99 секретов науки

№ 11. Кто кого притягивает? Закон всемирного тяготения

Все слышали, что Ньютон открыл закон всемирного тяготения, когда ему на голову упало яблоко. Но не все знают, что дело было ночью и на небе светила полная луна. Почему это важно? Потому что в тот момент Ньютон понял: и на спелые яблоки, падающие вниз, и на Луну, которая вращается вокруг Земли, действует одна и та же сила. Позже эта сила была названа гравитацией, или силой притяжения.

Закон Ньютона не случайно назвали всемирным, он действует абсолютно на все материальные тела, на Земле и на Луне, на любой планете и в любом уголке Вселенной. Если бы притяжение выражало себя визуально, например в виде нитей, то все было бы покрыто паутиной из этих нитей, соединяющих все предметы друг с другом.

Притяжение между предметами с небольшой массой очень невелико и практически незаметно. К примеру, между двумя людьми среднего телосложения, стоящими на расстоянии одного метра, сила тяготения составит три сотых миллиграмма. Попробуйте это заметить! Такой массивный объект, как Земля, притягивает все, что на нем находится, в том числе и нас с вами. Даже если мы очень высоко подпрыгнем, мы все равно вернемся на землю – с гравитацией не поспоришь.

Сила притяжения удерживает планеты и звезды на своих орбитах. Самый массивный объект в Солнечной системе – это само Солнце. Его масса составляет более 99 % массы всей Солнечной системы. Неудивительно, что оно заставляет планеты и астероиды вращаться вокруг себя. Ни одна из планет не сможет выйти за пределы влияния Солнца, разница между их массами слишком велика.

Та же самая сила, что заставляет яблоки падать, удерживает планеты и спутники на орбитах. Почему же они не падают, как яблоки? Из-за высокой скорости движения. По сути, вращение – это и есть бесконечное падение, которое не может завершиться, так как меньшее тело пролетает мимо большего по вытянутой траектории.

№ 12. Пространство плюс время. Четвертое измерение

Мы живем в привычном трехмерном мире, где правят бал длина, ширина и высота, и хорошо понимаем, что такое объем. А теперь попробуем на минутку представить, что наш мир двухмерный, плоский и имеет только два измерения – ширину и длину. Смогли бы мы в этом случае понять, что такое третье измерение? Наверное, это было бы так же сложно, как сейчас нам сложно понять четырехмерную пространственную модель.

Эту модель, как и многие другие невероятно сложные вещи, открыл гениальный физик Альберт Эйнштейн. К трем известным всем измерениям он добавил время и тем самым сделал мир четырехмерным. Четыре измерения существуют не по отдельности, это нечто цельное и слитное, названное Эйнштейном одним словом – пространство-время. Если в трехмерном мире два предмета удалены друг от друга, мы говорим, что между ними существует какое-то расстояние. В четырехмерном мире это не просто расстояние, а пространственно-временной интервал.

С введением теории четвертого измерения подверглась серьезным изменениям теория гравитации. Ньютон говорил: планеты вращаются вокруг звезд, потому что между этими телами действуют силы тяготения.

Эйнштейн внес свои коррективы в это утверждение. По его теории, подтвержденной и доказанной, гравитация – это искривление пространства-времени под влиянием массы тела.

Для иллюстрации ученый предлагал представить такую картинку: пространство-время – это туго натянутая резиновая ткань, нечто вроде батута. Помещаем в центр этого батута тяжелый шар (звезду). Под весом шара ткань провиснет, образовав воронку, – пространство-время искривится. Если рядом с тяжелым шаром расположить шар поменьше (планету) и придать ему ускорение, то он вынужден будет вращаться вокруг этой воронки. Так искривление пространства-времени массивным телом влияет на тело с меньшей массой. Фактически ничего не изменилось: и в объяснении Ньютона, и в теории Эйнштейна планеты вращаются вокруг звезд. Но при этом картина мира совершенно разная.

№ 13. Коронованное светило. Солнечная корона и солнечный ветер

Увидеть наше Солнце во всей красе невооруженным глазом практически невозможно: корона сливается с ярким слепящим объектом. Но можно наблюдать корону отдельно, во время полного солнечного затмения. Когда диск Солнца полностью закрыт Луной, очень хорошо видно лучистый ореол, окружающий светило.

Атмосфера звезды состоит из нескольких слоев, из которых корона – последний, внешний. Она представляет собой раскаленные до миллионов градусов разряженные энергетические потоки, выбрасываемые Солнцем. Корона может менять свою форму: когда солнечная активность достигает пика, она окружает светило объемным ореолом; когда активность идет на спад, корона вытягивается вдоль экватора звезды. Поверхность короны излучает ультрафиолет и нагревается неравномерно: есть области, где работа кипит, а есть «ленивые» участки, так называемые корональные дыры.

Сквозь эти прорехи в короне прорывается солнечный ветер – невероятно быстрый поток частиц (электронов, протонов и т. п.). Есть две разновидности ветра: быстрый и медленный. Даже медленный движется с огромной скоростью – 400 км/с, но за быстрым ему не угнаться, тот разгоняется до 750 км/с. Если бы такой ветер существовал на Земле, то кроме него на планете не было бы ничего – он бы просто все сдул.

Казалось бы: какое нам дело до ветра, который дует где-то возле Солнца, создавая хвосты кометам? А вот какое: от силы, скорости и возмущения в солнечном ветре зависят многие земные явления. К примеру, геомагнитные бури, во время которых в магнитном поле Земли происходят колебания и завихрения, или полярные сияния – одно из красивейших явлений природы, существующих на нашей планете.

Наблюдать за Солнцем и его атрибутами с Земли практически невозможно, мешает атмосфера.

Поэтому масштабное изучение светила, подарившее нам множество знаний о нем, началось после того, как были придуманы космические аппараты и станции.

№ 14. 67 лун Юпитера. Спутники газового гиганта

По последним астрономическим данным, которые могут измениться в любой момент, у газового гиганта Юпитера имеется 67 спутников. Ученые предполагают, что их может быть больше, до сотни, но пока они «поймали» – исследовали и занесли в каталоги – 67. Такого количества лун нет больше ни у одной планеты Солнечной системы, Юпитер – абсолютный рекордсмен.

Первые четыре спутника, самые крупные, были открыты Галилеем еще в начале XVII века. Они настолько велики, что их можно увидеть даже в не слишком мощный телескоп. Астрономов больше всего интересует Европа, которая размерами немного уступает земной Луне и при этом обладает одной примечательной особенностью: на ее поверхности, вернее под поверхностью, имеется океан, покрытый ледяной коркой. Он очень глубокий, уходит в толщу Европы на 90 км. Ученые предполагают, что в недрах этого океана может существовать жизнь.

Крупнейший спутник Юпитера, Ганимед, своими размерами приближается к Меркурию. Это самая большая луна во всей Солнечной системе. Его поверхность покрыта кратерами и трещинами. То же самое можно сказать о Каллисто, причем у этого спутника, по выкладкам астрономов, тоже должен быть подземный океан. Еще один спутник, Ио, – фактически огромный действующий вулкан. На нем непрерывно происходят извержения, а вся его поверхность покрыта лавой.

Остальные спутники Юпитера называют малыми, они действительно сильно уступают в размерах четырем гигантам. С одной из этих «малышек», Альматеей, произошла интересная история: после атаки метеоритов она распалась на части, а через некоторое время эти части соединились снова, образовав внутри спутника пустоты.

Иногда Юпитеру кажется, что лун у него недостаточно, тогда он захватывает пролетающие мимо кометы. Они некоторое время работают его спутниками, после чего улетают восвояси. Ученым удалось обнаружить пять таких временных лун.