Популярная астрофизика. Философия космоса и пятое измерение

Какие полезные ископаемые есть на Луне

Прежде всего гелий. А точнее, изотоп гелий-3. Вот это реально тот элемент, за который стоит бороться. Он необходим для термоядерных реакций.

Если совсем кратко – в будущем атомная энергетика будет работать подобно реакциям на Солнце. Идеальная экология, на выходе – никаких вредных отходов, как сейчас от урана в атомной энергетике.

Всего 0,02 грамма гелия-3 даст столько же энергии, сколько 1 баррель нефти. А 40 тонн этого вещества с лихвой хватит, чтобы обеспечить США энергией на год. Ничего сравнимого по эффекту с таким КПД до сих пор на нашей планете не существовало! Примерный запас гелия-3 на Луне – 10 миллионов тонн. Хватит, чтобы США были обеспечены энергией на 250 тысяч лет. Аналогичные оценки для России – примерно 20–30 тонн.

Одна проблема: гелий-3 получается довольно дорогой. У нас он быстро рассеивается из-за атмосферы. А на Луне гелий-3 накапливается миллиарды лет. Собирается он из солнечного ветра. Содержание гелия в лунном грунте примерно в 100 раз больше, чем на нашей планете.

Кроме нехватки гелия-3, нет еще и термоядерных электростанций. Пока все реакции проходят в лабораторных условиях. Но, скорее всего, создание термоядерной энергетики – дело недалекого будущего.

Могут ли быть на луне драгоценные металлы?

Могут. Хотя залежей и не нашли. Но здесь нужно сказать пару слов о том, откуда берутся драгоценные металлы.

Золото, платина и вообще все, что в таблице Менделеева тяжелее железа, не может появиться в недрах планеты или даже звезды. Такие металлы рождаются только во время столкновения крупных звезд, взрывов сверхновых и в процессе образования нейтронных звезд. И после этого метеориты, как брызги после взрыва, разносят эти материалы по всей галактике.

Как мы уже говорили, 4 миллиарда лет назад Землю буквально расстреливали метеоритами, которые и принесли много ценных элементов. Луне тоже регулярно достается, поэтому с уверенностью можно сказать: что-то из драгоценных металлов там с высокой долей вероятности найдут. С другой стороны, затраты по добыче точно не окупятся, в отличие от перспективного гелия-3.

Как еще можно использовать луну

Другие полезные варианты использования нашего спутника – дело среднесрочной перспективы. В ближайшие десять лет – вряд ли, а до конца века – весьма вероятно. Итак, что еще можно сделать полезного в рамках колонизации Луны?

Энергия.

 Ее тут много! Пожалуй, самое главное – это энергетика. И это даже если отбросить пока полуфантастический сценарий с гелием-3. Просто на Луне идеальная дешевая солнечная энергия. Ведь солнечные лучи здесь не блокируются атмосферой и магнитным полем Земли.

Производство.

 В сочетании с дешевой энергией здесь нет кислорода в виде газа в атмосфере. Весь кислород мертвым грузом лежит в лунном грунте. А кислород из-за окисления часто вредит производству. Особенно сложно производить микросхемы и сверхчистые сплавы. Приходится возиться с каждым элементом и выпускать их небольшими порциями, а на Луне – идеальные условия для производства в промышленных масштабах.

Наука.

 Здесь можно размещать научные базы. Наблюдать за космосом из лунных обсерваторий эффективнее, чем с земных, – не мешает атмосфера.

Атмосфера и магнитное поле Земли выступают в роли экрана, который защищает нас от опасной космической радиации. Однако именно этот экран также поглощает и рассеивает существенную часть электромагнитных волн. Поэтому ученым может быть очень полезен радиотелескоп, построенный на обратной стороне Луны, чтобы снизить эффект экранирования Земли.

Многие объекты, которые слабо излучают, – например, молодые звезды на ранней стадии развития, – с Земли практически не видны. Атмосфера блокирует инфракрасное излучение, которое идет от молодых звезд. А с Луны все они будут прекрасно видны!

Луна даже сейчас, когда нам трудно до нее добраться, является ценным источником информации о космосе. К примеру, лунный грунт миллиарды лет впитывал в себя частицы солнечного ветра. И когда его образцы привезли на Землю, это был ценнейший материал. Так мы смогли изучить, что представляет собой солнечный ветер (а также почему он настолько опасен).

Основная же роль научных баз на Луне – изучать непосредственно спутник нашей планеты.

Тренировка.

 Условия Луны идеально подходят для отработки схемы будущей экспансии. Ведь в будущем нам необходимо осваивать другие планеты. А Луна станет хорошим полигоном. Здесь можно проводить тренировки космонавтов, выращивать первые «космические» растения. Конечно, многое из этого делается и на МКС, но условия на Луне будут гораздо ближе к марсианским. Ну, или любым другим – ведь впереди у человечества много интересных экзопланет, которые надо освоить!

Так что побороться за освоение Луны точно стоит! Только, на мой взгляд, странно это делать политическим путем, пытаясь протолкнуть интересы одной страны. Космос – общий, и исследовать его стоит вместе. От коллективного освоения космоса, объединив все ресурсы, мы только выиграем.

ИНТЕРЕСНЫЙ ФАКТ

Почему все планеты названы в честь римских богов, а Уран – в честь греческого?

Уран имеет необычное название. Остальные планеты Солнечной системы названы в честь римских божеств, но Уран (греч. Οὐρανός) – нет. Планета была названа в честь греческого бога, а не его римского «коллеги» Целуса.

Уран – древнегреческий бог, олицетворяющий небо, супруг Геи (Земли). Породил титанов, нимф, циклопов и т. д. Первый правитель мира и в целом странноватый персонаж. Детей своих не любил, считал страшными уродцами и отправлял назад в утробу Геи. В римской мифологии его называли Целусом: он был отцом Сатурна, а также считался живым воплощением неба.

Планеты Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн были известны с древних времен. Названия они получили от древних римлян, которые ассоциировали планеты со своими божествами. А вот история открытия Урана в астрономии уникальна. Древние римляне не знали, что Уран – планета, поэтому и не стали называть именем своего божества.

Уран – очень тусклая планета, которая к тому же очень медленно вращается вокруг Солнца. Полный оборот Уран совершает за 84 земных года. Греческий астроном Гиппарх во II веке до н. э. наблюдал Уран, но думал, что это звезда. Так и обозначил его – как неяркую и далекую звезду. И забыл.

Открыл Уран британский астроном Уильям Гершель в 1781 году. Тогда это открытие всю общественность привело в восторг: это было первое открытие планеты в Новое время. Появилось предложение – назвать планету Нептун. Но Гершель высказался против, отметив, что не стоит делать так, как поступали в «древние сказочные времена». Гершель решил назвать открытую планету в честь британского короля Георга III. Король его тут же наградил, однако потребовал, чтобы сперва Гершель приехал с телескопом в его резиденцию, чтобы Георг мог лично убедиться в открытии.

Гершель убедил всех, что дело не в попытке польстить монарху. Он заявил, что называть планету по древнеримскому сценарию – например, Минервой (римский вариант Афины), Дианой (римская Артемида) или Юноной (римская Гера) – это анахронизм. А так благодаря названию все будут помнить, когда была открыта планета и когда правил король Георг III (как будто много людей в мире сейчас помнят, когда именно он правил).

Лемюэль Эббот. Портрет Уильяма Гершеля. 1785 г.

Так планету и назвали: Георгиум Сидус (планета Георгия) – в честь великого короля Соединенного Королевства Георга III. Но людям за пределами Британии такое название совсем не понравилось. Французский астроном Жозеф Лаланд предложил назвать планету Гершель – в честь первооткрывателя.

Немецкий астроном Иоганн Элерт Боде первым предложил название Уран – по принципу соответствия классической культуре. В классической мифологии Сатурн был отцом Юпитера. А следующую планету надо назвать именем отца Сатурна, то есть Ураном. Боде был хорошим астрономом, но слабо разбирался в мифологии и путался в названиях. В римской мифологии отцом Сатурна является Целус. Это калька с греческой мифологии, где отцом Кроноса является Уран.

Название Уран приживалось целый век. Дольше всего не сдавались британцы, называя свою планету Георгом. Ну а в XIX веке открыли Нептун. Он стал первой планетой, открытие которой было предсказано с помощью математических расчетов. Ученые обнаружили неожиданные изменения орбиты Урана. И связали это с гравитационным влиянием еще одной крупной планеты, которой и оказался Нептун.

Немецкий астроном Иоганн Готфрид Галле, который впервые увидел планету, хотел назвать ее Янусом. Однако научная общественность отдала пальму первенства французскому математику Урбену Леверье, который математически предсказал существование новой планеты. А математик, продолжая классические традиции, назвал планету Нептуном.

Глава 6

Юпитер – несостоявшаяся звезда и защитник земли

Почему Юпитер получился таким большим? Его масса почти в 2,5 раза больше, чем масса всех планет нашей Солнечной системы вместе взятых.

Юпитер начал образовываться раньше других планет Солнечной системы, поэтому успел собрать максимум массы.

У него гигантская магнитосфера. Ученые считают, что это потому, что его ядро состоит из металлизированного водорода. 89 % в составе Юпитера – это водород, и 10 % – гелий.

Остальное – это другие соединения, такие как метан, аммиак и т. д.

Сколько весит человек на Юпитере

Передвигаться по Юпитеру при его большой гравитации было бы очень трудно. Здесь вес объекта будет в 2,5 раза выше, чем на Земле. Поэтому человек весом 70 килограммов на Юпитере будет весить 175 килограммов!

Когда я выступал с лекциями и рассказывал о Юпитере, в аудитории всегда находился любопытный слушатель, у которого возникал вопрос: почему вес тела на Юпитере будет всего в 2,5 раза больше, если его масса аж в 319 раз больше массы Земли?

Здесь вступает в силу классическая путаница понятий «масса» и «вес». Это на Земле мы живем в условиях одинаковой гравитации (да и то есть зависимость от высоты над уровнем моря). У Юпитера же и объем намного больше земного. А как мы помним из школьного курса физики, сила гравитации зависит не только от массы, но и от расстояния.

G – гравитационная постоянная, которая равна 6,67⋅10–11 м³/(кг·с²),

m

1

 и m

2

 – массы объектов, между которыми действует сила притяжения.

А вот в знаменателе – расстояние в квадрате. Чем оно больше, тем гравитация меньше.

Земля – более плотный и компактный объект, чем Юпитер. Поэтому ускорение свободного падения на Юпитере составляет всего 2,535 g.

Формула веса выглядит так:

P = mg

Если мы хотим узнать, какой вес будет у человека на Юпитере, подставляем известную массу и умножаем на 2,535. Получается, что 100-килограммовый объект здесь будет весить 253,5 кг.

Юпитер мог бы стать звездой. А стал защитником земли

Так выглядит шторм на Юпитере. Фото

NASA/JPL–Caltech/SwRI/MSSS/Gerald Eichstädt

ИНТЕРЕСНЫЙ ФАКТ

Интересный факт. Как вы помните, у Юпитера есть характерное большое красное пятно. Но знаете ли вы, что это такое? Это огромная область высокого давления в атмосфере Юпитера. И в этом месте бушует самый мощный шторм в нашей Солнечной системе. С Земли в телескоп он и выглядит как красное пятно. И этому шторму уже как минимум 356 лет! Штормы на Юпитере могут длиться веками. И размах у них на порядок больше, чем на Земле.

Однако сейчас красное пятно Юпитера резко сужается. В XIX веке, когда за ним начали активно наблюдать, пятно было в 3 раза больше. Сейчас ширина пятна составляет 16 350 километров, что в 1,3 раза больше Земли. Скорость ветра здесь достигает 432 км/ч.

Юпитер называют «неудавшейся звездой». У него был шанс стать красным карликом, как Проксима Центавра. Юпитер себя ведет в какой-то степени подобно звезде: он излучает. Конечно, каждая планета имеет свой спектр излучения, но Юпитер излучает на 60 % больше энергии, чем получает от Солнца. Идут химические реакции внутри планеты и гравитационное сжатие. Поэтому Юпитер излучает преимущественно в инфракрасном диапазоне. Излучение не проходит бесследно: Юпитер уменьшается на 2 сантиметра в год. По оценкам астрофизиков, на заре Солнечной системы Юпитер был в два раза больше и его температура была значительно выше. Если бы Юпитеру удалось собрать массу в четыре раза больше, из него могла бы получиться звезда, которая в дальнейшем притянула бы еще больше массы. Однако это была бы не обычная звезда типа Солнца, а скорее красный карлик. Зато мы имели бы на небе сразу две звезды, потому что Солнечная система превратилась бы в систему двойных звезд.

Юпитер – как старший брат Земли. За счет большой массы он собирает в себя множество комет и метеоритов, которые могли бы угрожать Земле. Поэтому не стоит расстраиваться, что Юпитер так и не стал звездой. Тогда бы он, напротив, мешал нам и сдвигал орбиту. Орбиты планет в «жилой» зоне в системах двойных звезд обычно нестабильны, потому и жизнь там маловероятна. А в нынешнем виде Юпитер – наш мощный защитник. Ему нипочем сотня-другая астероидов, а жизнь на Земле он спасает сотни миллионов лет.

На этом мы закончим главу об объектах Солнечной системы. У вас может возникнуть резонный вопрос: а как же Венера и Марс? Ведь это очень интересные планеты, которые потенциально можно колонизировать! И они так похожи на нашу Землю. Все верно, поэтому к ним мы обязательно вернемся в главе, посвященной будущей колонизации других планет.

Часть II

Вселенная

Как и в предыдущей части, изучение Вселенной мы начнем с нашего дома – галактики Млечный Путь.

Глава 7

Млечный путь

Мы много говорим о будущем освоении космоса, но пока слабо представляем себе даже родную галактику. Наш уровень знания космоса даже ниже, чем представления о географии Земли в доколумбовую эпоху. И все-таки человечество накопило про Млечный Путь порядочный пласт информации.

Наша галактика – удивительное место, вместилище самых разных звезд, сверхновых, туманностей, черных дыр и загадочной темной материи.

Млечный путь находится на пустыре во Вселенной

Наша Вселенная чем-то напоминает город – со своими кварталами, ярким, искрящимся разными огнями центром. Если принять эту аналогию, то наш Млечный Путь – это пригородный квартал: находится далеко от основных событий, до него нужно ехать на электричке, а потом еще топать через лес. И поверьте, это прекрасно! В центре нашей галактики очень тесно, гораздо чаще сталкиваются звезды. В таких катастрофах гибнет не только все живое, но и целые планеты. Что уж говорить о маленькой Земле…

Диаметр нашей галактики – 100 тысяч световых лет. Мы же находимся в 20 тысячах световых лет от края галактики. По пропорциям, если бы Млечный Путь был Москвой, Солнечная система находилась бы в Перово или Царицыно. Световой год часто путают с единицей измерения времени (очевидно, влияет слово «год»). На самом деле световой год – это единица измерения длины. Такой путь пройдет свет со скоростью около 300 тысяч километров в секунду за год. Световой год примерно равен 9,4 триллиона километров. Звучит как какая-то гигантская, недостижимая и непостижимая цифра. Однако расстояния между звездами, как правило, равны нескольким световым годам. Самая близкая к Земле звезда – Альфа Центавра. Расстояние до нее – примерно 4,4 световых года. Столько требуется свету, чтобы проделать путь до нас. И сейчас мы видим эту звезду, какой она была, соответственно, 4,4 световых года назад. Увы, мы никогда не сможем узнать точно, как какой-либо космический объект выглядит прямо сейчас.

Солнечная система путешествует по Млечному Пути так же, как Земля вращается вокруг Солнца. Полный оборот вокруг центра Млечного Пути Солнце вместе с планетами делает примерно за 226 миллионов лет. Это называется галактическим годом.

ИНТЕРЕСНЫЙ ФАКТ

Как ученые понимают, из чего состоят далекие звезды и галактики? Как можно с помощью телескопа оценить состав небесных тел? Ну, видим мы звезду. Как мы понимаем, что в ней водород и гелий, а не, скажем, раскаленное жидкое золото?

На помощь ученым приходит метод спектрального анализа. Атом каждого химического элемента испускает и поглощает волны определенного диапазона. Данные по каждому химическому элементу давно собраны. Приборы на Земле улавливают эти волны. Ученые сравнивают полученную картину с земным шаблоном. Делают поправки на «красное смещение» и т. п., с учетом дальнего расстояния. И понимают, какое вещество есть в составе той или иной звезды и в каком объеме.

Голодный монстр в центре галактики

В центре Млечного Пути находится настоящий монстр – массивная черная дыра весом 4 миллиона солнц, которая захватывает огромные объемы вещества вокруг. Хотя самого монстра ученые не видят, но это легко отследить по косвенным признакам. Звезды в центре Млечного Пути вращаются вокруг сверхмассивного объекта. Со временем многие притягиваются к нему и исчезают в его пучине (важный аргумент не жить в центре галактики).

В центре нашей галактики звезды вообще расположены очень плотно – в сотни раз ближе друг к другу, чем в окрестностях Солнца. Если где-то там есть жизнь, то она не знает, что такое ночь. Если скрылась родная звезда, то звездное небо даже ночью будет достаточно ярким.

Что увидят инопланетяне, если посмотрят на землю с другого конца галактики?

Пр