Der Mensch begann den Weltraum zu erforschen, bevor er die Umlaufbahn betrat – durch die Erschaffung von Science-Fiction-Geschichten weitere 400
- Stimmt es, dass die Sonne im Vergleich zu Sternen klein ist?
So sicher nicht.Es gibt rote Riesensterne, die tausendmal größer sind als die Sonne – zum Beispiel UY Shield, AH Scorpio und W Cepheus. Aber es gibt auch andere Beispiele. Zum Beispiel ist der 2003 entdeckte Stern 2MASS J0523-1403 so groß wie Jupiter (aber 70-mal massereicher). Seine Masse ist 15-mal geringer als die der Sonne - das ist die Grenze für Sterne, unterhalb derer Kernreaktionen einfach nicht zünden.
- Wie werden Sterne zu Schwarzen Löchern?
Dieses Schicksal erwartet Sterne mit einer Masse von mehr als 8–10Solar. Vom Gravitationskollaps (dh "in sich selbst zusammenfallen") werden sie durch die Energie der Kernreaktionen gehalten. Doch früher oder später geht der Treibstoff aus: Solche Sterne verbrennen erst Wasserstoff, dann Helium, dann Kohlenstoff – und so weiter, bis der Kern zu Eisen wird. Dabei hören die Kernreaktionen darin auf und die Kompression beginnt unter dem Einfluss der Schwerkraft. Sobald die Masse des Eisenkerns die sogenannte Chandrasekhar-Grenze (etwa anderthalb Sonnenmassen) erreicht, kann nichts dem Kollaps eines Sterns in ein Schwarzes Loch widerstehen.
- Was ist ein Gasriese - bedeutet das, dass der Planet kein festes Fundament hat und nicht darauf gelandet werden kann?
Wir sprechen von sehr großen Planeten, bestehend aushauptsächlich Wasserstoff und Helium. In unserem Sonnensystem gibt es zwei davon: Jupiter und Saturn. Ob sie eine feste Oberfläche haben, ist eine sehr interessante Frage, die Wissenschaftler mit der Raumsonde Juno zu beantworten versuchen. Es befindet sich derzeit in einer Umlaufbahn um Jupiter.
Wenn Sie zum Jupiter tauchen, müssen Sie zunächst hindurchdie äußere Schicht kalter, dichter Wolken, bestehend aus Ammoniak und Wasser. Je tiefer der Beobachter geht, desto höher sind Druck und Temperatur in der Atmosphäre. Irgendwann wird der Wasserstoff zu einem flüssigen Zustand kondensieren und einen riesigen Ozean bilden. Noch tiefer beginnt sich Wasserstoff unter enormem Druck wie ein flüssiges Metall zu verhalten.
Die Juno-Daten deuten darauf hin, dass der Kern des Planeten keine klaren Grenzen hat, er scheint aufgelöst zu sein. Vielleicht geschah dies, weil der Riese vor Milliarden von Jahren mit einem anderen Planeten kollidierte.
Kollision von Proto-Jupiter mit einem anderen Planeten.a) vor der Kollision - ein fester Kern ist sichtbar. b) zum Zeitpunkt des Zusammenstoßes, c) zehn Stunden nach dem Zusammenstoß. Durch die Kollision und weitere Vermischung stellte sich heraus, dass Jupiters Kern verlängert und „verdünnt“ wurde. Abbildung adaptiert von Liu et al (2019)
- Ist es möglich, durch ein Schwarzes Loch in eine andere Dimension zu gelangen?
Wir wissen nicht.Einsteins Gleichungen gehen davon aus, dass ein Schwarzes Loch einem umgekehrten Weißen Loch entspricht, was zu einem Paralleluniversum führen kann (die Rosen-Einstein-Brücke). Aber um dorthin zu gelangen, müssen Sie sich mit einer Geschwindigkeit bewegen, die schneller als das Licht ist. Weiße Löcher selbst können sich in Form heller Strahlungsblitze im Gammabereich in unserem Universum manifestieren – und sie wollen sie vom Fermi-Weltraum-Gammastrahlen-Teleskop aus finden. Der theoretische Physiker Lee Smolin schlug vor, dass weiße Löcher der Urknall für andere Universen sind.
Penrose-Diagramm. Oben ist ein schwarzes Loch und unten ein weißes Loch. Und an den Seiten sind zwei Universen: unsere und eine Parallele
Und die Physiker Oleg Lunin und Samir Mathur schlugen vorLösung für ein Schwarzes Loch, basierend auf der Superstring-Theorie. In der Superstring-Theorie sind alle bekannten Teilchen Schwingungen von Energiesträngen in mehrdimensionalen Räumen. In einem Schwarzen Loch sind diese Fäden und Räume miteinander verflochten und bilden eine einzige Struktur, ähnlich einem Wollknäuel, das von einer „multidimensionalen Katze“ aus dem Hyperraum ausgespuckt wird.
Rechts ist ein "normales" Schwarzes Loch mit einer Singularität undEreignishorizont, links - ein schwarzes Loch aus der Stringtheorie, ohne Ereignishorizont und ohne Singularität (Fuzzball - ein Wollknäuel). Kunst von Olena Shmahalo/Quanta Magazine
- Wie haben alte Menschen Galaxien entdeckt, wenn sie keine modernen Teleskope hatten?
Das Auge ist ein sensibles Instrument.Wir können Quellen am Himmel bis zur sechsten Größenordnung wahrnehmen. Diese Skala wurde übrigens vom römischen Astronomen Cladius Ptolemäus eingeführt. In seinem Katalog bezeichnete die erste Größe die hellsten Sterne und die sechste die dunkelsten. Daher sehen wir den Andromeda-Nebel, der eine Helligkeit von 3,44 hat, ohne Teleskop. Diese Galaxie wurde übrigens erstmals vor etwa tausend Jahren vom persischen Astronomen und Mathematiker Abdurrahman al-Sufi beschrieben. Er entdeckte auch die Große Magellansche Wolke.
- Warum sagt man, dass Zeit die vierte Dimension ist? Wie viele Dimensionen sind offen?
Bis zum 20. Jahrhundert glaubten Wissenschaftler an diese ZeitRaum und physikalische Prozesse sind unabhängig voneinander. Doch 1905 entwickelte Albert Einstein die spezielle Relativitätstheorie, nach der sich Zeit und Raum ausdehnen und zusammenziehen können. Wenig später verband sein Lehrer Herman Minkowski Raum und Zeit zu einem gemeinsamen vierdimensionalen Raum-Zeit-Kontinuum.
Basierend auf diesen Ideen entwickelte Einstein einen GeneralRelativitätstheorie. Er schrieb eine Gleichung, die beschreibt, wie Masse und Energie die Raumzeit beeinflussen, sie biegen können und wie sich die Bewegung der Materie unter diesen Bedingungen ändert. Es stellte sich heraus, dass Raum und Zeit an physikalischen Prozessen beteiligt sind und keine Bühne für sie. Deshalb glauben Wissenschaftler, dass Zeit die vierte Dimension ist.
Was die zusätzlichen Dimensionen betrifft, die TheorieStrings ermöglichen ihre Existenz auf der Mikroebene und die damit verbundene Vorstellung von Kosmologie auf der Brane (abgeleitet vom Wort "Membran") - im Gegenteil, auf der ganz großen. Kleine Extradimensionen sucht man am Large Hadron Collider, große im Weltall mit den Gravitationsantennen LIGO und VIRGO und dem Weltraum-Gammateleskop Fermi-LAT. Bisher ohne Erfolg.
- Stimmt es, dass die Uhr auf dem Gipfel eines hohen Berges anders läuft als auf der Erdoberfläche?
Zeitverzögerung tritt in zwei Fällen auf:wenn sich ein Objekt relativ zu einem externen Beobachter mit hoher Geschwindigkeit bewegt; in der Nähe der Gravitationsquelle (Massiver Planet, Schwarzes Loch). Ein Beispiel mit einer Uhr aus der zweiten Kategorie. Der Berg befindet sich auf der Erdoberfläche, die Schwerkraft hat, und die Zeit auf der Spitze des Berges fließt im Vergleich zu einem Beobachter auf Meereshöhe schneller. Dieser Effekt ist zwar sehr gering: 83 Nanosekunden pro Tag beim Everest-Experiment.
Aber GPS-Satelliten fliegen in einer Höhe von etwa 20.000 Metern.km. Dort ist die Gravitationsbeschleunigung der Zeit bedeutsamer. Die Zeit vergeht pro Tag 40 Mikrosekunden schneller als auf der Erdoberfläche, und das muss berücksichtigt werden. In diesem Sinne sind GPS-Satelliten ein hervorragendes Labor, um die Auswirkungen der Relativitätstheorie zu testen.
- Wie können Zeit und Raum gekrümmt werden?
Wir kennen diese Zeit- und Raumkrümmungaber wie sie es tun, ist eine schwierige Frage. Um sie zu beantworten, müssen wir die Wirkung der Schwerkraft auf Quantenebene betrachten, aber dafür gibt es noch keine universelle Theorie.
Es gibt separate Ansätze wie die Stringtheorieoder Schleifenquantengravitation. Letzteres stellt den Raum nicht als kontinuierlichen Raum dar, sondern als einen Raum, der aus geschlossenen Schleifen des Gravitationsfeldes besteht. Auf großen Maßstäben sieht es aus wie der übliche Raum der Allgemeinen Relativitätstheorie, und auf kleinen Maßstäben sieht es so aus, als ob er aus Pixeln bestünde. Masse und Energie, die in einen solchen Schleifenraum eingebracht werden, beeinflussen ihn und verzerren ihn somit.
- Stimmt es, dass das Vakuum nicht wirklich leer ist und dass darin selbst Teilchen entstehen?
Nach der Feldtheorie und der UnschärferelationHeisenberg, das Vakuum kann für sehr kurze Zeiträume in einem solchen Energiezustand sein, in dem es gepaarte Teilchen erzeugen kann. Wissenschaftler nennen sie virtuell. Sie unterscheiden sich etwas von gewöhnlichen, gehorchen aber gleichzeitig den Quantenerhaltungsgesetzen.
Wir können virtuelle Teilchen nicht beobachten, siewerden paarweise geboren und vernichten sich schnell, ohne uns in irgendeiner Weise zu beeinflussen. Dieses Gleichgewicht kann jedoch in einigen Fällen gestört werden, beispielsweise in Gegenwart eines starken Gravitationsfeldes, wie in einem Schwarzen Loch. Stephen Hawking zeigte, dass Schwarze Löcher Teilchen (meistens Photonen) nicht nur absorbieren, sondern auch emittieren und somit verdampfen können. Davor glaubte man, dass nichts, nicht einmal Licht, einem Schwarzen Loch „entkommen“ könne.
- Was ist der Urknall? Warum ist das passiert?
Dies ist ein theoretisches Modell, das beschreibtdie Entstehung des modernen Universums aus einem sehr dichten und sehr heißen Zustand. In einer Pikosekunde (einer Billionstel Sekunde) traten darin grundlegende Wechselwirkungen auf: zuerst gravitativ und dann elektromagnetisch, schwach und stark. Dann begann bei sehr hohen Temperaturen die Geburt von Teilchen-Antiteilchen-Paaren, und danach vernichteten sie sich, wobei das Produkt ein Photon (Licht) war.
Zu unserem Glück entstand eine Asymmetrie:für eine Milliarde Proton-Antiproton-Paare stellte sich heraus, dass ein Proton "zusätzlich" war. Alle Sterne, Galaxien, Planeten und wir selbst bestehen aus diesem einen Milliardstel Teil. Für die nächsten Hunderttausende von Jahren waren Licht und Materie „verschränkt“ und das Universum war sehr undurchsichtig. Etwa 400.000 Jahre nach dem Urknall kühlte es ab und Atome begannen sich zu bilden. Es gab keine freien Elektronen mehr und das Universum wurde für Licht transparent. Es gab einen starken Strahlungsausbruch, den wir jetzt als Reliktstrahlung (kosmischer Mikrowellenhintergrund) beobachten.
Warum das Universum begann, sich aus einem sehr komprimierten Zustand auszudehnen, wissen wir nicht (ebenso wie das, was vor dem Urknall war). Vielleicht lag der Grund in den Quantenfluktuationen des Vakuums.
- Warum können Raumschiffe nicht mit Lichtgeschwindigkeit fliegen?
Aus der speziellen Relativitätstheorie folgt:Um ein massives Objekt auf Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen, müssen Sie unendlich viel Energie aufwenden. Was natürlich unmöglich ist. Nur masselose Teilchen wie das Photon können sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen.
1994 der mexikanische Physiker Miguel Alcubierreschlug die Idee eines Warp-Antriebs vor (wie in der Kult-Science-Fiction-Serie Star Trek). Anstatt in FTL zu reisen, muss das Raumschiff die Raumzeit vor sich komprimieren und dahinter ausdehnen, während es sich immer noch in einer Blase flacher Raumzeit befindet. Es stimmt, es gab mehrere ungelöste Probleme. Um eine solche Blase zu erzeugen, wird exotische Materie mit negativer Masse benötigt. Die gute Nachricht ist, dass eine kürzlich erschienene Arbeit Lösungen für superluminale Warp-Blasen mit positiver Energiedichte gefunden hat. Aber das Problem bleibt, wie man die Blase selbst mindestens auf Lichtgeschwindigkeit zerstreut und woher man viel Energie bekommt, ohne ein Schwarzes Loch zu erzeugen.
2D-Rendering des Alcubierre-Motors
- Welche Substanz ist mehr im Universum?
Nach den neuesten Daten des WeltraumsPlanck-Observatorium besteht unser Universum nur zu 5 % aus gewöhnlicher oder, wie Wissenschaftler sagen, baryonischer Materie, also aus Sternen, Galaxien, Gas und Ihnen.
Ein bedeutenderer Teil – 26 % – istDunkle Materie. Es wurde durch die Untersuchung der Rotation von Galaxien und ihrer Haufen entdeckt. Masse und Schwerkraft reichten nicht aus, um ihr "Verhalten" zu erklären. Daher war es notwendig, das Konzept der Dunklen Materie einzuführen, die sich nur durch die Schwerkraft manifestiert und ansonsten nicht mit gewöhnlicher Materie interagiert. Tatsächlich ist nicht bekannt, was Dunkle Materie ist.
Links ist eine Karte der Gammastrahlung mit einer Energie von 1–3.16 GeV im Zentrum unserer Galaxie. Bekannte Pulsare signiert. Wenn wir alle bekannten Quellen von Gammastrahlung entfernen, wie rechts gezeigt, dann entsteht ein Strahlungsüberschuss, der durch die Vernichtung dunkler Materie erklärt werden kann
Endlich die geheimnisvollste Substanz, die es gibt69 % davon ist dunkle Energie, über die wir fast nichts wissen. Es manifestiert sich hauptsächlich durch die Expansion des Universums. Darüber hinaus sind Wissenschaftler zu dem Schluss gekommen, dass die Dichte des Universums nahezu kritisch ist. Materie (normal + dunkel) hat jedoch nur 30 % der kritischen Dichte. Wo ist der Rest? Dies könnte die Energie des Weltraums oder des Vakuums selbst sein oder eine zusätzliche unbekannte Kraft, die allgemein als dunkle Energie bezeichnet wird.
- Wie wahrscheinlich ist es, dass es andere intelligente Wesen in unserer Galaxie gibt?
Es gibt viele Hinweise darauf, dass unsere Galaxiemuss mit Leben gefüllt werden. Erstens gibt es laut dem Kepler-Weltraumteleskop etwa 40 Milliarden erdähnliche Planeten, die sonnenähnliche Sterne oder Rote Zwerge umkreisen und sich auch in der habitablen Zone (günstige Bedingungen für die Entstehung von Leben) befinden.
Zweitens entstand das Leben auf unserem Planetenfast unmittelbar nach der Entstehung der Erde und existiert seit 4 Milliarden Jahren. Bei intelligenten Wesen ist es etwas komplizierter. Im galaktischen Maßstab existiert der Mensch nur für eine vernachlässigbar kurze Zeit.
Der amerikanische Astronom Frank Drake hat zusammengestellteine Gleichung zur Schätzung der Anzahl fortgeschrittener Zivilisationen in unserer Galaxie, aber sie hat viele Unbekannte. Daher ist die Lösung dafür sehr unterschiedlich - von 20 Stück bis 50 Millionen! Letzteres ist unwahrscheinlich, denn es gibt auch das Fermi-Paradoxon, das wörtlich so klingt: Warum beobachten wir keine Spuren von Hochkulturen - Satelliten, verschiedene Funksignale und so weiter? Vielleicht sind die Bedingungen auf unserem Planeten und im Sonnensystem noch einzigartig (wir haben zum Beispiel einen riesigen Jupiter, der mit seinem Gravitationsfeld die Erde vor großen Meteoriten und Asteroiden schützt). Das heißt, das Leben ist vielleicht keine Regel für das Universum, sondern eine große Ausnahme.
- Was passiert mit dem Universum am Ende seiner Existenz?
Nun ist das wahrscheinlichste Szenarioschnell expandierendes Universum. In etwa einer Billion Jahren werden alle Galaxien über das sichtbare Universum hinausfliegen. In 100 Billionen Jahren wird der letzte Stern, ein Roter Zwerg, explodieren. Innerhalb von 10 Quantmillionen Jahren werden die Galaxien auseinanderfallen und ihre Überreste beginnen, in Schwarze Löcher zu fallen. Was passiert mit intelligentem Leben? Dies ist eine sehr lange Ära, und eine hochentwickelte Zivilisation könnte einen Weg finden, Schwarze Löcher als Energiequellen zu nutzen.
Früher oder später werden sogar Schwarze Löcher verdampfenHawking-Strahlungskonto (nach verschiedenen Annahmen innerhalb von 1040–10106 Jahren). Natürlich kann alles viel schneller enden, wenn die Dichte der dunklen Energie mit der Zeit zunimmt. In diesem Fall wird die Expansionsrate des Universums irgendwann, etwa in 20 bis 70 Milliarden Jahren, so hoch sein, dass die gesamte Materie auf subatomarer Ebene zerbricht. Dieses Szenario wird „Big Rip“ genannt.
Und wenn Sie noch weiter in die unvorstellbare Zukunft blicken, dann könnten eines Tages erneut Quantenfluktuationen zur Geburt des Universums führen.
Diese Antworten können zu neuen Fragen führen −Die Erforschung des Weltraums ist endlos. Mit Hilfe des interaktiven Kurses "Space Printing" von "Uchi.ru" können Sie sich in das Thema vertiefen. Es ist für diejenigen, die die Fähigkeit des Zehnfingersystems beherrschen und dabei das Universum vor angreifenden Robotern retten wollen.
Weiter lesen:
Der größte Stammbaum der Menschheit zeigte die Geschichte unserer Spezies
Entwickelter umweltfreundlicher Kraftstoff auf Basis von Kohlendioxid
Die Cheops-Pyramide wird mit kosmischer Strahlung untersucht