Не обязательно быть учёным-ракетостроителем, чтобы понять, что космос полон тайн. Но то, насколько там всё необычно, всегда удивляет.
В космосе преобладают невидимые электромагнитные силы, которые мы, как правило, не ощущаем. Он также полон причудливых видов материи, с которыми мы никогда не сталкивались на Земле.
Вот пять внеземных вещей, имеющих место почти исключительно в космическом пространстве.
1. Плазма
На Земле материя обычно принимает одно из трёх состояний: твёрдое, жидкое или газообразное. Однако в космосе 99,9% вещества находится в совершенно иной форме - в виде плазмы.
Эта материя состоит из свободных ионов и электронов и пребывает в сверхзаряженном состоянии.
Подобное происходит, когда вещество нагревается до экстремальных температур или подвергается воздействию сильного электрического тока.
Хотя мы редко взаимодействуем с плазмой, мы видим её очень часто. Все звёзды в ночном небе, включая Солнце, в основном состоят из плазмы.
На Земле она проявляется в виде молний, а также в свечении неоновых вывесок.
По сравнению с газом, где имеет место хаотичное перемещение отдельных частиц, плазма может действовать коллективно, словно команда.
Она проводит электричество и подвергается воздействию электромагнитных полей, порождаемых той же силой, что удерживает магниты на холодильнике.
Эти поля могут управлять движением заряженных частиц в плазме и создавать волны, которые разгоняют частицы до огромных скоростей.
Космос наполнен такими невидимыми магнитными полями, формирующими траектории движения плазмы.
Вокруг Земли то же самое магнитное поле, которое заставляет компасы указывать на север, направляет плазму в пространстве и заставляет её огибать нашу планету.
На Солнце магнитные поля инициируют солнечные вспышки и задают направление потокам плазмы в виде солнечного ветра, распространяющегося по всей Солнечной системе.
Когда солнечный ветер достигает Земли, он может вызывать такие энергетические процессы, как полярные сияния и магнитные бури, которые при достаточной интенсивности способны вывести из строя спутники и телекоммуникации.
2. Экстремальные температуры
От Сибири до Сахары, от экватора до полюсов на Земле представлен широкий диапазон температур.
Существуют даже температурные рекорды от 57°C до -89°C.
Но то, что мы считаем экстремальным на Земле, является средним значением в космосе.
На планетах без теплоизолирующей атмосферы температура сильно колеблется днём и ночью. На Меркурии дневная температура достигает +449°C и снижается до -171°C в холодные ночи.
В самом же космосе некоторые космические аппараты подвергаются разнице температур в 33°C между освещённой и теневой сторонами. Это почти равносильно замерзанию стакана воды, находящегося жарким летним днём в тени.
Например, Солнечный зонд Паркер при максимальном приближении к Солнцу будет испытывать разницу температур более чем в 2000 градусов.
Спутники и приборы, которые НАСА отправляет в космос, тщательно спроектированы так, чтобы выдерживать эти экстремальные условия.
Обсерватория Солнечной динамики проводит большую часть времени под прямыми солнечными лучами, но несколько раз в год её орбита проходит в тени Земли. При этом температура солнечных панелей, обращённых к Солнцу, падает на 158°C.
Но тут для обеспечения безопасности электроники и приборов включаются бортовые обогреватели, сокращая перепад температур лишь до половины градуса.
Аналогичным образом сконструированы и костюмы астронавтов, чтобы выдерживать температуры от -157°C до 121°C.
Цвет скафандров специально сделан белым для отражения солнечного света, а внутри них установлены обогреватели для генерирования тепла в темноте.
Кроме того, скафандры разработаны таким образом, чтобы обеспечивать постоянное давление и подачу кислорода, а также защищать от микрометеоритов и ультрафиолетового излучения Солнца.
3. Космическая алхимия
Прямо сейчас, в данный момент, в ядре Солнца происходит процесс превращения водорода в гелий. Этот процесс соединения атомов под воздействием огромных давлений и температур с образованием новых элементов называется термоядерным синтезом.
Когда зародилась Вселенная, она содержала в основном водород и гелий, а также небольшое количество других лёгких элементов.
С тех пор термоядерный синтез в звёздах и взрывы сверхновых обогатили космос другими элементами, число которых превышает 80, и благодаря некоторым из них возможно зарождение жизни.
Все звёзды, включая наше Солнце, являются превосходными термоядерными машинами. Каждую секунду Солнце перерабатывает около 600 миллионов метрических тонн водорода - это в 102 раза превышает массу Великой пирамиды в Гизе!
Наряду с образованием новых элементов, процесс термоядерного синтеза высвобождает огромное количество энергии и фотонов.
Этим фотонам требуется около 250 тысяч лет, чтобы преодолеть 700 тысяч километров от солнечного ядра до видимой поверхности Солнца.
После чего свет идёт до Земли всего восемь минут, покрывая расстояние в 150 миллионов километров.
Противоположные синтезу реакции ядерного деления, при которых тяжёлые элементы расщепляются на более лёгкие, были впервые продемонстрированы в лабораторных условиях в 1930-х годах и используются сегодня на атомных электростанциях.
Энергия, выделяемая при расщеплении, может привести к катастрофическому взрыву.
И всё же при заданной массе выделяется в несколько раз меньше энергии, чем в результате термоядерного синтеза.
Однако учёным ещё до конца не ясно, как управлять плазмой, чтобы получать энергию от термоядерных реакций.
4. Магнитные взрывы
Каждый день пространство вокруг Земли сотрясается от гигантских взрывов.
Когда солнечный ветер (поток заряженных частиц, идущий от Солнца) сталкивается с магнитной средой, которая окружает и защищает Землю - магнитосферой, - он переплетает магнитные поля Солнца и Земли.
В конце концов силовые линии магнитного поля обрываются и перестраиваются, отбрасывая ближайшие заряженные частицы в стороны. Эти взрывные явления называются магнитным пересоединением.
Хотя нельзя увидеть магнитное пересоединение невооруженным глазом, можно наблюдать его последствия.
Иногда некоторые из возбуждённых частиц попадают в верхние слои атмосферы Земли, вызывая полярные сияния.
Магнитное пересоединение происходит по всей Вселенной, везде, где присутствуют закрученные магнитные поля.
Космический аппарат MMS (Магнитосферная многомасштабная миссия) фиксирует пересоединения магнитных полей вокруг Земли, и это помогает учёным понять их механизм, экстраполируя данные на те области, где его сложнее изучать, например, во вспышках на Солнце, в окрестностях чёрных дыр, вокруг других звёзд.
5. Сверхзвуковые ударные волны
На Земле самым простым способом передачи энергии является толчок или удар.
Это часто происходит в результате столкновений, например, когда сильный ветер раскачивает деревья.
Но в космическом пространстве частицы могут передавать энергию, даже не соприкасаясь. Этот странный перенос происходит благодаря невидимым структурам, известным как ударные волны.
При этом энергия передается через волны в плазме и электрические и магнитные поля.
Представьте частицы в виде стаи птиц, летящих вместе. Если поднимается попутный ветер и толкает птиц вперёд, они летят быстрее, даже если мы не видим того, что их ускорило.
Частицы ведут себя примерно так же при внезапных столкновениях с магнитным полем. Оно может повлиять на их движение.
Ударные волны образуются, когда объекты перемещаются со сверхзвуковой скоростью, то есть быстрее скорости звука. Если сверхзвуковой поток сталкивается с неподвижным объектом, он формирует так называемую головную ударную волну, мало чем отличающуюся от волны, создаваемой носом лодки, стоящей на якоре посреди быстрой реки.
Такая головная ударная волна образуется, когда солнечный ветер врезается в магнитное поле Земли.
Подобное происходит и по всему космосу, например, вблизи активных сверхновых, выбрасывающих облака плазмы. В редких случаях ударные волны могут возникать и на Земле - когда пули или самолёты движутся быстрее скорости звука.
Эти пять интересных явлений вполне обычны для космоса. Хотя некоторые из них можно воспроизвести в специальных лабораторных условиях, в природной среде нашей планеты они проявляются далеко не все и не с такой интенсивностью.
Учёные анализируют свойства данных явлений, чтобы составить представление о сложной физике, лежащей в основе существования нашей Вселенной.
Источник: https:// www.nasa.gov/ feature/ goddard/ 2021 /five-weird-things- that-happen-in- outer-space/