Пинбол во вселенском масштабе

Если все сущее во Вселенной образовалось в результате Большого взрыва и если с тех пор Вселенная расширяется, какой механизм может привести к столкновению две старые галактики?

Дон Джуитт (Сосалито, США)

Галактики могут столкнуться, потому что расширение Вселенной — это расширение самого космоса, а не движение материи в пространстве. Движения отдельных объектов происходят независимо от расширения космоса в целом. Например, гигантская галактика, известная как туманность Андромеды, фактически движется к нашей Галактике, называемой Млечным Путем, в которую входит Солнечная система.

Грант Томпсон (Рим, Италия)

Большой взрыв не был взрывом в традиционном понимании, при котором материя разлетается на куски. Скорее, Большой взрыв дал толчок процессу расширения космоса. В космологии галактики нередко сравнивают с конфетти на поверхности воздушного шарика. По мере того как шарик раздувается (то есть сам космос расширяется), галактики все дальше отодвигаются одна от другой. Следуя этой же аналогии, скажем, что именно поверхность шарика, а не его внутренний объем представляет трехмерное пространство Вселенной. Каждая галактика движется по поверхности «шарика» по своей собственной траектории под влиянием притяжения других галактик. Движения отдельных объектов никак не соотносятся с расширением самого космоса, и это значит, что галактики могут столкнуться.

Богдан Каменицки (Брно, Чехия)

Вселенная в целом расширяется. Однако из-за силы тяготения не вся материя движется от центра. Возьмем хотя бы нашу Землю, вращающуюся вокруг Солнца: половину времени мы удаляемся от центра Вселенной (где бы он ни находился и что бы собой представлял), вторую половину — движемся в обратном направлении.

Стив Майнир (Университет Эмори, IАтланта, США)

 

Куда свернуть?

Если взять в космос компас, на каком расстоянии от Земли стрелка прибора перестанет показывать на север? Очевидно, в космическом пространстве компас реагирует на магнитное поле Солнца или других планет, но как можно интерпретировать его показания?

Бен (Тонбридж, Великобритания)

Магнитное поле Земли подобно диполю (конструкции в виде магнитного стержня, облепленного железными опилками), хотя, вращаясь вокруг своей оси, оно образует трехмерное пространство, простирающееся в космос на расстояние в 60 000 км. На Земле мы используем компас в двух измерениях. Для составления карты магнитного поля Земли в космосе можно использовать трехмерный «компас», тоже указывающий направление на север. За пределами 60 000 км от Земли в направлении Солнца мы покидаем магнитосферу Земли и входим в область потока солнечного ветра, который также несет магнитное поле Солнца. В те периоды, когда Солнце ведет себя спокойно, его магнитное поле, в силу того, что светило вращается, имеет форму спирали. Подобным образом, если вращать над головой шланг, льющаяся из него вода будет разбрызгиваться по спирали. Измерения магнитного поля производят межпланетные космические аппараты. Делается это для того, чтобы понять, как магнитное поле Солнца и солнечный ветер взаимодействуют с магнитным полем Земли. Например, полярные сияния — это результат активности магнитных полей Солнца и Земли, при взаимодействии которых частицы плазмы солнечного ветра вторгаются в атмосферу. На противоположной от Солнца стороне Земли магнитное поле нашей планеты, взаимодействуя с солнечным ветром, стягивается в длинный магнитный хвост, обычно имеющий протяженность до 7 млн км или больше. Стрелка компаса в области этого геомагнитного хвоста будет показывать вдоль него — либо в направлении Земли, либо в противоположную сторону. Интересно отметить, что, если мы выйдем за пределы Солнечной системы, войдем в зону «гелиопаузы», где нет влияния солнечного ветра, и переместимся в межзвездном пространстве еще дальше (примерно на 150 астрономических единиц от Земли), наш компас начнет измерять галактическое магнитное поле, и не исключено, что он укажет в сторону созвездия Компаса (лат. Pyxis).

Автор-составитель

 

От марса — поворот налево

Я — любитель пешего туризма и летчик. Когда нужно пройти или перелететь из пункта А в пункт Б, я прокладываю курс по компасу. Какой прибор помогает астронавтам и автоматическим измерительным зондам следовать заданным курсом?

Говард Арбер (Хоторн, Австралия)

Ориентирование на местности предполагает, человеку известно, в какой точке он находится относительно цели своего путешествия и как к ней добраться. В космосе важно знать не только свое местонахождение, но и положение в пространстве, поэтому в первую очередь нужно отыскать Солнце и какую-нибудь знакомую видимую далекую звезду. Сириус — хороший ориентир, но эта звезда находится относительно близко к небесному экватору и поэтому иногда скрывается за Солнцем. Более подходящий вариант — Канопус. Эта звезда почти такая же яркая и находится далеко на юге небесной сферы, далеко от Солнца. Ориентируясь на такие звезды и Солнце, можно определить свое положение в пространстве и с помощью радара, данных из пункта управления полетом или на основе визуальных наблюдений установить местонахождение других тел. Гироскопы устраняют вибрацию и отслеживают малейшие угловые отклонения космического аппарата, а измерения доплеровского сдвига частоты позволяют вычислить свою скорость. В космосе, зная траекторию своего летательного аппарата относительно крупных небесных тел в Солнечной системе, можно рассчитать маршрут полета на миллионы километров вперед. Только когда включается двигатель, чтобы откорректировать курс, приблизиться к объекту для стыковки или вывести корабль на определенную орбиту, необходимо уточнить свое местоположение и внести соответствующие поправки.

Джон Ричфилд (Сомерсет-Уэст, ЮАР)

Полеты космических кораблей серии «Apollo» осуществлялись с помощью наземных радаров, определявших местоположение и дальность полета корабля, а также — на основе измерений доплеровского сдвига частоты — его радиальную скорость. Изменения курса рассчитывались на Земле и передавались по радио экипажу. Данные затем заносились в бортовой компьютер, контролировавший работу двигателя. В качестве подстраховки экипаж обучали ориентироваться по звездам и самостоятельно корректировать курс. Эти навыки ни разу не потребовались, хотя однажды, когда нужно было скорректировать курс корабля «Ароllо-13», компьютер оказался недоступен, и членам экипажа пришлось управлять работой двигателя в ручном режиме.

Алекс Суонсон (Милтон-Кейнс, Великобритания)

 

Без луны

Вдруг инопланетяне украдут Луну, как это отразится на нашей планете?

Стивен Нэри (Эдинбург, Великобритания)

Любые инопланетяне, украв Луну, спровоцируют цепь катастрофических событий, которые в конечном счете приведут к исчезновению жизни на Земле. В первую очередь прекратятся приливы и отливы. На периодические колебания уровня моря влияют и Луна, и Солнце, но доминирующее влияние оказывает Луна. Уберите Луну — и вместо ежедневных приливов на море установится неизменная тихая рябь. Другим предвестником гибели станут безумные колебания оси вращения Земли от почти перпендикулярного до фактически параллельного положения плоскости эклиптики. В результате этих колебаний сильно изменится климат: когда ось будет направлена строго вверх, на всем земном шаре круглый год будет держаться одинаково жаркая температура; когда ляжет параллельно эклиптике, земляне полгода будут изнемогать от зноя, а потом полгода мерзнуть, потому что окажутся «замурованными» в холоде на темной стороне Земли. Хуже всех придется морскому организму под названием наутилус. Этот моллюск живет в изящной раковине в форме идеальной спирали, которая разделена на множество камер. Наутилус занимает самую крайнюю камеру, ежедневно добавляя по новому слою к своему «дому». В конце каждого месяца, когда Луна завершает очередной период обращения вокруг Земли, наутилус покидает свою камеру, закрывает ее перегородкой и перебирается в новую. Ученые доказали, что количество слоев, из которых образована камера, соответствует числу дней, затрачиваемых Луной на период обращения вокруг Земли. Если Луна исчезнет, наутилус окажется в бедственном положении. Он будет навечно прикован к одной и той же камере, и ему останется только с тоской ждать наступления того дня, когда он сможет перебраться в новый дом.

Эндрю Терпин (Нью-Моут, Великобритания)

Луна и Земля взаимно притягивают друг друга. Они вращаются вокруг некоего центра, расположенного между ними, и вместе — вокруг Солнца. Если бы инопланетяне вдруг украли Луну, Земля перестала бы испытывать гравитационное влияние Луны и сместилась бы со своей орбиты в направлении, обусловленном положением Луны и Земли на тот момент. Вероятно, это привело бы к тому, что орбита Земли стала бы более вытянутой, увеличилась бы сезонная разница температур и сильно изменился бы климат. В результате наша планета стала бы необитаемой. Зная это, мы все должны поклоняться Луне, потому что без Луны не было бы и нас.

Ховик Бугосян (Лондон, Великобритания)

Исчезновение приливов оказало бы губительное воздействие на береговые экосистемы. Например, приливы обеспечивают мангровые деревья питательными веществами. Отсутствие приливов повлияло бы и на океанические течения, что вызвало бы большие климатические перемены. Кроме того, мы лишились бы главного источника ночного света, что отразилось бы на поведении всех ночных животных. Также нарушились бы жизненные циклы, связанные с лунными периодами. Совамстало бы труднее охотиться, насекомым — сложнее находить брачных партнеров, поскольку они летят на свет Луны.

Саймон Айверсон (Мейфилд, Австралия)

Чтобы успокоить переполошившихся читателей, заявляем, что, по нашим сведениям, никто из инопланетян не намерен лишать нас Луны. Пожалуй, на такой трюк не решились бы даже наделенные чувством юмора представители цивилизаций, обогнавшие нас в развитии на многие миллионы лет.

Автор-составитель

 

Космическое пиво

Слышал, что NASA вознамерилось варить пиво в космосе. Но ведь там дрожжи не смогут ни всплыть, ни опуститься на дно емкости, как того требует традиционная технология пивоварения, а образующийся углекислый газ не поднимется на поверхность. Так каким же образом будет протекать процесс брожения? Будет ли конечный продукт хоть в чем-то соответствовать пиву, сваренному на Земле?

Роджер Крайн (Олдем, Великобритания)

NASA и в самом деле интересуют вопросы, связанные с пивоварением в условиях микрогравитации. Ученые в области физики газожидкостных смесей хотели бы изучить, например, особенности процесса брожения в условиях микрогравитации и понять, что происходит при отсутствии подъемной силы, выталкивающей пузырьки на поверхность шипучей жидкости. На космических кораблях было проведено два эксперимента. В ходе первого изучалось поведение дрожжей в условиях невесомости. Были поставлены две цели: выяснить, можно ли варить пиво в космосе, и получить ценную информацию для фармацевтических компаний, проявляющих особый интерес к биологии микроорганизмов, оказавшихся в космосе. На поверку вышло, что космическое пиво почти ничем не отличается от земного. Оно имело тот же удельный вес, что и контрольные образцы, сваренные на Земле, и дрожжи в космосе вели себя так же, как и при производстве пива на Земле. Однако общее количество дрожжевых клеток и процент жировых клеток в космическом образце были меньше. Несмотря на это, процесс брожения протекал гораздо эффективнее. В связи с этим возникает вопрос: можно ли модифицировать процесс ферментации или сами дрожжи, чтобы воспроизвести данный эффект на Земле? Второй эксперимент, который проводился по запросу компании «Coca-Cola», был призван протестировать разработанную компанией систему разлива кока-колы в условиях невесомости. Трудность заключалась в том, чтобы при разливе шипучего напитка сохранить концентрацию газа в растворе. Поскольку в условиях невесомости пузырьки не поднимаются, изменения температуры, давления и даже элементарное взбалтывание приводят к тому, что весь напиток превращается в пену. Управляемый компьютером прибор корректировал температуру напитка в процессе смешивания и розлива, при этом перемешивание было сведено к минимуму, так как разлив производился в эластичный мешок, помещенный в герметичный контейнер под давлением. По мере наполнения мешка давление вокруг него понижали. Таким образом, давление на мешок извне оставалось постоянным, что препятствовало скорому улетучиванию газа из жидкости. В итоге получился космический вариант всемирно известного шипучего напитка.

Дэниел Смит (Бат, Великобритания)

 

Большое сжатие

Если в результате Большого взрыва антивещество возобладает над веществом, изменится ли что-нибудь во Вселенной?

Сэм Хопкинс (вопрос поступил по электронной почтебез указания обратного адреса)

Жить во Вселенной, где преобладает антивещество, — это все равно что жить в своем зеркальном отражении. По существу, мы не заметили бы никакой разницы. Все положительные заряды стали бы отрицательными и наоборот. И те, кто изучал бы физику в антивещественном мире, считали бы, что позитроны, вращающиеся вокруг отрицательно заряженных ядер, — это абсолютно естественное явление, как нас вполне естественно, что электроны вращаются вокруг положительно заряженных ядер.

Майкл Фоллоуз (Уилленхолл, Великобритания)

До начала 1960-х годов ответ звучал бы так: «Вообще-то, насколько можно судить, нет оснований полагать, будто что-то изменится». С тех пор были выявлены некоторые различия между веществом и антивеществом, и теперь мы отвечаем: «Возможно пока нельзя сказать, что именно изменится и почему». Нам пока еще даже неизвестно, почему именно вещество преобладает во Вселенной. Вероятно, причина тому — некая произвольная асимметрия, также не исключено, что в условиях, сложившихся в решающий момент, антивещество оказалось нестабильным. Так есть ли построенный из антивещества аналог нашей Вселенной, на котором бы существовала жизнь и т. п.? Наверняка мы не знаем. В нашей вещественной Вселенной эволюция звезд и жизни протекает очень медленно, но это не значит, что не может существовать более быстро развивающая вселенная. Даже сегодня некоторые полагают, что в кварковой среде нейтронных звезд, где протекают сверхскоростные реакции, живые структуры со строением сложных цивилизаций могут рождаться и погибать столь быстро, что мы не успели бы и глазом моргнуть. Возможно, к тому времени, когда антивещество исчезло, оно бы породило обитаемые миры столь же сложные, как наша Вселенная. Или такой мир еще не возник, в силу того что антивещество, как принято считать, существует во времени, движущемся в обратном направлении.

Джин Ричфилд (Сомерсет-Уэст, ЮАР)

Почему ваш корреспондент столь уверен, что антивещество уже не возобладало?

Вилнис Весма (Ньюэнт, Великобритания)