@naked_space

Можно ли сместить орбиту Земли? И главное, зачем это делать?

2019-05-19T12:33:26.515Z

В новом китайском научно-фантастическом фильме «Блуждающая Земля», недавно выпущенном компанией Netflix, человечество, используя огромные двигатели, установленные по всей планете, предпринимает попытку изменить орбиту Земли, чтобы избежать ее уничтожения под воздействием гибнущего и расширяющегося Солнца, а также для предотвращения столкновения с Юпитером. Такой сценарий космического апокалипсиса однажды может на самом деле случиться. Примерно через 5 миллиардов лет у нашего Солнца закончится топливо для термоядерной реакции, оно расширится и, вероятнее всего, поглотит нашу планету. Конечно, еще раньше мы все погибнем от глобального повышения температуры, однако изменение орбиты Земли действительно может являться нужным решением избежать катастрофы, по крайней мере в теории.

Но как человечество сможет справиться с такой сверхсложной инженерной задачей? Инженер космических систем Маттео Чериотти из Университета Глазго поделился на страницах портала The Conversetion несколькими вариантами возможных сценариев.

Предположим, что наша задача состоит в том, чтобы сместить орбиту Земли, отдалив ее от Солнца примерно на половину расстояния от ее текущего расположения, примерно туда, где сейчас находится Марс. Ведущие космические агентства по всему миру уже давно рассматривают и даже прорабатывают идеи смещения малых небесных тел (астероидов) с их орбит, что в перспективе позволит защитить Землю от внешних ударов. Некоторые варианты предлагают весьма деструктивное решение: ядерный взрыв рядом с астероидом или на его поверхности; использование «кинетического импактора», роль которого, например, может сыграть космический аппарат, направленный на столкновение с объектом на высокой скорости для изменения его траектории. Но, что касается Земли, эти варианты, конечно же не подойдут из-за своей разрушительной природы.

В рамах других подходов предлагается увести астероиды с опасной траектории с помощью космических аппаратов, которые будут выполнять роль буксиров, либо же с помощью более крупных космических кораблей, которые за счет своей гравитации будут уводить опасный объект от Земли. С Землей, опять же, такое не прокатит, поскольку масса объектов будет совершенно несопоставима.

Электрические двигатели

Вы наверно увидитесь, но мы уже давно смещаем Землю со своей орбиты. Каждый раз, когда нашу планету покидает очередной зонд для изучения других миров Солнечной системы, несущая его ракета-носитель создает крошечный (в масштабах планеты конечно) импульс и воздействует им на Землю, толкая ее в противоположное ее движению направление. В качестве примера можно привести выстрел из оружия и создающуюся в результате него отдачу. К счастью для нас (но к несчастью для нашего «плана по смещению орбиты Земли») этот эффект для планеты практически незаметен.

В настоящий момент самой высокопроизводительной ракетой в мире является американская Falcon Heavy от компании SpaceX. Но нам потребуется около 300 квинтиллионов запусков этих носителей с полной нагрузкой, чтобы с помощью выше описанного метода отодвинуть орбиту Земли к Марсу. При этом масса материалов, необходимых для создания всех этих ракет будет эквивалентна 85 процентам массы самой планеты.

Загадочные белые карлики

2019-04-02T07:31:41.514Z

Белые карлики – звезды, имеющие большую массу (порядка солнечной) и малый радиус (радиус Земли), что менее предела Чандрасекара для выбранной массы, являющиеся продуктом эволюции красных гигантов. Процесс производства термоядерной энергии в них прекращен, что приводит к особым свойствам этих звезд. Согласно различным оценкам, в нашей Галактике их количество составляет от 3 до 10 % всего звездного населения.

История открытия

В 1844 году немецкий астроном и математик Фридрих Бессель при наблюдении Сириуса обнаружил небольшое отклонение звезды от прямолинейного движения, и сделал предположение о наличии у Сириуса невидимой массивной звезды-спутника.

Его предположение было подтверждено уже в 1862 году, когда американский астроном и телескопостроитель Альван Грэхэм Кларк, занимаясь юстировкой самого крупного в то время рефрактора, обнаружил возле Сириуса неяркую звезду, которую впоследствии окрестили Сириус Б.

Белый карлик Сириус Б имеет низкую светимость, а гравитационное поле воздействует на своего яркого компаньона довольно заметно, что свидетельствует о том, что у этой звезды крайне малый радиус при значительной массе. Так впервые был открыт вид объектов, названный белыми карликами. Вторым подобным объектом была звезда Маанена, находящаяся в созвездии Рыб.

Механизм образования

Белые карлики представляют собой конечную стадию эволюции небольшой звезды с массой, сравнимой с массой Солнца. В каком случае они появляются? Когда в центре звезды, например, как наше Солнце, выгорает весь водород, ее ядро сжимается до больших плотностей, тогда как внешние слои сильно расширяются, и, сопровождаясь общим потускнением светимости, звезда превращается в красного гиганта. Пульсирующий красный гигант затем сбрасывает свою оболочку, поскольку внешние слои звезды слабо связаны с центральным горячим и очень плотным ядром. Впоследствии эта оболочка становится расширяющейся планетарной туманностью. Как видите красные гиганты и белые карлики очень тесно взаимосвязаны.

Процесс охлаждения белого карлика и кристаллизации его центральной части

Сжатие ядра происходит до крайне малых размеров, но, тем не менее, не превышает предела Чандрасекара, то есть верхний предел массы звезды, при котором она может существовать в виде белого карлика

Виды белых карликов

Некоторые белые карлики в шаровом скоплении NGC 6397, снимок Хаббла.

Спектрально их разделяют по двум группам. Излучение белого карлика делят на наиболее распространенный «водородный» спектральный класс DA (до 80 % от общего количества), в котором отсутствуют спектральные линии гелия, и более редкий «гелиевый белый карлик» тип DB, в спектрах звезд которого отсутствуют водородные линии.

Американский астроном Ико Ибен предложил различные сценарии их происхождения: в виду того, что горение гелия в красных гигантах неустойчиво, периодически развивается слоевая гелиевая вспышка. Он удачно предположил механизм сброса оболочки в разные стадии развития гелиевой вспышки – на ее пике и в период между двумя вспышками. Образование его зависит от механизма сброса оболочки соответственно

Строение

Среди них наиболее распространены углеродно-кислородные с оболочкой, состоящей из гелия и водорода.

Статистически радиус белого карлика сравним с радиусом Земли, а масса варьируется от 0,6 до 1,44 солнечных масс. Поверхностная температура находится в пределах – до 200 000 К, что также объясняет их цвет.

Ядро

Основной характеристикой внутреннего строения является очень высокая плотность ядра, в котором гравитационное равновесие обуславливается вырожденным электронным газом. Температура в недрах белого карлика и гравитационное сжатие уравновешивается давлением вырожденного газа, что обеспечивает относительную устойчивость диаметра, а его светимость, в основном, происходит за счет остывания и сжатия внешних слоев. Состав зависит насколько успела проэволюционировать материнская звезда, в основном это углерод с кислородом и небольшие примеси водорода и гелия, которые превращаются в вырожденный газ.

Эволюция

Гелиевая вспышка и сброс внешних оболочек красным гигантом продвигает звезду по диаграмме Герцшпрунга-Рассела, обуславливая его превалирующий химический состав. Жизненный цикл белого карлика, после этого, остается стабилен до самого своего остывания, когда звезда теряет свою светимость и становится невидимой, входя в стадию так называемого «черного карлика», — конечный результат эволюции, хотя в современной литературе этот термин используется все реже. Присутствие рядом звездных компаньонов продляет их жизнь из-за падения вещества на поверхность через формирование аккреционного диска. Особенности аккреции вещества в парных системах могут приводить к накоплению вещества на поверхности белых карликов, что в результате приводит к взрыву новой или сверхновой звезды (в случае особо массивных) типа Ia

Остаток сверхновой SN 1006 — представляет собой взорвавшейся белый карлик, который находился в двойной системе. Он постепенно захватывал вещество звезды-компаньона и возрастающая масса спровоцировала термоядерный взрыв, который разорвал карлика.

Загадочные белые карлики

2019-04-02T07:28:32.297Z

История открытия

Механизм образования

Процесс охлаждения белого карлика и кристаллизации его центральной части

Виды белых карликов

Некоторые белые карлики в шаровом скоплении NGC 6397, снимок Хаббла.

Строение

Среди них наиболее распространены углеродно-кислородные с оболочкой, состоящей из гелия и водорода.

Ядро

Эволюция

Загадочные белые карлики

2019-04-02T07:23:41.983Z

История открытия

Механизм образования

Процесс охлаждения белого карлика и кристаллизации его центральной части

Виды белых карликов

Некоторые белые карлики в шаровом скоплении NGC 6397, снимок Хаббла.

Строение

Среди них наиболее распространены углеродно-кислородные с оболочкой, состоящей из гелия и водорода.

Ядро

Эволюция

Когда во Вселенной появились первые звезды?

2019-03-16T13:08:45.371Z

И хотя теория Большого взрыва как причина возникновения Вселенной и по сей день имеет много противников, лишь она одна наиболее полно и логично описывает физическою картину нашего мира и не противоречит наблюдениям. Один из наиболее важных этапов развития Вселенной в рамках теории Большого взрыва – это момент образования первых звезд. Когда же это произошло?

Итак, вернемся в нулевой момент времени. Из космологической сингулярности – точки с бесконечно высокой температурой вещества и плотностью – появляется наша Вселенная. Планковская эпоха – самая ранняя эпоха нашего мира, о которой мы имеем хотя бы какие-то предположения – длится всего 10−43 секунд. Именно после Планковской эпохи происходит отделение гравитационного взаимодействия от всех остальных. Затем Вселенная переживает колоссальное инфляционное увеличение, в результате чего при экстремальных значениях, которых пытаются ныне достичь физики с помощью Большого адронного коллайдера, начинают образовываться различные фундаментальные частицы. Но в то же время происходит и падение температуры, что дает начало эпохе Нуклеосинтеза, образованию более привычных для нас химических элементов и отделению фундаментальных взаимодействий друг от друга. Может показаться, что все эти эпохи длились миллионы лет, но по представлению современной физики они прошли лишь за 100 секунд.

Но зато следующая эпоха, названная Протонной, длилась куда дольше – около 380 000 лет, и характерна она тем, что именно в это время образовалась вещество, необходимое для появления первых звезд. Образуются первые атомы, материя переходит из состояния плазмы в газообразное состояние, при этом отдавая тепловое излучение в виде фотонов. Именно это излучение мы называем реликтовым и именно оно является самым, если так можно выразиться, «старым излучением», которое мы можем фиксировать нашими приборами.

Реликтовое излучение

На миллионы лет во Вселенной становится относительно спокойно и темно. Эта эпоха так и названа – Темные века: помимо реликтового излучения любые источники света отсутствуют. И лишь после окончания Темных веков наступает то время, когда во Вселенной начинают образовываться первые звезды. Гравитация начинает «спрессовывать» огромные газообразные облака в звезды, внутри которых разгорается термоядерная реакция. Появляются первые источники яркого света в молодой Вселенной – начинается эпоха Реионизации.

Когда же именно появились первые звезды? В 2003 году первые подробные исследования на этот счет показали, что эпоха Реионизации началась по прошествии 350-450 млн. лет после Большого взрыва. Последующие изучения отодвинули начало появления звезд на 150 млн. лет – до 550 млн. лет со времени рождения Вселенной. Но самые последние данные, полученные в конце 2016 года, говорят о 700 млн. лет после Большого взрыва. Если это действительно верно, то уровень современной техники уже позволяет увидеть свет самых первых звезд Вселенной.

По мере сбора новой информации космологические данные постоянно меняются. Нет никаких сомнений, что время возникновения первых звезд будет еще несколько раз пересмотрено. Поэтому вернее всего будет сказать, что первые звезды во Вселенной появились в промежутке между 400 и 700 млн. лет после Большого взрыва.

Когда во Вселенной появились первые звезды?

2019-03-16T13:04:53.453Z

Реликтовое излучение

Звезда TRAPPIST-1 и ее планеты

2019-02-26T13:38:23.756Z

Поиск пригодных для жизни экзопланет всегда вызывал большой интерес у астрономов, а любые открытия в этой сфере – большой ажиотаж как в мире науки, так и в СМИ. Так в 2016-м году в широких кругах исследователей все чаще начала появляться на слуху звезда под названием 2MASS J23062928-0502285 или иначе — TRAPPIST-1. Причиной тому стала планетарная система вокруг звезды, целых семь планет которой находится в так называемой обитаемой зоне. Однако, как это часто бывает, эмоции в науке являются плохим знаком, и дальнейшие исследования планет ставят под вопрос существования на них воды в жидком состоянии, не говоря уже о существовании жизни.

Положение TRAPPIST-1 в созвездии Водолея.

О звезде TRAPPIST-1

Звезда TRAPPIST-1 до последнего времени не была особо примечательным объектом для астрономов. Является одиночной звездой, которую видно с Земли в области созвездия Водолея располагается на расстоянии в 39,5 световых лет от Солнца. Относится к спектральному классу M8 V – холодный красный карлик.

Сравнение Солнца и TRAPPIST-1

Радиус звезды TRAPPIST-1 составляет всего 12,1% солнечного радиуса, что чуть больше радиуса Юпитера (примерно 10% радиуса Солнца).

Масса звезды оценивается в 84 массы Юпитера или 0,08 массы Солнца.

Плотность звезды, примерно, в 49,3 раза превышает плотность Солнца.

Поверхностная температура TRAPPIST-1 равна около 2 559 кельвин (Солнце – 5 778 К)

Светимость звезды в 1 900 раз меньше солнечной светимости

Период вращения, по последним данным (29.03.2017), составляет 3,295 суток

Возраст звезды, по данным 07.06.2017 составляет — 7,6 ± 2,2 млрд. лет

Хроника событий

Три экзопланеты

В 2016-м года группа бельгийских и американских астрономов, возглавляемая Майклом Гиллоном, объявила об открытии трех землеподобных экзопланет вблизи холодного красного карлика по имени 2MASS J23062928-0502285. Три открытые планеты получили названия: TRAPPIST-1 b, TRAPPIST-1 c и TRAPPIST-1 d, в соответствии с их порядком удаленности от центральной звезды.

При этом использовался TRAnsiting Planets and Planetesimals Small Telescope, сокращенно – TRAPPIST. Данный телескоп находится в чилийских горах и в основном наблюдает так называемые транзитные планеты. Такие планеты наблюдаются методом транзитной фотометрии, который строится на наблюдении за планетой, проходящей на фоне звезды. Причем, этот метод позволяет также вычислить не только размеры планеты, но также ее плотность и даже дать информацию о составе атмосферы наблюдаемой планеты.

Обсерватория TRAPPIST, Кокимбо, Чили.

Диаметр всех трех открытых экзопланет не превышает диаметр Земли более чем на 10%. И хотя две из них в 60-90 раз ближе к TRAPPIST-1, чем мы к Солнцу – следует учесть, что наша звезда во много раз ярче и горячее. Примечательно, что по причине небольших размеров звезды и близости к ней экзопланет, период обращения двух ближайших планет оценивался в 1,5 и 2,4 дня. На момент данного открытия период обращения третьей экзопланеты оценивался от 4,5 до 73 суток. Таким образом, подобные масштабы системы близки скорее к системе Юпитера и его спутников, нежели к нашей Солнечной системе.

В силу своей близости к звезде, планеты TRAPPIST-1 b и TRAPPIST-1 c значительно подвергнуты приливным силам звезды, в результате чего, скорее всего, обе планеты всегда повернуты к своей звезде одной стороной. То есть, на одной стороне – всегда жаркий день, на другой – всегда холодная ночь. В таком случае благоприятные условия для жизни могут существовать лишь вблизи терминатора – линии светораздела планеты.

Вид с поверхности планеты TRAPPIST-1 d в представлении художника.

Третья же планета, из-за своего более далекого расположения от звезды попадает в зону обитаемости. Такой зоной называют область пространства вокруг звезды, в пределах которой температура позволяет воде существовать в жидком состоянии. Как известно, жидкая вода – одно из основных условий для существования известных нам форм жизни.

Семь экзопланет

В феврале 2017-го года на пресс-конференции NASA было объявлено об открытии еще трех землеподобных каменистых экзопланет вблизи все той же звезды — TRAPPIST-1. Это открытие подтвердилось тридцатью исследователями со всех уголков Земли. Особенно примечателен тот факт, что все семь планет расположены в зоне Златовласки, или как было названо ранее – обитаемой зоне. Четыре из этих планет, согласно ученым, и вовсе имеют благоприятнейшие условия для обитания живых организмов.

Размер экзопланет и их орбит в системе TRAPPIST-1 по сравнению с планетами Солнечной системы.

Таким образом, вокруг звезды TRAPPIST-1 вращается семь звезд с названиями: b, c, d, e, f, g, и h. Все планеты вращаются очень близко к звезде. Например, если поместить на место Солнца звезду TRAPPIST-1, то все семь экзопланет расположатся внутри орбиты Меркурия. Однако, как было сказано ранее — TRAPPIST-1 в половину раза холоднее Солнца

Значимость подобного открытия состоит в том, что по статистике на выборку из 100-400 миллиардов звезд Млечного Пути 30-50 % приходится именно на красные карлики. В отличие от 10% желтых карликов, подобных Солнцу. Тогда вероятность обнаружения экзопланет в зоне обитаемости вблизи других звезд значительно растет. Примером другого красного карлика, лежащего на расстоянии всего в 4,243 световых года от Земли является Проксима Центавра. Данная звезда также вызывает большой интерес ученых с точки зрения поиска внеземной жизни.

Сколько будет стоить переезд на Марс?

2019-02-15T11:55:04.380Z

По мнению основателя и главы частной космической компании SpaсeX, однажды полеты на Марс станут доступны очень многому числу людей. Достаточно лишь будет продать свое жилье на Земле и вложить вырученные деньги в космический переезд. Кроме того, Маск даже предложил бонус для тех, кто на это все же отважится: возможность вернуться обратно на Землю будет совершенно бесплатной. Если выживите.

На вопрос одного из своих читателей в «Твиттере» о том, дорого ли будет стоить возможность полететь на Луну/Марс с учетом использования ракет для многоразовых запусков, Маск ответил, что все будет зависеть от объемов этих самых запусков.

«Я уверен, что что однажды переезд на Марс будет стоить меньше 500 000 долларов, а, может быть, даже меньше 100 000 долларов», — написал Маск.

По мнению главы SpaceX, такая стоимость будет означать, что большинство людей из стран с развитой экономикой при желании смогут, продав свой дом, профинансировать переезд на другую планету.

Такими доступными космические полеты Илон Маск хочет сделать с помощью Starship – полностью многоразового космического аппарата, предназначающегося для комфортной доставки сотник человек на Марс за один запуск, а в перспективе и за его пределы. Недавно компания провела уже вторые огневые испытания существенно модернизированного двигателя Raptor, который будет использоваться для испытательных суборбитальных полетов. Их планируют начать в марте этого года.

Прожиг двигателя Raptor для космического аппарата Starship

Игра мускулами

В том же «Твиттере» Маск заявил, что что ракетный двигатель для космического корабля Starship опередил РД-180 по уровню давления в камере сгорания.

«Согласно плану, тяга должна составлять минимум 170 тонн. Двигатель достиг 172 тонн, а давление в камере сгорания дошло до 257 бар», — пояснил Маск.

Чуть позже он добавил, что что давление превысило 268,9 бар, что позволило SpaceX побить рекорд российского двигателя РД-180.

РД-180

Конечно же, такое заявление не могло остаться в стороне. Слова Илона Маска решил прокомментировать главный конструктор НПО «Энергомаш», а также разработчик и производитель двигателей семейства РД-180 Пётр Лёвочкин, слова которого приводятся на официальном сайте госкорпорации «Роскосмос»:

«Компания SpaceX создает двигатель Raptor на компонентах кислород и метан или как принято в российской классификации — схема «газ-газ». В подобного рода схемах такой уровень давления в камере сгорания не является чем-то выдающимся — в своих разработках для данных схем мы закладываем уровень давления в камере более 300 атмосфер. А сам параметр давление в камере не является выходной характеристикой двигателя, такой как тяга и удельный импульс.
Однако, господин Маск, не будучи техническим специалистом, не учитывает, что в двигателе РД-180 для ракеты-носителя Atlas используется совершенно другая топливная схема — «кислород-керосин», а это иные параметры работы двигателя. Это как сравнивать дизельный и бензиновый двигатель внутреннего сгорания. А если учитывать то, что «Энергомаш» сертифицировал двигатель с 10% запасом, то давление в камере сгорания РД-180 — выше 280 атмосфер.
Несмотря на то, что наши компании являются конкурентами, мы как инженеры приветствуем первые успехи коллег из компании SpaceX в области ракетного двигателестроения. Действительно, при разработке двигателя Raptor американские инженеры вышли на рекордный для себя уровень по давлению в камере. Это свидетельствует о достаточно высоком уровне разработок и производственных процессов в компании SpaceX».

В перспективе SpaceX собирается создать универсальную версию Raptor, которая будет использоваться и в ракете-носителе для запуска космических аппаратов, и в самих аппаратах для выхода на нужную орбиту и маневров. Это позволит не только сэкономить время на разработку, но снизит стоимость сборки и запуска.

СКОЛЬКО БУДЕТ СТОИТЬ ПЕРЕЕЗД НА МАРС?

2019-02-15T11:47:27.713Z

По мнению основателя и главы частной космической компании SpaceX, однажды полеты на Марс станут доступны очень многому числу людей. Достаточно лишь будет продать свое жилье на Земле и вложить вырученные деньги в космический переезд. Кроме того, Маск даже предложил бонус для тех, кто на это все же отважится: возможность вернуться обратно на Землю будет совершенно бесплатной. Если выживите.

Прожиг двигателя Raptor для космического аппарата Starship

Игра мускулами

РД-180

«Компания SpaceX создает двигатель Raptor на компонентах кислород и метан или как принято в российской классификации — схема «газ-газ». В подобного рода схемах такой уровень давления в камере сгорания не является чем-то выдающимся — в своих разработках для данных схем мы закладываем уровень давления в камере более 300 атмосфер. А сам параметр давление в камере не является выходной характеристикой двигателя, такой как тяга и удельный импульс.
Однако, господин Маск, не будучи техническим специалистом, не учитывает, что в двигателе РД-180 для ракеты-носителя Atlas используется совершенно другая топливная схема — «кислород-керосин», а это иные параметры работы двигателя. Это как сравнивать дизельный и бензиновый двигатель внутреннего сгорания. А если учитывать то, что «Энергомаш» сертифицировал двигатель с 10% запасом, то давление в камере сгорания РД-180 — выше 280 атмосфер.
Несмотря на то, что наши компании являются конкурентами, мы как инженеры приветствуем первые успехи коллег из компании SpaceX в области ракетного двигателестроения. Действительно, при разработке двигателя Raptor американские инженеры вышли на рекордный для себя уровень по давлению в камере. Это свидетельствует о достаточно высоком уровне разработок и производственных процессов в компании SpaceX».

Большой Разрыв

2019-02-04T21:00:00.593Z

Всякий раз, когда мы пишем, что Virgin Galactic и Blue Origin утверждают, что стали ближе к космическому туризму, кто-то закатывает глаза. Конечно, все больше людей собирается в космос, но вы их знаете? Это не я и не вы. Для тех, кто не имеет миллионов на счету, но в детстве хотел быть космонавтов (вроде меня), шанс попасть в космос все равно кажется несбыточной мечтой. Но насколько он мал? Давайте посмотрим, как люди вроде нас с вами могут попасть в космос и сколько нам придется для этого ждать.

Большой Разрыв — один из сценариев дальнейшей судьбы Вселенной, который основывается на уравнении состояния космологической модели и предполагает разрыв всех существующих структур, вплоть до атомов

История

В 1910-1920-х годах рядом ученых было замечено, что близлежащие космические объекты, вроде Туманности Андромеды или цефеид, удаляются от Земли с некоторой скоростью. В результате этих наблюдений выдающийся американский астроном Эдвин Хаббл сформулировал свой одноименный закон, согласно которому Вселенная расширяется. Подобный эффект сразу же нашел объяснение в лице инерции от Большого Взрыва. Предполагалось, что гравитация отрицательно влияет на инерцию, и потому спустя некоторое время расширение остановится, на миг Вселенная окажется в стабильном состоянии, после чего начнет сжиматься обратно.

Колоссальной гравитацией же должна обладать невидимая, но давно известная нам «темная материя», в результате действий которой могло бы произойти так называемое «Большое сжатие». Но последующие наблюдения за космическими телами наводили ученых на мысль, что Вселенная не замедляет свое расширение, а в 1998-м году при исследовании сверхновых астрономы обнаружили, что расширение происходит ускоренно. Для описания наблюдаемого явления в модель Вселенной пришлось ввести новый вид энергии – «темную энергию».

Природа темной энергии

Одной из наиболее вероятных моделей Вселенной, которая также удовлетворяет уравнениям общей теории относительности, является космологическая модель советского ученого – Александра Фридмана, которую он описал еще в 1922-м году. Согласно ней тяготение зависит не только от плотности вещества, но и от давления самой среды. Природа различных сред определяется параметром «w», который равен отношению давления среды к плотности ее энергии.

Далее кратко рассмотрим три наиболее реалистичные модели темной энергии.

Квинтэссенция

Согласно этой гипотезе темная энергия представляется возбуждением частиц некоего скалярного поля, плотность которого может изменяться в пространстве-времени. Параметр w в таком случае имеет значение больше -1 и меньше -1/3.

Энергия вакуума (w = -1)

Предполагается, что темная энергия присуща любому объему пространства, является энергетической плотностью чистого вакуума. В таком случае ее плотность остается неизменной. Примечательно, что значительный вклад в эту гипотезу сделал сам Альберт Эйнштейн. Считая Вселенную стационарной, то есть не расширяющейся, он осознавал, что по закону всемирного тяготения Ньютона мир должен сжиматься. Так как этого не происходит, Эйнштейну пришлось ввести в уравнения общей теории относительности дополнительный «космологический член». Под ним подразумевается некая сила, противодействующая силе гравитации. Возрастание этой силы происходит с коэффициентом пропорциональности, который был назван «космологической постоянной».

Альберт Ейнштейн

Однако, после открытия расширения Вселенной Э. Хабблом, Эйнштейн посчитал космологический член, как он сам говорил, «грубейшей ошибкой из всех допущенных им» и убрал ее из уравнений. Но после открытия факта ускоренного расширения Вселенной, космологический член вновь потребовался для описания космологической модели. Таким образом, Альберту Эйнштейну удалось описать природу темной энергии еще до ее теоретического рождения. Сегодня гипотеза энергии вакуума, основывающаяся на космологической постоянной «Лямбда», включена в современную стандартную космологическую модель Вселенной — Лямбда-CDM.

В случае гипотезы об энергии вакуума, Вселенную ждет так называемый «разлет во тьму», в результате которого все космические объекты значительно отдалятся друг от друга, а после – начнут распадаться на составные, вплоть до элементарных частиц.

Фантомная энергия (w < -1).

Такая модель среды подразумевает отрицательную кинетическую энергию, то бишь отрицательную гравитацию, которая по модулю выше, чем у вакуума. Плотность таковой среды со временем увеличивается, а отрицательная гравитация возрастает до тех пор, пока не приблизится к бесконечному значению. Из этого следует, что расширение Вселенной будет столь стремительно, что приведет ее к Большому Разрыву.

Сценарий Большого Разрыва

Если природа темной энергии такова, что параметр w < -1, то наш мир ждет скоропостижная и эпическая гибель в виде Большого Разрыва, сценарий которого предложил немецкий космолог Роберт Колдуэлл. Как и в случае с гипотезой энергии вакуума, некоторое время все космические тела будут отдаляться друг от друга. Таким образом, с нашего небосвода исчезнет внушительный ряд звезд, вместе с целыми галактиками.

Изучение Вселенной в максимальном ее объеме ограничивает так называемый горизонт событий. За его пределами находятся объекты, с которыми невозможно взаимодействовать и которые даже невозможно увидеть. Дело в том, что информация о любом объекте может передаваться к нам не быстрее, чем со скоростью света. Это значит, что некоторые новообразованные космические тела мы еще не можем увидеть по той причине, что их свет до нас попросту не дошел. Учитывая расширение Вселенной, свет самых старых объектов, которым около 13,75 млрд лет, должен пролететь не 13,75, а 45,7 световых лет, так как эти объекты отдалились от нас за время своего существования.

Если же расширение происходит ускоренно, то в какой-то момент эти объекты перестанут быть видимыми для нас, так как они будут удаляться со скоростью, большей, чем предельная, скорость света. В результате чего их излучение не сможет достичь наблюдателя на Земле. Таким образом, со временем горизонт событий будет все приближаться к нам. По достижению горизонтом событий какого-либо объекта все существующие виды взаимодействия между его составными, расположенными по разные стороны горизонта, не будут осуществляться.

После того как разлетятся скопления галактик (за 1 млрд. лет до Большого Разрыва), темная энергия настолько превысит силы гравитации, что сами галактики начнут постепенно распадаться, в том числе и Млечный Путь (за 60 млн лет). За три меся��а до гибели Вселенной начнут разлетаться все тела Солнечной системы, и если Земля сохранится до того времени, то за полчаса до Большого Разрыва и она разлетится. Далее связи между молекулами начнут ослабевать и за 1 наносекунду до конца существования мира распадутся атомы. Температура такой Вселенной падает до значения близкого к абсолютному нулю.