Космос направду дивовижний. Там домінують невидимі електромагнітні сили та незвичні для нас типи матерії. Що ще може відбуватися у Всесвіті? Розповідаємо про 5 неймовірних явищ, які можливі лише у космосі.
Плазма
На Землі речовина зазвичай перебуває в одному з трьох станів: твердому, рідкому чи газоподібному. Але у космосі 99,9% звичайної речовини — плазма. Ця субстанція, що складається з вільних іонів і електронів, перебуває у надзарядженому стані, який утворюється, коли речовина нагрівається до екстремальних температур або під дією сильного електричного струму.
Ми рідко взаємодіємо з плазмою, але бачимо її постійно. Усі зорі на нічному небі, включаючи Сонце, здебільшого утворені з плазми. Іноді вона з’являється і на Землі у вигляді блискавок і неонових спалахів.
У порівнянні з газом, окремі частинки якого хаотично рухаються, плазма може діяти колективно — як команда. Вона проводить електрику та зазнає впливу електромагнітних полів (які, у свою чергу, знаходяться під дією тієї самої сили, що утримує магніти на вашому холодильнику). Ці поля можуть контролювати рух заряджених частинок у плазмі та створювати хвилі, які прискорюють частинки до величезних швидкостей.
Космос наповнений такими невидимими магнітними полями, які формують шляхи плазми. Магнітне поле навколо Землі, завдяки якому компас вказує на північ, спрямовує плазму через космос навколо нашої планети. Через магнітні поля на Сонці виникають спалахи та виверження плазми, відомі як сонячний вітер. Він здатен спровокувати такі енергетичні процеси, як полярні сяйва та космічна погода, котрі за певних умов можуть пошкодити супутники та телекомунікації.
Екстремальні температури
На Землі, від Сибіру до Сахари, спостерігається широкий діапазон температур. Температурні рекорди сягають від +57°C до -89°C. Але те, що ми вважаємо екстремальним на Землі, є середнім показником у космосі. На планетах без атмосфери денна і нічна температура різко коливається. Наприклад, на Меркурії вдень буває близько +449°C, а нічна температура знижується до -171°C. Деякі космічні апарати відчувають на собі коливання до 33°C між освітленою сонцем і тінистою стороною. NASA Parker Solar Probe у точці максимального наближення до Сонця зіткнувся з різницею у понад 2000 градусів.
Супутники та інструменти, які NASA надсилає в космос, розроблені таким чином, щоб протистояти цим екстремам. NASA Solar Dynamics Observatory більшість часу перебуває під прямими сонячними променями, але кілька разів на рік її орбіта переходить у тінь Землі. У цей період, також відомий як затемнення, температура сонячних панелей обсерваторії, звернених до сонця, падає на 158°C. Однак бортові обігрівачі вмикаються, щоб забезпечити безпеку електроніки та інструментів, не дозволяючи температурі знижатися більш ніж на пів градуса.
Скафандри створені так, щоб витримувати від -157°C до 121°C. Білий колір дозволяє відбивати світло під час перебування на сонці, а всередині розміщені обігрівачі, щоб астронавти могли зігрітися в темряві. Окрім того, скафандри забезпечують стабільний тиск і кисень, а також протистоять пошкодженню від мікрометеоритів і ультрафіолетового сонячного випромінювання.
Космічна алхімія
У ядрі Сонця водень перетворюється на гелій. Процес, під час якого атоми з’єднуються під величезним тиском і температурою, а також утворюються нові елементи, називається синтезом.
Коли Всесвіт лише зародився, він складався переважно з водню та гелію і кількох інших легких елементів. Відтоді синтез у зорях і наднових сприяв появі у космосі понад 80 інших елементів — завдяки деяким з них зародилося життя на Землі. Зорі — це чудові термоядерні машини. Кожну секунду Сонце розплавляє близько 600 мільйонів метричних тонн водню, це в 102 рази більше маси Великої піраміди Гізи.
Окрім створення нових елементів, синтез вивільняє величезну кількість енергії та частинок світла, які називаються фотонами. Їм потрібно майже 250 000 років, щоб піднятися на 700 000 км від сонячного ядра та досягти видимої поверхні Сонця. Після цього світлу необхідно лише вісім хвилин, щоб подолати 150 млн км і дістатися Землі.
Ділення — протилежна ядерна реакція, яка розщеплює важкі елементи на дрібніші, була вперше продемонстрована в лабораторіях у 1930-х роках і сьогодні використовується на атомних електростанціях. Енергія, що виділяється під час ділення, може спричинити катаклізм. Однак для даної кількості маси, утворюється в кілька разів менше енергії, ніж під час синтезу.
Наразі вчені ще не з’ясували, як керувати плазмою, щоб виробляти енергію у результаті термоядерних реакцій.
Магнітні вибухи
Щодня у космосі, навколо Землі, відбуваються гігантські вибухи. Коли сонячний вітер тисне на магнітосферу (магнітне середовище, яке оточує і захищає нашу планету), магнітні поля Землі та Сонця починають конфліктувати. Згодом лінії магнітного поля вирівнюються, відкидаючи заряджені частинки. Ця подія відома як магнітне перемикання. Хоча ми не можемо побачити його неозброєним оком, ми можемо спостерігати наслідки. Іноді деякі з заряджених частинок виливаються у верхні шари атмосфери Землі, викликаючи полярні сяйва.
Магнітне перемикання відбувається по всьому Всесвіту, де є закручені магнітні поля. Місії NASA, наприклад, Magnetosphereic Multiscale, вимірюють такі перемикання навколо Землі, що має допомагати вченим зрозуміти, як перемикання відбувається у спалахах на Сонці, інших зорях та в областях навколо чорних дір.
Надзвукові удари
На Землі можна передати енергію, просто штовхнувши щось. А в космічному просторі частинки можуть передавати енергію, навіть не торкаючись одна одної. Передача відбувається в невидимих структурах, відомих як ударні хвилі.
В ударних хвилях енергія передається через плазмові хвилі, електричні та магнітні поля. Частинки нагадують зграю птахів. Якщо попутний вітер піднімає і штовхає їх, вони летять швидше. Частинки поводяться приблизно так само, коли раптово зіштовхуються з магнітним полем.
Ударні хвилі можуть утворюватися, коли речі рухаються з надзвуковою швидкістю. Якщо надзвуковий потік зустрічається з нерухомим об’єктом, він утворює так звану головну ударну хвилю. Ці хвилі також утворюються, коли сонячний вітер врізається у магнітне поле Землі.
Хвилі можуть відбуватися будь-де у космосі, наприклад, навколо активних наднових зірок, які викидають хмари плазми. У рідкісних випадках на Землі можуть тимчасово створюватися хвилі. Це відбувається, коли кулі та літаки рухаються швидше, ніж швидкість звуку.
Усі ці явища поширені в космосі. Хоча деякі з них можна відтворити в особливих лабораторних умовах, здебільшого їх не зустріти на Землі. NASA вивчає ці явища в космосі, щоб вчені могли проаналізувати їхні властивості та зрозуміти, що лежить в основі функціонування нашого Всесвіту.
