Астрономия

Во всей Вселенной, независимо от того, куда и когда мы смотрим, мы видим бесконечное разнообразие структур, сформировавшихся на всех этапах космической эволюции. Среди огромного количества планет, звёзд, галактик, скоплений галактик и компонентов великой космической паутины нет двух одинаковых объектов, хотя многие их черты демонстрируют явные сходства. Лежащие в их основе фундаментальные законы, которым они подчиняются — от квантовых до космических — по-видимому, никогда не меняются. От нашего «космического заднего двора» до галактик, обнаруженных по всей Вселенной:

гравитация действует одинаково, атомы демонстрируют одни и те же квантовые переходы, а фундаментальные константы остаются неизменными

во всём пространстве и времени.

Но почему Вселенная устроена именно так? Есть ли что-то, что не позволяет разным областям иметь разные свойства, законы и константы? Или что-то, что не позволяет им меняться со временем? Почему природа подчиняется законам? Это относительно новое понятие, ведь большинство явлений, которые могли наблюдать наши предки, были макроскопическими — грозы, землетрясения, извержения вулканов — и казались совершенно капризными, прихотью богов. Сейчас мы понимаем, что все физические явления подчиняются нескольким простым уравнениям, без исключений, всегда… что весьма удивительно. Но почему?

Физика, хотя и отлично справляется с ответами на вопросы о том, «как» устроены вещи, совершенно бессильна в ответах на вопросы о цели, такие как «почему» вещи существуют. Тем не менее, с научной точки зрения мы можем сделать много значимых выводов. Вот лучшие утверждения, которые мы можем высказать по этому поводу.

Вероятно, если сейчас поставить перед инженером задачу создать устройство, которое бы могло регистрировать продолжительность солнечного сияния, в заданной точке на поверхности Земли, то результатом работы инженера, вероятно, станет устройство в котором микроконтроллер опрашивает датчик освещенности, а затем полученные результаты сохраняются на электронный носитель информации вместе с данными о времени наблюдения. В принципе даже из таких скудных данных можно получить не мало информации [1]. Однако еще не так давно по историческим меркам, задачу по определению суммарной величины солнечной радиации решали вообще без использования электроники. Для этого использовался остроумный метеорологический прибора – гелиорегистратора (еще иногда называемый гелиографом).

Недавняя публикация правительством США сотен ранее засекреченных случаев «неидентифицированных аномальных явлений», охватывающих период с 1940-х годов по настоящее время, а также новый фильм Стивена Спилберга «День раскрытия» (Disclosure Day), посвящённый внеземной жизни, подкрепили идею о том, что инопланетяне посещают Землю.

Действительно, опросы общественного мнения в Австралии, США и других странах показывают, что около трети населения верит в присутствие на Земле инопланетян.

Однако, хотя то, что мы знаем о Вселенной, позволяет предположить, что инопланетяне могут существовать, есть три веские причины, по которым они, вероятно, не посещают нас.

Мои постоянные читатели знают, что ранее я не раз затрагивал на Хабре тему скрытой массы и поиск гипотетических частиц или объектов, из которых может состоять тёмная материя. Базовый минимум о тёмной материи на русском языке изложен в отличной книге Йостейна Кристиансена «Невидимая Вселенная», вышедшей в 2022 году. Чаще всего рассматривается два основных варианта «скрытой массы»: либо предполагается, что она состоит из каких-то пока не известных частиц, не взаимодействующих с обычной материей, либо заключена в чёрных дырах. В первом случае речь может идти о материи из аксионов — об этих частицах на Хабре рассказывал уважаемый @BiktorSergeev в статье «Аксион: частица, которая может объяснить темную материю». Во втором случае скрытая масса может приходиться на пока не открытые микроскопические первичные чёрные дыры, рассеянные в пространстве и обладающие огромной гравитацией. Эту точку зрения популяризует уважаемый Валерий Исаковский @valisak в статье «Cага о первичных чёрных дырах: призрак Стивена Хокинга и генезис невидимой Вселенной». А я публиковал на Хабре переводную статью «Что если мы никогда не найдём тёмную материю?», в которой приводил инфографику в форме диаграммы Венна, демонстрирующую соотношение различных частиц-кандидатов на роль тёмной материи и таблицу с обзором их возможных свойств.

Есть и ещё одна относительно маргинальная теория о том, что сверхтяжёлая неучтённая материя может входить в состав CUDO – «компактных ультраплотных объектов», которые могут содержать химические элементы с атомным числом до 164 и находиться в глубине метеоритов и астероидов, под слоем обычной материи. Одним из самых известных подобных объектов в Солнечной системе может быть астероид Полигимния, о котором мы и поговорим под катом.    

Мы не знаем, существуют ли в реальности гипотетические первичные чёрные дыры (ПЧД). Теоретически они должны были образоваться в самой ранней Вселенной, когда законы физики были совсем другими. У них не было звёзд-предшественников, они возникли в результате прямого коллапса плотно спрессованной субатомной материи. Теоретики задаются вопросом, могут ли ПЧД быть тёмной материей или её компонентом.

Размеры этих гипотетических объектов остаются предметом споров, но, по некоторым оценкам, ПЧД находятся в диапазоне масс, сравнимых с астероидами, — они достаточно малы, чтобы их могли поглотить звёзды. Как это могло бы происходить и что произошло бы в результате со звёздами? Как это можно было бы обнаружить?

Новое исследование посвящено изучению этого вопроса. Оно озаглавлено «Жизнь и смерть звёзд, поглощающих первичные чёрные дыры» и доступно на сайте arxiv.org. Ведущим автором является Оре Готтлиб из факультета физики и Института астрофизики и космических исследований имени Кавли при Массачусетском технологическом институте (MIT).

В июле 2031 года японский аппарат Хаябуса-2# должен подойти вплотную к крохотному объекту между орбитами Земли и Марса. Официально он числится астероидом 1998 KY26. Неофициально — это, наверное, самый странный объект в Солнечной системе. Он настолько необычен, что к нему решили отправить межпланетный зонд. Огромный бюджет, сложная траектория, гравитационные манёвры у Земли — и всё ради кувыркающейся скалы размером с дачный участок? С чего такая честь? Да потому, что мы вообще не понимаем, что это такое. Физика говорит, что типичный рыхлый астероид такого размера и с такой скоростью вращения должен был давно разлететься на куски. В довершение ко всему, эта штука слишком ярко блестит для астероида и демонстрирует «негравитационное внеплоскостное ускорение» — вектор, который у астероидов не встречается. Дошло до того, что в этом году начали всерьёз рассуждать (впрочем, очень осторожно) о его возможном техногенном происхождении. В общем, причин посмотреть на него вблизи масса. Удивительно, но русскоязычных материалов об этой чертовщине нет, а его куцая страница вики сделана на отвяжись. Исправляю.

Чайник на плите горячий, но не светит. Солнце тоже горячее — и светит. Казалось бы, оба просто нагретые тела, а ведут себя по-разному.

В этой статье я отвечу на один из самых простых на первый взгляд вопросов: почему светит Солнце? Спойлер: «потому что оно горячее» — это не ответ, а место, где начинается самое интересное!

Я делаю пошаговую тактическую RPG с кооперативом про экипаж межзвёздного ковчега. Эта статья — о том, как реальная физика (гравитация, радиация, тепло, запас топлива) почти без моего участия задала облик этого корабля.

Я давно хотел сделать собственную игру. Но почти во всей космической фантастике — и в играх особенно — мне не нравилось одно и то же: корабли там нереальны. Гравитация из ниоткуда, развороты как в атмосфере, топливо, которого хватает на всё. В итоге я решил строить игру вокруг корабля, который мог бы существовать на самом деле — который соблюдает законы физики, а не делает вид, что их нет.

Ранее я публиковал на Хабре относительно успешную статью «Негостеприимные красные карлики. Об ультрафиолетовой зоне обитаемости». В ней я упоминал, почему поблизости от многочисленных звёзд спектрального класса М (красных карликов) маловероятно возникновение жизни земного типа (на основе нуклеиновых кислот), поскольку высокая и нерегулярная активность звезды в ультрафиолетовом спектре не оставляет окна для образования клеточных организмов. Сегодня вернёмся к этой теме и поговорим о некоторых интересных опытах, которые указывают на относительную благоприятность звёзд спектрального класса K (оранжевых карликов) для развития фотосинтеза и, соответственно, инопланетной флоры. Цвет подобной гипотетической растительности едва ли будет зелёным, но долговременное существование растительного покрова на скалистой планете близ оранжевого карлика кажется вполне реалистичной картиной. Давайте обсудим эти модели подробнее.

Рассуждения о пригодности экзопланет для жизни в основном касаются расстояния планеты от её звезды. Слишком близко — и вся вода на поверхности выкипает в космос. Слишком далеко — и вода на поверхности замерзает. Оба случая являются серьёзными ограничениями для перспектив наличия жизни. Пригодность для жизни зависит от того, находится ли экзопланета в «зоне обитаемости» — диапазоне расстояний вокруг звезды, где может существовать жидкая вода.

Но как обстоят дела в более широком контексте? Даже если экзопланета находится в зоне обитаемости своей звезды, другие факторы могут препятствовать обитаемости. Если солнечная система находится слишком близко к сверхмассивной чёрной дыре (СМЧД), которые, скорее всего, находятся в центре всех крупных галактик, то не будет иметь значения, насколько близко планета находится к своей звезде. Давящее воздействие СМЧД сделает обитаемость практически невозможной.

В новой статье, опубликованной в журнале «The Astrophysical Journal», исследуется влияние сверхмассивных чёрных дыр на пригодность экзопланет для жизни. Статья озаглавлена «Влияние сверхмассивных чёрных дыр на пригодность экзопланет для жизни. I. Обзор естественного диапазона масс», а её ведущий автор — Журдан Ваас. Ваас работает на кафедре аэрокосмических, физических и космических наук Флоридского технологического института.

Ранее в этом блоге я уже обращался к личности сэра Роджера Пенроуза (род. 1931), великого математика и космолога, также прославившегося исследованием апериодических мозаик и сознания. В 2020 году Пенроуз стал одним из самых возрастных лауреатов Нобелевской премии (по физике) с формулировкой «За открытие того, что образование чёрных дыр с необходимостью следует из общей теории относительности». Именно теоретическое изучение чёрных дыр (наряду с написанием очень хороших научно-популярных книг) является тем аспектом деятельности Пенроуза, который почти не затронут на Хабре — и именно на нём я остановлюсь.

Согласно модели Роя Керра, все чёрные дыры должны вращаться. Вращение — это источник энергии, и, согласно принципу, заложенному в основу механизма Пенроуза, данная энергия теоретически извлекаема из ближайших окрестностей горизонта событий, именуемых эргосферой.

У хамелеона два глаза работают порознь. Каждый управляется независимо, и ящерица ухитряется одновременно высматривать добычу одним глазом и следить за окрестностями другим. В природе эта способность встречается, хотя и редко, у некоторых рыб, раков, морских коньков. Но никто, кроме хамелеона, не умеет на лету переключаться между независимым режимом и бинокулярным зрением, когда нужно точно оценить расстояние до будущего обеда. Дальше эволюция не пошла, для выживания в природе большего не требовалось. А творения человека нуждами выживания не связаны. И в полупустыне Аризоны, недалеко от города Туксон, люди собрали зрячую машину, у которой таких независимых глаз не два, а пять тысяч.

Каждые двадцать минут под куполом обсерватории разыгрывается представление. Пять тысяч глаз, крохотных роботов, начинают двигаться в сложном танце, слаженно, не задевая друг друга, и каждый нацеливается на свою галактику. Танец длится 90 секунд, а потом всё затихает на двадцать минут. Каждый глаз пристально вглядывается в свою цель. Потом всё снова приходит в движение. И так всю ночь. Для чего?

За последние годы астрономы научились не просто находить новые миры за пределами Солнечной системы, но и разбираться в том, как они устроены и что собой представляют. Современные инструменты дают возможность фиксировать свет, прошедший через газовые оболочки планет или отраженный от них, и по спектральным линиям восстанавливать картину происходящего. Такие данные помогают понять, насколько разнообразными могут быть условия даже на газовых гигантах.

Телескоп «Джеймс Уэбб» заметно расширил эти возможности благодаря своей чувствительности в инфракрасном диапазоне. Ученые c его помощью изучили горячий газовый гигант WASP-121b, расположенный примерно в 850 световых годах от Земли. Результаты позволили не только изучить общую атмосферу, но и получить первую подробную карту распределения температуры, облачности и химических веществ по разным сторонам планеты. Давайте разберемся.

Вода при температуре ровно ноль градусов не знает, чем ей быть. Добавьте к ней крошечный импульс энергии, и она останется в жидком состоянии; отнимите столько же, и она превратится в лёд, а молекулы зафиксируются в идеальной повторяющейся решётке. Сам переломный момент, этот тонкий момент нерешительности, представляет собой особое состояние объекта. На протяжении десятилетий физики подозревали, что нечто подобное может произойти и с пространством-временем. Не с молекулами воды, а с самой структурой Вселенной, организующейся в кристаллическую структуру прямо на пороге превращения в чёрную дыру. Теперь, впервые, команда из Вены и Франкфурта записала точное математическое описание того, как выглядит этот объект, используя не более чем бумагу и карандаш.

Результат, опубликованный в Physical Review Letters, решает задачу, которая оставалась открытой с 1993 года. Он также раскрывает нечто действительно странное о том, как могут образовываться чёрные дыры, и даёт намёк на то, как могла выглядеть самая ранняя Вселенная.

История начинается с физика по имени Мэтью Чоптуик, который в 1993 году проводил компьютерное моделирование коллапса материи. Он обнаружил, что если настроить энергию падающей оболочки частиц на критический порог — границу между «коллапсом в чёрную дыру» и «безопасным рассеиванием» — то получившееся пространство-время не просто остаётся в покое. Оно пульсирует. Оно колеблется с точным повторяющимся ритмом, с дискретной самоподобностью, как будто само пространство-время представляет собой кристалл с регулярной решётчатой структурой. Физики назвали это состояние критическим коллапсом и почти сразу поняли, что оно имеет признаки фазового перехода, что-то вроде момента, когда вода превращается в лёд. Аналогия была убедительной; математика, как оказалось, была чрезвычайно сложной.

Более пяти десятилетий назад астроном Фрэнк Дрейк использовал одну из крупнейших на Земле радиоантенн, чтобы отправить в космос закодированное сообщение, надеясь, что однажды оно достигнет глаз, ушей или других непостижимых органов чувств разумных инопланетян. Бесшумно прорезая Млечный Путь со скоростью света, ставшее теперь знаменитым сообщение Аресибо пролетело уже около 50 световых лет от Земли — это примерно в 10 раз больше расстояния до ближайшей звезды, Проксимы Центавра, но составляет лишь одну пятисотую часть пути до его предполагаемого пункта назначения в созвездии Геркулеса.

Поиск внеземного разума (SETI) — это игра в ожидание, но для радиоастронома Эммы Чепмен, астрофизика из Ноттингемского университета, вопрос о том, удастся ли человечеству когда-нибудь установить контакт с внеземной жизнью, звучит не как «удастся ли», а как «когда». Вселенная слишком обширна и богата планетами, чтобы человечество было единственной разновидностью жизни в ней, пишет Чепмен в своей новой книге «The Echoing Universe: How Radio Astronomy Helps Us See the Invisible Cosmos» (Basic Books, 2026). И когда мы действительно услышим наших гипотетических инопланетных соседей, радиоастрономы будут первыми, кто об этом узнает.

В 2006 году Международный астрономический союз (МАС) — глобальный руководящий орган, курирующий многие официальные астрономические инициативы, включая присвоение названий и классификацию, — предпринял шаг, которого никогда раньше не предпринималось: он официально дал определение термину «планета». Этот спорный шаг, предпринятый при участии лишь небольшой части членов и, что примечательно, без вклада многих ведущих планетологов и астрономов-планетологов, установил три критерия для определения того, что является «планетой», а что — нет.

Объект должен вращаться вокруг Солнца, а не вокруг какого-либо другого тела.

Объект должен быть достаточно массивным, чтобы достичь гидростатического равновесия: то есть его форма определяется в основном силой тяжести и вращением.

Он должен очистить свою орбиту, не оставляя на ней значительного количества остаточного первичного материала, образовавшегося при формировании Солнечной системы.

С одной стороны, есть много веских причин одобрять и поддерживать это определение, поскольку оно проводит чёткое различие между восемью объектами — крупными планетами, — которые достигают статуса планет в нашей Солнечной системе, и всеми остальными. Однако существует множество чрезвычайно интересных объектов, которые:

находятся в гидростатическом равновесии,

являются карликовыми планетами,

являются спутниками других планет или других карликовых планет,

существуют в поясе астероидов, поясе Койпера или облаке Оорта,

или находятся полностью за пределами Солнечной системы,

и при этом находятся далеко за пределами орбит наших восьми классических планет. Многие планетологи в профессиональной литературе часто используют термин «планета» для обозначения всех этих объектов: как в совокупности, так и по отдельности. И вот научные аргументы, появившиеся спустя 20 лет после принятия первоначального определения МАС, в пользу признания Плутона (и целого ряда других небесных тел) планетами: на этот раз в официальном смысле.

На протяжении десятилетий астрономы, глядя в такие телескопы, как «Хаббл», пытались заглянуть в древнюю эпоху, когда зажглось первое поколение звёзд во Вселенной. Но маленькие галактики, которые были строительными блоками известного нам сегодня космоса, слишком тусклые, чтобы их можно было заметить даже с помощью самых мощных инструментов. Теперь, похоже, у астрономов наконец-то появилось два преимущества: космический телескоп «Уэбб» и немного удачи.

В недавней статье, опубликованной в журнале Nature, группа учёных под руководством Кимихико Накадзимы, астронома из Университета Канадзава (Япония), использовала космический телескоп «Уэбб» для наблюдения за сверхслабой галактикой под названием LAP1-B, существовавшей примерно через 800 миллионов лет после Большого взрыва. Это самая химически примитивная галактика из всех, что мы когда-либо видели.

Странные образования на поверхности Венеры — так называемые короны — вероятно, являются ключом к пониманию до сих пор непостижимого внутреннего строения нашей планеты-близнеца. Используя данные космического аппарата НАСА «Магеллан», полученные несколько десятилетий назад, Анна Гульчер, учёный-геофизик из Фрайбургского университета в Германии, создала инновационные новые 3D-модели крупнейших корон, чтобы лучше понять загадочную геодинамику Венеры.

Команда использовала данные с радиолокационных датчиков космического аппарата «Магеллан», который официально прекратил функционировать в 1994 году, чтобы более внимательно изучить окружающую топографию корон и их гравитационные сигнатуры.

Короны демонстрируют необычайное разнообразие по размеру, морфологии, топографии, гравитационным характеристикам и тектоническим условиям, что указывает на то, что они не являются результатом единого механизма формирования, а отражают спектр динамических процессов, пишут Гульчер и её коллеги в статье, представленной на Генеральной ассамблее Европейского союза геонаук 2026 года (EGU26) в Вене.

В обновлённой базе данных насчитывается 741 корона, расположенных по всей поверхности Венеры.

Нелегок труд палеонтологов. Чтобы заглянуть в прошлое, им надо вгрызаться в скальный грунт, ковыряться в грязи оттаявшей мерзлоты, сметать пыль с окаменелостей и по крупицам реконструировать облик давно вымерших существ. Астрономам в этом смысле повезло гораздо больше. Благодаря конечной скорости света, прошлое Вселенной транслируется нам в прямом эфире. Нужно лишь взять телескоп или радиотелескоп, который помощнее, и навести его на пустой участок неба между яркими звездами нашей галактики. Там, в глубинах Вселенной, откуда до нас долетают считанные кванты, мирный космос наших дней заканчивается. Та, едва заметная в любительский телескоп, блестка тринадцатой звёздной величины в созвездии Девы, 3C 273, излучает больше энергии, чем четыре триллиона Солнц, или сто галактик, таких как Млечный Путь, вместе взятых. И это только наугад выбранный монстр. Их много, больше миллиона на нашем небе, хотя ни один из них не виден невооруженным глазом.

Мы называем их квазарами — чудовищными исполинами, чьи аппетиты формировали целые галактики. Мы вычисляем массу их аккреционных дисков и скорость релятивистских джетов, изучаем их спектры и диаграммы их светимости, и даже используем их координаты как опорные точки для GPS и ГЛОНАСС. Но всё, что мы видим сегодня — лишь призраки. Все квазары давно мертвы.

Квазары процветали во время так называемого Космического Полудня, когда Вселенная буквально захлебывалась от бьющей через край энергии. Мы же — дети Космических Сумерек. Мы появились именно тогда, когда должны были появиться: когда жар Полудня, яростный, огненный, непригодный для любой биохимии, спал, а полог Ночи, когда гаснут последние звёзды, ещё не опустился. Это условие нашего существования, а не случайность. Под космическим полуденным небом белковая жизнь невозможна. В ночном холоде и мраке — тоже. Нас породили именно Сумерки.

Эта статья — ода реликтовым монстрам, чей свет летел к нам миллиарды лет. И ещё она о великой иронии: звёзды Космического Полудня подарили каждый второй атом в нашем теле тяжелее водорода, но наша с вами жизнь стала возможной только потому, что Полдень завершился и космос окутала прохладная полутьма.

Астрономы уже много лет пытаются заглянуть в эпоху, когда после Большого взрыва во Вселенной начали появляться первые галактики. Эти системы были небольшими, содержали совсем мало тяжелых элементов и светили гораздо слабее современных звездных скоплений. За миллиарды лет их свет сильно ослаб и сместился в инфракрасную область спектра, поэтому обнаружить такие объекты долгое время было крайне сложно. Даже самые совершенные телескопы не позволяли рассмотреть их достаточно подробно, и важная информация терялась на фоне слабого космического излучения.

Космический телескоп Джеймса Уэбба кардинально изменил положение дел, открыв настоящее окно в ту далекую эпоху. Особенно когда сама природа подкидывает эффект гравитационного линзирования, который собирает и усиливает слабые лучи от объектов, расположенных далеко за массивными скоплениями. Благодаря такому природному увеличителю удалось разглядеть одну из самых примитивных галактик по имени LAP1-B, возникшую всего через 800 миллионов лет после рождения Вселенной, и получить уникальные данные.