Что известно о космосе. Как он пахнет и есть ли жизнь за пределами Земли
. Какие открытия перевернули наше представление о Вселенной
В астрономическом и астрофизическом поле только за последнюю декаду произошло немало грандиозных прорывов — от пролета мимо Плутона до фотографии черной дыры в галактике M87. РБК Life рассказывает, что на данный момент ученым известно о Вселенной и Солнечной системе.
Безмолвие и холод пустоты
Начнем с базовых знаний. Слоган «В космосе никто не услышит твой крик» легендарного фильма Ридли Скотта «Чужой» в 1979 году сигнализировал посетителю кинотеатра, что будет как минимум страшно. Однако это не просто предупреждение, создающее предвкушение леденящего зрелища, а факт. В космосе нет звука, поскольку нет воздуха — среды, необходимой для распространения звуковых волн. Поэтому любые космические баталии, будь они возможны, как в кино, проходили бы в полной тишине — не так эффектно, как можно представить.
Кроме того, космическая температура совершенно неблагоприятна для человека без защитной экипировки: абсолютный ноль (-273,15 °C) — это температура вакуума в открытом космосе. Но это вовсе не значит, что все космические объекты «висят» в ледяной пустоте: излучение звезд и горячих газовых гигантов обязательно их нагревает (именно поэтому обращенная к Солнцу сторона МКС раскаляется до +260 °С). Максимальные минусовые температуры космоса можно встретить в отдаленных и самых темных его уголках. Например, в туманности Бумеранг такой есть: там зафиксирована температура -272 °С.
К слову, благодаря этому самому излучению космос пахнет: астронавты и космонавты сообщали, что чувствовали запах жженого металла, как при сварке, пороховой гари и даже подгоревшего миндального печенья. Впрочем, во многом это зависело от окружающих материалов — обшивки космической станции или различных инструментов, раскаленных на Солнце и подверженных процессу окисления (в безвоздушном пространстве это почти что горение, но без дыма). Кроме этого, в космосе полно других запахов: молекулярные облака, туманности, в которых происходит рождение новых звезд, а также планеты и их спутники обладают самыми разными ароматами — от сероводорода и нафталина до этилового спирта.
Путешествия по Вселенной
В настоящее время за пределами Земли находятся десять человек. Для людей космос — недружелюбное место, и пока не изобретено удобной, безопасной в долгосрочной перспективе и экономически доступной системы, которая позволила бы его «бороздить». Скафандры все еще громоздкие, устаревшие и порой протекают (в шлеме астронавта Матиаса Маурера в 2022 году оказалась вода прямо во время выхода в открытый космос). Только в 2024-м НАСА получит новые скафандры от Collins Aerospace — заказ на $97,2 млн поступил компании в декабре прошлого года.
Что касается космических кораблей, ничего, близко подобного «Энтерпрайзу» из «Звездного пути», в ближайшие 50 и, возможно, 100 лет люди не построят: слишком дорого и ресурсозатратно. Но амбициозные проекты все же появляются: ракеты вроде Starship от SpaceX Илона Маска и Space Launch System (SLS) с космическим кораблем «Орион» от НАСА, запущенный в рамках новой лунной миссии «Артемида» в ноябре 2022 года. На строительство и испытание таких ракет выделяют огромные бюджеты (например, сумма контракта НАСА со SpaceX составила $2,89 млрд, а полноценное возвращение людей на Луну с высадками и работой на поверхности может стоить $93 млрд).
Жизни на Марсе нет
В том представлении, которое лелеяли писатели-фантасты. Исследования Марса специальными аппаратами начались в 1960-х: СССР, США и Европа запускали к нему межпланетные станции и корабли с марсоходами в поисках свидетельств существования грандиозной марсианской цивилизации, которая, возможно, породила и человеческую. Но экзистенциальная природа надежд на обретение «создателя» на соседней Красной планете разбилась о сухие научные факты. Марсианские «каналы», которые разглядел еще в 1877 году итальянский астроном Джованни Скиапарелли, оказались не искусственными сооружениями, а оптической иллюзией. «Марсианский сфинкс», или «Лицо на Марсе», — холм, снятый станцией «Викинг-1» в 1976 году, — не выдержал более качественного фотографирования и рассеялся в 2001-м, когда над ним пролетела станция Mars Global Surveyor с камерой.
Этот снимок поверхности Марса, полученный в 2000 году орбитальным аппаратом Mars Global Surveyor , дал исследователям основания полагать, что планета могла быть покрыта водой в ранний период своего существования. Позднее эти основания подтвердились
Зато что точно есть на Марсе, так это пылевые бури, которые периодически окутывают планету целиком (вместе с роверами на ее поверхности, мешая им заряжать солнечные батареи и исправно работать). Штормы на Марсе тем не менее, несравнимы по силе с земными: они не перевернут тяжелый марсоход и не свалят с ног незадачливого астронавта (как в фильме «Марсианин» Ридли Скотта).
Планета на порядок легче Земли, лишенная магнитного поля и постоянно теряющая атмосферу из-за мощного солнечного ветра, все еще первая в списке на колонизацию у космических энтузиастов. Условия на ней крайне враждебны для человека: средняя температура -63 °С, атмосфера на 95% состоит из углекислого газа, почва требует тщательной подготовки для выращивания растений, но этот «запасной аэродром» все же возможен, пусть и теоретически. Если человек когда-нибудь высадится на Марсе со всеми инструментами для долгосрочного пребывания, спасаться от радиации, вероятнее всего, он будет в марсианских пещерах, глубину которых ученые оценивают в десятки метров.
Ткань Вселенной «волнуется»
В 1916 году физик-теоретик Альберт Эйнштейн сформулировал общую теорию относительности (ОТО), в которой предсказал существование гравитационных волн, испускаемых столкновениями очень тяжелых объектов в галактиках. Ровно через столетие американский детектор LIGO (Laser Interferometric Gravitational-wave Observatory) уловил сигнал от слияния двух черных дыр массами 36 и 29 солнечных масс, пришедший с расстояния 1,3 млрд световых лет. С помощью европейского детектора Virgo в дальнейшем были зафиксированы волны в созвездии Гидры, что в 130 млн световых лет от Земли: там столкнулись две нейтронные звезды 1,1 и 1,16 массы Солнца. Уже в 2019-м детекторы засекли 39 подобных событий, а в 2020-м — столкновение черных дыр на расстоянии 2,4 млрд лет от нас.
18 апреля 2020 года американский детектор LIGO и европейский Virgo объявили об открытии гравитационных волн от слияния черных дыр. Событие получило обозначение GW190412
Для астрофизики эти доказательства имеют фундаментальное значение, это еще один шаг на пути к исследованию возникновения Вселенной, шанс проверить некоторые теории и уточнить модель космологии. В практическом смысле знания о гравитационных волнах пока никак не применимы (их пытались приспособить для дальней беспроводной связи, но тщетно). Однако открытие позволило астрофизикам убедиться, что математические модели черных дыр не обманывали: эти объекты реальны.
Фотографии черных дыр
До того как в 2019-м году проект Event Horizon Telescope получил первую в истории фотографию силуэта черной дыры, эти объекты существовали только в математических формулах и в представлении художников (к слову, в фильме «Интерстеллар» Кристофера Нолана благодаря консультации астрофизика Кипа Торна визуализировали максимально близкую к реальности модель такого объекта — так получилась впечатляющая черная дыра «Гаргантюа», в которую упал астронавт Купер и обнаружил в ней книжный шкаф).
Черная дыра в центре галактики M87, очерченная излучением раскаленного газа, который, вращаясь вокруг нее, образует кольцо. 10 апреля 2019 года
В самом центре эллиптической галактики M87 на расстоянии 53,5 млн световых лет нашлась примерно такая: искали ее, объединив усилия по всему миру, более 200 ученых свыше 20 лет. Масса объекта превышала солнечную в 6,5 млрд раз, наблюдали его в 2017 году, но данные обрабатывали еще два года, чтобы получить в итоге изображение «тени» черной дыры — огненного кольца, окружающего чернеющую пустоту в центре, которая обладает такой чудовищной гравитацией, что ни один фотон не может ее покинуть.
В 2022 году миру явили вторую грандиозную фотографию — черной дыры Стрелец А* в центре нашей галактики, Млечного Пути. Ее масса — 4,3 млн солнечных масс, и ученым удалось разглядеть Стрельца А* за множеством звезд и пылевых облаков, из которых состоят галактические рукава.
Млечный Путь необъятен
По крайней мере для имеющихся у человечества технологий на данный момент. Протяженность нашей галактики — 100 тыс. световых лет, Солнце преодолевает вращение вокруг ее центра за 225–250 млн лет (то есть в последний раз, когда наша система находилась на противоположном краю галактического диска, по Земле гуляли динозавры). В ней содержится до 400 млрд звезд и по меньшей мере столько же планет. В настоящее время с помощью космических телескопов «Кеплер» и TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) открыто свыше 5 тыс. экзопланет, некоторые находятся в звездных системах, обладающих условиями для зарождения жизни. Например, система Trappist-1 в созвездии Водолея с землеподобными планетами или Kepler 422 в созвездии Лиры.
Солнечная же система расположена в радиусе около 27 тыс. световых лет от центра Галактики, на внутреннем краю рукава Ориона, в отдалении от активного звездообразования, благодаря чему у земной жизни в распоряжении оказалось достаточно относительно спокойного времени для развития.
Чтобы оценить, насколько масштабны расстояния в галактике (и во Вселенной), достаточно того факта, что радиосигналы, испускаемые Землей в открытый космос больше столетия, разлетелись на «жалкие» 200 световых лет, а космический аппарат Voyager-1 за время путешествия, начавшегося в 1977 году со скоростью 61,2 тыс. км/ч, покинул Солнечную систему только в августе 2012 года, но все еще находится в пределах гелиосферы и сможет окончательно «вылететь» из нее через сотни тысяч лет.
Вода и воздух в Солнечной системе
Есть не только на Земле. Подледные океаны на спутниках Юпитера манят ученых: вот бы доставить к ним космический аппарат с мощной буровой установкой и запустить исследовательский зонд прямо в пучины. Европейское космическое агентство вовсю готовит к запуску в апреле 2023 года миссию JUICE (Jupiter Icy Moons Exprorer) по исследованию ледяных спутников Юпитера — Европы, Каллисто и Ганимеда. Станция будет летать по их орбитам и собирать данные. О приземлении речи пока не идет, но надежда есть — фантазии всегда так или иначе приближали наступление прогресса.
Не менее привлекателен для ученых и спутник Сатурна Титан. Он укутан плотными азотными облаками, которые плывут над метановыми и этановыми озерами и выпадают дождями. И хотя температура там очень низкая (до -180 °C), а гравитация в семь раз меньше земной (что опасно для мышц и костей), отправить туда хотя бы роботизированные механизмы человечество может. Зонд Huygens уже высаживался на поверхности Титана в 2005 году и передал Земле ценные данные о спутнике (в том числе записал, как гудит ветер на Титане).
JUICE, исследовательский аппарат Европейского космического агентства. В ходе миссии он будет наблюдать за Юпитером и его тремя спутниками — Ганимедом, Каллисто и Европой, на которых, как ученые предполагают, возможны формы жизни
Еще один спутник Сатурна, Энцелад, тоже обладает секретом: под ледяной коркой поверхности находится соленый океан, который согревается внутренним теплом в недрах и приливным тепловыделением и существует около 1 млрд лет — достаточно для зарождения жизни. Океан «выдал» себя через гейзеры, которые планета испускает далеко в космос: в молекулах выброшенной воды аппарат Cassini обнаружил свидетельство гидротермальной активности, необходимой для возникновения живых организмов (по крайней мере на Земле именно гидротермальные отверстия на дне океанов, где магма взаимодействовала с соленой водой, дали толчок для создания сложного химического состава, считают ученые).
Достоверно неизвестно, есть ли на Энцеладе жизнь, но Американское космическое агентство уже сообщило, что располагает инструментом для будущих исследований этого вопроса. Это устройство Ocean Worlds Life Surveyor (OWLS), которое может собирать образцы воды во время полета через гейзерные шлейфы на спутнике Сатурна.
