможные свидетельства того, что некоторые из найденных объектов, обладающих сложной регулярной структурой, были частично засыпаны грунтом, выброшенным при посадке аппарата, и медленно освобождались из него.

Интересен вопрос: какими источниками энергии могла бы пользоваться жизнь в высокотемпературной безокислительной атмосфере планеты? Предполагается, что, подобно Земле, источником существования гипотетической фауны Венеры должна быть её гипотетическая флора, которая осуществляет фотосинтез особого типа, а некоторые её образцы удастся обнаружить на других панорамах.

Телевизионные камеры аппаратов «Венера » не предназначались для съёмки возможных обитателей Венеры. Специальная миссия для поиска жизни на Венере должна быть существенно более сложной.

Иллюстрации предоставлены автором.

Литература

Ксанфомалити Л.В. Планета Венера. — М.: Наука. Физматлит, 1985.

Ксанфомалити Л.В. Планеты, открытые заново. — М.: Наука, 1978.

Первые панорамы поверхности Венеры / Под ред. Келдыша М. В. — М.: Наука, 1979.

Селиванов А.С., Чемоданов В.П., Нараева М.К. и др. Телевизионный эксперимент на поверхности Венеры // Космич. исслед., 1976, т. 14, № 5, с. 674—677.

Селиванов А.С., Гектин Ю.М., Герасимов М.А. и др. Продолжение телевизионного исследования поверхности Венеры со спускаемых аппаратов // Космич. исслед., 1983, т. 21, № 2, с. 176—182.

Hunten D.M., Colin L., Donahue T.M., Moroz V.I. (Eds). Venus. The Univ. of Arizona Press, 1983. — 1144 p.

Наука и жизнь. 2012. № 6. С. 60-66.

Жизнь, кажется, нашли. Но не там, где искали

Доктор физико-математических наук Леонид Ксанфомалити,
Институт космических исследований РАН.

Следуя некоторым видам поиска, мы смогли
бы обнаружить жизнь, базирующуюся
на совершенно ином химическом составе
(без углерода и/или воды).
Б.У. Джонс, британский астрофизик

Астрофизические исследования последних десятилетий обогатили наши представления о природе множеством интереснейших фактов. В 1995 году была найдена первая экзопланета — планета, которая обращается вокруг одной из звёзд нашей Галактики. Сегодня известно более семисот таких экзопланет (см. «Наука и жизнь» № 12, 2006 г.). Почти все они обращаются по очень низким орбитам, но если светимость звезды невелика, температура на планете может лежать в пределах 650—900 К (377—627°С). Такие условия абсолютно неприемлемы для единственно знакомой нам белковой формы жизни. Но действительно ли она единственная во Вселенной, а отрицание других возможных её видов — это «земной шовинизм»?

Исследовать даже ближайшие из экзопланет при помощи автоматических космических аппаратов в текущем столетии вряд ли получится. Вполне возможно, однако, что ответ удастся отыскать совсем рядом, на нашей ближайшей соседке по Солнечной системе — на Венере. Температура поверхности планеты (735 К, или 462°С), огромное давление (87—90 атм) её газовой оболочки плотностью 65 кг/м³, состоящей в основном из углекислого газа (96,5%), азота (3,5%) и следов кислорода (менее 2·10^-5%), близки к физическим условиям на многих экзопланетах особого класса. Недавно были заново исследованы и обработаны телевизионные изображения (панорамы) поверхности Венеры, полученные тридцать лет назад и более. На них обнаружилось несколько объектов размером от дециметра до полуметра, которые меняли форму, положение в кадре, появлялись на одних изображениях и пропадали на других. А на ряде панорам явственно наблюдались осадки, которые выпадали и таяли на поверхности планеты.

	Доктор технических наук А.С. Селиванов, руководитель коллектива разработчиков телевизионных камер аппаратов «Венера».		Кандидат технических наук Ю.М. Гектин,автор многих технических решений в телевизионных камерах аппаратов «Венера».

В январе журнал «Астрономический вестник — исследования Солнечной системы» опубликовал статью «Венера как естественная лаборатория для поиска жизни в условиях высоких температур: о событиях на планете 1 марта 1982 г.». Она не оставила равнодушными читателей, причём мнения разделились — от крайней заинтересованности до гневного неодобрения, поступающего главным образом из-за океана. И в опубликованной тогда, и в данной статье не утверждается, что на Венере найдена неизвестная доныне внеземная форма жизни, а лишь рассказано о явлениях, которые могут быть её признаками. Но, как удачно сформулировал тему один из двух главных авторов телевизионного эксперимента на аппаратах «Венера» Ю.М. Гектин, «нам не нравится интерпретация полученных результатов как признаков жизни на планете. Однако мы не можем найти другого объяснения тому, что видим на панорамах поверхности Венеры».

Наверное, уместно напомнить афоризм, что новые идеи обычно проходят три стадии: 1. Какая глупость! 2. В этом что-то есть… 3. Ну, кто же этого не знает!

Аппараты «Венера», их видео камеры и первый привет с Венеры

Первые панорамы поверхности Венеры передали на Землю аппараты «Венера-9» и «Венера-10» ещё в 1975 году. Изображения получали при помощи установленных на каждом аппарате двух оптико-механических камер с фотоумножителями (ПЗС-матрицы существовали тогда только в виде идеи).

Фото 1. Поверхность Венеры в месте посадки аппарата «Венера-9» (1975 г.). Краевые зоны изображения — коллаж, собранный из более качественных панорам. Физические условия на Венере: атмосфера CO2  96,5%, N2 3,5%, O2 менее 2·10-5; температура — 735 К (462°С), давление 92 МПа (примерно 90 атм). Дневная освещённость от 400 лк до 11 клк. Метеорология Венеры определяется соединениями серы (SO2, SO3, H2SO4).

Зрачки камер располагались на высоте 90 см от поверхности, с двух сторон аппарата. Качающееся зеркальце каждой камеры постепенно поворачивалось и создавало панораму в 177° по ширине, полосой от горизонта до горизонта (3,3 км на ровной местности), а верхняя граница изображения отстояла на два метра от аппарата. Разрешающая способность камер позволяла чётко видеть миллиметровые детали поверхности вблизи и объекты размером около 10 метров у горизонта. Камеры находились внутри аппарата и снимали прилегающий пейзаж сквозь герметичное кварцевое окно. Аппарат постепенно разогревался, но полчаса работы его конструкторы твёрдо обещали. Обработанный фрагмент панорамы «Венера-9» представлен на фото 1. Так увидел бы планету человек в экспедиции на Венеру.

В 1982 году аппараты «Венера-13» и «Венера-14» были оснащены уже более совершенными камерами со светофильтрами. Изображения были вдвое более чёткими и состояли из 1000 вертикальных строк по 211 пикселов размером 11 угловых минут каждый. Видеосигнал, как и раньше, передавался на орбитальную часть аппарата, искусственный спутник Венеры, который в реальном времени ретранслировал данные на Землю. За время работы камеры передали 33 панорамы или их фрагмента, что позволяет проследить развитие некоторых интересных явлений на планете.

Невозможно передать масштаб технических трудностей, которые пришлось преодолеть разработчикам камер. Достаточно сказать, что за прошедшие с тех пор 37 лет эксперимент так и не был повторён. Руководил коллективом разработчиков доктор технических наук А.С. Селиванов, который сумел собрать группу талантливых учёных и инженеров. Упомянем здесь лишь нынешнего Главного конструктора космических приборов ОАО «Космические системы» кандидата технических наук Ю.М. Гектина, его коллег — кандидата физико-математических наук А.С. Панфилова, М.К. Нараеву, В.П. Чемоданова. Первые снимки с поверхности Луны и с орбиты Марса также передавали созданные ими приборы.

На первой же панораме («Венера-9», 1975 г.) внимание нескольких групп экспериментаторов привлёк симметричный объект сложной структуры, размером около 40 сантиметров, напоминающий сидящую птицу с вытянутым хвостом. Геологи осторожно назвали его «странным камнем со стержнеобразным выступом и бугорчатой поверхностью». «Камень» обсуждали в итоговом сборнике статей «Первые панорамы поверхности Венеры» (редактор М.В. Келдыш) и в увесистом томе международного издания «VENUS». Меня он заинтересовал 22 октября 1975 года, сразу как только лента с панорамой выползла из громоздкого фототелеграфного аппарата в евпаторийском Центре дальней космической связи.

К сожалению, в дальнейшем все мои попытки заинтересовать странным объектом коллег в Институте космических исследований АН СССР и администрацию института оказались тщетными. Представления о невозможности существования жизни в условиях высоких температур оказались непреодолимым барьером для любых обсуждений. Всё же ещё за год до опубликования сборника М. В. Келдыша, в 1978 году, вышла книга «Планеты, открытые заново», где приводилось изображение «странного камня». Комментарий к снимку был таким: «Детали предмета симметричны относительно продольной оси. Недостаточная чёткость скрывает его контуры, но… при некотором воображении можно увидеть фантастического обитателя Венеры. В правой части снимка… виден предмет диковинной формы размером около 30 см. Вся его поверхность покрыта странными наростами, причём в их положении можно увидеть какую-то симметрию. Влево от предмета выступает длинный прямой белый отросток, под которым видна глубокая тень, повторяющая его форму. Белый отросток очень похож на прямой хвост. С противоположной стороны предмет оканчивается большим белым округлым выступом, похожим на голову. Весь предмет покоится на короткой толстой «лапе». Разрешение снимка недостаточно, чтобы можно было чётко различить все детали загадочного предмета… Неужели «Венера-9» опустилась рядом с живым обитателем планеты? В это уж очень трудно поверить. К тому же за восемь минут, прошедших до возвращения объектива телекамеры к предмету, он совершенно не изменил своего положения. Это странно для живого существа (если оно не было повреждено краем аппарата, от которого его отделяют сантиметры). Вероятнее всего, мы видим камень необычной формы, похожий на вулканическую бомбу… С хвостом».

Сарказм заключительной фразы — «с хвостом» — показывал, что оппоненты не убедили автора в физической невозможности жизни на Венере. В том же издании говорится: «Представим себе, однако, что в каком-то из космических экспериментов на поверхности Венеры было бы все-таки найдено живое существо… История науки показывает, что, как только появляется новый экспериментальный факт, теоретики, как правило, быстро находят ему объяснение. Можно даже предсказать, каким было бы это объяснение. Синтезированы весьма термостойкие органические соединения, в которых используется энергия π-электронных связей (один из видов ковалентной связи, «обобществления» валентных электронов двух атомов молекулы. — прим. ред.). Такие полимеры способны выдерживать температуры до 1000°С и более. Поразительно, но некоторые земные бактерии используют π-электронные связи в своём метаболизме, однако не для повышения теплостойкости, а для связывания атмосферного азота (что неизбежно требует огромной энергии связей, достигающей 10 eV и более). Как можно видеть, «заготовки» для моделей венерианских живых клеток природа создала даже на Земле».

К этой теме автор возвращался в книгах «Planeten» и «Парад планет». Но в его строго научной монографии «Планета Венера» гипотеза о жизни на планете не упоминается, так как вопрос о необходимых для жизни источниках энергии в безокислительной атмосфере оставался (и продолжает оставаться) неясным.

Новые миссии. 1982 год

Фото 2. Аппарат «Венера-13» на лабораторных испытаниях в 1981 году. В центре видно окно телевизионной камеры, закрытое крышкой.

Оставим на время «странный камень». Следующими удачными полётами к планете с передачей изображений с её поверхности стали миссии «Венера-13» и «Венера-14» в 1982 году. Коллектив Научно-производственного объединения им. С.А. Лавочкина создал удивительные аппараты, которые тогда назывались АМС.

С каждой новой миссией к Венере они становились всё более совершенными, способными противостоять огромным давлениям и температурам. Аппарат «Венера-13» (фото 2), оснащённый двумя телевизионными камерами и другими приборами, опустился в экваториальной зоне планеты.

Благодаря эффективной тепловой защите температура внутри аппаратов поднималась довольно медленно, их системы успели передать много научных данных, панорамные изображения высокой чёткости, в том числе цветные, и с низким уровнем различных помех. Передача каждой панорамы занимала 13 минут. Спускаемый аппарат «Венера-13» 1 марта 1982 года проработал рекордно долго. Он продолжал бы передавать ещё, но на 127-й минуте приём данных с него непонятно кто и зачем приказал прекратить. С Земли была послана команда на выключение приёмника на орбитальном аппарате, хотя спускаемый аппарат продолжал посылать сигналы… Была ли это забота об орбитальном аппарате, чтобы на нём не разрядились аккумуляторы, или что-то ещё, но разве приоритет не оставался за спускаемым аппаратом?

Если исходить из всей переданной информации, в том числе и той, которую ещё недавно считали испорченной шумами, длительность успешной работы «Венеры-13» на поверхности превышала два часа. Опубликованные в печати изображения созданы путём комбинирования цветоделённых и чёрно-белых панорам (фото 3). При низком уровне помех для этого было достаточно трёх изображений.

Фото 3. Панорама поверхности Венеры в месте посадки аппарата «Венера-13». В центре — посадочный буфер аппарата с зубцами турбулизатора, обеспечивающего плавную посадку, выше — сброшенная белая полуцилиндрическая крышка окна телевизионной камеры. Её диаметр 20 см, высота 16 см. Расстояние между зубцами 5 см.

Избыток информации позволил восстановить картинку там, где на короткое время аппарат от изображений поверхности переходил к передаче результатов других научных измерений. Опубликованные панорамы обошли весь мир, многократно перепечатывались, потом интерес к ним стал постепенно угасать; даже специалисты пришли к выводу, что дело уже сделано…

Что удалось увидеть на поверхности Венеры

Новый анализ изображений оказался весьма трудоёмким. Часто спрашивают, почему ждали больше тридцати лет. Нет, не ждали. К старым данным обращались снова и снова, по мере совершенствования средств обработки и, скажем больше, совершенствования наблюдательности и понимания внеземных объектов. Многообещающие результаты получили уже в 2003—2006 годах, а наиболее существенные находки сделали в прошлом и позапрошлом годах, причём работу ещё не завершили. Для исследований использовали последовательности первичных изображений, полученных за достаточно длительное время работы аппарата. На них можно было попытаться обнаружить какие-то различия, понять, что их вызвало (например, ветер), обнаружить объекты, по внешнему виду отличные от естественных деталей поверхности, отметить явления, которые ускользнули от внимания тогда, более тридцати лет назад. При обработке использовали самые простые и «линейные» методы — корректировку яркости, контрастности, размытие или увеличение резкости. Любые другие средства — ретуширование, корректировка или применение какой-либо версии программы Photoshop— полностью исключались.

Наиболее интересны изображения, переданные аппаратом «Венера-13» 1 марта 1982 года. В ходе нового анализа изображений поверхности Венеры удалось обнаружить несколько объектов, которые имели особенности, отмеченные выше. Для удобства им присвоили условные названия, которые, конечно, не отражают реальной их сути.

	Фото 4. Нижняя часть крупного объекта «диск», 0,34 м в диаметре, видна справа на верхней границе изображения.

Странный «диск», изменяющий свою форму. «Диск» имеет правильную форму, по-видимому круглую, диаметром около 30 см и напоминает крупную раковину. На фрагменте панорамы на фото 4 видна только его нижняя половина, а верхняя срезана границей кадра.

Положение «диска» на последующих снимках слегка меняется из-за небольшого сдвига сканирующей камеры при разогреве аппарата. На фото 4 к «диску» примыкает вытянутая структура, напоминающая метёлку. На фото 5 приведены последовательные изображения «диска» (стрелка а) и поверхности возле него, а в нижней части кадров указан примерный момент прохождения поля сканера по «диску».

На первых двух кадрах (32-я и 72-я минуты) вид «диска» и «метёлки» почти не менялся, но в конце 72-й минуты в его нижней части появилась короткая дуга. На третьем кадре (86-я минута) дуга стала длиннее в несколько раз, а «диск» начал делиться на части.

На 93-й минуте (кадр 4) «диск» исчез, а вместо него появился примерно того же размера симметричный светлый объект, образованный многочисленными складками V-образной формы — «шевронами», ориентированными примерно вдоль «метёлки».

От нижней части «шевронов» отделились многочисленные большие дуги, подобные дуге на третьем кадре. Они закрыли всю поверхность, прилегающую к крышке телефотометра (белый полуцилиндр на поверхности). В отличие от «метёлки», под «шевронами» видна тень, что говорит об их объёмности.

Фото 5. Изменения положения и формы объектов «диск» (стрелка a) и «шевроны» (стрелка b). Примерный момент прохождения сканером изображения «диска» указан в нижней части кадров.

Через 26 минут, на последнем кадре (119-я минута) «диск» и «метёлка» полностью восстановились и видны чётко. «Шевроны» и дуги исчезли, как и появились, возможно, переместившись за границу изображения. Таким образом, пять кадров фото 5 демонстрируют полный цикл изменений формы «диска» и вероятную связь «шевронов» и с ним, и с дугами.

«Чёрный лоскут» у измерителя механических свойств грунта. На аппарате «Венера-13» среди других приборов было устройство для измерения прочности грунта в виде откидной фермы длиной 60 см. После посадки аппарата освобождалась удерживающая ферму защёлка, и под действием пружины ферма опускалась на грунт. Измерительный конус (штамп) на её конце, кинетическая энергия которого была известна, углублялся в почву. По глубине его погружения оценивалась механическая прочность грунта.

Фото 6. Неизвестный объект «чёрный лоскут» появился в первые 13 минут после посадки, обвившись вокруг конического измерительного молотка, который частично углубился в грунт. Сквозь чёрный объект просвечивают детали механизма. Последующие изображения (полученные в интервале от 27-й до 50-й минуты после посадки) показывают чистую поверхность молотка, «чёрный лоскут» отсутствует.

Одной из задач миссии было измерение малых составляющих атмосферы и грунта. Поэтому любое отделение от аппарата каких-либо частиц, плёнок, продуктов разрушения или обгорания при спуске в атмосфере и посадке абсолютно исключалось; при наземных испытаниях этим требованиям уделяли особое внимание. Однако на первом же изображении, полученном в интервале 0—13 минут после посадки, отчётливо видно, что вокруг измерительного конуса, по всей его высоте, обмотался вытянутый вверх неизвестный тонкий предмет — «чёрный лоскут» размером около шести сантиметров по высоте (фото 6). На последующих панорамах, сделанных через 27 и 36 минут, этот «чёрный лоскут» отсутствует. Он не может быть дефектом снимка: на более чётких изображениях видно, что одни детали фермы проецируются на «лоскут», а другие частично просвечивают сквозь него. Второй объект этого типа был обнаружен с другой стороны аппарата, под сброшенной крышкой телекамеры. Похоже, что их появление как-то связано с разрушением грунта измерительным конусом или посадочным аппаратом. Это предположение косвенно подтверждает наблюдение ещё одного похожего объекта, появившегося в поле зрения камер позже.

Звезда экрана — «скорпион». Этот наиболее интересный объект появился примерно на 90-й минуте вместе с примыкающим к нему справа полукольцом (фото 7). Внимание к нему прежде всего привлёк, конечно, его странный вид. Сразу же возникло предположение, что это какая-то деталь, отделившаяся от начавшего разрушаться аппарата. Но тогда аппарат быстро вышел бы из строя из-за катастрофического перегрева его устройств в герметизированном отсеке, куда раскалённая атмосфера под действием гигантского давления проникла бы сразу. Однако «Венера-13» продолжала нормально работать ещё час, и, следовательно, объект ей не принадлежал. Согласно технической документации, все наружные операции — сброс крышек датчиков и телекамер, бурение грунта, работа с измерительным конусом — закончились через полчаса после посадки. Больше от аппарата ничего не отделялось. На последующих снимках «скорпион» отсутствует.

Фото 7. Объект «скорпион» появился на изображении примерно на 90-й минуте после посадки аппарата. На последующих изображениях он отсутствует.

На фото 7 скорректированы яркость и контрастность, повышены чёткость и резкость исходного изображения. «Скорпион» имеет размер около 17 сантиметров в длину и сложную структуру, напоминающую земных насекомых или паукообразных. Его форма не может быть результатом случайного сочетания тёмных, серых и светлых точек. Изображение «скорпиона» состоит из 940 точек, а в панораме их 2,08·10⁵. Вероятность образования такой структуры за счёт случайного сочетания точек исчезающе мала: менее 10^-100. Иными словами, возможность случайного появления «скорпиона» исключена. Кроме того, он отбрасывает явственно различимую тень, и, следовательно, это реальный объект, а не артефакт. Простое сочетание точек отбрасывать тень не может.

По´зднее появление «скорпиона» в кадре можно объяснить, например, процессами, протекавшими во время посадки аппарата. Вертикальные скорость аппарата составляла 7,6 м/с, а боковая была примерно равна скорости ветра (0,3—0,5 м/с). Удар о почву произошёл с обратным ускорением 50g Венеры. Аппарат разрушил грунт на глубину примерно 5 см и отбросил его в сторону бокового движения, засыпав поверхность. Чтобы подтвердить это предположение, место появления «скорпиона» изучили на всех панорамах (фото 8) и увидели интересные подробности.

Фото 8. Последовательные изображения участка грунта, выброшенного при посадке в сторону бокового движения аппарата. Указаны примерные минуты сканирования соответствующего участка.

На первом изображении (7-я минута) на выброшенном грунте видна неглубокая канавка длиной около 10 см. На втором изображении (20-я минута) стороны канавки приподнялись, а её длина увеличилась примерно до 15 см. На третьем (59-я минута) в канавке стала видна регулярная структура «скорпиона». Наконец, на 93-й минуте «скорпион» полностью выбрался из засыпавшего его слоя грунта толщиной 1–2 см. На 119-й минуте он исчез из кадра и отсутствует на последующих изображениях (фото 9).

Фото 9. «Скорпион» (1) появился на панораме, снятой с 87-й по 100-ю минуту. На изображениях, полученных до 87-й и после 113-й минуты, он отсутствует. Малоконтрастный объект 2, вместе с клочковатой светлой средой, также присутствует только на панораме 87—100-й минут. На кадрах 87—100-й и 113—126-й минут слева, в группе камней, появился новый объект К с изменяющейся формой. Его нет на кадрах 53—66-й и 79—87-й минут. В центральной части снимка показаны результат обработки изображения и размеры «скорпиона».

В качестве возможной причины перемещения «скорпиона» в первую очередь рассматривался ветер. Поскольку плотность венерианской атмосферы у поверхности ρ = 65 кг/м³, динамическое воздействие ветра в 8 раз выше, чем на Земле. Скорость ветра v измеряли во многих экспериментах: по доплеровскому смещению частоты передаваемого сигнала; по перемещению пыли и по акустическому шуму в микрофоне на борту — и оценили в пределах от 0,3 до 0,48 м/с. Даже при максимальном её значении скоростной напор ветра ρv² на площадь боковой поверхности «скорпиона» создаёт давление около 0,08 Н, которое вряд ли могло переместить объект.

Другая вероятная причина исчезновения «скорпиона» может быть в том, что он перемещался. По мере удаления от камеры разрешение изображений ухудшалось, и в трёх-четырёх метрах он стал бы неотличимым от камней. Как минимум, на такое расстояние он должен был отдалиться за 26 минут — время следующего возвращения сканера к тем же строкам на панораме.

Из-за наклона оси камеры возникают искажения изображения (фото 3). Но вблизи камеры они невелики и исправления не требуют. Возможна другая причина искажений — перемещение объекта во время сканирования. На съёмку всей панорамы затрачивалось 780 с, а на участок изображения со «скорпионом» — 32 с. При смещении объекта могло происходить, например, кажущееся удлинение или сокращение его размера, но, как будет показано, фауна Венеры должна быть очень медлительной. 

Наука и жизнь. 2012. № 5. С. 14-20.

Конец Солнца и Самость Космоса Часть 2

6. Картина катастрофы

Органическое человечество будет ощущать свою смерть как космическую катастрофу. Катастрофа здесь и далее означает резкое качественное (скачкообразное) изменение среды – биосферы, благоприятной для органической формы жизни, возникающее в виде внезапного ответа биосферы на плавное количественное изменение условий – параметров солнечного излучения (его мощности и температуры), необходимых для органической жизни, от которых она зависит. Проблема человека состоит в том, что он не может жить вне биосферы, имеющей определённый газовый состав атмосферы, спектр и мощность звёздного (солнечного) излучения, определённую силу атмосферного давления, температуру и химический состав почвы и воздуха и прочее. На завершающем этапе своей жизни Солнце уничтожает все эти условия, и вместе с ними оно уничтожает биосферу и человека. Причиной катастрофы станет неуклонное увеличение количества солнечного излучения (в том числе теплового), падающего на поверхность Земли.

Наступающая катастрофа – это необходимое[23] событие, обусловленное законами солнечной эволюции. Катастрофа неотвратима, она запрограммирована ходом звёздной эволюции, её нельзя отложить или отсрочить; она действует на самые фундаментальные, глубинные основы органической жизни на Земле и уничтожает их.

Этапы катастрофы

1) Solis calore cladis[24]

Запас ядерного топлива в Солнце ограничен и постоянно тратится на излучение. Каждую секунду 600 миллионов тонн водорода сгорает в термоядерной топке, а в энергию превращается 4,26 миллиона тонн вещества. В момент возникновения Солнца доля водорода к его массе составляла 70,6%, сейчас его доля упала до 36,3% массы Солнца. Каждый испущенный Солнцем фотон света означает, что запасы водорода выгорают, в результате чего звезда приближается к своему концу. Стадия горения водорода составляет примерно 90% времени эволюции Солнца. Звезда такой массы, как Солнце, должна существовать на главной последовательности в общей сложности примерно 10 миллиардов лет. Сейчас наше Солнце находится примерно в середине своего жизненного цикла.

На современном этапе в солнечном ядре идут термоядерные реакции превращения водорода в гелий, который накапливается в солнечном ядре, из-за чего пространство, в котором происходит ядерный синтез, постоянно расширяется в сторону внешних оболочек Солнца. По этой причине Солнце становится всё горячее, а его светимость медленно, но неуклонно увеличивается на 1% каждые 110 миллионов лет.

Спустя 1,1 миллиардов лет с настоящего времени наша звезда будет ярче (и горячее) на 11%. Следствием увеличения светимости Солнца станет рост температуры на планетах Солнечной системы. Через 1 миллиард лет средняя температура на Земле достигнет 700С, что будет превышать современную в 4,5 раза (сейчас средняя температура на Земле равна примерно 150 С), температура поверхности Земли при этом превысит 1000 С. Есть все основания полагать, что жизнь организмов, построенных на углеродных соединениях, возможна только в диапазоне температур от +80° до -70° С, при более низкой или высокой температуре углеродные соединения разрушаются, поэтому следствием Солнечной эволюции станет уничтожение на Земле большинства существующих форм жизни.

Сначала люди заметят, что Солнце станет светить немного ярче, а его диск на небосводе увеличится в размере, будто Солнце приблизилось к Земле. Очертания Солнечного диска по краям станут не такими чёткими, как раньше, и приобретут некоторую размытость. В это же время Луна отдалится от Земли и, по причине уменьшения её приливного воздействия на Землю, скорость вращения Земли вокруг своей оси замедлится, что приведёт к увеличению длительность земных суток. Из-за увеличения длительности светового дня дневная сторона Земли, обращённая в течение дня к Солнцу, будет перегреваться, а ночная сторона, наоборот, переохлаждаться, что вызовет большие перепады температур. Перепады температуры вызовут небывалые на памяти человека перепады давления в атмосфере, и смена времени суток будет сопровождаться разрушительными ураганами, когда из областей высокого давления горячий воздух будет перемещаться в области низкого давления. Из-за неуклонного увеличения светимости Солнца температура воздуха и земной поверхности будет ежегодно расти, так что зимы будут подобны лету. Растают все ледники, и поднявшиеся моря и океаны затопят берега континентов и все островные государства. Через некоторое время от перегрева воды в реках и озёрах погибнет всё живое. Постепенно все реки высохнут, озера испарятся. В огромных количествах метан будет испаряться из мёртвых водоёмов в атмосферу, и воздух станет ядом. От обезвоживания деревья и трава превратятся в хворост, который будет вспыхивать от солнечных лучей. Очаги пожаров накроют всю сушу. Ураганы будут разносить огонь по всей планете, и огонь пожаров превратится в океан плазмы. В планетарном пожаре и от засухи сгорят все леса и посевы, и среди людей и животных начнется небывалый голод. Количество углекислого газа в воздухе вырастет в десятки раз, воздух будет насыщен мельчайшими частицами пыли и сажи, и дышать им будет невозможно. Миллиарды тонн пыли и пепла, разносимые ураганами, поднимутся выше облаков и Солнечный диск будет едва различим с поверхности Земли. Вследствие гибели всех растений на Земле прекратится фотосинтез и выделение в атмосферу кислорода. Вследствие непрерывного роста температуры вода из океанов в огромных количествах будет испаряться, и вместе с пеплом от пожаров превращаться в плотный слой газопылевых облаков, сквозь которые тусклые солнечные лучи едва смогут достигнуть поверхности Земли. Плотная облачность будет препятствовать отдаче тепла Землею и это приведёт к усилению парникового эффекта. Рост температуры поверхности Земли вызовет выделение части углекислоты из близких к поверхности карбонатных пород, что усилит парниковый эффект, обусловив дальнейший нагрев поверхности Земли. Нагреваемые карбонаты будут выделять всё больше углекислого газа и парниковый эффект войдёт в разнос.

2) Venit aestum super caput[25]

Через 3,5 миллиардов лет с настоящего времени яркость Солнца возрастёт на 40%. К этому времени условия на поверхности Земли станут схожи с поверхностными условиями современной Венеры[26]: вода с поверхности планеты исчезнет полностью и улетучится в космос, и поверхность Земли станет бесплодной раскалённой пустыней. Хотя сегодня на Венере количество воды стремится к нулю, в прошлом ситуация была иной. В 2009 году с помощью зонда Venus Express были получены доказательства того, что из-за солнечного излучения большой объём воды был потерян из атмосферы Венеры в космос.

Карл Саган так описывает атмосферу и поверхность Венеры: “В обычном видимом свете можно наблюдать бледно-жёлтые облака Венеры, но, как впервые отметил Галилей, в них практически не на чем задержаться взгляду. Однако камера, работающая в ультрафиолетовом диапазоне, позволяет рассмотреть в верхних слоях атмосферы изящную, сложную систему вихревых ветров, дующих со скоростью около 100 метров в секунду. На 96 процентов атмосфера Венеры состоит из углекислоты. Имеются незначительные следы азота, водяного пара, аргона, угарного и других газов, но содержание углеводородов и углеводов не превышает 0,1 части на миллион. Облака Венеры, как выяснилось, представляют собой в основном концентрированный раствор серной кислоты. Присутствуют также небольшие количества соляной и плавиковой кислот. Даже верхние, холодные облака Венеры оказались совершенно отвратительным местом.

Над видимым облачным слоем, на высоте около 70 километров от поверхности, всегда висит дымка из мельчайших частиц. На уровне 60 километров мы ныряем в облака, чтобы очутиться в окружении капелек концентрированной серной кислоты. По мере погружения они становятся крупнее. В нижних слоях атмосферы имеются следы едкого газа – диоксида серы (SO2). Поднимаясь выше облаков, он испытывает на себе разлагающее действие ультрафиолетового излучения Солнца и вступает в реакцию с водой, образуя серную кислоту, которая конденсируется в мельчайшие капли, оседает и на небольших высотах благодаря нагреванию вновь распадается на SO2 и воду, завершая круговорот. По всей Венере постоянно идут сернокислые дожди, но ни одна капля никогда не достигает поверхности планеты.

Жёлтый серный туман продолжается до высоты 45 километров над поверхностью, достигнув которой, мы оказываемся в плотной, но кристально прозрачной среде. Однако атмосферное давление настолько велико, что разглядеть поверхность невозможно. Солнечный свет, рассеиваемый молекулами атмосферы, полностью скрывает её из виду. Здесь нет пыли, нет облаков, просто газовая оболочка планеты становится осязаемо плотной. Сквозь лежащие выше облака проникает довольно много солнечного света, не меньше, чем на Земле в пасмурный день.

Обжигающая жара, разрушительное давление, ядовитые газы и жуткий красноватый свет делают Венеру больше похожей не на богиню любви, а на воплощение преисподней <…>.

Очень маловероятно, чтобы в такой ужасной местности водилось что-то живое, даже создания, очень сильно отличающиеся от нас. Органические и любые мыслимые биологические молекулы просто распались бы здесь на куски”.

По мере того, как водородное топливо в солнечном ядре будет выгорать, его внешняя оболочка будет расширяться, а ядро – сжиматься и нагреваться. Спустя 7–7,05 миллиардов лет с настоящего времени Солнце станет субгигантом. На этой фазе, согласно одной из моделей, Солнце увеличится в диаметре более чем в два раза от современного, а его температура упадёт с 5500 K до 4900 кельвинов. Приблизительно через 7,6–7,8 миллиардов лет с настоящего времени в результате разогрева Солнечного ядра в Солнце запустится процесс горения водорода в окружающей его оболочке. Это повлечёт за собой бурное расширение внешних оболочек звезды, и таким образом Солнце станет красным гигантом. В этой фазе радиус Солнца увеличится более чем в 250 раз в сравнении с современным. Расширение звезды приведёт к увеличению её светимости более чем в 2700 раз и охлаждению поверхности до 2650 кельвинов. При этом Солнце потеряет более 28% своей массы, что приведёт к тому, что Земля перейдёт на более далёкую от Солнца орбиту. Однако Земля, скорее всего, всё-таки будет поглощена Солнцем вследствие приливных взаимодействий с его внешней оболочкой. Даже если наша планета избежит поглощения Солнцем, её атмосфера будет сорвана сильнейшим солнечным ветром. Данная фаза существования Солнца продлится около 10 миллионов лет. Когда температура в солнечном ядре достигнет 100 миллионов кельвинов, произойдёт гелиевая вспышка, и начнётся термоядерная реакция синтеза углерода и кислорода из гелия. Солнце, получившее новый источник энергии, уменьшится в размере до 9,5 современного радиуса Солнца. Спустя 100–110 миллионов лет, когда запасы гелия иссякнут, повторится бурное расширение внешних оболочек звезды, и она снова станет красным гигантом. Период пульсаций будет сопровождаться мощными вспышками Солнца, временами его светимость будет превышать современный уровень в 5200 раз. Это будет происходить от того, что в термоядерную реакцию будут вступать ранее не затронутые остатки гелия. В таком состоянии Солнце просуществует около 20 миллионов лет. Масса Солнца недостаточна для того, чтобы его эволюция завершилась взрывом сверхновой. После того как Солнце пройдёт фазу красного гиганта, термические пульсации приведут к тому, что его внешняя оболочка будет сорвана, и из неё образуется планетарная туманность. В центре этой туманности останется сформированный из ядра Солнца белый карлик, очень горячий и плотный объект, с массой около 54,1% от первоначальной солнечной, но размером только с Землю. Изначально этот белый карлик будет иметь температуру поверхности 120 тысяч кельвинов и светимость 3500 солнечных, но в течение многих миллиардов лет он будет остывать и угасать. С вхождением Солнца в фазу белого карлика, поверхность Земли постепенно остынет и погрузится во мрак. Если представить размеры Солнца с поверхности Земли будущего, то оно будет выглядеть не как диск, а как сияющая точка с угловыми размерами около 0°0’9".

3) Aeterna silentia[27]

Через 10 миллиардов лет с настоящего времени наша галактика Млечный Путь столкнётся с соседней, гораздо более крупной галактикой – Туманностью Андромеды. Спиральные рукава Млечного Пути будут оторваны силой притяжения Туманности Андромеды, и остатки Солнечной системы, вполне возможно, окажутся в пустоте межгалактического космоса. Чёрные дыры в центрах обеих галактик столкнутся и сольются воедино.

Если Земля избежит поглощения внешними оболочками Солнца во время фазы красного гиганта, избежит столкновения с крупными космическими объектами и поглощения блуждающими по Вселенной чёрными дырами, то она будет существовать ещё многие миллиарды (и даже триллионы) лет, до тех пор, пока будет существовать Вселенная, однако условий для повторного возникновения жизни (по крайней мере, в её нынешнем виде) на Земле не будет.

Земля постепенно остынет, пепел осядет на её выжженную поверхность, и на смену недавнему лету придёт вечная зима. Свет дальних звёзд будет освещать испепелённую поверхность каменистой почвы, на которой ещё совсем недавно бушевала удивительная в своём многообразии жизнь. После гибели живой Земли в течение ещё нескольких миллиардов лет с её поверхности можно будет наблюдать яркую звезду, которая когда-то была её Солнцем, но уже никогда оно не подарит планете ни света, ни тепла. Постепенно звезда остынет и от неё останется только чёрный ком ядерного шлака, и крик человеческого ребёнка уже никогда не огласит Землю.

Рисунок 13. Сначала люди заметят, что Солнце станет светить немного ярче, а его диск на небосводе увеличится в размере, будто Солнце приблизилось к Земле. Очертания Солнечного диска по краям станут не такими чёткими, как раньше, и приобретут некоторую размытость. Вода в огромном количестве будет испаряться и плотный слой облачности накроет Землю.

Рисунок 14. Через 3,5 миллиардов лет с настоящего времени яркость Солнца возрастёт на 40%. К этому времени условия на поверхности Земли станут схожи с поверхностными условиями современной Венеры: вода с поверхности планеты исчезнет полностью и улетучится в космос, и поверхность Земли станет бесплодной раскалённой пустыней. Камни и песок расплавятся и поверхность Земли будет покрыта раскаленной магмой.

Рисунок 15. Приблизительно через 7,6–7,8 миллиардов лет с настоящего времени в результате разогрева Солнечного ядра в Солнце запустится процесс горения водорода в окружающей его оболочке. Это повлечёт за собой бурное расширение внешних оболочек звезды, и таким образом Солнце станет красным гигантом. В этой фазе радиус Солнца увеличится более чем в 250 раз в сравнении с современным.

Рисунок 16. С вхождением Солнца в фазу белого карлика, поверхность Земли постепенно остынет и погрузится во мрак. Если представить размеры Солнца с поверхности Земли будущего, то оно будет выглядеть не как диск, а как сияющая точка с угловыми размерами около 0°0’9".

7. Гибель живой Земли по другим причинам

Удивительным образом срок окончания жизни Солнца совпадает со сроками остывания Земли и замедления её вращения вокруг своей оси.

7.1. Остывание Земли

Поверхность Земли получает тепло от Солнца, но солнечные лучи не могут прогреть внутренние недра Земли. Земля всё ещё не превратилась в холодное и замёрзшее космическое тело, потому что она всё ещё использует тепло, сохранённое с момента своего образования, и получает его от ядерного распада элементов в недрах земной коры. Сейчас температура недр Земли превышает температуру замерзания воды. С наступлением зимы почва промерзает на глубину лишь несколько метров, в южных странах она не замерзает никогда. Но уже через несколько миллиардов лет температура внутри Земли будет ниже нуля градусов Цельсия. Это произойдёт вследствие отдачи Землёю в космическое пространство остаточного тепла, сохраняющего с эпохи аккреции, и окончанием распада радиоактивных элементов в недрах Земли, в процессе которого освобождается тепловая энергия.

До сих пор внутренняя теплота нашей планеты обеспечивается сочетанием остаточного тепла, оставшегося от эпохи формирования Земли, когда она представляла раскалённый шар, и радиоактивным распадом нестабильных изотопов: калия-40, урана-238, урана-235 и тория-232. У всех изотопов период полураспада составляет более миллиарда лет. В центре планеты, температура достигает 6000°С (больше, чем на поверхности Солнца). Часть тепловой энергии ядра передаётся к земной коре. Поскольку большая часть тепла, производимого Землёй, обеспечивается радиоактивным распадом, то в начале истории Земли, когда запасы короткоживущих изотопов ещё не были истощены, энерговыделение нашей планеты было гораздо больше, чем сейчас. Больше всего энергии теряется Землёй посредством тектоники плит, подъёма вещества мантии на срединно-океанические хребты. Последним основным типом потерь тепла является теплопотеря сквозь литосферу, причём большее количество теплопотерь таким способом происходит в океане, так как земная кора там гораздо тоньше, чем под континентами.

Японские и американские учёные под руководством доктора Итару Шимицу (Itaru Shimizu) из Университета Тохоку в Сендае при помощи нейтринного детектора вычислили количество тепла, которое выделяется из недр Земли в результате распада радиоактивных элементов. “Этот процесс даёт примерно 50% от общего количества тепла, которое выделяет наша планета, а это – примерно 44 тераватт. Остальное тепло Земля получила ещё в момент своего образования, то есть 4,5 миллиарда лет назад”, – пишут авторы исследования. Так, по их расчётам, в результате ядерного распада урана-238, тория-232 и калия-40 выделяется тепло, энергия которого составляет 24 тераватт.

Свои исследования Шимицу и его коллеги проводили в рамках крупного проекта Kam LAND Collaboration по измерению потоков нейтрино в недрах Земли. С марта 2002 года по ноябрь 2009 года потоки фиксировал специальный детектор, расположенный на километровой глубине в шахте Камиока, в толще горы Икенояма на острове Хонсю. За это время учёные уловили 841 нейтрино. Как объясняет Шимицу, нейтрино – это особые элементарные частицы, которые не имеют массы покоя и электрического заряда, они не способны отрывать электроны от атома и расщеплять ядра. Нейтрино практически не взаимодействует с веществом, поэтому проходят сквозь толщу земной коры никак не видоизменяясь. Из 841 частицы, которую уловили учёные, почти половина поступала от атомных станций и радиоактивных отходов. Источником ещё 245 частиц стали космические лучи, пронизывающие Землю. Остальные 111 частиц, говорит Шимицу, – как раз и образовались в результате ядерного распада урана, тория и калия, и именно они дают 24 тераватт тепла.

Эту величину очень важно было вычислить по многим причинам, считают авторы исследования. Поскольку распад радиоактивных элементов происходит с определённой скоростью, по тому количеству тепла, которое сейчас выделяет Земля, можно узнать, сколько тепла она теряла раньше и с какой скоростью продолжит остывать. По его словам, сейчас наша планета остывает приблизительно со скоростью 100 градусов на каждый миллиард лет. Остывание Земли происходит из-за того, что со временем уменьшается количество тепла, которое образуется в результате распада радиоактивных элементов в её недрах, постепенно рассеивается и тепло, которое Земля хранит с момента своего образования. Так, считает Стивенсон, вероятнее всего, через несколько миллиардов лет, когда Солнце прекратит свою эволюцию, внутреннее тепло нашей планеты точно так же иссякнет, и она превратится в холодное и замёрзшее небесное тело.

По мнению Ника Лейна, английского биохимика, научного сотрудника отделения генетики, эволюции и окружающей среды Университетского колледжа Лондона, в результате постепенного охлаждения мантии вода всё больше должна связываться с породами, входить в состав их структуры и всё реже при вулканической активности вырываться под действием тепла на поверхность. Охлаждаясь, Земля рано или поздно может поглотить собственные океаны. Такой процесс мог быть одной из причин исчезновения воды на Марсе.

7.2.Замедление вращения Земли вокруг своей оси

Смена дня и ночи на Земле способствует равномерному нагреву её поверхности. Если бы Земля не вращалась вокруг своей и оси и была всегда обращена к Солнцу одной стороной, то на тёмной стороне царила бы вечная зима, и там не было бы условий для жизни растений и фотосинтеза, а дневная сторона представляла бы собою выжженную пустыню.

В настоящее время Земле требуется в среднем 23 часа 56 минут и 4,091 секунд (звёздные сутки), чтобы совершить один оборот вокруг своей оси. В большом масштабе времени вращение Земли вокруг своей оси – замедляется. Продолжительность одного оборота Земли увеличивалась за последние 2000 лет в среднем на 0,0023 секунды в столетие (по наблюдениям за последние 250 лет это увеличение меньше – около 0,0014 секунды за 100 лет). Так, например, в девоне (примерно 410 миллионов лет назад) в году было 400 дней, а сутки длились 21,8 часа, а 3 миллиарда лет назад земные сутки составляли всего 9 часов, то есть Земля вращалась вокруг своей оси в 2,7 раз быстрее. Причиной замедления вращения Земли вокруг своей оси является гравитационное воздействие[28] Луны.

Луна – спутник Земли, оказала неоценимую услугу эволюции жизни на Земле. Масса Луны равняется примерно 1/81 массы Земли. Такое соотношение является нетипично большим по сравнению с другими спутниками планет в Солнечной системе. По этой причине Луна и Земля могут рассматриваться как двойная планетная система обращающаяся вокруг общего центра масс, в которой Луна оказывает значительное гравитационное влияние на свою спутницу – Землю. В пользу такой точки зрения свидетельствует то, что плоскость Лунной орбиты лежит весьма близко к плоскости орбиты Земли вокруг Солнца, а не в экваториальной плоскости Земли. Практически все остальные спутники в Солнечной системе имеют орбиты, лежащие почти точно в экваториальной плоскости своих планет-хозяев. В результате приливной синхронизации Земли с Луной ось вращения Земли отклонена от перпендикуляра к плоскости её орбиты на 23,5 градуса, а орбита Луны наклонена на 5 градусов относительно орбиты Земли. Из-за наклона оси Земли высота Солнца над горизонтом в течение года изменяется. Для наблюдателя в северных широтах летом, когда Северный полюс наклонён к Солнцу, светлое время суток длится дольше и Солнце в небе находится выше. Это приводит к более высоким средним температурам воздуха. Зимой, когда Северный полюс отклоняется в противоположную от Солнца сторону, ситуация изменяется на обратную и средняя температура становится ниже. Эти изменения погодных условий, обусловленные наклоном земной оси, приводят к смене времён года.

Приливным действием Луна не только стабилизирует наклон земной оси, но и постепенно замедляет вращение Земли. Океанские приливы и отливы, в зоне которых появились первые формы сухопутной жизни (в настоящее время роль силы притяжения Солнца в возникновении феномена приливов и отливов составляет лишь одну треть), являются результатом приливного действия Луны.

Если Луна тормозит вращение Земли вокруг общего центра масс, то Земля наоборот способствует ускорению движения Луны вокруг него. Из-за приливного ускорения, сообщаемого Луне Землёй, орбитальная скорость Луны увеличивается, вследствие этого Луна удаляется от Земли со скоростью примерно 34 миллиметра в год, а её орбита представляет раскручивающуюся спираль. Удаление Луны от Земли уменьшает приливное воздействие Луны на Землю, что ведёт к уменьшению скорости вращения Земли вокруг общего центра масс, в результате чего происходит увеличение длительности земного дня на 23 мкс в год. По мере удаления Луны от Земли ось вращения Земли будет приближаться к плоскости эклиптики. Один из полюсов будет направлен прямо на Солнце, а другой – в противоположную сторону, и по мере обращения Земли вокруг Солнца они будут меняться местами, что приведёт к перегреву той стороны Земли, которая будет обращена к Солнцу, и переохлаждению противоположной ей стороны. Планетологи, изучавшие такую ситуацию, утверждают, что, в таком случае на Земле вымрут все крупные животные и высшие растения.

Ускоряющая сила, действующая на Луну, будет существовать до тех пор, пока угловая скорость вращения Земли вокруг своей оси будет выше, чем скорость вращения Луны вокруг Земли. Земные сутки должны удлиняться до тех пор, пока периоды вращения Земли и Луны не станут равными периоду обращения Луны вокруг Земли. Расчёты показывают, что Луна будет продолжать удаляться от Земли по спирали до тех пор, пока её орбитальный период не станет равным 50 суткам; периоды вращения Земли и Луны тогда будут также равны 50 современным суткам. То есть сутки на Земле будут длиться 1 200 часов, и Луна будет “висеть” неподвижно над одним и тем же местом на Земле.

Солнце и Земля также вращаются вокруг общего центра масс, но гораздо медленнее. В результате этого период вращения Земли вокруг своей оси будет продолжать увеличиваться, пока, в конце концов, он не станет равным периоду обращения Земли вокруг Солнца. Такое состояние, по-видимому, ожидает планету Меркурий. Одна сторона Земли тогда будет постоянно обращена к Солнцу и раскалена, а другая – совершенно замёрзнет в тени.

Рисунок 17. Вращение Земли и Луны вокруг общего центра масс

Рисунок 18. Схема торможения Земли и разгона Луны приливами:

1 – Земля; 2 – Луна; 3 – орбита Луны

Рисунок 19. Изменение орбиты Луны за последние 4,36 млрд. лет

8. Финалы эволюции Вселенной

Современная космологическая наука предполагает неизбежной гибель не только Солнечной системы, но и нашей галактики, и всей видимой части Вселенной. Мы видим, что все вещи, существующие во Вселенной, не вечны, они имеют срок жизни – появляются, существуют и перестают существовать. По мнению современных исследователей, Вселенная также находится в движении от некоего начального состояния космологической сингулярности[29], к некоему конечному состоянию. Если Вселенная – это вещь, то, подобно тому, как судьба вещи определяется судьбой составляющего её вещества, судьба Вселенной зависит от судьбы её вещества, и так как вещество – тленно, тогда Вселенная имеет конец. Существует три высоковероятных, с точки зрения современной науки, финала Вселенной.

8.1. Водородная смерть Вселенной

Научный факт, дающий основание для предсказания смерти Вселенной, следует из химического состава звёзд. По спектрам испускания звёзд установлено, что они в основном состоят из водорода. Звезда умирает, когда истощаются её запасы водорода. В звезде водород превращается в гелий и другие тяжёлые элементы, и в естественной природе нет процессов, когда бы водород восстанавливался из тяжёлых элементов. Весь водород во Вселенной образовался примерно 240-270 тысяч лет после Большого Взрыва (эпоха рекомбинации водорода), и если Вселенная не безгранична, то и запасы водорода в ней также не безграничны. Поскольку горение водорода в звёздах – процесс необратимый, то из этого следует непреложный факт – Вселенная закономерно движется к концу своего существования. Когда во Вселенной выгорят все запасы водорода, в ней останутся ещё чёрные дыры, белые карлики, нейтронные звёзды и замёрзшие планеты, но ни один из этих объектов не годится на роль человеческого солнца, под лучами которого могла бы продолжаться органическая жизнь. Чёрные дыры своей гравитацией уничтожают все известные нам формы вещества, а излучение белых карликов и нейтронных звёзд губительно действуют на человека. Когда же внутри последних звёзд закончится топливо, тогда ни одна звезда не осветит Вселенную своим светом и Вселенная погрузится в вечную тьму и абсолютный холод.

Таким образом, даже если человеку каким-то образом удастся избежать гибели на заключительной стадии солнечной эволюции, его всё равно ждет неизбежный конец в результате истощения во Вселенной запасов звёздной энергии.

8.2. Распад вещества Вселенной

О том, что у Вселенной должен быть конец во времени, нам подсказывают результаты наших наблюдений за происходящими сейчас во Вселенной процессами. Мы видим, что все объекты материального мира, будь то галактики, звёзды, кометы или живые организмы, в том числе люди, а также созданные людьми вещи, имеют во времени своё начало и свой конец. Не остаётся неизменным даже вещество, из которого созданы вещи. Протон, основа атомного ядра, имеет период полураспада 8,2·1033 лет, – это значит, что всё вещество и всё сделанное из вещества – звёзды, планеты, живые организмы, созданная людьми техника, через определённое количество лет исчезнут в результате распада ядер атомов, из которых они состоят.

Из этого следует, что даже если человек найдёт для себя иную форму жизни, например, синтетическую, и сумеет извлекать энергию для жизни не из электромагнитных волн, а, например, из вакуума, его всё равно ждёт неизбежный конец в результате распада всего вещества Вселенной, в том числе, вещества – из которого он будет состоять.

8.3. Большой разрыв или Большое сжатие Вселенной

Вселенная расширяется в пространстве. По имеющимся оценкам, ускоряющееся расширение Вселенной началось приблизительно 5 миллиардов лет назад под действием тёмной энергии[30]. Предполагается, что до этого расширение замедлялось благодаря гравитационному действию тёмной материи и барионной материи. Если ускоряющееся расширение Вселенной будет продолжаться бесконечно, то в результате галактики за пределами нашего Сверхскопления галактик рано или поздно выйдут за горизонт событий и станут для нас невидимыми, поскольку их относительная скорость превысит скорость света. Далее расширяющая сила действия тёмной энергии продолжит неограниченно увеличиваться, пока не превзойдёт все остальные силы во Вселенной. По этому сценарию, тёмная энергия со временем разорвёт все гравитационно связанные структуры Вселенной, затем превзойдёт силы электростатических и внутриядерных взаимодействий, разорвёт атомы, ядра и нуклоны и уничтожит Вселенную в Большом Разрыве.

С другой стороны, тёмная энергия может со временем рассеяться или даже сменить отталкивающее действие на притягивающее. В этом случае гравитация возобладает и приведёт Вселенную к Большому Сжатию, разумеется, в этот процесс будут вовлечены все материальные образования. Решающую роль в установлении конечной судьбы Вселенной (развивающейся по теории Большого Взрыва) должны сыграть точные измерения темпа ускорения.

Ускоренное расширение Вселенной было открыто в 1998 году при наблюдениях за сверхновыми типа Ia. За это открытие Сол Перлмуттер, Брайан П. Шмидт и Адам Рисс получили премию Шао по астрономии за 2006 год и Нобелевскую премию по физике за 2011 год.

Интерлюдия. Случай во Вселенной

Солнце как Бог

Издавна люди интуитивно понимали роль Солнца в возникновении жизни на Земле. Это знание сначала возникло как прозрение или получалось людьми в форме божественных откровений.

Занимая центральное место в картине природы, на протяжении всей истории человеческой цивилизации во многих культурах Солнце было объектом поклонения. Культ Солнца существовал в Древнем Египте, где солнечным божеством являлся Ра: “Открыв глаза [Ра, Бог Солнца] пролил свет на Египет и отделил ночь от дня. Из его рта вышли боги, а люди – из его глаз. Все вещи получили свою жизнь от него, ребёнка, сияющего в лотосе, чьи лучи дают жизнь всякому существу” (Египетские заклинания времён Птолемеев).

У греков богом Солнца был Гелиос, который, по преданию, ежедневно проезжал по небу на своей колеснице. Со времени Еврипида Гелиоса, как всевидящего бога Солнца, стали отождествлять с Аполлоном, всезнающим богом-прорицателем; отсюда другое имя Гелиоса – Феб. У Ферекида Сирского Гелиос отождествляется с Зевсом. Зевс – бог неба, грома и молний, ведающий всем миром, главный из богов-олимпийцев. Атрибутами Зевса были: щит и двусторонний топор (лабрис), иногда орёл; местопребыванием считался Олимп (Зевс-Олимпиец). Зевс мыслится “огнём”, “горячей субстанцией”, он обитает в эфире, владеет небом, является организующим средоточием космической и социальной жизни. Существует миф: “Богам источником энергии служили звёзды. Когда Аполлон проезжал по небу в колеснице, запряжённой четвёркой огнедышащих коней, небеса и землю заливала бесконечная мощь Солнца. Соперничать с Аполлоном в могуществе способен был только Зевс. Однажды Семела, одна из многочисленных смертных возлюбленных Зевса, умолила Отца богов показаться ей в истинном своём виде. Зевс неохотно согласился. Слепящая вспышка космической энергии ослепила несчастную женщину” (в пересказе Митио Каку, США, профессора теоретической физики, одного из создателей теории струн).

В славянских языческих религиозных верованиях среди богов существовала иерархия, свойственная многим народам, поклонявшимся нескольким богам. Все славянские боги, которые входили в древний языческий пантеон, делились на богов солнечных (четыре ипостаси бога Солнца) и богов функциональных. Верховным божеством славян был Род. Ипостасей бога Солнца было четыре, по числу времён года: Хорc (Коляда), Ярило, Даждьбог (Купайла) и Сварог (Световит). В старинных славянских сказках говорится, что Солнце есть царь, что он владеет двенадцатью царствами, и в каждом поставил господином одного из своих двенадцати сыновей, двенадцати солнц, что сам Царь-Солнце живёт в солнце, а сыновья его живут в звёздах.

“Де сонце, там і сам Господь”.

Тот факт, что Солнце считалось дедом или отцом славянского народа, подчёркивает и старинная песня, которая встречается с небольшими изменениями в эпосе всех славянских народностей:

“Солнышко, солнышко,

Выгляни в окошечко!

Твои детки плачут,

Пить, есть просят”.

Во времена становления христианства на Руси языческие верования стараниями духовенства и представителей власти стали постепенно видоизменяться. К примеру, можно встретить такие поучения Кирилла Туровского: “Не нарицайте себе бога ни в солнце, ни в луне”.

В Восточной Азии Луна и Солнце считались двумя первичными природными силами, причём Луна считалась связанной с пассивным началом – инь, а Солнце – с активным началом – ян. В трактате «Ней-цзин» по этому поводу говорится:“Чистая субстанция ян претворяется в небе; мутная субстанция инь претворяется в земле… Небо – это субстанция ян, а земля – это субстанция инь. Солнце – это субстанция ян, а Луна – это субстанция инь… Субстанция инь – это покой, а субстанция ян – это подвижность. Субстанция ян рождает, а субстанция инь взращивает. Субстанция ян трансформирует дыхание – ци, а субстанция инь формирует телесную форму”.

С развитием знаний о природе и становлением научного метода, понимание роли Солнца в появлении и поддержании жизни человека приобрело научный характер. Идея, что Солнце – основа возникновения и существования жизни на нашей планете, а также причина большинства протекающих на ней физических и химических процессов, получила научное обоснование в ХХ веке в трудах русского исследователя Александра Леонидовича Чижевского. А. Л. Чижевский в ходе кропотливых исследований доказал неразрывную взаимосвязь органического мира Земли с излучаемой Солнцем энергией. До этого считалось, что поток Солнечного излучения практически постоянен, а изменения, происходящие в верхних слоях земной атмосферы, не оказывают влияние на нижние её слои. Из этого делался вывод о том, что ландшафтная оболочка нашей планеты является изолированной от Солнечного излучения самоорганизующейся системой. Считалось, что длительная эволюция живых организмов должна была выработать у них соответствующие защитные механизмы против воздействия повышенной солнечной активности. А. Л. Чижевский приходит к выводу об ошибочности существующих взглядов. Критику существующих представлений он начинает с анализа физического взаимодействия Солнца и Земли: “В нас глубоко укоренилась привычка считать, что Солнце чрезвычайно удалено от нас… Однако данный взгляд в корне неверен. Его ошибочность происходит оттого, что мы не учитываем одного важнейшего фактора – размеров самого светила и связанных с этим массы тела и величины излучающей поверхности, то есть силы притяжения Солнца и силы его радиации” (“Земное эхо Солнечных бурь”). В самом деле, Земля удалена от Солнца только на 107 его диаметров, и если учесть мощь протекающих в нём термоядерных процессов, то невольно приходишь к выводу, что наша планета целиком находится во власти своей Звезды.

А. Л. Чижевский приходит к выводу, что лучистая энергия Солнца – основной источник большинства физико-химических явлений в атмосфере, гидросфере и поверхностном слое литосферы, а “земная жизнь и её продукция есть превращённая энергия солнечного излучения”. А. Л. Чижевский исходит из идеи, что “…мир астрономических и мир биологических явлений… связаны одним с другим”. Его идея постепенно обогащается опытом наблюдений и переходит в знание. Он приходит к научному пониманию единства мира, в том числе мира неживой и живой природы: “Теперь мы можем сказать, что в науках о природе идея о единстве и связанности всех явлений в мире и чувства единства мира как неделимого целого никогда не достигали той ясности и глубины, какой они… достигают в наши дни. Создаётся впечатление, что органический мир словно вырван из природы, поставлен насильно над ней и вне её. Для живого, согласно такому воззрению, существует только одна среда – само живое. С окружающим же миром – всею природою – оно может как бы не считаться, ибо живое – победитель мёртвого. И при таком воззрении живое перестаёт быть реальностью и становится подобным абстракции, геометрической форме или математическому знаку. Увы, оно стало весьма характерным и рушиться лишь тогда, когда какие-либо стихийные катастрофы, мировые катаклизмы разражаются над живым. Только тогда, когда миллионы человеческих жизней в одно мгновение смываются лавой или волнами океана… только тогда человек смутно начинает сознавать ничтожество своей физической организации над физическими силами природы” (“Земное эхо Солнечных бурь”). На самом деле, заключает исследователь: “Люди и все твари земные являются поистине “детьми Солнца” – созданием сложного мирового процесса, имеющего свою историю, в котором наше Солнце занимает не случайное, а закономерное место наряду с другими генераторами космических сил.

Несомненно, что главным возбудителем жизнедеятельности Земли является излучение Солнца, весь его спектр, начиная от коротких – невидимых, ультрафиолетовых волн и кончая длинными красными, а также все его электронные и ионные потоки. Они служат “передатчиками состояний” и заставляют каждый атом поверхностных оболочек Земли резонировать созвучно тем вибрациям, которые возникли на центральном теле нашей системы”. (“Земное эхо Солнечных бурь”).

Боги умирают?!

Человеческие представления, помещающие Землю и человека в центр мира, поднимающие их до цели и смысла мирового развития, оказались ошибочными. По словам Сагана: “Мы обнаружили, что живём на малозначительной планете возле неприметной звезды, затерянной между двумя спиральными рукавами на окраине галактики, которая входит в состав относительно небольшого скопления галактик, где-то в забытом углу Вселенной, содержащей больше галактик, чем людей на Земле”. В настоящее время во Вселенной обнаружено несколько сотен миллиардов (1011) галактик, каждая из которых состоит в среднем из ста миллиардов звёзд, вокруг которых в совокупности обращается десять миллиардов триллионов (1011 x 1011 = 1022) планет. Земля является лишь одной из них.

Всё указывает нам на то, что смерть звёзд – это заурядное событие в Космосе. С момента образования нашей Вселенной в ней родились и погибли миллиарды звёзд. Если мы посмотрим на ночное небо, мы увидим, что оно полно остатками звёзд, каждая из которых когда-то была подобна нашему Солнцу. Вокруг этих ещё горячих сгустков материи вращаются планеты. Многие из этих планет по своей массе и размеру подобны Земле, и, с высокой долей вероятности можно предположить, что на них когда-то существовала разумная жизнь, которая погибла в результате эволюции своей звезды. Саган, посвятивший свою жизнь поиску внеземного разума, о катастрофах космической жизни сказал следующее: “Обозревая маленький уголок Млечного Пути вокруг нас, мы видим много звёзд, окружённых сферическими оболочками светящегося газа – планетарными туманностями. <…> Они выглядят как кольца, по той же причине, что и мыльные пузыри: мы видим больше их вещества на периферии, чем около центра. Каждая планетарная туманность – это знак умирающей звезды. Вокруг центрального светила может сохраниться свита мёртвых миров – останки планет, некогда полных жизни, а ныне безвоздушных и безводных, купающихся в призрачном свечении”.

Через несколько миллиардов лет Солнце погаснет, но в последнем акте воли к жизни оно уничтожит всё живое в своей системе, и Земля погибнет от своего Солнца. Что будет с человеком? Сможет ли он спастись в космическом катаклизме или гибель человека заранее предрешена гибелью его ближнего бога? Переживёт ли человек гибель своего бога? Сможет ли он жить без своего бога? Да и Бог ли этот бог?

* * *

Звонил сегодня Богу, чтобы узнать у Него, – зачем Он всё это придумал? Не берёт трубку.

У Него бывает такое, когда Он не хочет ни с кем говорить.

Видимо, и в этот раз – тоже. Может – заболел?

Посмотрел на часы – до смерти Солнца осталось пять миллиардов лет. Время ещё есть, – позвоню позже.

 И вдруг, в один из дней,

 разверзлось Небо,

 и голос свыше протрубил:

 – Вы Ему не интересны!

 …и Небо закрылось. 

 Что будет теперь?

Примечания:

1. Вселенная – видимая нами часть Космоса; Космос – это всё, что есть, что когда-либо было и когда-либо будет.

2. Метафизический центр – область, порождающая смысл и задающая цели движения. Является понятием метафизики – науки о Началах нашего мира. Метафизические законы предшествуют физическим и определяют их.

3. Настроение — достаточно продолжительный эмоциональный процесс невысокой интенсивности, образующий эмоциональный фон для протекающих психических процессов. Настроение выражает отношение человека к его жизненной ситуации в целом. Настроение определяет общий тонус жизни человека. Оно зависит от тех влияний, которые затрагивают личностные стороны субъекта, его основные ценности. Не всегда причина того или иного настроения осознаётся, но она всегда есть.

4. Космос – всё, что есть, что когда-либо было и когда-либо будет.

5. Эволюция, здесь – процесс движения вещи от рождения к смерти, изначально запрограммированного природой (свойствами) вещи. Вещь – это онтические (явленные) свойства сущности. Сущность имеет в своём основании онтологическое ядро, задающее цель и смысл присутствия сущности в бытии. Вещь существует в пространстве-времени в виде формы. Форма является выражением своей сущности на том или ином этапе эволюции вещи.

6. Эволюция, здесь – процесс трансформаций, смена вещью своих форм. В некотором промежутке пространства-времени, называемом этапом, вещь сохраняет относительную стабильность формы. Всего выделяются следующие этапы эволюции: зарождение, рождение, прогресс, расцвет, регресс, старость, смерть, разложение. Каждому этапу соответствует своя форма, которая сохраняет онтологическое ядро эволюционирующей вещи.

7. Органическая жизнь – форма жизни на основе химических соединений, в состав которых входит углерод (за исключением карбидов, угольной кислоты, карбонатов, оксидов углерода и цианидов). Человек является земной формой органической жизни.

8. Главная последовательность диаграммы Герцшпрунга-Расселла – область на диаграмме Герцшпрунга-Рассела, содержащая звёзды, источником энергии которых является термоядерная реакция синтеза гелия из водорода. Главная последовательность расположена в окрестностях диагонали диаграммы Герцшпрунга-Рассела и проходит из верхнего левого угла (высокие светимости, ранние спектральные классы) в правый нижний угол (низкие светимости, поздние спектральные классы) диаграммы. Звёзды главной последовательности имеют одинаковый источник энергии (“горение” водорода, в первую очередь, CNO-цикл), в связи с чем их светимость и температура (спектральный класс) определяются их массой:

L=M3,9;

где светимость – L и масса – M измеряются в единицах солнечной светимости и массы, соответственно. Поэтому начало левой части главной последовательности представлено голубыми звёздами с массами примерно 50 солнечных, а конец правой – красными карликами с массами примерно 0,0767 солнечных. Существование главной последовательности связано с тем, что стадия горения водорода составляет примерно 90% времени эволюции большинства звёзд: выгорание водорода в центральных областях звезды приводит к образованию изотермического гелиевого ядра, переходу к стадии красного гиганта и уходу звезды с главной последовательности. Относительно краткая эволюция красных гигантов приводит, в зависимости от их массы, к образованию белых карликов, нейтронных звёзд или чёрных дыр. Участок главной последовательности звёздных скоплений является индикатором их возраста: так как темпы эволюции звёзд пропорциональны их массе, то для скоплений существует “левая” точка обрыва главной последовательности в области высоких светимостей и ранних спектральных классов, зависящая от возраста скопления, поскольку звёзды с массой, превышающий некий предел, заданный возрастом скопления, ушли с главной последовательности (по материалам Свободной энциклопедии – Википедия).

9. Знание – форма существования и систематизации результатов познавательной деятельности человека. Знание помогает людям рационально организовывать свою деятельность и решать различные проблемы, возникающие в её процессе.

10. Будущее – часть линии времени, множество событий в пространственно-временном континууме, которые ещё не произошли, но произойдут.

11. Настоящее, здесь – часть линии времени, состоящая из событий, которые происходят в настоящий момент, то есть определённая область пространства-времени. При определённых допущениях под настоящим временем понимаются текущие дни, месяцы и даже годы. В этом смысле настоящее противопоставлено прошлому (множество событий, которые уже произошли) и будущему (множество событий, которые ещё не произошли), и расположено между ними.

12. Современный – соответствующий уровню, требованиям настоящего времени, без соотнесения с будущим.

13. Реальность – мир, так как он есть сам по себе.

14. Настоящий, здесь – подлинный, истинный, неподдельный, правильный.

15. Протозвезда – звезда на завершающем этапе своего формирования, вплоть до момента загорания термоядерных реакций в ядре, после которого сжатие протозвезды прекращается и она становится звездой главной последовательности. Протозвёзды обычно обладают пылевыми оболочками, благодаря которым они являются мощными источниками инфракрасного излучения. Протозвёзды небольших масс часто наблюдаются как вспыхивающие звёзды.

16. Солнечная туманность (Молекулярное облако) – тип межзвёздного облака содержащее молекулы водорода, чья плотность и размер позволяют в нём образовываться звёздам. Иногда называется также звёздной колыбелью (в случае, если в нём рождаются звёзды).

17. Аккреция (лат. accrētiō «приращение, увеличение» от accrēscere «прирастать») – процесс падения вещества на космическое тело из окружающего пространства.

18. Биосфера (от др.-греч. βιος – жизнь и σφαῖρα – сфера, шар) – оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности; это живые организмы и среда их обитания.

Учение о биосфере – оболочке Земли, населённой живыми организмами, разработал В. И. Вернадский. Он распространил понятие биосферы не только на организмы, но и на среду обитания. В. И. Вернадский выявил геологическую роль живых организмов и показал, что их деятельность представляет собой важнейший фактор преобразования минеральных оболочек планеты. Он писал: «На земной поверхности нет химической силы более постоянно действующей, а поэтому более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом». Более правильно, поэтому определять биосферу как оболочку Земли, которая населена и преобразуется живыми существами.

Границы биосферы:

Верхняя граница в атмосфере: 15–20 км. Она определяется озоновым слоем, задерживающим коротковолновое ультрафиолетовое излучение, губительное для живых организмов.

Нижняя граница в литосфере: 3,5–7,5 км. Она определяется температурой перехода воды в пар и температурой денатурации белков, однако в основном распространение живых организмов ограничивается вглубь несколькими метрами.

Граница между атмосферой и литосферой в гидросфере: 10–11 км. Определяется дном Мирового Океана, включая донные отложения.

Структура биосферы:

1. Живое вещество – вся совокупность тел живых организмов, населяющих Землю, физико-химически едина, вне зависимости от их систематической принадлежности. Масса живого вещества сравнительно мала и оценивается величиной 2,4…3,6·1012 т (в сухом весе) и составляет менее одной миллионной части всей биосферы (ок. 3·1018 т), которая, в свою очередь, представляет собой менее одной тысячной массы Земли. Но это одна «из самых могущественных геохимических сил нашей планеты», поскольку живые организмы не просто населяют земную кору, а преобразуют облик Земли. Живые организмы населяют земную поверхность очень неравномерно. Их распространение зависит от географической широты.

2. Биогенное вещество – вещество, создаваемое и перерабатываемое живым организмом. На протяжении органической эволюции живые организмы тысячекратно пропустили через свои органы, ткани, клетки, кровь большую часть атмосферы, весь объём мирового океана, огромную массу минеральных веществ. Эту геологическую роль живого вещества можно представить себе по месторождениям угля, нефти, карбонатных пород и т.д.

3. Косное вещество – продукты, образующиеся без участия живых организмов.

4. Биокосное вещество – вещество, которое создаётся одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя динамически равновесные системы тех и других. Таковы почва, ил, кора выветривания и т.д. Организмы в них играют ведущую роль.

5. Вещество, находящееся в радиоактивном распаде.

6. Рассеянные атомы, непрерывно создающиеся из всякого рода земного вещества под влиянием космических излучений.

7. Вещество космического происхождения.

Зарождение жизни:

Жизнь на Земле зародилась ещё в архее – примерно 3,5 млрд. лет назад в гидросфере. Такой возраст имеют найденные палеонтологами древнейшие органические остатки. Возраст Земли как самостоятельной планеты Солнечной системы оценивается в 4,5 млрд. лет. Таким образом, можно считать, что жизнь зародилась ещё в юношескую стадию жизни планеты. В архее появляются первые эукариоты – одноклеточные водоросли и простейшие организмы. Начался процесс почвообразования на суше. В конце архея появился половой процесс и многоклеточность у животных организмов.

Будущее биосферы:

С течением времени биосфера становится всё более неустойчивой.

19. Живой организм – живое тело, обладающее совокупностью свойств, отличающих его от неживой материи.

20. Нагрев – искусственный либо естественный процесс повышения температуры материала/тела, либо за счёт внутренней энергии, либо за счёт подведения к нему энергии извне.

21. Тепловой баланс Земли – баланс энергии процессов теплопередачи и излучения в атмосфере и на поверхности Земли. Основной приток энергии в систему атмосфера – Земля обеспечивается излучением Солнца в спектральном диапазоне от 0,1 до 4 мкм. Внутренние источники тепла Земли менее значительны по мощности, чем внешние.

22. Парниковый эффект. Количественно величина парникового эффекта определяется как разница между средней приповерхностной температурой атмосферы планеты и её эффективной температурой. Парниковый эффект существенен для планет с плотными атмосферами, содержащими газы, поглощающие излучение в инфракрасной области спектра, и пропорционален плотности атмосферы. Следствием парникового эффекта является также сглаживание температурных контрастов как между полярными и экваториальными зонами планеты, так и между дневными и ночными температурами.

Парниковый эффект атмосфер обусловлен их различной прозрачностью в видимом и дальнем инфракрасном диапазонах. На диапазон длин волн 400–1500 нм в видимом свете и ближнем инфракрасном диапазоне приходится 75% энергии солнечного излучения, большинство газов не поглощают в этом диапазоне; рэлеевское рассеяние в газах и рассеяние на атмосферных аэрозолях не препятствуют проникновению излучения этих длин волн в глубины атмосфер и достижению поверхности планет. Солнечный свет поглощается поверхностью планеты и её атмосферой (особенно излучение в ближней УФ- и ИК-областях) и разогревает их. Нагретая поверхность планеты и атмосфера излучают в дальнем инфракрасном диапазоне: так, в случае Земли при равном 300 K, 75% теплового излучения приходится на диапазон 7,8–28 мкм, для Венеры при равном 700 K – 3,3–12 мкм.

Атмосфера, содержащая многоатомные газы (двухатомные газы диатермичны – прозрачны для теплового излучения), поглощающие в этой области спектра (т.н. парниковые газы – H2O, CO2, CH4), существенно непрозрачна для такого излучения, направленного от её поверхности в космическое пространство, то есть имеет в ИК-диапазоне большую оптическую толщину. Вследствие такой непрозрачности атмосфера становится хорошим теплоизолятором, что, в свою очередь, приводит к тому, что переизлучение поглощённой солнечной энергии в космическое пространство происходит в верхних холодных слоях атмосферы. В результате эффективная температура Земли как излучателя оказывается более низкой, чем температура её поверхности.

При неизменности солнечной постоянной и, соответственно, потока солнечной радиации, среднегодовые приповерхностные температуры и климат, определяются тепловым балансом Земли. Для теплового баланса выполняются условия равенства величин поглощения коротковолновой радиации и излучения длинноволновой радиации в системе Земля – атмосфера. В свою очередь, доля поглощённой коротковолновой солнечной радиации определяется общим (поверхность и атмосфера) альбедо Земли. На величину потока длинноволновой радиации, уходящей в космос, существенное влияние оказывает парниковый эффект, в свою очередь, зависящий от состава и температуры земной атмосферы.

Основными парниковыми газами, в порядке их оцениваемого воздействия на тепловой баланс Земли, являются водяной пар, углекислый газ, метан и озон.

Главный вклад в парниковый эффект земной атмосферы вносит водяной пар или влажность воздуха тропосферы, влияние других газов гораздо менее существенно по причине их малой концентрации.

Вместе с тем концентрация водяного пара в тропосфере существенно зависит от приповерхностной температуры: увеличение суммарной концентрации “парниковых” газов в атмосфере должно привести к усилению влажности и парникового эффекта, вызванного водяным паром, который в свою очередь приведёт к увеличению приповерхностной температуры.

При понижении приповерхностной температуры концентрация водяных паров падает, что ведёт к уменьшению парникового эффекта, и, одновременно с этим при снижении температуры в приполярных районах формируется снежно-ледяной покров, ведущий к повышению альбедо и, совместно, с уменьшением парникового эффектом, вызывающим понижение средней приповерхностной температуры.

Таким образом, климат на Земле может переходить в стадии потепления и похолодания в зависимости от изменения альбедо системы Земля – атмосфера и парникового эффекта.

Климатические циклы коррелируют с концентрацией углекислого газа в атмосфере: в течение среднего и позднего плейстоцена, предшествующих современному времени, концентрация атмосферного углекислого газа снижалась во время длительных ледниковых периодов и резко повышалась во время кратких межледниковий.

В течение последних десятилетий наблюдается рост концентрации углекислого газа в атмосфере.

23. Необходимость – причинная обусловленность вещи, явления на уровне её онтического присутствия. На более высоком онтическом уровне (становления) необходимость реализуется как случайность. На низшем онтическом уровне (становления) необходимость реализуется как закон природы. Реальная (физическая) необходимость – фактическая обусловленность явления определёнными обстоятельствами. Необходимость это онтология вещи, случайность – способ её отношений с вещами высшего онтического уровня присутствия.

24. Solis calore cladis (лат.) – поражение солнечным зноем.

25. Venita estus super caput (лат.) – солнечный удар.

26. Венера – вторая от Солнца планета Солнечной системы.

27. Aeter nasilentia (лат.) – вечное безмолвие.

28. Прили́вное ускоре́ние – эффект, вызванный гравитационно-приливным взаимодействием в системе естественный спутник – центральное тело. Главными следствиями этого эффекта являются изменение орбиты спутника и замедление вращения центрального тела вокруг оси, как это наблюдается в системе Земля – Луна. Другим следствием является разогрев недр планет, как это наблюдается с Ио и Европой и предположительно имело значительный эффект с древней Землёй.

Масса Луны сравнительно велика, и сама она находится довольно близко, вызывая приливы на Земле. В океанских водах на обращённой к Луне стороне формируется приливная волна (такая же волна формируется и на противоположной стороне). Если бы Земля не вращалась вокруг своей оси, приливная волна находилась бы точно под Луной, которая притягивает её к себе, и бежала бы по поверхности Земли с запада на восток, совершая полный оборот за один сидерический лунный месяц (27 дней 7 часов 43,2 минуты). Однако Земля вращается “под” этой волной, совершая один оборот за сидерический день (23 часа, 56 минут, 4,091 секунды). В результате приливная волна бежит по поверхности Земли с востока на запад, совершая один полный оборот за 24 часа 48 минут. Поскольку Земля отнюдь не является гладким шаром, на каждую из этих двух приливных волн регулярно «набегают» восточные берега материков, омываемых Мировым океаном (“набегают” именно материки на волну, поскольку Земля вращается быстрее обращения Луны). Из-за этого приливная волна смещается вперёд по направлению вращения Земли, опережая Луну. Следствием такого опережения является то, что значительная часть массы океанских вод (то есть и часть массы всей Земли) смещается вперёд с линии, соединяющей центры масс Земли и Луны. Эта смещённая вперёд масса притягивает к себе Луну, создавая силу, действующую перпендикулярно линии Земля – Луна. В результате на Луну действует момент силы, ускоряющий её обращение по орбите вокруг Земли. Обратным следствием всего этого является то, что на берега материков, когда они “набегают” на приливную волну, действует (по третьему закону Ньютона) противоположно направленная сила, которая “тормозит” их. Таким образом Луна создаёт приложенный к планете момент силы, который замедляет вращение Земли.

Как и во всех физических процессах, здесь действуют закон сохранения момента импульса и закон сохранения энергии. Момент импульса вращения Земли уменьшается, орбитальный момент импульса Луны увеличивается. С увеличением орбитального момента импульса Луна переходит на более высокую орбиту, а её собственная скорость (по третьему закону Кеплера) уменьшается. Получается так, что приливное ускорение Луны приводит к замедлению её обращения по орбите. Кинетическая энергия Луны уменьшается, а её потенциальная энергия увеличивается. При этом растёт и полная механическая энергия Луны. С уменьшением момента импульса вращения Земли её вращение замедляется, длительность суток увеличивается. Соответствующая кинетическая энергия вращения тратится в процессе трения приливной волны о берега материков, превращаясь в тепло и рассеиваясь. Прилив действует и на мантию Земли, выделяемое тепло остаётся в недрах. Для малых тел вблизи больших планет, например, Ио это явление превосходит тепло от радиоактивного распада.

Приливные силы действуют не только в океанских водах. Приливные волны формируются также в земной коре и мантии. Но благодаря неподатливости земной коры амплитуда этих “твёрдых” волн значительно уступает амплитуде океанских приливных волн, а длина, наоборот, составляет многие тысячи километров. Поэтому “твёрдые” приливные волны бегут в земной коре, почти не испытывая сопротивления, а связанный с ними тормозящий момент сил (и вызванные им замедление Земли и ускорение Луны) гораздо меньше.

Такой процесс будет продолжаться до тех пор, пока период вращения Земли не сравняется с периодом обращения Луны вокруг Земли. После этого Луна всегда будет находиться над одной точкой земной поверхности. Очевидно, на самой Луне это уже давно произошло: гораздо более сильное тяготение Земли создавало в твёрдом теле Луны приливные волны, которые замедлили вращение Луны и синхронизировали его с периодом обращения вокруг Земли, так что Луна всегда повёрнута к Земле одной стороной (то есть вращается с периодом, равным периоду оборота вокруг Земли).

Система Плутон – Харон является хорошим примером приливного эволюционирования орбит и периодов вращения своих участников. Данная система завершила свою эволюцию: и Плутон, и Харон всегда повёрнуты друг к другу одной стороной.

Приливное ускорение является одним из примеров необратимых пертурбаций орбиты, которые нарастают со временем и не являются периодическими. Взаимные гравитационные пертурбации планетарных орбит в Солнечной системе являются периодическими, то есть осциллируют между крайними значениями. Приливные эффекты вводят в уравнения движения квадратичный член, который непрерывно возрастает.

29. Космологическая сингулярность – состояние Вселенной в начальный момент Большого Взрыва, характеризующееся бесконечной плотностью и температурой вещества. Предсказана общей теорией относительности (ОТО) и некоторыми другими теориями гравитации.

30. Тёмная энергия, в космологии – вид энергии, введённый в математическую модель Вселенной, ради объяснения наблюдаемого её расширения с ускорением. Существует два варианта объяснения сущности тёмной энергии:

– тёмная энергия есть космологическая константа – неизменная энергетическая плотность, равномерно заполняющая пространство Вселенной (другими словами, постулируется ненулевая энергия и давление вакуума);

– тёмная энергия есть некая квинтэссенция – динамическое поле, энергетическая плотность которого может меняться в пространстве и времени.

К настоящему времени (2014 год) все известные надёжные наблюдательные данные не противоречат первой гипотезе, так что она принимается в космологии как стандартная. Окончательный выбор между двумя вариантами требует высокоточных измерений скорости расширения Вселенной, чтобы понять, как эта скорость изменяется со временем. Темпы расширения Вселенной описываются космологическим уравнением состояния. Разрешение уравнения состояния для тёмной энергии является одной из самых насущных задач современной наблюдательной космологии.

по материалам http://grani.agni-age.net/index.htm?article=6135&issue=61

Константин Елькин

Конец Солнца
и
Самость Космоса

Часть первая

Конец Солнца
и
его системы

По материалам Свободной энциклопедии – Википедия.

“…даже небольшое изменение в температуре нашего Солнца должно было бы повлечь самые сказочные, невероятные изменения во всем органическом мире”.

Александр Леонидович Чижевский

***

Конец – понятие, обозначающее завершённость.

***

“Конец – это то, с чего всё начинается”.

Томас Элиот

Рисунок 1. Солнце

1. Предисловие

Предметом нашего рассмотрения является будущее человека. Будущее человека предопределено будущим Вселенной, но прежде всего, оно предопределено будущим Солнца и его системы, непосредственной частью которой он является. Солнце подарило нам жизнь. С его смертью любая жизнь на Земле исчезнет.

С поверхности Земли мы видим, как каждое утро Солнце встаёт на востоке и заходит на западе, и ему требуется целый день, чтобы пересечь небо, пройдя у нас над головами. В разное время года Солнце движется над землёй относительно выше или ниже, и тогда происходит смена времён года. Весной, когда Солнце с каждым днём поднимается всё выше, земля оживает и производит на свет неисчислимое множество жизненных форм, зимой же, когда Солнце находится ниже к линии горизонта и интенсивность солнечных лучей падает до минимума, земля покрывается снегом и жизнь на ней замирает. С приходом весны жизнь опять оживает. Человеку кажется, что так было и так будет всегда. Являясь частью земной природы мы, люди, являемся частью происходящих в ней процессов, на своём уровне мы сами являемся этими процессами. Мы синхронизированы с жизнью Солнца и Земли, в том числе, сменой времён года и времени суток, химическим обменом наших организмов с водой, почвой и воздухом, терморегуляцией наших тел. Мы привыкли к регулярной смене зимы и лета, мы привыкли к тому, что длительность суток длится 24 часа, и нам трудно поверить, что наступит время, когда длительность суток увеличится в несколько раз, а на Земле прекратится смена времён года и наступит последнее лето. На самом деле уже близится день, когда Солнце вступит в финальную стадию своей эволюции, но прежде, чем погаснуть, оно в последнем выдохе убьёт все существующие на Земле формы жизни и превратит Землю в каменную планету – без атмосферы, без океанов, без людей

2. Разрыв между настроением настоящего и знанием будущего

С давних пор среди людей укоренилось представление, будто Земля находится в центре физического мира и Солнце движется вокруг Земли, а человек создан Богом или природой для вечной жизни. С развитием науки пришло понимание, что Земля не является центром физического мира, а только одной из десяти миллиардов триллионов планет нашей Вселенной[1], однако понимание этого научного факта не поколебало представление людей о Земле и о человеке, как о метафизическом центре[2] Вселенной. Даже сейчас многие исследователи склоняются к тому, чтобы считать целью Вселенной появление в ней человека (они называют эту гипотезу сильным антропным принципом). Обычным же людям, далёким от науки, кажется, что Солнце и Земля созданы для человека, и что бы ни происходило на Земле – войны, эпидемии, революции и другие катаклизмы, космический миропорядок при этом останется вечно неизменным. Отсюда пошло ещё широко бытующее настроение[3] о вечности и неизменности Солнца, Земли и человеческой формы жизни. Это настроение хорошо передано американским астрофизиком Карлом Саганом в словах о Земле, как о “чудесном и относительно спокойном месте”, “где ход вещей меняется, но медленно. Можно прожить целую жизнь и никогда не столкнуться со стихийным бедствием страшнее урагана. Это делает нас благодушными, расслабленными и беззаботными” (“Космос: Эволюция Вселенной, жизни и цивилизации”, Карл Саган). С развитием науки и углублением нашего знания о строении Космоса[4] это блаженное представление о Земле, как о тихом уголке Вселенной должно навсегда уйти в прошлое. Естественная история непреложно свидетельствует – в Космосе нет ничего неизменного, космические миры появляются, существуют и прекращают существование своё в соответствии со строгими законами эволюции[5], и Земля не является исключением из них. Появление Земли и жизни на ней, в том числе – человека, есть не что иное, как этап эволюции[6] Солнечной системы, которая в свою очередь является этапом эволюции Космоса. В соответствии с законами эволюции Солнце или живая Земля не являются целью эволюции Космоса, и у них есть не только начало, но и конец.

Конец Солнца является закономерным результатом его эволюции. Эволюция Солнца это последовательность изменений, которым звезда подвергается в течение своей жизни, с момента рождения до её гибели. Звезда живёт, пока она выделяет энергию. Установлено, что источником солнечной энергии является происходящий в его недрах термоядерный синтез, в процессе которого четыре ядра водорода сливаются, образуя ядро гелия, испуская при этом кванты гамма-излучения. Энергия, выработанная в процессе термоядерного синтеза, передаётся внешним слоям посредством переизлучения через зону лучистого переноса. Перенос энергии происходит с помощью теплопередачи, а также путём последовательного поглощения и излучения фотонов отдельными слоями частиц. Гамма-квант, приходящий из солнечного ядра поглощается частицей вещества (атомным ядром либо свободным протоном), после чего возбуждённая частица излучает новый квант света. Этот фотон имеет направление, никак не зависящее от направления поглощённого фотона и может как проникнуть в следующий слой плазмы в лучистой зоне, так и переместиться назад, в нижние слои. Из-за этого промежуток времени, за который многократно переизлучённый фотон (изначально возникший в ядре) достигает конвективной зоны, может измеряться миллионами лет. В среднем этот срок составляет 170 тысяч лет. В силу того, что энергия излучённого фотона всегда меньше энергии поглощённого, спектральный состав излучения по мере прохождения лучистой зоны меняется. Если на входе в зону всё излучение представлено чрезвычайно коротковолновым гамма-излучением, то, покидая зону лучистого переноса световой поток излучения представляет собой “смесь”, охватывающую практически все длины волн, включая и видимый свет. Каждый гамма-квант из ядра Солнца преобразуется в несколько миллионов видимых фотонов, которые и излучаются с поверхности. В результате термоядерной реакции в ядре Солнца запасы его водородного топлива истощаются, и зона “горения” водорода смещается от центра Солнца на его периферию, из-за чего неуклонно увеличивается светимость Солнца.

Солнечная светимость – это показатель количества энергии, выделяемой Солнцем в единицу времени. Солнечная светимость характеризует мощность солнечного излучения. Солнечное излучение – это электромагнитное и корпускулярное излучение Солнца. Оно измеряется по его тепловому действию (калории на единицу поверхности за единицу времени) и интенсивности (ватты на единицу поверхности). В целом, Земля получает от Солнца менее 0,5×10−9 от его излучения. До земной поверхности солнечная радиация доходит в виде прямой и рассеянной радиации. Спектральный диапазон электромагнитного излучения Солнца очень широк – от радиоволн до рентгеновских лучей – однако максимум его интенсивности приходится на видимую (жёлто-зелёную) часть спектра. Электромагнитная составляющая солнечного излучения распространяется со скоростью света и проникает в земную атмосферу. Существует также корпускулярная часть солнечного излучения – солнечный ветер, состоящая преимущественно из протонов, движущихся от Солнца со скоростями 300—1500 км/с. Во время солнечных вспышек образуются также частицы больших энергий (в основном протоны и электроны), образующие солнечную компоненту космических лучей. Энергетический вклад корпускулярной составляющей солнечной радиации в её общую интенсивность невелик по сравнению с электромагнитной. Поэтому в ряде приложений термин “солнечное излучение” используют в узком смысле, имея в виду только её электромагнитную часть.

Мощность солнечного излучения характеризуется солнечной постоянной – суммарным потоком солнечного излучения, проходящего за единицу времени через единичную площадку, ориентированную перпендикулярно потоку, на расстоянии одной астрономической единицы от Солнца вне земной атмосферы. По данным внеатмосферных измерений сейчас солнечная постоянная составляет 1367 Вт/м², или 1,959 кал/см²·мин. Проходя сквозь атмосферу Земли, солнечное излучение теряет в энергии примерно 370 Вт/м², и до земной поверхности доходит только 1000 Вт/м² (при ясной погоде и когда Солнце находится в зените).

Таблица, представленная ниже, содержит стандартные значения поверхностной плотности потока солнечного излучения для различных планет солнечной системы.

Таблица 1. Таблица значений солнечной постоянной для планет Солнечной системы сейчас
(2014 г.).

Солнечную постоянную лишь условно можно считать постоянной – мощность Солнечного излучения линейно увеличивается на 1% каждые 110 миллионов лет. В действительности Солнечная постоянная названа так только для удобства работы с ней, так как рост её значения на малых промежутках времени ничтожно мал и не оказывает заметного влияния на биосферу Земли. Однако в долгосрочной перспективе рост Солнечной светимости вызывает на планетах глобальные изменения. Так, например, в ранней Солнечной системе – 4,5 миллиардов лет назад, интенсивность солнечного излучения составляла примерно 70% от текущего значения, и Венера имела самые благоприятные условия для зарождения и существования органической жизни[7]. В процессе эволюции Солнца интенсивность его излучения увеличивалась, что вело к росту температуры на планетах. В результате роста Солнечного излучения поверхность и атмосфера Венеры разогрелись в среднем до +470°С, а из-за сильного парникового эффекта атмосферное давление на поверхности достигло 90 атмосфер, что 90 раз превосходит земное и соответствует давлению воды на Земле на глубине 1 километр, что делает невозможным существование на Венере любых известных науке форм жизни. Теперь уже понятно, что высокая температура поверхности Венеры является следствием мощного парникового эффекта. Солнечный свет проходит сквозь атмосферу и облака Венеры, которые полупрозрачны для видимого света, и достигает поверхности. Нагретая поверхность пытается посредством излучения отдать теплоту космосу. Поскольку Венера намного холоднее Солнца, она испускает излучение преимущественно в инфракрасном, а не в видимом диапазоне спектра. Однако углекислый газ и водяной пар в атмосфере Венеры почти идеально поглощают инфракрасное излучение, солнечное тепло оказывается в ловушке, и температура поверхности растёт – пока та небольшая доля инфракрасного излучения, которой удается просочиться сквозь мощную атмосферу, не уравновесит солнечный свет, поглощаемый нижними слоям и атмосферы и поверхностью. Как и на Венере, на нашей планете работает парниковый эффект, создаваемый углекислым газом и водяным паром. Если бы не он, глобальная температура опустилась бы ниже точки замерзания воды. Благодаря ему океаны остаются жидкими и на Земле возможна жизнь. Углекислоты на Земле практически столько же, сколько на Венере, – её хватило бы для создания давления 90 атмосфер; но эта углекислота связана в земной коре в форме известняка и других карбонатов, а не находится в атмосфере. С увеличением светимости Солнца температура на Земле вырастет. Это вызовет выделение части СO2 из близких к поверхности пород и усилит парниковый эффект, обусловив дальнейший нагрев поверхности. Карбонаты на горячей поверхности будут выделять всё больше СO2, и не исключено, что парниковый эффект пойдёт вразнос. Именно это, по-видимому, и произошло в ранний период истории Венеры из-за её близости к Солнцу. Венера являет собой предупреждение о катастрофе, которая случится с нашей планетой.

Таким образом, рост светимости Солнца приведёт к тому, что температура поверхности Земли станет столь высока, что биосфера – живая оболочка Земли, погибнет.

Рисунок 2. Диаграмма роста светимости Солнца во время его эволюции

(вертикальной пунктирной чертой показано современное положение звезды)

По разным подсчётам до конца органической жизни на Земле вследствие роста Солнечной светимости осталось от 0,5 до 1 миллиарда лет. Профессор Джеймс Кастинг, климатолог, из университета штата Пенсильвания, США, выступая перед коллегами в 2008 году, сказал: “Солнце, как и все звёзды главной последовательности[8], становится ярче с течением времени и в конечном итоге его температура станет катастрофически высокой для климата Земли. Астрономы всегда знали, что вода с поверхности Земли испарится в космос, и связывали с этим конец жизни, но они, как правило, думали, что это будет происходить только тогда, когда Солнце покинет главную последовательность – что будет через пять миллиардов лет. Тем не менее, мои расчёты показывают, что катастрофический финал произойдёт гораздо раньше. Уже через 500 миллионов лет повышение температуры поверхности Земли ускорит неорганическую циркуляцию CO2, уменьшив его концентрацию до смертельно низкого для растений уровня, чтобы поддержать фотосинтез. Исчезновение растительности приведёт к снижению содержания кислорода в атмосфере и жизнь на Земле станет невозможной за несколько миллионов лет. Если мы рассчитали правильно, Земля была обитаемой в течение 4,5 миллиардов лет и имеет только 500 миллионов лет в запасе. Таким образом, жизнь на Земле уже в закате”.

500 миллионов лет относительно небольшой срок для того, чтобы человечество успело обрести себе новый космический дом и/или, если это возможно, трансформироваться в синтетическую форму жизни, стойкую к катастрофам органического мира. После осознания неизбежности биосферной катастрофы, человечество должно быть предельно честным перед самим собою и должно сказать самому себе, что у него нет более важного дела, чем решение проблемы выживания, и чем раньше оно приступит к решению этой задачи, тем больше будет у него шансов выжить в космической катастрофе и продолжить жизнь в изменившихся условиях. Отныне единственной философией человечества должна стать философия прогресса, а целью каждого человека должны стать внуки внуков его детей, о чём писал еще К. Циолковский, имея в виду находящееся в основании человеческой жизни единство всего сущего (монизм): “Наши интересы и интересы правнуков сливаются. Если правнукам будет плохо, то космос будет несовершенен. А если он будет таков, то и нам будет несладко. Стараясь о внуках, мы заботимся о самих себе…” (“Монизм Вселенной”). Таким образом, единственной мыслью каждого человека должна стать мысль о прогрессе знания, науки и техники, только на пути развития которых человечество может обрести свободу от уничтожающих его зависимостей материального мира. Однако в действительности человечество живёт с разрывом между имеющимся у него знанием[9] будущего[10] и существующим настроением в отношении будущего, которое можно охарактеризовать как беззаботное и даже эйфорическое. Человечество живёт в эйфории от настоящего[11] и современного[12], не начиная размышлять о будущем, его настроение не соответствует имеющемуся у него знанию, – между ними существует разрыв и, как показывает история, чем ближе человечество приближается к своему концу, тем шире этот разрыв. Разрыв между настоящим и будущим может привести к нарушению непрерывности, целостности эволюции человека, повреждению его сущности, но человек не размышляет об этом разрыве. Мало того, он не хочет ничего знать об этом разрыве. Примером такого отношения к будущему может служить отношение православного монархиста Василия Розанова к поиску исследователями природы научной истины. В своём произведении “Апокалипсис нашего времени” (1917-1918), он пишет:

«Говорят: “Нет вечного perpetuum mobile”. Доказывают. Наука. Свинья, роющая носом землю: посмотри вверх. Солнце.

Сказать: “солнце устало”, “теряет энергию” – бессмыслица. Поистине оно – не истощается, и всё как-то – живёт. Вот что если “не скучно” – то солнышко... Протуберанцы. Играет. Вулканы. “Корона – солнечная” (видна в затмениях). И – эти таинственные “ультрафиолетовые лучи”, от коих, говорят, — вся жизнь».

После написания Розановым “Апокалипсиса нашего времени” прошло чуть менее ста лет. О том, что Солнце не вечно, пишут уже в детских книжках: “С момента возникновения Солнца его светимость увеличивается на 1 процент каждые 110 миллионов лет. Через 3,5 миллиардов лет наше Солнце станет горячее на 40%, потом оно превратится в красного гиганта и достигнет орбиты Земли, но к тому времени Земля уже станет необитаемой, а все люди переселятся на другие планеты”. Однако до сих пор подавляющее большинство человечества полагает, что Солнце и порождённая им жизнь – вечны. Вот что сказал, уже по прошествии ста лет после того, как астрофизика пришла к выводу о конечности Солнца, один таксист с Павелецкого вокзала: “Разве может быть, чтобы Солнце погасло?” Моё общение с людьми убеждает меня в том, что более 90% из вас склонны думать так же, как православный монархист Розанов и таксист с Павелецкого вокзала. Однако проблема человечества состоит не только в его невежестве относительно своего будущего. Невежество человечества является только следствием несовершенной системы его политического самоуправления, когда власть достаётся невежественным и недалёким в умственном развитии, но властолюбивым людям, для которых власть самоценна. Тираны используют власть для удовлетворения собственных прихотей, но не для решения проблем человечества, – они не уважают человечество и боятся образованных людей. Тираны опираются на невежественных людей, потому что могут управлять только невежественными людьми. Преимущественным настроением невежественной массы является близкое сытому животному эйфорическое настроение. Используя методы пропаганды и государственного управления системой образования, тираны специально понижают уровень научной образованности людей, чтобы понизить уровень их потребностей, ибо потребности человека растут прямо пропорционально его знаниям о мире. Чем ниже потребности людей – тем легче их удовлетворить, да к тому же невежественные люди не задают вопросов о своём будущем, в этом они всецело полагаются на своих тиранов, выступающих под маской вождей и жрецов. Вожди и жрецы в действительности являются пастухами человеческого стада, в которое превращается невежественное человечество. Невежественное человечество является как раз той массой, о которой писал Фридрих Ницше (“Воля к власти”, “Антихрист”). Эта масса не заглядывает за горизонт современности, она живёт текущим днём по принципу – “после нас, хоть потоп” и не всматривается в приближающееся будущее. Масса судит о качестве своей жизни подобно животному, по уровню получаемого ею здесь и сейчас удовольствия; удовольствие погружает её в состояние эйфории от настоящего, которая создаёт в сознании массы эйфорическую же картинку будущего. Невежество подобно наркотику. Как наркотик создаёт в мутных остатках сознания наркомана эйфорическую картинку “счастливой реальности”, невежество формирует в сознании невежественного человека ложную модель реальности – в реальном мире это прямой путь к катастрофе. Задача же заключается в том, чтобы вывести человечество из состояния эйфории и вернуть ему ощущение и понимание реальности[13], чтобы знание человеком настоящего[14] будущего определяло его деятельность в настоящем, чтобы отныне и навсегда все ресурсы, которыми располагает и когда-нибудь будет располагать человечество, были направлены на решение только одной задачи – сохранение человеческой формы жизни в пространстве-времени Вселенной. Человек должен думать о своём настоящем будущем, чтобы знать своё настоящее будущее, ибо в этот раз его будущее зависит только от него самого. Таким образом, задача познания будущего и способов его создания, становится для человека жизненной необходимостью.

3. Астрономическая модель Солнечной системы

В астрономической картине мира Солнечная система – это планетная система, включающая в себя единственную звезду – Солнце, и все обращающиеся вокруг Солнца естественные космические объекты.

Звезда – это излучающий свет массивный газовый шар, удерживаемый силами собственной гравитации и внутренним давлением, в недрах которого происходят (или происходили ранее) реакции термоядерного синтеза.

3.1. Место Солнечной системы в галактике Млечный Путь

Солнечная система находится на окраине рукава галактики Млечный Путь, одной из сотен миллиардов наблюдаемых галактик нашей Вселенной.

Млечный Путь – гравитационно связанная система, содержащая около 300 миллиардов звёзд, тысячи гигантских облаков газа и пыли, скоплений, туманностей и “тёмной материи”. Галактика включает в себя три различимые части: 1 – центральное ядро, которое состоит из миллиардов звёзд; в центре ядра находится массивная черная дыра; 2 – относительно тонкий диск из звёзд, газа и пыли диаметром 100 000 световых лет и толщиной несколько тысяч световых лет; 3 – сферическое гало (корона), содержащее карликовые галактики, шаровые звёздные скопления, отдельные звёзды, группы звёзд, пыль и газ. Кроме этого, Галактика содержит тёмную материю, которой гораздо больше, чем всего видимого вещества во всех диапазонах. Галактика вращается, но не равномерно всем диском. С приближением к центру угловая скорость вращения звёзд вокруг центра Галактики растёт.

Согласно последним научным оценкам, расстояние от Солнца до галактического центра составляет 26 000 ± 1 400 световых лет, в то время как согласно предварительным оценкам наша звезда должна находиться на расстоянии около 35 000 световых лет от перемычки. Это означает, что Солнце расположено ближе к краю диска, чем к его центру. Вместе с другими звёздами Солнце вращается вокруг центра Галактики со скоростью 220–240 км/с, делая один оборот примерно за 200 млн. лет. Таким образом, за всё время существования Земля облетела вокруг центра Галактики не более 30 раз.

В окрестностях Солнца удаётся отследить участки двух спиральных рукавов, которые удалены от нас примерно на 3 тыс. световых лет. По созвездиям, где наблюдаются эти участки, им дали название рукав Стрельца и рукав Персея. Солнце расположено почти посередине между этими спиральными ветвями. Но сравнительно близко от нас (по галактическим меркам), в созвездии Ориона, проходит ещё один, не очень чётко выраженный рукав – рукав Ориона, который считается ответвлением одного из основных спиральных рукавов Галактики.

Скорость вращения Солнца вокруг центра Галактики почти совпадает со скоростью волны уплотнения, образующей спиральный рукав. Такая ситуация является нетипичной для Галактики в целом: спиральные рукава вращаются с постоянной угловой скоростью, как спицы в колесах, а движение звёзд происходит с другой закономерностью, поэтому почти всё звёздное население диска то попадает внутрь спиральных рукавов, то выпадает из них. Единственное место, где скорости звёзд и спиральных рукавов совпадают – это так называемый коротационный круг, и именно на нём расположено Солнце. Для Земли это обстоятельство чрезвычайно важно, поскольку в спиральных рукавах происходят бурные процессы, образующие мощное излучение, губительное для всего живого. И никакая атмосфера не смогла бы от него защитить. Но наша планета существует в сравнительно спокойном месте Галактики и в течение сотен миллионов (или даже миллиардов) лет не подвергалась воздействию этих космических катаклизмов. Возможно, именно поэтому на Земле смогла родиться и сохраниться жизнь.

Рисунок 3. Крупномасштабная структура Вселенной, как она выглядит в инфракрасных лучах с длиной волны 2,2 мкм – 1 600 000 галактик, зарегистрированных в Extended Source Catalog как результат Two Micron All-Sky Survey. Яркость галактик показана цветом от синего (самые яркие) до красного (самые тусклые). Тёмная полоса по диагонали и краям картины – расположение Млечного пути, пыль которого мешает наблюдениям.

Рисунок 4. Фрагмент крупномасштабной структуры Вселенной: звёздные системы образуют звёздные скопления, которые, в свою очередь, образуют галактики. Позже были найдены скопления галактик и сверхскопления галактик. Сверхскопление – самый большой тип объединения галактик, включает в себя тысячи галактик. В каждой галактике может содержаться 100-200 и даже 300 миллиардов звёзд. Форма таких скоплений может быть различна: от цепочки, такой как цепочка Маркаряна, до стен, как великая стена Слоуна. Разумно было бы предположить, что эта иерархия распространяется дальше на сколь угодно много уровней, но в 1990-е Маргарет Геллер и Джон Хукра выяснили, что на масштабах порядка 300 мега-парсек Вселенная практически однородна и представляет собой совокупность нитевидных скоплений галактик, разделённых областями, в которых практически нет светящейся материи.

Рисунок 5. Устройство Галактики Млечный Путь

3.2. Состав Солнечной системы

Солнечная система состоит из Солнца, межпланетной среды, внутренней области, внешней области, отдалённой области и пограничной области.

Солнце – гравитационный центр Солнечной системы, вокруг него обращаются (по мере удаления) планеты внутренней группы (Меркурий, Венера, Земля и Марс), пояс астероидов, планеты внешней группы (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун), кометы, кентавры, транснептуновые объекты, далее расположен рассеянный диск, гелиосфера, облако Оорта и пограничные области.

Рисунок 6. Строение Солнечной системы (не в масштабе)

Межпланетная среда

Наряду со светом, Солнце излучает непрерывный поток заряженных частиц (плазмы), известный как солнечный ветер. Этот поток частиц распространяется со скоростью примерно 1,5 млн. км в час, наполняя околосолнечную область и создавая у Солнца некий аналог планетарной атмосферы (гелиосферу), которая имеется на расстоянии, по крайней мере, 100 а.е. от Солнца. Она известна как межпланетная среда. Проявления активности на поверхности Солнца, такие как солнечные вспышки и корональные выбросы массы, возмущают гелиосферу, порождая космическую погоду. Крупнейшая структура в пределах гелиосферы – гелиосферный токовый слой; спиральная поверхность, созданная воздействием вращающегося магнитного поля Солнца на межпланетную среду.

Магнитное поле Земли мешает солнечному ветру сорвать атмосферу Земли. Венера и Марс не имеют магнитного поля, и в результате солнечный ветер постепенно сдувает их атмосферы в космос. Корональные выбросы массы и подобные явления изменяют магнитное поле и выносят огромное –количество вещества с поверхности Солнца – порядка 109–1010 тонн в час. Взаимодействуя с магнитным полем Земли, это вещество попадает преимущественно в верхние приполярные слои атмосферы Земли, где от такого взаимодействия возникают полярные сияния, наиболее часто наблюдаемые около магнитных полюсов.

Космические лучи происходят извне Солнечной системы. Гелиосфера и, в меньшей степени, планетарные магнитные поля частично защищают Солнечную систему от внешних воздействий. Как плотность космических лучей в межзвёздной среде, так и сила магнитного поля Солнца изменяются с течением времени, таким образом, уровень космического излучения в Солнечной системе непостоянен.

Межпланетная среда является местом формирования, по крайней мере, двух дископодобных областей космической пыли. Первая, зодиакальное пылевое облако, находится во внутренней части Солнечной системы и является причиной, по которой возникает зодиакальный свет. Вероятно, она возникла из-за столкновений в пределах пояса астероидов, вызванных взаимодействиями с планетами. Вторая область простирается приблизительно от 10 до 40 а.е. и, вероятно, возникла после подобных столкновений между объектами в пределах пояса Койпера.

Внутренняя область

Внутренняя область состоит из планет земной группы и пояса астероидов.

Планеты земной группы, Меркурий, Венера, Земля и Марс, состоят в основном из силикатов и металлов. Земля является уникальной, на ней существует органическая жизнь, известной вершиной которой является homo sapiens (человек разумный). У Земли есть один естественный спутник – Луна.

Пояс астероидов занимает орбиту между Марсом и Юпитером, между 2,3 и 3,3 а.е. от Солнца. Астероиды – самые распространённые малые тела Солнечной системы. Полагают, что это остатки формирования Солнечной системы, которые были не в состоянии объединиться в крупное тело из-за гравитационных возмущений Юпитера. Размеры астероидов варьируются от нескольких метров до сотен километров. Крупнейшими объектами пояса астероидов являются карликовая планета Церера (имеет диаметр немногим менее 1000 км и массу, достаточно большую, чтобы под действием собственной гравитации поддерживать сферическую форму), и астероиды Паллада, Веста и Гигея. Пояс содержит десятки тысяч, возможно, миллионы объектов больше одного километра в диаметре. Несмотря на это, общая масса астероидов пояса вряд ли больше одной тысячной массы Земли. Небесные тела с диаметрами от 100 мкм до 10 м называют метеороидами. Частицы ещё меньше считаются космической пылью.

Рисунок 7. Приблизительное соотношение размеров планет и Солнца. Межпланетные расстояния не в масштабе. Солнце изображено слева, далее (слева направо) – Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун.

Внешняя область

Внешняя область Солнечной системы является местом нахождения газовых гигантов и их спутников. Орбиты многих короткопериодических комет, включая кентавров, также проходят в этой области. Твёрдые объекты этой области из-за их большего расстояния от Солнца, а значит, гораздо более низкой температуры, содержат льды воды, аммиака и метана.

Планеты внешней группы, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, намного более массивны, чем планеты внутренней группы. Крупнейшие планеты Солнечной системы, Юпитер и Сатурн, состоят, главным образом из водорода и гелия; меньшие – Уран и Нептун, помимо водорода и гелия, содержат в своём составе метан и угарный газ. Каждая из планет внешней группы окружена кольцами пыли и других частиц.

За орбитой Нептуна располагаются транснептуновые объекты, состоящие из замёрзшей воды, аммиака и метана, крупнейшими из которых являются Плутон, Седна, Хаумеа, Макемаке, Квавар, Орк и Эрида. В Солнечной системе существуют и другие популяции малых тел, такие как планетные квазиспутники и троянцы, околоземные астероиды, кентавры, дамоклоиды, а также перемещающиеся по системе кометы, метеороиды и космическая пыль. Кометы – малые тела Солнечной системы, обычно размером всего в несколько километров, состоящие главным образом из летучих веществ (льдов). Их орбиты имеют большой эксцентриситет, как правило, с перигелием в пределах орбит внутренних планет и афелием далеко за Плутоном. Когда комета входит во внутреннюю область Солнечной системы и приближается к Солнцу, её ледяная поверхность начинает испаряться и ионизироваться, создавая кому – длинное облако из газа и пыли, часто видимое с Земли невооружённым глазом. Кентавры — ледяные кометоподобные объекты с большой полуосью, большей, чем у Юпитера (5,5 а.е.) и меньшей чем у Нептуна (30 а.е.). У крупнейшего из известных кентавров, Харикло, диаметр приблизительно равен 250 км. Пространство за Нептуном, или “регион транснептуновых объектов”, всё ещё в значительной степени не исследовано. Предположительно, оно содержит только малые тела, состоящие главным образом из камней и льда. Этот регион иногда также включают во «внешнюю Солнечную систему», хотя чаще этот термин используют, чтобы обозначать пространство за поясом астероидов и до орбиты Нептуна.

Отдаленные области

Вопрос о том, где именно заканчивается Солнечная система и начинается межзвёздное пространство, неоднозначен. Ключевыми в их определении принимают два фактора: солнечный ветер и солнечное тяготение. Внешняя граница солнечного ветра _ гелиопауза, за ней солнечный ветер и межзвёздное вещество смешиваются, взаимно растворяясь. Гелиопауза находится примерно в четыре раза дальше Плутона и считается началом межзвёздной среды. Однако предполагают, что область, в которой гравитация Солнца преобладает над галактической – сфера Хилла, простирается в тысячу раз дальше.

Пограничные области

Большая часть нашей Солнечной системы всё ещё неизвестна. По оценкам, гравитационное поле Солнца преобладает над гравитационными силами окружающих звёзд на расстоянии приблизительно двух световых лет (125 000 а.е.). В сравнении, нижние оценки радиуса облака Оорта не размещают его дальше 50 000 а.е. Несмотря на открытия таких объектов как Седна, область между поясом Койпера и облаком Оорта радиусом в десятки тысяч а.е. и тем более само облако Оорта и то, что может находиться за ним, всё ещё практически не исследованы.

4. Строение Солнца и его эволюция

4.1. Общие сведения

Солнце (астр. ☉ ) – одна из сотен миллиардов звёзд галактики Млечный путь и единственная звезда Солнечной системы – гравитационный центр и главный источник энергии в ней. Солнечное излучение поддерживает жизнь на Земле (свет необходим для начальных стадий фотосинтеза) и определяет климат. На момент образования Солнце состояло из водорода (примерно ~ 73% от массы и 92% от объёма), гелия (примерно ~ 25 % от массы и 7 % от объёма) и других элементов с меньшей концентрацией: железа, никеля, кислорода, азота, кремния, серы, магния, углерода, неона, кальция и хрома. Водород является топливом для термоядерной реакции в ядре Солнца.

По спектральной классификации Солнце относится к типу G2V (“жёлтый карлик”). Жёлтый карлик – тип небольших звёзд главной последовательности, имеющих массу от 0,8 до 1,2 массы Солнца и температуру поверхности 5000–6000 K. Соответственно своему названию, по результатам фотометрии они имеют жёлтый цвет, хотя субъективно их цвет воспринимается человеком как наиболее чистый белый. Основным источником их энергии является термоядерный синтез гелия из водорода. Самым известным жёлтым карликом является Солнце. Другие известные звёзды: Эпсилон Эридана, Альфа Центавра А, Альфа Северной Короны В, Тау Кита.

Время жизни жёлтого карлика составляет в среднем 10 миллиардов лет. После того, как сгорает весь запас водорода, звезда во много раз увеличивается в размере и превращается в красный гигант. Примером такого типа звёзд может служить Альдебаран. Красный гигант выбрасывает внешние слои газа, образуя тем самым планетарные туманности, а ядро коллапсирует в маленький, плотный белый карлик.

Удалённость Солнца от Земли составляет 149 миллионов 600 тысяч километров. Свет доходит от Солнца до Земли примерно за 500 секунд (8 минут 20 секунд).

Рисунок 8. Главная последовательность. Сопоставление светимостей звезд с их спектральными классами впервые было сделано в начале XX века Эйнаром Герцшпрунгом и Генри Расселом, поэтому диаграмму спектр-светимость часто называют диаграммой Герцшпрунга-Рассела. Схема с сайта: http://www.astrolab.ru

4.2. Физическое строение Солнца

Жизнь Солнца связана с выделением им энергии в виде гамма-излучения, которое внутри Солнца преобразуется в электромагнитное излучение (свет и тепло) и кинетическую энергию частиц (солнечный ветер). Источником Солнечной энергии является происходящий в его ядре термоядерный синтез гелия из водорода, в процессе которого четыре протона соединяются через ряд промежуточных этапов в одну альфа-частицу с выделением гамма- и рентгеновских лучей.

Рисунок 9. Протон-протонный цикл – одна из термоядерных реакций в звёздах: из водорода образуется дейтерий, потом нестабильный изотоп гелий-3 и, в конце концов, очень устойчивый изотоп гелий-4.

Энергия, выработанная в процессе термоядерного синтеза, передается внешним слоям посредством переизлучения через зону лучистого переноса. Далее в передаче излучения начинают участвовать конвективные потоки плазмы – слой, в котором это происходит, называется конвективной зоной. Далее конвективной зоны располагается фотосфера, за ней следует хромосфера. Хромосферу венчает Солнечная корона. Далее солнечной короны простирается гелиосфера – пространство переноса исторгнутого из Солнца солнечного вещества. Солнечное излучение простирается далее границ гелиосферы, однако с удалением от Солнца оно рассеивается в пространстве и теряет свою мощность. Достигая поверхность Земли, солнечное излучение превращается в жизнь.

Рисунок 10. Внутреннее строение Солнца

1. Солнечное ядро

Солнечное ядро – это термоядерный реактор. В ядре осуществляется протон-протонная термоядерная реакция, в результате которой из четырёх протонов образуется гелий-4 с выделением гамма-лучей и рентгеновских лучей. При этом каждую секунду “сгорает” 600 млн. тонн водорода, а в энергию превращаются 4,26 млн. тонн вещества. Вся энергия ядра последовательно проходит сквозь слои и излучается с поверхности Солнца в виде солнечного света и кинетической энергии.

2. Зона лучистого переноса

Зона лучистого переноса располагается непосредственно над солнечным ядром, на расстояниях от 0,2–0,25 до 0,7 радиуса Солнца от его центра. Выше зоны лучистого переноса находится конвективная зона. Нижней границей зоны считают линию, ниже которой происходят термоядерные реакции, верхней – границу, выше которой начинается активное перемешивание вещества.

Водород в зоне лучистого переноса сжат настолько плотно, что соседние протоны не могут поменяться местами, из-за чего перенос энергии путём перемешивания вещества очень затруднён. Дополнительные препятствия для перемешивания вещества создаёт низкая скорость убывания температуры по мере движения от нижних слоёв к верхним, которая обусловлена, прежде всего, высокой теплопроводностью водорода. Прямое излучение наружу также невозможно, поскольку водород непрозрачен для излучения, возникающего в ходе реакции ядерного синтеза.

Перенос энергии происходит с помощью теплопередачи, а также путём последовательного поглощения и излучения фотонов отдельными слоями частиц. Гамма-квант, приходящий из солнечного ядра поглощается частицей вещества (атомным ядром либо свободным протоном), после чего возбуждённая частица излучает новый квант света. Этот фотон имеет направление, никак не зависящее от направления поглощённого фотона и может как проникнуть в следующий слой плазмы в лучистой зоне, так и переместиться назад, в нижние слои. Из-за этого промежуток времени, за который многократно переизлучённый фотон (изначально возникший в ядре) достигает конвективной зоны, может измеряться миллионами лет. В среднем этот срок составляет 170 тысяч лет. В силу того, что энергия излучённого фотона всегда меньше энергии поглощённого, спектральный состав излучения по мере прохождения лучистой зоны меняется. Если на входе в зону всё излучение представлено чрезвычайно коротковолновым гамма-излучением, то, покидая зону лучистого переноса световой поток излучения представляет собой “смесь”, охватывающую практически все длины волн, включая и видимый свет. Каждый гамма-квант из ядра Солнца преобразуется в несколько миллионов видимых фотонов, которые и излучаются с поверхности.

3. Конвективная зона

Зона конвекции – область Солнца, в которой перенос энергии из внутренних районов во внешние происходит главным образом путём активного перемешивания вещества – конвекции. Ближе к поверхности Солнца температуры и плотности вещества уже недостаточно для полного переноса энергии путём переизлучения. Возникает вихревое перемешивание плазмы, и перенос энергии к поверхности (фотосфере) совершается преимущественно движениями самого вещества. С одной стороны, вещество фотосферы, охлаждаясь на поверхности, погружается вглубь конвективной зоны. С другой стороны, вещество в нижней части получает излучение из зоны лучевого переноса и поднимается наверх, причём оба процесса идут со значительной скоростью. Такой способ передачи энергии называется конвекцией, а подповерхностный слой Солнца толщиной примерно 200 000 км, где она происходит, – конвективной зоной. По мере приближения к поверхности температура падает в среднем до 5800 К, а плотность газа до менее 1/1000 плотности земного воздуха. Наглядным аналогом процессов, происходящих в конвективной зоне, является подогрев воды в сосуде. Пламя нагревает нижние слои воды, и они в результате теплового расширения вытесняются вверх другими, холодными и более тяжёлыми слоями. Аналогичный процесс происходит и в Солнце, где источником энергии служит солнечное ядро с происходящими в нём термоядерными реакциями.

Движение вещества в конвективной зоне происходит не хаотично, а в виде устойчивых ячеек циркуляции шестигранной формы – по оси ячейки вещество поднимается, а у периферии опускается. Скорость конвекции зависит от глубины. У основания конвективной зоны она мала (десятки м/c), под фотосферой она достигает значений 1–2 км/с.

Конвективная зона занимает приблизительно треть объёма звезды. Когда горячая плазма поднимается к верхней границе конвективной зоны, она охлаждается за счёт излучения энергии в фотосферу, остывает и погружается вглубь, где нагревается излучением лучистой зоны, после чего цикл повторяется. Поскольку зона ядерных реакций отделена от зоны перемешивания вещества зоной лучистого переноса, то гелий практически не выносится в поверхностные слои Солнца, а накапливается в его ядре.

4. Фотосфера

Фотосфера – излучающий слой звёздной атмосферы, в котором формируется непрерывный спектр излучения. Из фотосферы исходит основная часть оптического (видимого) излучения Солнца, излучение же из более глубоких слоёв до неё уже не доходит. Фотосфера существенно непрозрачна, она поглощает и затем переизлучает энергию, поступающую из недр звезды. В силу непрозрачности фотосферы перенос энергии идёт конвективным путём: в случае солнечной фотосферы конвекция наблюдается как грануляция фотосферы, то есть в виде светлых горячих конвективных ячеек (гранул). Протяжённость достигает толщины, по разным оценкам, от 100 до 400 км.

Температура по мере приближения к внешнему краю фотосферы уменьшается с 6600 К до 4400 К. Эффективная температура фотосферы в целом составляет 5778 К. Температура фотосферы растёт с глубиной. На поверхности фотосферы Солнца также наблюдаются крупномасштабные области пониженной температуры – солнечные пятна (разница температуры достигает 1500 К).

В фотосфере формируется непрерывный спектр излучения Солнца.

5. Хромосфера

Хромосфера – внешняя оболочка Солнца толщиной около 2000 км, окружающая фотосферу. Верхняя граница хромосферы не имеет выраженной гладкой поверхности, из неё постоянно происходят горячие выбросы вещества, называемые спикулами. Число спикул, наблюдаемых одновременно, составляет в среднем 60–70 тысяч. Температура хромосферы увеличивается с высотой от 4000 до 20 000 К.

6. Солнечная корона

Корона – последняя внешняя оболочка Солнца. Корона в основном состоит из протуберанцев и энергетических извержений, исходящих и извергающихся на несколько сотен тысяч и даже более миллиона километров в пространство, образуя солнечный ветер. Средняя корональная температура составляет от 1 000 000 до 2 000 000 К, а максимальная, в отдельных участках, – от 8 000 000 до 20 000 000 К. Несмотря на такую высокую температуру, она видна невооружённым глазом только во время полного солнечного затмения, так как плотность вещества в короне мала, а потому невелика и её яркость. Форма короны меняется в зависимости от фазы цикла солнечной активности. Поскольку температура короны очень велика, она интенсивно излучает в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах. Эти излучения не проходят сквозь земную атмосферу. Излучение в разных областях короны происходит неравномерно. Существуют горячие активные и спокойные области, а также корональные дыры с относительно невысокой температурой в 600 000 К, из которых в пространство выходят магнитные силовые линии. Такая “открытая” магнитная конфигурация позволяет частицам беспрепятственно покидать Солнце, поэтому солнечный ветер испускается в основном из корональных дыр.

7. Солнечный ветер

Из внешней части солнечной короны истекает солнечный ветер – поток ионизированных частиц (в основном протонов, электронов и α-частиц), распространяющийся с постепенным уменьшением своей плотности, до границ гелиосферы. Солнечный ветер разделяют на два компонента – медленный солнечный ветер и быстрый солнечный ветер. Медленный солнечный ветер имеет скорость около 400 км/с и температуру 1,4–1,6·106 К и по составу близко соответствует короне. Быстрый солнечный ветер имеет скорость около 750 км/с, температуру 8·105 К, и по составу похож на вещество фотосферы. Медленный солнечный ветер вдвое более плотный и менее постоянный, чем быстрый. Медленный солнечный ветер имеет более сложную структуру с регионами турбулентности.

В среднем Солнце излучает с ветром около 1,3·1036 частиц в секунду. Следовательно – полная потеря массы Солнцем (на данный вид излучения) составляет за год 2–3·10−14 солнечных масс. Это эквивалентно потере массы, равной земной, за 150 миллионов лет. Многие природные явления на Земле связаны с возмущениями в солнечном ветре, в том числе геомагнитные бури и полярные сияния.

4.3. Эволюция Солнца

Эволюция Солнца – это последовательность изменений, которым звезда подвергается в течение своей жизни.

Солнце начало свою жизнь как холодное разрежённое молекулярное облако межзвёздного газа, сжимающееся под действием собственного тяготения и постепенно принимающее форму шара. При сжатии энергия гравитации переходила в тепло, и температура внутри шара возрастала. Когда температура в центре протозвезды достигла 15–20 миллионов кельвинов, началась термоядерная реакция и сжатие прекратилось – протозвезда[15] стала полноценной звездой.

Солнце – это звезда второго поколения, образованная из водорода и гелия, и обогащённая тяжёлыми элементами (тяжелее гелия). В первой стадии жизни звезды, подобной нашему Солнцу, доминируют реакции водородного цикла. В таком состоянии звезда пребывает примерно 90% времени своей жизни, находясь на главной последовательности диаграммы Герцшпрунга-Расселла, пока не закончатся запасы топлива в её ядре. Когда в центре звезды весь водород превратится в гелий, там образуется гелиевое ядро, а термоядерное горение водорода продолжится на периферии ядра. В этот период структура звезды начинает меняться. Зона термоядерного синтеза начинает смещаться от центра к периферии, из-за чего растёт светимость звезды, её внешние слои расширяются, а температура поверхности снижается – звезда становится красным гигантом. Красные гиганты имеют относительно короткий срок эволюции, которая приводит их, в зависимости от массы, к образованию белых карликов, нейтронных звёзд или чёрных дыр.

Рисунок 11. Этапы эволюции Солнца

5. Образование и эволюция Солнечной системы, Земли и биосферы

Современной научной гипотезой формирования Солнечной системы является гипотеза солнечной туманности[16], по которой Солнечная система образовалась из большого облака межзвёздной пыли и газа. Облако состояло главным образом из водорода и гелия, которые образовались после Большого взрыва, и более тяжёлых элементов, оставленных взрывами сверхновых. Примерно 4,6 миллиардов лет назад оно стало сжиматься под действием силы гравитации. Спусковым механизмом гравитационного сжатия стало небольшое спонтанное уплотнение вещества облака, повлекшее гравитационную неоднородность, его возможными причинами могли стать как естественная динамика облака, так и прохождение сквозь вещество облака ударной волны от взрыва сверхновой, крупного астероида или другого объекта. Уплотнение стало центром гравитационного притяжения для окружающего вещества. Сжимающееся облако обладало некоторым начальным угловым моментом. В процессе гравитационного сжатия размеры облака уменьшались и, в силу закона сохранения углового момента, росла скорость вращения облака. Из-за вращения, скорости сжатия облака параллельно и перпендикулярно оси вращения различались, что привело к уплощению облака и формированию характерного диска. Как следствие гравитационного сжатия росла плотность и интенсивность столкновений друг с другом частиц вещества, в результате чего температура вещества непрерывно росла по мере сжатия. Наиболее сильно нагревались центральные области диска. При достижении температуры в несколько тысяч кельвинов, центральная область диска начала светиться – так сформировалась протозвезда. Под действием силы гравитации протозвезды вещество облака продолжало падать на протозвезду, увеличивая силу гравитации, давление и температуру в центре. Внешние же области диска оставались относительно холодными. За счёт гидродинамических неустойчивостей в них стали развиваться отдельные уплотнения, ставшие локальными гравитационными центрами формирования планет из вещества протопланетного диска. Когда температура в центре протозвезды достигла 15-20 миллионов кельвинов, в центральной области началась термоядерная реакция горения водорода. Протозвезда превратилась в обычную звезду главной последовательности – наше Солнце. При этом вещество протопланетного диска, не падавшее на протозвезду и Солнце, под действием локальных сил притяжения, сливалось в первые планетоиды. В процессе аккреции[17] планетоиды, пыль, газ и обломки протопланетного диска, сливались во всё более крупные объекты, формируя планеты. Примерная дата образования Земли – 4,54±0,04 миллиардов лет назад. Весь процесс формирования планеты занял примерно 10–20 миллионов лет.

Протоземля увеличилась за счёт аккреции, и была достаточно раскалена, чтобы расплавлять металлы и минералы. Железо, а также геохимически родственные ему сидерофильные элементы, обладая более высокой плотностью, чем силикаты и алюмосиликаты, опускались к центру Земли. Это привело к разделению внутренних слоёв Земли на мантию и металлическое ядро спустя всего 10 миллионов лет после того, как Земля начала формироваться, произведя слоистую структуру Земли и сформировав магнитное поле Земли. Выделение газов из коры и вулканическая активность привели к образованию первичной атмосферы. Конденсация водяного пара, усиленная льдом, занесённым кометами и астероидами, привела к образованию океанов. Земная атмосфера тогда состояла из лёгких атмофильных элементов: водорода и гелия, но содержала значительно больше углекислого газа, чем сейчас, и это уберегло океаны от замерзания, поскольку светимость Солнца тогда не превышала 70% от нынешнего уровня. Примерно 3,5 миллиарда лет назад образовалось магнитное поле Земли, которое предотвратило опустошение атмосферы солнечным ветром. Примерно в это же время на Земле появилась биосфера[18] – живая оболочка Земли. Живые организмы на Земле живут в её биосфере. Биосфера – это совокупность Земных оболочек (лито-, гидро- и атмосферы) и живых организмов. Земля, её оболочки и живые организмы состоят из вещества. Возникновение органической жизни стало результатом непрекращающегося с момента образования Вселенной процесса эволюции вещества. Наше тело состоит из химических элементов, образованных во время трёх ключевых периодов эволюции Космоса: эпохи рекомбинации водорода, звёздного нуклеосинтеза и фазы образования планет. В процентом отношении мы состоим: 65% из кислорода, 18% из углерода, 10% из водорода, 3% из азота, 1,5% из кальция, 1% из фосфора, 0,35% из калия, 0,25% из серы, 0,15% из натрия, 0,05% из магния, а также – 0,70% из меди, свинца, цинка, селена, молибдена, фтора, хлора, йода, марганца и железа (все вместе). За исключением водорода, все остальные элементы являются продуктом звёздного нуклеосинтеза. Весь Космос – звёзды, планеты, яблоки, люди, собаки, автомобили, ваша зубная щётка и даже молоко, которое вы пьёте, состоят из одного и того же вещества. Отличие одних форм от других заключается в разной организации этого вещества. Саган пишет: “Однако сущность жизни заключена не столько в самих атомах и простых молекулах, из которых мы состоим, сколько в способе их взаиморасположения. Время от времени читаешь, что вещества, составляющие человеческое тело, стоят то ли 97 центов, то ли 10 долларов. Такая низкая стоимость наших тел нагоняет уныние. Но эти цены высчитаны для человеческого тела, разложенного на простейшие компоненты. В основном мы состоим из воды, которая не стоит почти ничего; углерод можно оценить по стоимости угля; кальций наших костей – по цене мела; азот, входящий в состав белков, – по цене воздуха (тоже недорого); железо в нашей крови – по цене ржавых гвоздей. Если не знать ничего больше, то можно попробовать свалить все составляющие нас атомы в один большой котел и начать помешивать. Заниматься этим можно сколь угодно долго. Но в конце концов мы получим все ту же смесь атомов. А с чего бы там возникло что-то другое?”

Ключевую роль в появлении биосферы сыграло Солнечное излучение. А. Л. Чижевский, изучавший влияние Солнечных лучей на жизнь земных организмов[19], писал: “В настоящий момент научная мысль всё больше и больше склоняется к признанию той исключительно большой роли в жизнедеятельности биосферы, которую играют радиации Солнца. Эти радиации обусловливают собою большинство проявлений жизнедеятельности биосферы как в целом, так и в деталях. Они активируют живые организмы и подобно скульптору придают им и внешние формы, и формы их влияния вовне. С этой точки зрения живые организмы могут быть рассматриваемы как трансформаторы, переводящие солнечные излучения в тот или иной вид земной энергии: механическую, тепловую, электрическую и т. д.” (“Земное эхо солнечных бурь”).

Солнечное излучение – основной источник энергии на Земле, оно способствовало зарождению жизни и ныне поддерживает её – свет необходим для начальных стадий фотосинтеза. Фотосинтез – это процесс образования органических веществ из углекислого газа и воды на свету при участии фотосинтетических пигментов. В современной физиологии растений под фотосинтезом чаще понимается фотоавтотрофная функция – совокупность процессов поглощения, превращения и использования энергии квантов света в различных эндэргонических реакциях, в том числе превращения углекислого газа в органические вещества. Фотосинтез является основным источником биологической энергии, фотосинтезирующие автотрофы используют её для синтеза органических веществ из неорганических, гетеротрофы существуют за счёт энергии, запасённой автотрофами в виде химических связей, высвобождая её в процессах дыхания и брожения. Энергия, получаемая человечеством при сжигании ископаемого топлива (уголь, нефть, природный газ, торф), также является запасённой в процессе фотосинтеза. Фотосинтез является главным входом неорганического углерода в биологический цикл. Весь свободный кислород атмосферы – биогенного происхождения и является побочным продуктом фотосинтеза. Формирование окислительной атмосферы полностью изменило состояние земной поверхности, сделало возможным появление дыхания, а в дальнейшем, после образования защитного озонового слоя, позволило органической жизни выйти из морей и существовать на суше. Антропогенез стал частью и очередным этапом эволюции органической жизни. Таким образом, по словам Хоккинга: “Земля – это каменная планета, поглощающая Солнечное излучение и превращающая его в пищу для жизни”. По словам Сагана: “…жизнь на Земле существует почти исключительно благодаря солнечному свету. Растения собирают фотоны и трансформируют солнечную энергию в химическую. Животные паразитируют на растениях. Сельское хозяйство – это просто методичный сбор урожая солнечного света при вынужденном посредничестве растений. Энергия Солнца питает нас, почти всех” (“Космос: Эволюция Вселенной, жизни и цивилизации”).

Учение о биосфере, как об оболочке Земли, населённой живыми организмами, разработал В. И. Вернадский. Он распространил понятие биосферы не только на организмы, но и на среду их обитания. В. И. Вернадский выявил геологическую роль живых организмов и показал, что их деятельность представляет собой важнейший фактор преобразования минеральных оболочек планеты. Он писал: “На земной поверхности нет химической силы более постоянно действующей, а поэтому более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом”. Более правильно, поэтому, определять биосферу как оболочку Земли, которая населена и преобразуется живыми существами. Таким образом, биосфера – это живые организмы и среда их непосредственного обитания. Живые организмы являются частью биосферы, она их породила, так же как они породили её в результате своей деятельности. Можно считать, что биосфера является продолжением живых организмов за пределы их тел, и это продолжение имеет некоторые естественные границы, за которыми организмы существовать не могут, эти границы являются границами биосферы.

Человек является частью биосферы Земли, это значит, что он является плодом союза Земли и Солнца, результатом синтеза вещества Земли, солнечного излучения и принципа творения. Земля и Солнце являются частью Космоса – самой большой целостности из всех нам известных. Земля и Солнце появились в результате эволюции Космоса, они результат синтеза сил гравитации и вещества, ядерного взаимодействия и принципа творения сущего. Поэтому человек также является частью Космоса, а Космос является средой обитания человека, но в качестве таковой он является средой, в которой человек обитает посредством обитания в биосфере Земли. Здесь следует различить Космос и космос. Космос с большой буквы – это всё сущее, космос с маленькой буквы – это открытое, внеземное пространство в самом прямом значении этого слова, в этом пространстве существуют наше Солнце, Земля, галактика и все другие космические объекты. В открытом космосе без воздуха, земной силы гравитации и защитных оболочек, защищающих тело человека от вакуума и космических лучей, человек жить не может.

Являясь частью биосферы Земли, человек не может жить вне биосферы, как не может длительное время жить без земного тяготения. Человек встроен в биосферу, его тело чувствует все её колебаниях и участвует во всех её вибрациях, реагирует на мельчайшие изменения температуры, давления и газового состава. А. Л. Чижевский так описывал связь между человеком и биосферой: “…физические и химические процессы, происходящие в окружающей среде, вызывают соответствующие изменения в физико-химических, физиологических отправлениях живого организма, отражаясь на его сердечно-сосудистой, его нервной деятельности, на его психике и, наконец, на его поведении. Так, колебания атмосферного давления, степень влажности воздуха, температура, количество солнечного света и т.д. вызывают колебания в состоянии многих функций нашего организма, нашего нервного тонуса, в той или иной степени и, в конце концов, отражаясь на нашем поведении” (“Земное эхо солнечных бурь”).

Человек, также, не может жить вне Земли. Длительное пребывание в невесомости приводит к необратимым патологическим последствиям для человеческого организма, у него происходит стремительное атрофирование мышц в результате того, что мускулатура фактически выключается из деятельности человека, в результате падают все физические характеристики организма. Кроме того, следствием резкого уменьшения активности мышечных тканей является сокращение потребления организмом кислорода, и из-за возникающего избытка гемоглобина может понизиться деятельность костного мозга, синтезирующего его. Также есть основания полагать, что ограничение подвижности нарушает фосфорный обмен в костях, что приводит к снижению их прочности. В кровеносной системе происходит уменьшение объёма циркулирующей крови, появляются трудности с перекачиванием крови в вертикальном положении.

Гибель биосферы неминуемо ведёт к гибели всех её обитателей, в том числе – человека. Неизбежной причиной гибели биосферы станет её продолжающийся нагрев[20]. Устойчивость биосферы Земли к нагреву не беспредельна, и она уже стоит на пороге катастрофы. Биосферная катастрофа – это мгновенное по геологическим меркам вымирание всех или большей части видов живых организмов населяющих планету вследствие резкого ухудшения условий необходимых для их существования. Изменение этих условий будет вызвано увеличением температуры поверхности Земли, нарушающим тепловой баланс Земли[21]. В настоящее время увеличение температуры на Земле имеет антропогенные и космические причины.

К антропогенным причинам относится деятельность человека. Будучи результатом синтеза Земли, Солнца и принципа творения, он наделён всеми качествами своих создателей. Человек не может остановиться в своём развитии, но его развитие связано с производством большого количества разнообразных вещей, в процессе которого происходит выработка энергии, часть которой рассеивается в качестве тепла в биосфере Земли и нагревает её. Также небольшое увеличение антропогенных выбросов в атмосферу углекислого газа уже в ближайшие несколько лет может привести к значительному усилению парникового эффекта[22], в результате которого может значительно повыситься средняя температура поверхности Земли. Рост температуры вызовет выделение части углекислоты из близких к поверхности карбонатных пород, что усилит парниковый эффект, обусловив дальнейший нагрев Земли. Нагреваемые карбонаты будут выделять всё больше углекислого газа и парниковый эффект войдет в разнос.

Парниковый эффект – это повышение температуры нижних слоёв атмосферы планеты по сравнению с эффективной температурой, то есть температурой теплового излучения планеты, наблюдаемого из космоса. Механизм парникового эффекта заключается в различной прозрачности атмосферы Земли в видимом и инфракрасном диапазоне. Солнечный свет легко проходит сквозь атмосферу и нагревает поверхность Земли, а вот возникшее при этом инфракрасное излучение уже не может так легко пройти сквозь атмосферу обратно в космос. Энергия солнечного света, попавшая на Землю, оказывается в ловушке. Нечто подобное можно наблюдать в парнике или в салоне автомобиля. Солнечный свет нагревает воздух внутри, а стекло не даёт избыточному теплу выйти наружу. Парниковый эффект атмосферы обусловлен наличием в ней так называемых “парниковых газов” – H2O, CO2 , CH4. Эти газы имеют в инфракрасном диапазоне бóльшую оптическую толщину, чем в видимом диапазоне. По этой причине они легко пропускают солнечный свет к поверхности Земли, но не выпускают его обратно. Вследствие такой непрозрачности атмосфера становится хорошим теплоизолятором. В оптимальном количестве парниковый эффект приносит планете только пользу. Если бы не он, на нашей планете не было бы жизни, так как средняя температура поверхности земного шара была бы значительно ниже, чем сейчас (примерно минус 100С). Но при повышении концентрации парниковых газов увеличивается непроницаемость атмосферы для инфракрасных лучей, поэтому повышается температура Земли. Именно это и приводит к вредному изменению климата – тают ледники, изменяется уровень моря, что ведёт к затоплению целых островов и прибрежной территории, возникает угроза для экосистем, биоразнообразия и здоровья человека. По мнению экологов, при существующем уровне производства, полностью предотвратить прогнозируемые изменения климата человечеству вряд ли удастся. Один из способов смягчить климатические изменения – повысить эффективность потребления энергии и снизить выбросы парниковых газов. В крайнем случае, если человечество не изобретёт эффективных энергосберегающих технологий, оно может пойти на серьёзное уменьшение количества потребления, например, за счёт сокращения числа потребителей (до 1,5-0,5 миллиардов человек, не снижая современный уровень потребления), что приведёт к сокращению потребления и производства, и теплового загрязнения биосферы, поэтому, в принципе, антропогенные причины не кажутся нам столь серьёзными, как космические, ибо последние не поддаются регуляции силой человеческого разума и воли.

Рисунок 12. Парниковый эффект.

Космическими причинами, ведущими к биогенной катастрофе вследствие нагрева биосферы, являются происходящие одновременно рост температуры солнечного излучения вследствие эволюции нашего Солнца и увеличение длительности суток из-за замедления вращения Земли вокруг своей оси. Следствием Солнечной эволюции является линейный рост температуры Солнечного излучения на 1% каждые 110 миллионов лет, что приводит к непрерывному росту температуры поверхности Земли, а замедление вращения Земли вокруг своей оси увеличивает суточное время нагрева обращённой к Солнцу стороны Земли. По современным представлениям, мы не можем остановить или изменить ход Солнечной эволюции. Таким образом, гибель земной биосферы запрограммирована ходом эволюции Солнца. Эта по-настоящему космическая причина своей неумолимой неизбежностью перекрывает антропогенные причины наступающей биосферной катастрофы.

по материалам http://grani.agni-age.net/index.htm?article=6135&issue=61