Космос поистине удивителен. Там доминируют невидимые электромагнитные силы и необычные для нас типы материи. Что еще может происходить во Вселенной? Рассказываем о 5 удивительных явлениях, которые возможны только в космосе.
Плазма
На Земле вещество обычно находится в одном из трех состояний: твердом, жидком или газообразном. Но в космосе 99,9% обычного вещества пребывает в совершенно иной форме — плазме. Эта субстанция, состоящая из свободных ионов и электронов, находится в заряженном состоянии, которое образуется, когда вещество нагревается до экстремальных температур или под действием сильного электрического тока.
Мы редко взаимодействуем с плазмой, но видим ее постоянно. Все звезды на ночном небе, включая Солнце, в основном образованы из плазмы. Иногда она появляется и на Земле в виде молний и неоновых вспышек.
По сравнению с газом, отдельные частицы которого хаотично двигаются, плазма может действовать коллективно — как команда. Она проводит электричество и испытывает влияние электромагнитных полей (последние, в свою очередь, находятся под действием той же силы, которая удерживает магниты на вашем холодильнике). Эти поля могут контролировать движение заряженных частиц в плазме и создавать волны, сильно ускоряющие частицы.
Космос наполнен подобными невидимыми магнитными полями, формирующими пути плазмы. Магнитное поле вокруг Земли, благодаря которому компас указывает на север, направляет плазму через космос вокруг нашей планеты. Из-за магнитных полей на Солнце возникают вспышки и извержения плазмы, известные как солнечный ветер. Он может спровоцировать такие энергетические процессы, как полярные сияния и космическая погода, которые при определенных условиях могут повредить спутники и телекоммуникации.
Экстремальные температуры
На Земле, от Сибири до Сахары, наблюдается широкий диапазон температур. Температурные рекорды составляют от +57°C до -89°C. Но то, что мы считаем экстремальным на Земле — всего лишь средний показатель в космосе. На планетах без атмосферы дневная и ночная температура резко колеблются. К примеру, на Меркурии днем бывает около +449°C, а ночная температура снижается до -171°C. Некоторые космические аппараты испытывают на себе колебания до 33°C между освещенной солнцем и находящейся в тени стороной. NASA Parker Solar Probe в точке максимального приближения к Солнцу столкнулся с разницей более чем в 2000 градусов.
Спутники и инструменты, которые аэрокосмическая администрация направляет в космос, разработаны таким образом, чтобы противостоять этим экстремам. NASA Solar Dynamics Observatory большую часть времени находится под прямыми солнечными лучами, но несколько раз в год ее орбита переходит в тень Земли. В этот период, также известный как затемнение, температура солнечных панелей обсерватории, обращенных к солнцу, падает на 158°C. Однако бортовые обогреватели включаются, чтобы обеспечить безопасность электроники и инструментов, не позволяя отметке снижаться более чем на полградуса.
Скафандры созданы так, чтобы выдерживать от -157°C до 121°C. Белый цвет позволяет отражать свет во время пребывания на солнце, а внутри расположены обогреватели, чтобы астронавты могли согреться в темноте. Кроме того, скафандры обеспечивают стабильное давление и кислород, а также противостоят повреждению от микрометеоритов и ультрафиолетового солнечного излучения.
Космическая алхимия
В ядре Солнца водород превращается в гелий. Процесс, во время которого атомы соединяются под большим давлением и температурой, а также образуются новые элементы, называется синтезом.
Когда Вселенная только зародилась, она состояла преимущественно из водорода, гелия и нескольких других легких элементов. С тех пор синтез в звездах и сверхновых способствовал появлению в космосе более 80 других элементов — благодаря некоторым из них появилась жизнь на Земле. Звезды — это великолепные термоядерные машины. Каждую секунду Солнце расплавляет около 600 миллионов метрических тонн водорода, это в 102 раза больше массы Великой пирамиды Гизы.
Кроме создания новых элементов, синтез высвобождает огромное количество энергии и частиц света, называемых фотонами. Им нужно около 250 000 лет, чтобы подняться на 700 000 км от солнечного ядра и достичь видимой поверхности Солнца. После этого свету необходимо всего восемь минут, чтобы преодолеть 150 млн км и добраться до Земли.
Деление — противоположная ядерная реакция, которая расщепляет тяжелые элементы на более мелкие, была впервые продемонстрирована в лабораториях в 1930-х годах и сегодня используется на атомных электростанциях. Энергия, выделяемая во время деления, может вызвать катаклизм. Однако для данного количества массы образуется в несколько раз меньше энергии, чем во время синтеза.
Ученые пока не знают, как управлять плазмой, чтобы вырабатывать энергию в результате термоядерных реакций.
Магнитные взрывы
Каждый день в космосе вокруг Земли происходят гигантские взрывы. Когда солнечный ветер оказывает давление на магнитосферу (магнитную среду, окружающую и защищающую нашу планету), магнитные поля Земли и Солнца начинают конфликтовать. Впоследствии линии магнитного поля выравниваются, отбрасывая заряженные частицы. Это явление известно как магнитное переключение. Хотя мы не можем увидеть его невооруженным глазом, мы можем наблюдать последствия. Иногда некоторые из заряженных частиц выливаются в верхние слои атмосферы Земли, вызывая полярные сияния.
Магнитное переключение происходит по всей Вселенной, где есть закрученные магнитные поля. Миссии NASA, например, Magnetosphereic Multiscale, измеряют такие переключения вокруг Земли, что в дальнейшем должно помочь ученым понять, как переключения происходят во вспышках на Солнце, других звездах и в областях вокруг черных дыр.
Сверхзвуковые удары
На Земле можно передать энергию, просто толкнув что-то. А в космическом пространстве частицы могут передавать энергию, даже не касаясь друг друга. Передача происходит в невидимых структурах, известных как ударные волны.
В ударных волнах энергия передается через плазменные волны, электрические и магнитные поля. Частицы напоминают стаю летящих птиц. Если попутный ветер поднимает и толкает их, они летят быстрее. Частицы ведут себя примерно так же, когда внезапно сталкиваются с магнитным полем.
Ударные волны могут образовываться, когда вещи двигаются со сверхзвуковой скоростью. Если сверхзвуковой поток встречается с неподвижным объектом, он образует так называемую главную ударную волну. Эти волны также образуются, когда солнечный ветер врезается в магнитное поле Земли.
Волны могут происходить где угодно в космосе, например, вокруг активных сверхновых звездах, выбрасывающих облака плазмы. В редких случаях на Земле могут временно создаваться толчки. Это происходит, когда пули и самолеты двигаются быстрее, чем скорость звука.
Все эти явления распространены в космосе. Хотя некоторые из них можно воспроизвести в особых лабораторных условиях, в большинстве своем их не встретить на Земле. NASA изучает эти явления в космосе, чтобы ученые могли проанализировать их свойства и понять, что лежит в основе функционирования нашей Вселенной.
Только самые интересные новости и факты в нашем Telegram-канале!
Присоединяйтесь: https://t.me/ustmagazine
