Сохраняй посты, комментируй и ставь оценки
До 80% Урана состоит из жидкостей, а в центре планеты находится твёрдое ядро. Уран относится к ледяным гигантам.
Представьте себе мир без кислорода. Мир, где невозможно дышать, где нет голубого неба, где жизнь, какой мы ее знаем, просто не может существовать. Именно такой была наша планета на заре своего существования. Но как же Земля превратилась в цветущий оазис жизни, который мы видим сегодня? Ответ кроется в удивительной истории о крошечных существах, которые произвели революцию планетарного масштаба.
Около 4,54 миллиарда лет назад, когда наша планета только сформировалась, ее атмосфера разительно отличалась от современной. В ней не было кислорода, пригодного для дыхания. Этот период, названный археем, длился почти половину истории Земли.
Атмосфера раннего архея состояла в основном из азота, углекислого газа и метана. Океаны были насыщены железом, которое в отсутствие кислорода оставалось растворенным в воде. Если бы мы могли путешествовать во времени и посетить Землю той эпохи, нам бы пришлось надеть скафандр – дышать там было нечем!
Но вот на сцену выходят настоящие звезды нашей истории – цианобактерии. Эти микроскопические организмы совершили колоссальный переворот в истории планеты, начав производить кислород путем фотосинтеза.
Фотосинтез – это удивительный процесс, в ходе которого организмы используют энергию солнечного света для превращения углекислого газа и воды в сахар, высвобождая при этом кислород как побочный продукт. Сегодня мы воспринимаем это явление как должное, но задумайтесь: цианобактерии фактически изобрели способ получать энергию из солнечного света! Это было не менее революционно, чем если бы мы сегодня научились получать энергию из межзвездного вакуума.
Примерно 2,4 миллиарда лет назад произошло то, что ученые называют "Кислородной революцией" (Великим окислением). Количество кислорода в атмосфере начало стремительно расти, что привело к глобальным изменениям на планете.
Представьте себе, как растворенное в океанах железо начало окисляться и выпадать в осадок, формируя гигантские залежи железной руды, которые мы разрабатываем сегодня. Небо из тусклого красновато-оранжевого стало постепенно приобретать привычный нам голубой оттенок. А жизнь... жизнь получила мощнейший толчок к развитию.
Кислород, который для анаэробных организмов того времени был настоящим ядом, открыл дорогу эволюции сложных форм жизни. Появление кислородного дыхания позволило организмам получать энергию гораздо эффективнее, что в итоге проложило путь к появлению многоклеточных форм жизни и, в конечном счете, к возникновению человека.
Несмотря на всю важность этого события, ученые до сих пор не могут точно сказать, что именно послужило триггером для начала массового производства кислорода цианобактериями. Почему эти микроорганизмы вдруг начали вырабатывать кислород в таких количествах? Что заставило их объединиться в колонии, положив начало эволюции многоклеточных организмов?
Эти вопросы по-прежнему вызывают оживленные дискуссии в научном сообществе. Одни исследователи связывают это явление с изменениями в геологической активности планеты. Другие полагают, что ключевую роль сыграли генетические мутации в самих бактериях. Третьи видят причину в сложном взаимодействии множества факторов, включая изменения климата и химического состава океанов.
Опыт нашей планеты подсказывает нам, что присутствие значительного количества кислорода в атмосфере небесного тела может быть признаком его обитаемости. Именно поэтому кислород считается одним из важнейших биомаркеров при поиске жизни во Вселенной.
Когда астрономы изучают атмосферы далеких экзопланет, они в первую очередь ищут следы кислорода. Обнаружение этого элемента в достаточно высокой концентрации может стать первым шагом к величайшему открытию в истории человечества – обнаружению внеземной жизни.
История кислородной революции на Земле – это не просто рассказ о далеком прошлом. Это урок о том, как микроскопические организмы могут изменить целую планету. Это напоминание о хрупкости и взаимосвязанности экосистем. И, наконец, это предупреждение о том, как радикально может измениться окружающая среда под влиянием живых организмов – урок, который особенно актуален сегодня, когда мы сталкиваемся с проблемами изменения климата и загрязнения окружающей среды.
Так что в следующий раз, когда вы сделаете глубокий вдох, вспомните о тех древних цианобактериях, которые подарили нам этот бесценный кислород, и о том, какой долгий путь прошла наша планета, чтобы стать тем домом, который мы знаем и любим.
Снимки получены на 10-метровом телескопе "Кек" с использованием системы адаптивной оптики
В повседневной жизни мы даже не задумываемся о том, что постоянно участвуем в грандиозном космическом движении. Наша планета не только вращается вокруг своей оси, но и движется по орбите вокруг Солнца, а вместе с Солнечной системой — вокруг центра Млечного Пути. Почему же мы не ощущаем этого движения? Давайте разбираться.
Земля вращается вокруг своей оси со скоростью около 1675 км/ч на экваторе. В средних широтах скорость вращения меньше — чем ближе к полюсам, тем медленнее движение, так как точки на поверхности Земли описывают окружности меньшего диаметра за те же 24 часа. При этом мы совершенно не замечаем этого движения.
Основной принцип, объясняющий наше спокойное существование на вращающейся планете, — это равномерность движения и отсутствие изменений в ускорении. Все на Земле, включая нас, атмосферу и океаны, движется с одинаковой скоростью относительно оси вращения планеты. Это похоже на то, как мы не чувствуем движения в плавно летящем самолете или едущем поезде - пока скорость постоянна, наши органы чувств не регистрируют перемещение. Они реагируют только на изменения скорости или направления движения: ускорение, торможение, повороты.
Гравитация играет ключевую роль в том, что мы не улетаем с поверхности вращающейся планеты. Она удерживает не только нас, но и атмосферу Земли, которая вращается вместе с планетой как единое целое. Это создает стабильную среду, в которой мы живем.
Хотя мы не чувствуем вращения планеты напрямую, его влияние проявляется во многих явлениях:
Смена дня и ночи;
Сила Кориолиса, влияющая на движение воздушных масс;
Экваториальная выпуклость Земли;
Приливы и отливы (в сочетании с влиянием Луны).
Если бы Земля внезапно прекратила вращение вокруг своей оси, последствия были бы катастрофическими. По закону инерции все на поверхности Земли сохранило бы скорость движения: на экваторе — 1675 км/ч, а ближе к полюсам — немного меньше. Люди и все незакрепленные объекты были бы мгновенно сметены этим движением, а здания разрушены чудовищными перегрузками. Кроме того, резкая остановка вращения вызвала бы:
Разрушительные ураганы;
Гигантские цунами;
Масштабные землетрясения;
Катастрофическое изменение климата.
Вращение Земли - это не просто механическое движение. Оно создает условия, необходимые для жизни:
Равномерное распределение солнечного тепла;
Магнитное поле, защищающее от космической радиации;
Стабильный климат;
Циркуляция океанов и атмосферы.
Вращение Земли - удивительный пример того, как грандиозные космические процессы становятся частью нашей повседневной жизни. Мы не замечаем этого движения благодаря его равномерности и постоянству, но именно оно создает условия, делающие нашу планету пригодной для жизни.
Представьте себе астероид диаметром 10 километров, несущийся к Земле со скоростью 30 километров в секунду. Если этот гигант столкнется с нашей планетой, то место его падения не будет иметь особого значения — будь то океан или суша, последствия будут одинаково катастрофическими.
Даже Марианская впадина — самая глубокая точка Мирового океана с глубиной 11 034 метра — не сможет стать препятствием. В отличие от небольших астероидов, этот космический снаряд практически не замедлится при прохождении через атмосферу — она будет пробита, словно тонкая бумага.
При столкновении с земной корой высвободится колоссальная энергия. Температура в точке удара достигнет таких значений, что большая часть астероида и земной породы просто испарится. Образуется гигантский кратер диаметром более 100 километров. Ударная волна многократно обогнет планету, вызывая разрушительные землетрясения, гигантские цунами и пробуждая спящие вулканы повсюду.
Часть обломков, образовавшихся при ударе, улетит в космос и сформирует вокруг Земли кольцо. Массивные раскаленные фрагменты, падающие обратно на поверхность планеты, вызовут множественные пожары по всему миру. Мощное тепловое излучение от места удара и выброшенного материала усугубит ситуацию, превращая континенты в "огненный ад".
Через несколько недель или месяцев атмосфера остынет, но в ней останется столько пыли и сажи от удара и пожаров, что солнечный свет практически перестанет достигать поверхности Земли. Наступит период глобального похолодания. Впрочем, до этого момента доживут немногие.
Подобный сценарий уже разворачивался на Земле около 66,5 миллиона лет назад, когда астероид (или комета) такого же размера создал кратер Чикшулуб на территории современной Мексики. Результатом стало исчезновение динозавров и примерно 75% всех видов живых существ на планете.
Согласно научным данным, астероиды подобного масштаба сталкиваются с Землей каждые 50-100 миллионов лет. Это означает, что мы живем в эпоху, когда такая угроза вполне реальна. Именно поэтому критически важно развивать технологии обнаружения и предотвращения столкновений с опасными космическими объектами. Человечество должно быть готово защитить свой единственный космический дом.
Готовясь к этой статье, я задал сотне случайных людей, казалось бы, простой вопрос: "Кто доказал, что Земля круглая?" Большинство уверенно отвечали: Колумб или Магеллан. Некоторые, особенно моложе тридцати, вспоминали школьные рассказы о смелом мореплавателе Христофоре Колумбе, который будто бы бросил вызов невежественным современникам и всему мрачному Средневековью, отплыв за горизонт и доказав, что Земля — не плоский диск.
Конечно, встречались и те, кто заявлял, что "никто не знает, какая она на самом деле", потому что "небесная твердь", "космоса не существует" и вообще "нам не говорят всю правду, потому что мы — люди маленькие".
После всех этих ответов я окончательно убедился, что выбрал правильную тему.
Я представляю вашему вниманию увлекательную историю о том, как античные мыслители, за две тысячи лет до Колумба, узнали, что Земля имеет форму шара. Более того, они даже смогли вычислить ее размер с поразительной для своего времени точностью. И все это без телескопов и спутников!
Это история о триумфе человеческого гения.
Представление о том, что до великих географических открытий люди считали Землю плоской, появилось не в Средние века, а гораздо позже. Главным популяризатором этого мифа стал "отец американской литературы" Вашингтон Ирвинг. В 1828 году он опубликовал мифологизированную биографию Колумба, в которой красочно описал, как невежественные современники, подначиваемые священниками, высмеивали идею шарообразной Земли, а храбрый мореплаватель героически им противостоял.
Я не случайно назвал эту работу Ирвинга, получившую название "История жизни и путешествий Христофора Колумба", мифологизированной. Перед нами не глубокое историческое исследование, а художественное произведение. Он придумал драматический конфликт, которому нет никакого подтверждения. На самом деле у образованных европейцев XV века не было никаких сомнений, что они живут на шаре. И интеллектуальная элита спорила с Колумбом о размерах этого шара и о практической осуществимости экспедиции.
История понимания формы Земли уходит корнями в глубокую древность. Первые мыслители действительно представляли планету плоской. Например, Фалес Милетский в VI веке до н. э. считал, что Земля — плоский диск, плавающий в бесконечном океане. Анаксимандр и вовсе представлял ее цилиндром*, на верхнем торце которого живут люди.
*Почему именно цилиндром? Полагаю, это связано с объединением двух идей: плоский мир людей и огромное, неизведанное и многоуровневое подземное царство Аида.
Но уже Пифагор, живший примерно в 570–490 годах до н. э., предположил, что Земля имеет форму шара. Эта идея была основана на том, что древние греки считали сферу совершенной геометрической фигурой — достойной столь важного космического тела как Земля (антропоцентризм во все времена зашкаливал). Примечательно, что это была скорее философская концепция, чем научный вывод. Тем не менее Пифагор оказался прав.
Настоящий прорыв совершил Аристотель в IV веке до н. э. Он не просто рассуждал о шарообразности Земли — он был первым, кто предоставил убедительные доказательства, которые остаются актуальными и сегодня.
Первый аргумент касался лунных затмений. Аристотель заметил, что тень Земли, падающая на Луну, всегда имеет форму дуги — независимо от того, под каким углом происходит затмение. Единственное тело, способное отбрасывать такую тень при любом положении источника света, — это шар.
Второе доказательство философ получил, наблюдая за кораблями. Когда судно уходит в море, то сначала за горизонтом скрывается корпус, затем паруса, и лишь потом исчезает верхушка мачты. Если бы Земля была плоской, то корабль бы просто становился все меньше и меньше.
Третий аргумент, который Аристотель приводит в трактате "О небе" (около 350 года до н. э.), связан со звездами. Если путешествовать на север или на юг, то можно заметить, как одни созвездия постепенно скрываются за горизонтом, а другие — наоборот, появляются. Те, что в Египте поднимаются высоко над головой, в северных странах едва видны у линии горизонта. Такое различие возможно только в том случае, если поверхность Земли искривлена.
Одним из главных героев этой истории является Эратосфен Киренский — древнегреческий ученый, который в 240 году до н. э. не просто подтвердил выводы Аристотеля о шарообразности Земли, но и измерил ее окружность. И сделал он это с поразительной точностью, используя лишь логику, знание геометрии и... обычную палку.
Эратосфен заведовал знаменитой Александрийской библиотекой и имел доступ к знаниям со всего античного мира. Из старинного свитка он узнал любопытный факт: в городе Сиена (нынешний Асуан) в полдень летнего солнцестояния светило занимает положение точно в зените. В этот момент тени от предметов становятся пренебрежимо малы, а солнечные лучи проникают прямо на дно глубоких колодцев. Это явление, описанное неизвестным автором, натолкнуло Эратосфена на идею измерить размеры Земли.
В тот же день ученый провел эксперимент в Александрии. Он вбил в землю вертикальный шест и заметил, что в полдень тот отбрасывает короткую тень. Измерив длину этой тени и зная высоту шеста, Эратосфен вычислил угол падения солнечных лучей — чуть больше семи градусов, что соответствует примерно одной пятидесятой окружности.
Дальше в ход пошла простая геометрия. В Сиене в полдень солнцестояния Солнце занимало положение точно над головой и не давало тени, а в Александрии в тот же момент шест отбрасывал короткую тень. Разница в наклоне солнечных лучей между двумя городами составила около семи градусов — то есть одну пятидесятую полного круга. Значит, и расстояние между Александрией и Сиеной соответствует одной пятидесятой длины земного меридиана.
По одной версии, Эратосфен поручил измерить этот путь человеку, прошедшему его пешком и считавшему шаги. По другой — использовал данные караванной торговли. Получилось около 5 000 стадиев.
Умножив 5 000 на 50, ученый получил 250 000 стадиев — примерно 40 000 километров. Сегодня мы знаем, что длина экваториальной окружности Земли составляет 40 075 километров. То есть погрешность вычислений Эратосфена составила меньше одного процента. И все это за 2 197 лет до запуска первого искусственного спутника Земли.
Вопреки популярному мифу, средневековые ученые не утратили знания, унаследованные от античных коллег, и не начали считать Землю плоской. Этот миф появился в эпоху Возрождения, когда власть имущие старались во что бы то ни стало противопоставить "мрачное Средневековье" "просвещенной науке" (а в XIX веке Ирвинг раздул этот миф, о чем сказано выше). На деле же образованные люди средневековой Европы и исламского мира прекрасно знали, что Земля имеет форму шара.
Более того, еще во II веке до н. э. греческий ученый Кратет Малльский создал первый в истории глобус. Средневековые картографы, опираясь на достижение своего предшественника, тоже изготавливали сферические модели Земли. То есть без принятия шарообразной формы планеты это было бы совершенно лишено смысла.
Важно отметить, что церковь не только не преследовала ученых за идею шарообразной Земли, но и принимала ее как факт. Например, святой Амвросий Медиоланский — епископ, проповедник и один из отцов западной церкви — уже в IV веке открыто рассуждал о «земном шаре». А мусульманские астрономы того времени развивали сферическую тригонометрию, чтобы вычислять направления и расстояния до Мекки — расчеты, которые имеют смысл только на шарообразной планете.
Христофор Колумб не доказывал, что Земля круглая. Это давно было известно всем, кто имел хоть какое-то отношение к его экспедиции. Спор шел о другом — о размерах планеты.
Колумб считал Землю на 25-30% меньше, чем она есть на самом деле. Он опирался на данные древнегреческого философа и географа Посидония (135–51 годы до н. э.), который, отвергнув более точные вычисления Эратосфена, занизил оценку длины земной окружности. Согласно расчетам Колумба, путь в Азию по западному маршруту должен был занять всего несколько недель. Ему возражали не невежды, а лучшие географы Европы, справедливо указывавшие, что океан слишком велик и подобное путешествие может закончиться катастрофой.
По иронии судьбы именно ошибка Колумба сделала его путешествие возможным. Если бы он знал истинные размеры Земли и реальные расстояния до Азии, то, вероятно, не решился бы на столь рискованную экспедицию — запасов воды и еды просто не хватило бы на такой путь. Его флот спасло существование неизвестного** тогда континента — Америка оказалась между Европой и Азией, не дав кораблям сгинуть в бескрайнем океане.
**Справедливости ради стоит отметить, что за пять веков до Колумба берегов Северной Америки, вероятно, достигали викинги, но свои открытия они не удосужились задокументировать, так что вскоре это достижение было забыто.
И вот здесь история делает неожиданный поворот. В наше время, когда существуют тысячи спутниковых снимков Земли, Международная космическая станция непрерывно летает уже 25 лет, и сотни человек побывали в космосе, миллионы наших современников начали верить в плоскую Землю.
Согласно социологическим опросам, примерно 2-3% населения развитых стран убеждены, что планета имеет форму диска. Это не шутка. Существуют целые сообщества, конференции, каналы в интернете, посвященные "разоблачению" шарообразной Земли.
Особенно настораживает возрастная динамика. Среди людей старшего поколения в шарообразности Земли убеждены более девяноста процентов. Среди молодежи этот показатель заметно ниже. Интернет, который должен был стать инструментом распространения знаний, превратился в рассадник невежества.
Древние греки, не имея ни спутников, ни телескопов сумели понять форму планеты и измерить ее размер с помощью палки и тени. Аристотель в IV веке до н. э. привел доказательства, которые может проверить любой человек — достаточно понаблюдать за кораблями или за лунным затмением.
А часть наших современников, имея свободный и мгновенный доступ ко всем знаниям человечества, умудряется отрицать очевидное. Это не "альтернативная точка зрения" и не "здоровый скептицизм". Это интеллектуальная деградация — откат на тысячелетия назад.
Магнитное поле Земли создает вокруг планеты особые области, заполненные заряженными частицами. Эти области, известные как радиационные пояса или пояса Ван Аллена, являются частью общей системы магнитной защиты нашей планеты.
История их открытия началась в 1958 году. Джеймс Ван Аллен, американский физик из Университета Айовы, установил на первом американском спутнике "Эксплорер-1" счетчик Гейгера. Ученый хотел измерить космические лучи вокруг Земли. Но когда спутник достиг высоты около 1 000 километров, прибор перестал работать.
Поначалу думали, что прибор был неисправен или произошел технический сбой. Однако Ван Аллен предположил иное: счетчик перестал работать из-за перенасыщения — уровень радиации оказался слишком высоким. Последующие запуски "Эксплорер-3" и "Эксплорер-4" подтвердили его догадку – вокруг Земли существуют особые области, где магнитное поле планеты способно захватывать и удерживать заряженные частицы из космического пространства. Так наука узнала о существовании радиационных поясов, которые были справедливо названы в честь их первооткрывателя.
Это две кольцевые области, расположенные одна внутри другой вокруг нашей планеты:
Внутренний пояс располагается на высоте 1 000 — 6 000 километров;
Внешний пояс находится на высоте 13 000— 60 000 километров.
В этих областях магнитное поле Земли захватывает и удерживает заряженные частицы: протоны и электроны, приходящие в основном от Солнца и от других источников космического излучения.
Радиация в поясах действительно представляет опасность, но:
Космические корабли проектируются с учетом прохождения через пояса;
Траектории полетов рассчитываются так, чтобы минимизировать время пребывания в опасных зонах;
Современная защита космических аппаратов способна значительно снизить воздействие радиации.
В ходе лунной программы NASA "Аполлон" пояса преодолевались за 30-60 минут по специально рассчитанной траектории. При этом астронавты получали допустимую дозу радиации, которая была значительно ниже опасного для здоровья уровня.
Пояса Ван Аллена динамичны: их форма и интенсивность меняются под влиянием солнечной активности. В 2012 году NASA запустило специальные зонды Van Allen Probes для детального изучения поясов. Было установлено, что во время сильных солнечных бурь иногда может формироваться временный третий пояс.
Пояса Ван Аллена - важная часть магнитной защиты Земли. Здесь магнитное поле планеты захватывает и удерживает заряженные частицы из космоса. Современные исследования этих областей помогают лучше понимать взаимодействие Земли с космической средой и прогнозировать космическую погоду.
Несмотря на высокий уровень радиации, пояса Ван Аллена не являются непреодолимой преградой для космических полетов. Современные технологии защиты космических аппаратов и правильно рассчитанные траектории позволяют безопасно пересекать эти области.
Исследователи из Сколтеха и их китайские коллеги определили, что предсказанный ранее экзотический молекулярный ион акводий (aquodiium) должен быть стабилен в условиях недр Урана и Нептуна. Эту необычную частицу можно представить себе как молекулу воды, к которой прицепились два «лишних» протона, что дает ей двойной положительный заряд. Если акводий действительно присутствует внутри ледяных гигантов, то он участвует в формировании их необычных по сравнению с другими планетами магнитных полей.
Исследование опубликовано в журнале Physical Review B. Магнитные поля Урана и Нептуна до сих пор вызывают у ученых куда больше вопросов, чем поля Юпитера, Сатурна и Земли. Источник магнетизма в недрах нашей планеты — циркуляция жидкого электропроводящего железоникелевого сплава. Считается, что подобным образом поля Юпитера и Сатурна порождает циркулирующий на большой глубине водород, который при столь высоких давлениях и температурах переходит в металлическое состояние и тоже обладает электронной проводимостью.
Предполагается, что магнитные поля Урана и Нептуна вызваны циркуляцией вещества, для которого характерна не электронная, а ионная проводимость. Иными словами, не электроны, а электрически заряженные атомы или молекулы — то есть ионы — сами направленно движутся и тем самым переносят электрический заряд. Какие именно ионы и в каком соотношении циркулируют в недрах ледяных гигантов — пока неясно. И здесь может крыться часть разгадки того, почему их магнитные поля так необычны: сильно отклонены от осей вращения этих планет и исходят не из их центров.
Один из авторов посвященного акводию исследования, профессор Сколтеха Артем Оганов, поясняет различие между двумя типами проводимости — и причем тут новый ион: «В условиях, которые существуют в недрах Юпитера, водород становится жидким металлом, его электропроводность обусловлена наличием свободных электронов, которые все атомы водорода сбрасывают „в общий котел“ при столь сильном сжатии. А в Уране, как мы предполагаем, сами ионы водорода, то есть протоны, переносят заряд. При этом совершенно не обязательно в форме свободных ионов H+, а, например, в виде гидроксония H3O+, аммония NH4+ и ряда других ионов. Наше исследование дополняет этот ряд ионом H4O2+, химия которого представляет большой интерес».
Гибридизациями в химии называют стандартные варианты совмещения двух и более электронных орбиталей атома, на основании которых можно получить своего рода шаблоны молекул и молекулярных ионов с участием этого атома. Один из таких шаблонов имеет форму правильного тетраэдра, в центре которого располагается атом с так называемой sp3-гибридизацией — например, углерод, азот или кислород. А в каждой из четырех вершин — либо валентный электрон, либо целая электронная пара, которая самодостаточна и не участвует в формировании нормальных (ковалентных) связей с другими атомами. Простейший пример — атом углерода с четырьмя валентными электронами по вершинам тетраэдра. Если добавить четыре атома водорода, получится молекула метана CH4.
У кислорода на внешней электронной оболочке уже есть две укомплектованные электронные пары в добавок к двум одиночным валентным электронам, поэтому «шаблон» sp3-гибридизации реализуется так: две вершины тетраэдра заняты электронными парами, а в оставшихся двух валентные электроны могут образовать связи с атомами водорода — получится молекула воды H2O. Если к одной из «родных» электронных пар кислорода присоединить протон, то есть лишенный собственного электрона атом водорода, то получится ион гидроксония H3O+ — кстати, именно его концентрацией в действительности определяется водородный показатель (известный как pH) водных растворов, ведь выделяемые кислотами в раствор протоны тут же присоединяются к молекулам воды.
«Вопрос был в том, можно ли к гидроксонию присоединить еще один протон и получить недостающее звено в этой цепи? В нормальных условиях такая конфигурация чрезвычайно невыгодна с энергетической точки зрения, но наши расчеты говорят, что она реализуется при выполнении двух условий, — рассказывает профессор Сяо Дун из Нанькайского университета (Китай), идея которого легла в основу работы. — Во-первых, нужно высокое давление, которое вынуждает вещество уменьшить свой объем, и тут разделить неиспользованную электронную пару кислорода с еще одним ионом водорода — хороший выход. Получается как бы третья ковалентная связь с водородом, только оба электрона в ней — от кислорода. И второе условие: нужно много свободных протонов, то есть сильнокислая среда».
Авторы опубликованного в Physical Review B исследования использовали самые современные методы моделирования, чтобы понять, как вода и плавиковая кислота поведут себя в экстремальных условиях. При давлении порядка 1,5 млн атмосфер и температуре 3 тыс. градусов Цельсия в симуляции стали четко различимы ионы акводия H4O2+.
Ученые считают, что открытый таким образом новый ион может влиять на поведение и свойства водных сред, в частности кислых сред под большим давлением. Условия, о которых идет речь, примерно соответствуют тому, чего можно было бы ожидать от Урана и Нептуна, где немыслимая толща водного океана оказывает колоссальное давление на глубинные слои вещества и присутствие кислот тоже возможно. А значит, должен образовываться акводий, который будет циркулировать вместе с другими ионами и делать свой вклад в магнитные поля этих планет. Быть может, он даже участвует в формировании неизвестных нам земных минералов, устойчивых в экстремальных условиях. Освещенное в пресс-релизе исследование поддержано грантом Российского научного фонда.
Открытие трех тел, вращающихся вокруг Урана и Нептуна достаточно необычно. Последний раз новую луну у Урана находили более 20 лет назад.
До февраля этого года у Урана и Нептуна официально было лишь 27 и 14 спутников соответственно. Это намного больше, чем у Земли, Марса или Плутона, но, в то же время, в несколько раз меньше, чем у Юпитера и Сатурна (две эти планеты имеют пару сотен спутников). Одна из причин такого количественного разрыва с другими планетами-гигантами — слабая изученность спутниковых систем Урана и Нептуна. Они лежат в 19 и 30 раз дальше от Солнца, чем Земля, и в несколько раз дальше, чем пятая и шестая планеты. Если на орбитах вокруг Сатурна и Юпитера работали земные космические зонды, то для седьмой и восьмой планеты Солнечной системы такого не было. Быстро пролетающие мимо них космические аппараты не имели возможностей для детального изучения окрестностей этих планет.
Теперь астрономы из Института Карнеги (США) сообщили об обнаружении еще одного спутника Урана, 28-го по счету, и двух новых спутников Нептуна, 15-го и 16-го. Астроном Скотт Шеппард (Scott S. Sheppard) отмечает, что это самые тусклые спутники, когда-либо открытые у этих тел. Их удалось обнаружить только после специальной процедуры компьютерной обработки изображений.
Спутник Урана пока имеет временное имя S/2023 U1. Такое название отражает дату первого снимка, на котором его в конце концов смогли различить (он был сделан в ноябре 2023 года, но на обработку и проверку ушло время). Его диаметр — лишь восемь километров, что делает его, по всей видимости, самой малой из лун этой планеты. Полный оборот вокруг планеты-хозяина это тело делает за 680 земных суток. Постоянное имя нового спутника будет назначено позже. По правилам, действующим для этой планеты, его возьмут из имен персонажей Шекспира.
Две свежеоткрытые луны Нептуна — S/2002 N5 и S/2021. Хотя из названий видно, что самые старые снимки, на которых их нашли, относятся к 2002 и 2021 годам, это совсем не значит, что их открыли в ту пору. Дело в том, что простой фиксации объекта рядом с какой-то планетой недостаточно для понимания того, что это. В основном подобные объекты — тусклые звезды на «заднем фоне» за планетой.
Чтобы подтвердить, что речь именно о спутниках, астрономы сравнили снимки разных лет и исходя из них предсказали места, где можно найти эти же тела в 2022 и 2023 году. После таких наблюдений стало возможно уверенно говорить об их статусе спутников.
S/2002 N5 имеет 23 километра в диаметре и делает один оборот вокруг Нептуна за девять земных лет, то есть речь о спутнике, весьма удаленном от своей планеты. S/2021 N1 меньше, только 14 километров в диаметре, и делает один оборот вокруг Нептуна за 27 лет. Постоянные имена этих спутников, по традиции, будут взяты из греческого пантеона.
Новые открытия, скорее всего, последние для спутников настолько крупных размеров. Почти наверняка Нептун и Уран имеют еще немало подобных тусклых лун на сильно вытянутых и удаленных от них орбитах. Однако размеры еще неоткрытых тел меньше. Судя по опыту Юпитера и Сатурна, находящихся ближе к земным телескопам, там может быть немало тел размерами менее 8-10 километров. Чтобы увидеть их надежно, нужны зонды на орбитах седьмой и восьмой планет — или специальные наблюдения космических телескопов.
Многие из нас, глядя на ночное небо, задавались вопросом: почему Луна не падает на Землю? Ведь наша планета притягивает к себе все, проходящие слишком близко, объекты — от пылинок до астероидов. Что же удерживает Луну на безопасном расстоянии?
На самом деле Луна все же падает на Землю. Однако благодаря своей огромной орбитальной скорости — более 3 682 километров в час — она постоянно "промахивается" мимо нашей планеты. Согласно закону всемирного тяготения Ньютона, эта скорость напрямую зависит от массы Земли и расстояния до нее. Чем ближе объект к Земле, тем быстрее он должен двигаться, чтобы оставаться на орбите. Чем дальше — тем медленнее может быть его движение. Например, Международная космическая станция летает низко над Землей (около 400 километров), поэтому она двигается со скоростью около 27 600 километров в час, чтобы продолжать "промахиваться" и оставаться на стабильной орбите.
При этом важно понимать, что система Земля-Луна — это не статичная конструкция, а динамическое взаимодействие двух тел. Земля и Луна непрерывно влияют друг на друга, хотя влияние Луны меньше из-за разницы в массах. Более того, под действием приливных сил Луна постепенно удаляется от Земли в среднем на 3,8 сантиметра в год.
Орбита нашего спутника имеет форму эллипса. Поэтому расстояние между Землей и Луной меняется от ~363 до ~405 тысяч километров в течение каждого оборота. При этом скорость движения Луны тоже не остается постоянной — она увеличивается при приближении к Земле и уменьшается при удалении от нее, подчиняясь законам Кеплера.
Этот же принцип действует и в масштабах всей Солнечной системы. Земля и другие планеты движутся вокруг Солнца по тому же закону. Наша планета движется по орбите со средней скоростью около 107 200 километров в час — именно такая скорость необходима, чтобы оставаться на орбите вокруг Солнца на расстоянии одной астрономической единицы (~150 миллионов километров). А Плутон, находясь значительно дальше от Солнца, движется со средней скоростью 16 809 километров в час — это прекрасно иллюстрирует, как орбитальная скорость уменьшается с увеличением расстояния от центрального (доминирующего) тела.
В масштабах Вселенной этот баланс между движением и притяжением создает удивительно устойчивые системы. Именно благодаря этому существуют галактики, звездные и планетные системы, включая нашу Солнечную систему.
\
На самом деле видно даже невооруженным глазом, если зрение острое и знать куда смотреть. Особенно, если поблизости есть водоемы с которых видно другой берег в удалении. С высоты 178см (условно уровень взгляда человека средней высоты) горизонт на равнине/спокойной воде всего-то 4.7 км. На расстоянии уже 20км изгиб земли будет почти 19 метров. Так что пляжи, набережные и невысокие постройки на том берегу будут скрыты изгибом.
Работал на прошлой работе, вот такой интересный эффект сфотографировал. Произошло КЗ (короткое замыкание) на землю воздушной линии на 10кВ (10000 вольт) приехали устранять последствия.
А внутри гладкое как стекло
Да, это земля так деформировалась
Среди 28 известных лун Урана особое внимание ученых привлекает Ариэль — достаточно массивный спутник, под ледяной поверхностью которого может скрываться глобальный океан жидкой воды.
Спутник Ариэль был открыт 24 октября 1851 года британским астрономом Уильямом Ласселом, но до исторического пролета зонда NASA "Вояджер-2" о нем практически ничего не было известно.
24 января 1986 года космический аппарат "Вояджер-2" получил первые в истории детальные изображения Ариэля с расстояния 127 000 километров. Снимки открыли удивительный ледяной мир, покрытый темной пылью, испещренный гигантскими обрывами, горными хребтами и каньонами.
Ариэль занимает четвертое место по размеру среди спутников Урана. При среднем диаметре в 1 158 километров он почти в три раза меньше нашей Луны (средний диаметр 3 475 километров). Гравитация здесь настолько слабая, что 70-килограммовый человек весил бы всего около 1,9 килограмма.
Состав спутника представляет собой почти равную смесь водяного льда и силикатных пород. На поверхности видны кратеры разного возраста, но их сравнительно немного, что, определенно, указывает на относительно недавнюю геологическую активность.
Рельеф спутника Урана способен поведать историю бурного геологического прошлого. Например, система каньонов свидетельствует о мощных тектонических процессах. Некоторые из этих образований простираются на сотни километров и достигают глубины до 10 километров.
Кроме того, на поверхности были обнаружены признаки криовулканизма — извержений воды, аммиака, метана и других летучих веществ вместо магмы. Светлые полосы, вероятно, представляют собой застывшие потоки соленой воды, которая в разное время прорывалась через трещины в коре.
Приливные силы Урана разогревают недра Ариэля, а орбитальный резонанс с соседними спутниками Умбриэлем и Мирандой усиливает этот эффект. Исходя из имеющихся данных, внутренняя активность Ариэля значительно снизилась в сравнении с далеким прошлом, но это не означает, что она прекратилась вовсе. Другими словами, на спутнике все еще может сохраняться тектоническая и криовулканическая активности.
В 2023 году, пересматривая архивные данные "Вояджера-2", команда исследователей обнаружила, что Ариэль и/или его сосед Миранда загрязняют окружающее космическое пространство мелкими частицами — вероятно, крупицами льда и пыли. Возможное объяснение заключается в том, что один или оба спутника являются обладателями подповерхностных океанов, которые имеют временный или постоянный доступ к поверхности.
Напомню, что подповерхностные океаны спутников газовых гигантов — одно из наиболее перспективных мест для поиска внеземной жизни в Солнечной системе.
Система Урана остается одной из наименее изученных областей Солнечной системы. "Вояджер-2", оснащенный примитивными по современным меркам инструментами, провел возле планеты всего несколько дней, собрав лишь базовую информацию о ней и ее спутниках. Прошло почти 40 лет, но человечество больше не отправляло аппараты к этому загадочному миру.
Однако в обозримом будущем ситуация может измениться, если получит финансирование миссия NASA Uranus Orbiter and Probe (UOP), запуск которой намечен на начало 2030-х годов.
Если все пойдет по плану, то благодаря серии гравитационных маневров зонд UOP достигнет системы Урана к 2044 году и приступит к детальному изучению планеты, ее колец и спутников.
Особое внимание будет уделено лунам Ариэль и Миранда. Современные приборы смогут обнаружить гейзеры, проанализировать состав выбрасываемого материала и, если подповерхностные океаны действительно существуют, то установить их потенциальную пригодность для зарождения и поддержания жизни.
Сегодня сутки на Земле, смена которых обеспечивается оборотом планеты вокруг своей оси, длятся 24 часа (23 часа 56 минут и 4 секунды, если быть точнее). Но так было не всегда. В ходе уникальных исследований ученые выяснили: в далеком прошлом продолжительность суток на нашей планете была короче современных почти на четверть.
Роль удивительных хранителей времени досталась... кораллам. При росте эти морские животные формируют известковый скелет, в котором образуются тончайшие годовые кольца, похожие на кольца деревьев. Но самое интересное, что в скелете кораллов образуются не только годовые, но и суточные кольца роста. В современных кораллах за год образуется 365 суточных колец, но когда ученые исследовали ископаемые кораллы возрастом около 400 миллионов лет, они обнаружили нечто поразительное — за один годовой цикл формировалось в среднем 390 суточных колец! Это открытие стало первым прямым доказательством того, что в древности сутки на Земле были короче. Но кораллы оказались не единственными свидетелями изменения скорости вращения нашей планеты.
Ключевую роль в истории земных суток сыграла Луна. Гравитационное притяжение нашего спутника вызывает приливы и отливы на Земле. Это постоянное движение водных масс создает приливное трение, которое постепенно замедляет вращение планеты. В результате такого взаимодействия Луна получает дополнительный импульс и медленно удаляется от Земли примерно на 3,8 сантиметра в год.
И именно благодаря этому древнему танцу Земли и Луны ученые получили еще одно удивительное свидетельство изменения продолжительности земных суток. На дне древних морей* сохранились уникальные слоистые отложения. Ритмичное чередование приливов и отливов создавало в осадочных породах последовательные слои — своеобразные отметки времени в каменной летописи Земли. Изучая количество приливных слоев в годовых отложениях и зная законы небесной механики, ученые смогли определить, как менялась продолжительность суток на разных этапах истории нашей планеты.
*Речь идет о морях, существовавших на Земле сотни миллионов лет назад, когда материки имели совсем другие очертания, а в водах только начинала зарождаться сложная жизнь.
В 2019 году ученые обнаружили, что приливные силы вызывают тончайшие изменения в структуре некоторых минералов. Эти едва уловимые перестройки на молекулярном уровне сохраняются в кристаллах как своеобразные "отпечатки времени", которые можно расшифровать с помощью современных технологий. Такой метод не только подтвердил результаты предыдущих исследований, но и позволил получить более точные данные о продолжительности суток в различные геологические эпохи.
Благодаря этим разнообразным методам исследований ученые установили, что:
1,4 миллиарда лет назад земные сутки длились всего около 18 часов;
620 миллионов лет назад сутки длились примерно 21,9 часа;
400 миллионов лет назад сутки длились около 22,7 часа;
70 миллионов лет назад, во времена динозавров, продолжительность суток составляла уже примерно 23,5 часа.
Анализ изменений продолжительности суток позволил ученым не только реконструировать историю Земли, но и лучше понять множество важных процессов: от эволюции климата до формирования магнитного поля. Эти исследования показывают, насколько тесно связаны все компоненты нашей планеты — от движения небесных тел до микроскопических изменений в кристаллах минералов.
Более того, даже сейчас, в наши дни, процесс замедления вращения Земли продолжается. Каждое столетие продолжительность суток увеличивается примерно на 1,8 миллисекунды. И хотя это изменение настолько мало, что мы его не замечаем в повседневной жизни, сверхточные атомные часы способны уловить этот неумолимый ритм трансформации нашей планеты.
Земля — это динамическая система, находящаяся в постоянном развитии. Каждое мгновение в недрах планеты, в океанах и атмосфере происходят сложнейшие процессы, меняющие облик нашего мира. И чем глубже мы погружаемся в изучение прошлого Земли, тем яснее осознаем, насколько удивителен и хрупок этот голубой шар, который мы называем своим домом.
Комментарии