Астрофизика начинающим: как понять Вселенную - Грегори Мон

Если бы с такой скоростью вертелась наша планета, ваш школьный день продолжался бы минут двадцать. Правда, и каникулы были бы покороче, а главное, нас и вообще на Земле бы не оказалось.

Посмотрите на Сатурн, мою вторую любимую планету! Сутки на Сатурне длятся всего десять с половиной часов.

Объекты, которые быстро вращаются, имеют свойство сплющиваться. Земля, например, не является идеальной сферой. Наша планета вертится вокруг воображаемой оси, проходящей через точки Северного и Южного полюсов. Расстояние от одного полюса до другого вдоль этой линии короче, чем расстояние между противоположными точками на земном экваторе. Другими словами, Земля немного сплющена у полюсов.

И эта сплюснутость действительно небольшая: разность экваториального и полярного радиусов Земли составляет всего около 26 миль.

Чем быстрее объект вертится, тем более сплюснутым становится. Вернемся к нашим гамбургерам. Раз Сатурн вращается со скоростью 22 000 миль в час, получается, что эта планета между полюсами сплюснута на добрых 10 % по сравнению с ее экваториальным диаметром. Такая разность диаметров заметна даже в маленький любительский телескоп. Вот и выходит, что Сатурн мало похож на идеальную сферу, а больше – на бургер, широкий посредине и сплюснутый сверху.

Вселенная любит сферы. Если не считать кристаллов и обломков камней, в космосе очень немногие тела имеют острые кромки. У многих объектов очень странная форма, но список круглых тел практически бесконечен: от мыльных пузырей до галактик и далее.

Физические законы, которые управляют Вселенной, благоприятствуют сферам больше, чем другим формам. Возьмем, к примеру, поверхностное натяжение. Эта сила стягивает вещество на поверхности объекта. Рассмотрим мыльный пузырь. Сам он состоит из мыла и воды. Внутри – воздух в замкнутой ловушке. Поверхностное натяжение жидкости в пузыре сжимает воздух по всем направлениям. В мгновения, когда пузырь формируется, оно замыкает воздух в объеме, для которого площадь поверхности минимальна. Получается пузырь с максимальным возможным давлением, потому что мыльная пленка не растянется больше, чем это необходимо. А форма с наименьшей площадью поверхности для данного объема – это и есть идеальная сфера.

Можно было бы ежегодно экономить миллиарды долларов на упаковочных материалах, делая сферическими все упаковочные ящики и коробки в супермаркетах. Содержимое самого большого ящика сухого завтрака «Чириоз» легко уместилось бы в сферическую коробку радиусом в четыре с половиной дюйма. Просто никому не хочется бегать по коридору за раскатывающимися в разные стороны круглыми коробочками, которые будут то и дело сваливаться с полок.

На борту орбитальной космической станции, где царит невесомость, можно осторожно разбрызгивать капельки расплавленного – или жидкого – металла, и в воздухе будут плавать маленькие блестящие бусинки. Когда они остынут, они затвердеют, и поверхностное натяжение придаст им форму абсолютно идеальных сфер.

Для больших космических объектов, таких как планеты и звезды, поверхностное натяжение не столь важно. Эти объекты делают сферическими энергия и тяготение. Тяготение не только заставляет яблоки срываться с веток или искривляет пространство. Оно пытается сжать вещество во всех направлениях, стягивая его во все меньшем и меньшем объеме. Но тяготение не всегда побеждает – в твердых телах химические связи очень сильны. Гималаи, величайшая горная цепь нашей планеты, не проваливаются к центру Земли под действием тяготения, потому что этому противодействует жесткость каменного материала земной коры.

Конечно, на Земле есть высокие горные пики и глубокие ущелья, но, когда смотришь на нее из космоса, наша планета выглядит идеально гладкой сферой.

Прежде чем восхищаться величественными горными хребтами, стоит вспомнить, что по сравнению с другими планетами Земля имеет довольно плоскую поверхность. Молодежи, восходящей на Гималаи, горы представляются гигантскими. Городскому мальчику вроде меня кажется огромным любой высокий холм. И можно решить, что из-за всех этих горных вершин Земля из космоса, с большого расстояния, видится довольно неровной. Но Земля как космический объект удивительно гладкая. Если бы у вас был сверхгигантский волшебный палец и вы бы провели им по земной поверхности (по океанам и по всему остальному), она показалась бы вам гладенькой, как бильярдный шарик. Глобусы, на которых делают рельефную поверхность, чтобы отметить горные цепи, очень преувеличивают реальную высоту гор.

Итак, несмотря на горы и ущелья и на легкую сплюснутость у полюсов, Земля из космоса все же выглядит идеальной сферой.

Земные горы смотрятся довольно скромно, и если их сравнивать с некоторыми другими горными вершинами Солнечной системы. Величайшая гора Марса Олимп имеет высоту 65 000 футов и основание почти 300 миль в диаметре. По сравнению с ней знаменитый пик Мак-Кинли на Аляске выглядит кротовой горкой. Даже Эверест более чем вдвое ниже нее.

Скажете, нечестно? Почему это марсианам так повезло? Космический рецепт здесь простой: чем слабее гравитация на поверхности объекта, тем выше могут быть на нем горы. Высота Эвереста близка к предельной высоте земной горы – если бы он был чуть больше, каменные слои, на которых он лежит, могли бы проломиться под его тяжестью.

На этой картинке художник изобразил двойную систему, в которой вращающаяся нейтронная звезда высасывает вещество из своего умирающего соседа, тусклого красного гиганта.