Чи буде шахтарям легше на інших планетах? Відповідаємо на запитання читачів

Читачі постійно ставлять нам цікаві запитання щодо планет, зір та космосу навколо нас. Ми дякуємо вам за них і публікуємо підбірку відповідей.

Відповідаємо на запитання
Відповідаємо на запитання

Співвідношення часу на різних планетах. Як можна випередити час, чи є такі гіпотези? Чи впливає час на інших планетах на біологічний час живих організмів?

Олег

Для відповіді на ці запитання треба розділити поняття часу як фізичної величини та його сприйняття людською свідомістю і внутрішнім біологічним годинником людей та інших біологічних істот.

Якщо говорити про фізику, то на різних планетах час дійсно тече з трохи відмінною швидкістю. Викликано це різною силою гравітації, яка, відповідно до теорії відносності, викривлює не тільки простір, а й час. Це означає, що чим масивніше космічне тіло, тим більше буде тривати секунда на ньому в порівнянні з годинником, розташованим на чомусь не такому масивному.

Наприклад, для Землі та Місяця ця різниця становитиме 58,7 мікросекунди на добу. Тобто вона дуже невелика, але є. Щоправда, подорожувати таким чином у часі не вийде. Бо для того, аби за день на якійсь планеті на Землі минав тиждень, сила тяжіння на першій має бути настільки великою, що розчавить не тільки астронавта, але і його корабель.

Тривалість секунди на Місяці відрізняється від земної, але на дуже незначну величину
Тривалість секунди на Місяці відрізняється від земної, але на дуже незначну величину. Джерело: www.space.com

При цьому не варто забувати, що сам наш спосіб відліку часу тісно пов’язаний з обертанням Землі. Тобто на якійсь іншій планеті зі схожою силою тяжіння, а значить і тією самою швидкістю руху часу, увімкнутий секундомір може показати, що період між двома світанками складає 16, 18, 27, а то й 36 годин.

Технічно саме такою і буде тривалість доби на цій планеті. Це буде сприйматися саме як неймовірно довга доба, і як її правильно ділити на години — питання дуже складне і стосується воно переважно зручності використання обраної системи. Бо можна, наприклад, зробити 24 години по 100 хвилин, а можна — 26 годин по 30 хвилин, і при цьому кожна хвилина триватиме не 60 секунд. Але, наприклад, кількість коливань атомів у цезієвому годиннику, які здійснюються протягом одного оберту, не зміниться, який би поділ доби ви не обрали.

Що стосується біологічного сприйняття часу, то про нього докладно розказано ось у цій статті. Якщо коротко, то механізм, який стежить, коли нам треба спати, а коли їсти, вбудований безпосередньо в клітини нашого мозку. Він може налаштовуватися на певну тривалість циклу в достатньо широких межах: принаймні від 20 до 28 земних годин.

На Марсі доба на 37 хвилин довша за земну
На Марсі доба на 37 хвилин довша за земну. Джерело: www.livescience.com

За це відповідає система, з’єднана з нашими зоровими нервами. Вона корегує «біологічний годинник» так, аби він підлаштовувався під цикл освітленості / темряви, незалежно від того, скільки він триває.

При цьому суб’єктивне сприйняття часу на планеті з більшою гравітацією буде таким само суб’єктивним, як і на Землі, секунди так само будуть повзти, коли ви в очікуванні, й летіти, коли ви розслаблені.

Чи на планетах із меншою гравітацією будуть м’якіші породи? Я шахтар, і мені цікаво, чи там можливо буде легше проходити тунелі під поверхнею.

Володимир

Питання про твердість та міцність гірських порід, які можна зустріти у космосі, вкрай непросте хоча б тому, що навіть на Землі існують як лесоподібні суглинки, які не можуть витримати ваги людини, так і базальти, які слабко піддаються навіть електричному інструменту.

Крім того, треба чітко собі уявляти, про які саме механічні характеристики гірської породи йдеться. Твердість за Моосом, мікротвердість за різними методиками, міцність на стиск, розрив та скол — це все різні речі й, залежно від умов, вони можуть лишатися такими самими або відрізнятися в широких межах.

Шкала Мооса
Шкала Мооса. Джерело: kns.karazin.ua

Наступна річ, яку варто зазначити, це те, що небесні тіла можуть дійсно дуже сильно відрізнятися за розміром, і найменші з них, включно з усіма астероїдами, більшістю карликових планет та супутників, ніколи не знали гравітаційної диференціації надр. Це означає, що основну їхню масу можуть складати породи, аналогів яких на Землі немає. Найхарактерніший приклад — хаотична суміш силікатних та металовмісних утворень, скріплених кригою.

Також треба зазначити, що для більшої кількості невеликих тіл Сонячної системи основним видом гірських порід є такий специфічний матеріал, як крига. Причому вона може бути не тільки звичною нам водяною, а й вуглекислотною (сухий лід), і навіть метановою (уявіть собі природний газ у твердому стані). Тобто ми маємо матеріал, твердість якого може наближатися до такої у польового шпату. Сила тяжіння на все це впливає слабко.

При цьому принаймні частина зовсім маленьких тіл справді мають дуже легкі для розробки зовнішні шари й це дійсно пов’язане з низькою силою тяжіння. Мова про астероїди типу «купа щебеню» які складаються з маленьких камінців, їхня гравітація достатньо сильна, аби тримати їх разом, але занадто слабка, аби сплавити в одне ціле.

Астероїд Бенну — приклад тіла типу «купа каміння»
Астероїд Бенну — приклад тіла типу «купа каміння». Джерело: habrastorage.org

Що стосується чогось, що ми справді можемо назвати планетою, то тут все значно складніше. Осадові уламкові породи, які заведено називати ґрунтами, мають ущільнюватися пропорційно до сили тяжіння принаймні у певному діапазоні, хоча, цілком можливо, для кожного їхнього виду доведеться будувати свою складну залежність.

Говорячи про суцільні породи, з якими переважно і доводиться мати справу шахтарям, то їх треба розглядати на трьох рівнях. Перший — це власне конгломерат мінералів, який вони собою являють. Механічні характеристики його визначаються енергією зв’язку всередині кристалів та на поверхні розподілу фаз. Вони залежать від хімічного складу, температури та тиску. А вже ці параметри залежать від величезної купи факторів, серед яких є і сила тяжіння. Проте вона може і не відігравати значної ролі.

На цю структуру накладається другий рівень — пори в матеріалі. Саме вони відповідальні за зменшення міцності вихідного матеріалу. Для магматичних порід головним механізмом утворення є дегазація, тобто виділення з розплаву розчинених у ньому газів. Для тих, що утворюються з розчинів — висихання води. На обидва механізми впливають насамперед характеристики атмосфери. Загалом вони прямо корелюють із розміром планети: чим вона більша, тим, як правило, щільніша атмосфера. Проте залежність тут також неможливо назвати прямою.

Мікроструктура граніту
Мікроструктура граніту. Джерело: virtualexplorer.com.au

Нарешті, є третій рівень структури суцільних порід — різноманітні тріщини, які можуть мати найрізноманітніші розміри — від субмікроскопічних до метрових. Вони накладаються на описану вище структуру і ще сильніше знижують міцність. На їхнє виникнення також впливає величезна кількість факторів. На деякі з них розмір планети впливає позитивно, на інші — негативно.

Загалом можна підсумувати, що для окремих випадків твердження, що низька гравітація відповідає низькій міцності гірських порід, дійсно є справедливим. Проте цей фактор на те, наскільки легко в породах пробивати тунелі, впливає не дуже сильно.

Якщо Всесвіт виник 13,5 млрд років тому, то що тоді було 100 чи 1000 млрд років тому?

Саша Проков

За сучасними науковими уявленнями, Всесвіт виник близько 13,7 млрд років тому в результаті Великого вибуху. В цей момент не тільки увесь його простір та маса, а й увесь час був сконцентрований в одній точці.

Великий вибух — це початок не тільки простору, але й часу
Великий вибух — це початок не тільки простору, а й часу. Джерело: scitechdaily.com

За межами цієї точки, яка називається космологічною сингулярністю, часу не існувало, оскільки він є одним із вимірів нашого Всесвіту. Що було до моменту Великого вибуху, сказати неможливо. Оскільки в цей час Всесвіт перебував у стані фізичної сингулярності, тобто усі рівняння, що його описують, не мали сенсу.

Тому найкоректніше сказати, що часу, який відповідає 100 чи 1000 млрд років тому, просто ніколи не існувало.

Куди діваються мільйони тонн маси нашого Сонця після викидів у космос?

Сергій Ліпінков

Тут варто розділити поняття «Сонце втрачає масу» та «викинута у космос маса сонячного матеріалу». Бо перше переважно припадає на процес термоядерного синтезу. Тобто маса прямо перетворюється на енергію, а остання випромінюється у космос як видиме світло та інші електромагнітні хвилі.

Що ж до тієї частини маси, що дійсно викидається в космос, то вона поступово розсіюється у просторі. Частина її випадає на планети, але переважно ці частинки просто летять десь у космосі. Він достатньо великий для того, аби в ньому загубилися навіть десятки мільйонів тонн матеріалу.