Размер вселенной

В поисках лидера

В таких условиях оценка размера звёзд уже проблематична. Как можно говорить о размере звезды, если её атмосфера перетекает в другую звезду, или плавно переходит в газопылевой диск? Это при том, что сама-по себе звезда состоит из очень разряженного газа.

Более того, все крупнейшие звёзды являются крайне нестабильными и короткоживущими. Такие звёзды могут жить считанные миллионы, а то и вовсе сотни тысяч лет. Поэтому, наблюдая гигантскую звезду в другой галактике, можно быть уверенным, что сейчас на её месте пульсирует нейтронная звезда или искривляет пространство черная дыра, окруженная остатками сверхнового взрыва. Будь такая звезда даже в тысячах световых лет от нас нельзя быть полностью уверенным в том, что она до сих существует или осталась тем же исполином.

VY Большого Пса и Солнце

Прибавим к этому несовершенство современных методов определения расстояния до звёзд и ряд не оговоренных проблем. Получается то, что даже среди десятка известных крупнейших звёзд нельзя выделить определённого лидера и расставить их в порядке возрастания размеров. В данном случае UY Щита была приведена как наиболее вероятный кандидат на лидерство среди «большой десятки». Это вовсе не означает, что его лидерство неоспоримо и то, что, к примеру, NML Лебедя или VY Большого Пса не могут быть больше её. Поэтому разные источники на вопрос о наибольшей из известных звёзд могут отвечать по-разному. Это говорит скорее не об их некомпетентности, а о том, что наука не может давать однозначных ответов даже на столь прямые вопросы.

Спутник Европа

На Юпитере нет жизни, а вот на его спутнике — возможно

Один из спутников газового гиганта Солнечной системы, Юпитера. Еще один кандидат на роль обитаемого мира, потому что там есть вода, которая, по крайней мере согласно нашим теориям, может содержаться в жидком состоянии. Астрономы уверены, что Европа обладает всеми необходимыми компонентами для жизни: там есть вода, источники энергии и правильный химический состав среды. Вода, согласно нашим лучшим предположениям, скрывается под толстой ледяной коркой, составляющей поверхность Европы.

О возможности прямого исследования Европы ученые стали говорить относительно недавно. В начале этого года было объявлено, что в течение ближайших лет должна стартовать миссия Europa Clipper. В ее рамках к спутнику Юпитера будет отправлен космический аппарат, который будет исследовать и фотографировать поверхность Европы. Это будет происходить многократно. Ученые таким образом хотят получить возможность провести анализ особенностей спутника со всех сторон, а заодно и поискать на нем признаки жизни.

Алмазная планета

55 Cancri e

Гигантская алмазная планета когда-то была частью бинарной системы звезд, пока ее партнер не начал ее пожирать. Однако звезда не смогла унести свое углеродное ядро с собой, и углерод просто превратился в алмаз под действием высокой температуры и гигантского давления — с температурой поверхности 1648 градусов по Цельсию условия были почти идеальными.

Треть массы планеты — чистый алмаз. В то время как Земля покрыта водой и изобилует кислородом, эта планета состоит из графита, алмаза и нескольких силикатов. Огромный драгоценный камень в два раза больше Земли и в восемь раз тяжелее, что причисляет его к «суперземлям».

Астероиды

Астероиды — относительно небольшие небесные тела Солнечной системы, вращающиеся вокруг Солнца. Они значительно уступают по массе и размерам планетам, имеют неправильную форму и не имеют атмосферы. Обычно астероиды включаются в ту же группу небесных тел, что и малые планеты.

Первую малую планету — Церера — обнаружил в созвездии Тельца в ночь с 31 декабря 1800 года на 1 января 1801 года сицилийский астроном, директор обсерватории в Палермо Джузеппе Пиацци. Ее диаметр составлял приблизительно 950 км. В период между 1802 и 1807 годами им были открыты еще три малые планеты — Паллада, Веста и Юнона, орбиты которых, как и орбита Цереры, лежали между Марсом и Юпитером. По предложению английского королевского астронома Уильяма Гершеля малые планеты стали называть астероидами, то есть «звездоподобными», поскольку в телескопы не удавалось различить диски, характерные для больших планет.

В 1898 году была обнаружена малая планета Эрос, обращающаяся вокруг Солнца на расстоянии меньшем, чем обращается Марс. Она может подходить к орбите Земли на расстояние около 0,14 астрономических единиц (или 20,9 млн км). Такие небесные тела, которые в своем движении вокруг Солнца в какой-то момент пересекают орбиту нашей планеты, стали называть астероидами, сближающимися с Землей (АСЗ, или околоземными астероидами).

Глобальную угрозу для населения Земли представляют астероиды более 10 км в поперечнике. Потенциально опасным считается объект более 100 м в диаметре. Однако даже падение объекта диаметром до 30 м способно причинить серьезный ущерб планете. Например, упавший 15 февраля 2013 года метеорит, получивший название «Челябинск», до вхождения в атмосферу имел размер около 20 м. От взрывной волны и осколков метеорита повреждения получили около 7,3 тыс. зданий — жилые дома, учебные заведения и другие объекты социальной инфраструктуры, промышленные предприятия. За медицинской помощью обратились 1 тыс. 613 человек. Большую часть травм составляли порезы, нанесенные осколками выбитых взрывной волной оконных стекол. Погибших не было

В 2004 году был открыт Апофис (99942 Apophis), имеющий диаметр 325-375 м и массу около 50 млн тонн. Его ближайшее сближение с Землей в 2029 году не представляет опасности: по расчетам, он пройдет на расстоянии 38 тыс. км. Если траектория движения Апофиса после этого не изменится, то в дальнейшем он также будет проходить от Земли на безопасном расстоянии. Его следующие сближения с Землей состоятся в 2044, 2051, 2060, 2068 годы. После открытия Апофиса в разных странах получила развитие система мониторинга метеоритов и астероидов.

С 2014 года действует Международная сеть оповещения об астероидах. Благодаря созданной системе наблюдений ученые ежегодно открывают и каталогизируют около 1 тыс. новых астероидов. Так, Европейское космическое агентство (ЕКА) и NASA регулярно публикуют информацию о приближающихся к Земле астероидах. В России подобные наблюдения ведутся в Институте прикладной астрономии РАН.

Предполагается, что в Солнечной системе может находиться от 1,1 млн до 1,9 млн астероидов, имеющих размеры более 1 км. Большинство известных из них на данный момент сосредоточено в пределах пояса астероидов между орбитами Марса и Юпитера. По данным NASA, по состоянию на 27 августа 2019 года обнаружено 20 тыс. 622 околоземных астероидов (пересекающих орбиту Земли), половина из них имеют потенциально опасный размер — более 100 м. В том числе 897 имеют в поперечнике более 1 км. Самые крупные околоземные астероиды — это Ганимед (41 км), Эрос (20 км), Бетулия, Ивар и Сизиф (по 8 км).

Специалисты NASA рассчитали, что небесные тела диаметром 100-200 м сталкиваются с Землей с периодичностью раз в 700-1000 лет. Именно объект такого размера взорвался над Восточной Сибирью в 1908 году в районе реки Подкаменная Тунгуска (известен как Тунгусский метеорит).

Со слов научного руководителя Института астрономии РАН Бориса Шустова, сближения с Землей астероидов размером более 100 м происходят еженедельно. В Роскосмосе пояснили, что при приближении небесных тел к планете потенциально опасными принято считать расстояния меньше радиуса орбиты Луны — примерно 384 тыс. км. 4 февраля 2011 года было зарегистрировано рекордное приближение астероида к Земле, не приведшее к его сгоранию в атмосфере или падению. Тогда объект 2011 CQ1 пролетел всего в 5 тыс. км над земной поверхностью, однако диаметр этого объекта составлял всего 1 м.

В NASA считают, что риск столкновения известных потенциально опасных астероидов с Землей в ближайшие 100 лет является незначительным — менее 0,01%.

Самая большая звезда в нашей галактике

С самой большой известной звездой во Вселенной мы разобрались. Но она находится далеко от Земли и без помощи хорошей оптики ее невозможно обнаружить на ночном небе. В нашей галактике тоже есть великаны. Возглавляет их список Эта Киля. Этот необычный объект является системой двух объектов, вращающихся вокруг общего центра тяжести.

Крупнейшая звезда Млечного пути расположена в созвездии Киля, которое можно наблюдать в южном полушарии звездного неба. Свет от нее до Земли доходит за 7500 лет.

Система Эта Киля состоит из двух объектов – голубого гипергиганта Эта Киля А и голубой звезды η Car B. Основной компонент системы относится к переменным светилам, имеет массу 150 Солнц и радиус около 800 солнечных. При этом светило быстро теряет звездное вещество и вскоре станет сверхновой. η Car B в 30 раз тяжелее и в 20 раз больше Солнца. Температура ее поверхности превышает 37*103 К. В отличие от основного компонента, эта составляющая системы Эта Киля изучена мало.

Компоненты системы Эта Киля значительно различаются по массе и размерам. Основной является гипергигант Эта Киля А – огромная переменная звезда. Оно тяжелей Солнца в 150 раз и больше почти в 800 раз. Это одно из самых неустойчивых тел космического пространства. Она быстро теряет свое вещество, что скоро приведет к взрыву сверхновой.

Компонент В, или η Car B, относится к спектральному классу О. Ее масса равняется 30 массам Солнц, а радиус превышает солнечный в 20 раз. η Car B, словно спутник, вращается вокруг основного компонента системы.

Из-за переменчивой светимости Эта Киля А яркость всей системы постоянно меняется. Последний наблюдаемый пик светимости пришелся на 40-е годы 19 века. Тогда самая большая звезда Млечного пути светила ярче Солнца в 50 миллионов раз. Потом произошел взрыв псевдосверхновой, который в 10 раз уменьшил блеск Эта Киля. На этом уровне он находится и сегодня. Второй компонент системы ярче Солнца в несколько сотен тысяч раз.

Взрыв Эта Киля А не принесет вреда всем живым существам на поверхности Земли. Однако, это событие может вывести из строя спутники на околоземной орбите, а также повлиять на толщину озонового слоя атмосферы.

Множество Млечных Путей

Млечный путь

Известный философ Иммануил Кант ещё в 1755 предвосхитил основы современного понимания крупномасштабной структуры Вселенной. Он выдвинул гипотезу о том, что Млечный Путь является огромным вращающимся звёздным скоплением. В свою очередь, многие наблюдаемые туманности также являются более удалёнными «млечными путями» — галактиками. Не смотря на это, вплоть до 20 века астрономы придерживались того, что все туманности являются источниками звёздообразования и входят в состав Млечного Пути.

Ситуация изменилась, когда астрономы научились измерять расстояния между галактиками с помощью цефеид. Абсолютная светимость звёзд такого типа лежит в строгой зависимости от периода их переменности. Сравнивая их абсолютную светимость с видимой, можно с высокой точностью определить расстояние до них. Этот метод был разработан в начале 20 века Эйнаром Герцшрунгом и Харлоу Шелпи. Благодаря ему советский астроном Эрнст Эпик в 1922 году определил расстояние до Андромеды, которое оказалось на порядок больше размера Млечного Пути.

Эдвин Хаббл продолжил начинание Эпика. Измеряя яркости цефеид в других галактиках, он измерил расстояние до них и сопоставил его с красным смещением в их спектрах. Так в 1929 году он разработал свой знаменитый закон. Его работа окончательно опровергла укрепившееся мнение о том, что Млечный Путь является краем Вселенной. Теперь он был одной из множества галактик, которые ещё когда-то считали его составной частью. Гипотеза Канта подтвердилась почти через два столетия после её разработки.

В дальнейшем, открытая Хабблом связь расстояния галактики от наблюдателя относительно скорости её удаления от него, позволила составить полноценную картину крупномасштабной структуры Вселенной. Оказалось, галактики были лишь её ничтожной частью. Они связывались в скопления, скопления в сверхскопления. В свою очередь, сверхскопления складываются в самые большие из известных структур во Вселенной – нити и стены. Эти структуры, соседствуя с огромными сверхпустотами (войдами) и составляют крупномасштабную структуру, известной на данный момент, Вселенной.

Шкала расстояний

Телескопы являются лишь одним из инструментов для измерения космических расстояний и не всегда способны справится с этим заданием: чем дальше находится объект, расстояние до которого мы хотим измерить, тем сложнее это сделать. Радиотелескопы отлично подходят для измерения расстояний и проведения наблюдений лишь внутри нашей Солнечной системы. Они действительно способны предоставлять очень точные данные. Но стоит только направить их взор за пределы Солнечной системы, как их эффективность резко сокращается. Ввиду всех этих проблем астрономы решили прибегнуть к другому методу измерения расстояния — параллаксу.

Что такое параллакс? Объясним на простом примере. Закройте сначала один глаз и посмотрите на какой-нибудь объект, а затем закройте другой глаз и посмотрите снова на этот же объект. Заметили небольшое «изменение в положении» объекта? Этот «сдвиг» и называется параллаксом, методом, который используется для определения расстояния в космосе. Метод отлично работает, когда речь идет о звездах, находящихся в относительной близости от нас — примерно в радиусе 100 световых лет. Но когда и этот метод становится малоэффективным, ученые прибегают к другим.

Следующий способ определения расстояния носит название «метод главной последовательности». Он основан на наших знаниях о том, как со временем изменяются звезды определенных размеров. Сначала ученые определяют яркость и цвет звезды, а затем сравнивают показатели с ближайшими звездами, обладающими аналогичными характеристиками, выводя на основе этих данных приблизительное расстояние. Опять же, данный метод весьма ограничен и работает только в случае звезд, принадлежащих нашей галактике, или тех, которые находятся в радиусе 100 000 световых лет.

Чтобы заглянуть дальше, астрономы полагаются на метод измерения по цефеидам. Он основан на открытии американского астронома Генриетты Суон Ливитт, которая обнаружила зависимость между периодом изменения блеска и светимостью звезды. Благодаря этому методы многие астрономы смогли высчитать расстояния до звезд не только внутри нашей галактики, но и за ее пределами. В некоторых случаях речь идет о дистанциях в 10 миллионов световых лет.

И все же к вопросу размеров Вселенной мы пока не приблизились ни на йоту. Поэтому переходим к ультимативному средству измерений, основанному на принципе красного сдвига (или красного смещения). Суть красного смещения аналогична принципу работы эффекта Доплера. Вспомните железнодорожный переезд. Никогда не замечали, как звучание гудка поезда изменяется в зависимости от расстояния, усиливаясь при приближении и становясь тише при отдалении?

Свет работает примерно так же. Посмотрите на спектрограмму выше, видите черные линии? Они указывают на границы поглощения цвета химическими элементами, находящимися внутри и вокруг источника света. Чем больше сдвинуты линии к красной части спектра — тем дальше объект находится от нас. На основе подобных спектрограмм ученые также определяют то, насколько быстро объект двигается от нас.

Так мы плавно и подобрались к нашему ответу. Большая часть света, подвергшаяся красному смещению, принадлежит галактикам, возраст которых около 13,8 миллиарда лет.

Самая древняя звезда в галактике Млечный Путь

Согласно результатам исследования, опубликованного в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters, исследователям удалось обнаружить самую старую звезду во Вселенной. Как пишут авторы научной работы, группа астрономов наблюдала звезду, которая вполне может оказаться почти такой же древней, как сама Вселенная. По мнению ученых, у красного гиганта, который вскоре станет сверхновой, самый низкий уровень железа по сравнению с другими известными на сегодняшний день звездными объектами.

Крайне низкое содержание железа в красном гиганте привело исследователей к выводу, что звезда родилась во времена, когда другие звезды во Вселенной не содержали такое количество элементов, как сегодня

Авторы статьи также обращают внимание на то, что звезда находится на последней стадии своей эволюции – массивные красные гиганты, как правило, заканчивают жизнь вспышкой сверхновой, после чего становятся либо нейтронными звездами (самыми плотными объектами во Вселенной), либо коллапсируют в черные дыры. Космос – очень загадочное место

Звезда, которую обнаружила международная команда исследователей, была идентифицирована как SMSS J160540. 18-144323.1. Примечательно, что она расположена в пределах галактики Млечный Путь и находится примерно в 35 000 световых лет от Земли. Наблюдая за звездой, ученые обнаружили, что она содержит самый низкий уровень железа из всех известных звезд во всей галактике.

Этот красный гигант – самая древняя звезда в галактике Млечный Путь

Таким образом, открытие позволяет предположить, что SMSS J160540.18-144323.1 принадлежит к древней группе звезд, жизненный путь которых можно проследить вплоть до Большого Взрыва – главного космического события, создавшего вселенную 13,8 миллиарда лет назад.

Если подвести краткий итог результатам последних научных исследований, то очевидно становится три вещи: во-первых, звезда SMSS J160540.18-144323.1 скоро израсходует все топливо, питающее ее и станет сверхновой; во-вторых, ученые пока не могут точно сказать, когда именно во Вселенной появились первые звезды. Но это также означает, что будущие исследования, несомненно, помогут найти ответ на этот вопрос; и в-третьих, звезда SMSS J160540.18-144323.1 является самой древней в нашей родной галактике.