Журнал "Млечный Путь, XXI век", 4 (41), 2022

Шимон ДАВИДЕНКО
ЗВЕЗДЫ В НЕБЕ И НА ЗЕМЛЕ

Продолжаем публиковать материалы из научно-популярных интернет-изданий Life Science и Scientific American.

'Великое затемнение' Бетельгейзе

Пол Саттер

На этих изображениях, сделанных с помощью прибора SPHERE на 'Очень Большом Телескопе' Европейской южной обсерватории, показана поверхность красного сверхгиганта Бетельгейзе во время беспрецедентного затемнения этой звезды, произошедшего в конце 2019 и начале 2020 года. Крайнее левое изображение, сделанное в январе 2019, показывает звезду с нормальной яркостью. Остальные изображения сделаны в декабре 2019 года, январе 2020 года и марте 2020 года, когда яркость звезды заметно упала. Яркость вернулась к норме в апреле 2020 года

В конце 2019 года звезда Бетельгейзе потускнела примерно на 60%. Хотя невозможно с уверенностью сказать, почему это случилось, есть гипотеза, что определенную роль мог сыграть странствующий компаньон. Подлетев близко к гигантской звезде, незваный гость мог поднять приливную волну на поверхности Бетельгейзе, из-за чего ее поверхность потускнела.

Этот сценарий не может объяснить всю наблюдаемую картину затемнения, но он мог вызвать другие эффекты на звезде, которые усугубили проблему.

Бетельгейзе - одна из самых легко узнаваемых звезд на небе. Вы можете увидеть ее в 'плече' Ориона, и обычно это десятая по яркости среди самых ярких звезд на небе. Если поместить красный сверхгигант в нашу Солнечную систему, он поглотит все внутренние твердые планеты и займет пространство от Солнца до пояса астероидов между Марсом и Юпитером.

Бетельгейзе почти готова 'умереть'. В ее ядре давно перестали идти реакции синтеза атомов гелия из атомов водорода. Ядро ??окружает оболочка из горящего водорода. Давление плазмы во внутренних областях звезды выталкивает внешние слои атмосферы наружу, заставляя звезду расширяться.

Красные сверхгиганты, такие, как Бетельгейзе, являются одними из самых больших по размерам звезд во Вселенной. А еще они невероятно яркие. Имея огромную площадь поверхности, они могут излучать огромное количество света, несмотря на то, что они относительно холодные. Поэтому, естественно, астрономы были очень удивлены в конце 2019 года, когда Бетельгейзе начала тускнеть без видимых причин. В самой низкой точке абсолютная яркость Бетельгейзе упала примерно на 60%. Так же неожиданно затемнение прекратилось в феврале 2020 года, звезда снова стала ярче и теперь достигла своего нормального уровня.

У астрономов есть записи о Бетельгейзе полувековой давности, и в этих записях они не смогли найти ничего похожего на события 2019 года. Что бы ни вызвало 'Великое затемнение', как его стали называть, оно должно было быть поистине экстраординарным.

Гравитационное затемнение

Затемнение должно было произойти из-за ситуации вне самой звезды, а не из-за каких-то фундаментальных изменений во внутренних областях Бетельгейзе. Дело в том, что изменения в реакциях синтеза не прекращаются и не начинаются всего за несколько месяцев. В ядре слишком много массы, а энергия, высвобождаемая в результате термоядерных реакций, слишком велика, чтобы поддерживать такие быстрые изменения. Астрономы предложили множество возможностей, в том числе звездные вспышки или гигантские скопления пыли на орбите.

Одна из возможностей состоит в том, что форма внешней атмосферы Бетельгейзе изменилась, и это привело к изменению яркости. Яркость атмосферы звезды в решающей степени зависит от того, насколько далеко внешний слой находится от ядра. Звезды - не твердые тела, а гигантские газовые шары. Звезды удерживают себя в равновесии собственной гравитацией. Гравитация уравновешивает энергию, высвобождаемую в ядрах. Поверхность звезды всегда балансирует между этими двумя силами. Расположение точки равновесия определяет температуру звезды, а температура определяет ее яркость.

Астрономы могут видеть последствия этого, когда звезды вращаются слишком быстро. Тогда центробежная сила выпячивает экваториальную область относительно полюсов. Это приводит к тому, что экватор звезды находится дальше от ядра, чем полярные области. Это снижает температуру и, в свою очередь, яркость. Из-за такого 'гравитационного затемнения' некоторые звезды кажутся ярче на своих полюсах, чем в районе экватора.

Бетельгейзе вращается вокруг оси недостаточно быстро, чтобы это могло стать источником проблемы, но есть другие факторы, кроме вращения, создающие выпуклости на поверхности звезды. Если случайный гость, подобно маленькой черной дыре, подлетит слишком близко к звезде, это может вызвать приливы на поверхности точно так же, как Луна вызывает приливы на Земле. При наличии приливной выпуклости экватор потускнеет, и в результате потускнеет звезда. Однако, как только 'гость' уйдет, Бетельгейзе сможет вернуться к нормальному состоянию.

Группа астрономов исследовала этот сценарий, и их работа была опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Изучив несколько вариантов прохождения около Бетельгейзе неизвестного скрытого посетителя, астрономы пришли к выводу, что этот сценарий не может объяснить 60-процентное затемнение. Однако прохождение 'гостя' могло вызвать другие эффекты, такие, как сильный звездный взрыв. В сочетании с гравитационным затемнением, вызванным приливными эффектами, большое количество выброшенного материала могло ненадолго скрыть Бетельгейзе, а общий эффект объясняет 'Великое затемнение'.

Возможно, астрономы никогда не поймут до конца, что произошло с Бетельгейзе в конце 2019 года. Ведь это произошло лишь однажды за все время наблюдений знаменитой звезды. Дальнейшие наблюдения за Бетельгейзе и другими подобными ей красными сверхгигантами могут дать ответ. Хотя сочетание гравитационного затемнения из-за приливной выпуклости, возникшей в результате близкого прохождения черной дыры, и последующего извержения вещества может показаться надуманным, при ограниченных доказательствах мы можем только выбирать лучшие из возможных историй.

Засекреченные видеоролики с НЛО

Брэндон Спектор

Представители Военно-морского флота США признали, что у них есть гораздо больше кадров с НЛО, чем уже опубликовано, однако в ближайшее время они ими делиться не будут.

ВМС США хранят видео неопознанных летающих объектов (НЛО), или неопознанных воздушных явлений (НВЯ), как их предпочитает называть Министерство обороны, но не будут публиковать эти кадры, опасаясь 'нанести ущерб национальной безопасности. Признание было сделано в ответ на запрос, поданный, согласно Закону о свободе информации (FOIA), правительственным сайтом информационной прозрачности The Black Vault, который ранее поделился тысячами страниц документов, связанных с НЛО. Документы были получены в ответ на запросы FOIA в ЦРУ и другие правительственные учреждения.

Black Vault подал запрос в ВМС США в апреле 2020 года, всего через день после того, как ВМФ рассекретил три печально известных видео, снятых пилотами ВМФ, на которых высокотехнологичные самолеты движутся, казалось бы, по невозможным траекториям. Black Vault потребовал, чтобы военно-морской флот предал гласности все другие видео, связанные с НВЯ.

Правительство ответило письмом, в котором одновременно подтверждалось наличие большего количества видеороликов НВЯ и отклонялось требование передать их для публикации из соображений национальной безопасности.

'Обнародование этой информации может предоставить противникам ценные сведения об операциях, уязвимостях и/или возможностях Министерства обороны и ВМФ', - написал в ответном письме заместитель директора Управления FOIA Грегори Кейсон. Он добавил, что военно-морской флот смог рассекретить в апреле 2020 года три видеоролика UAP только потому, что видеоролики ранее уже просочились в СМИ и 'широко обсуждались в открытом доступе'.

Военно-морской флот счел возможным официально опубликовать отснятый материал 'без дальнейшего ущерба для национальной безопасности', написал Кейсон.

Интересно, что в ответ на запрос The Black Vault ВМС не предприняли никаких попыток скрыть наличие дополнительных видео UAP. Видеозаписей необъяснимых встреч с НЛО в архивах ВМФ явно больше, но сколько их и что на них изображено, пока должно оставаться загадкой. Однако ясно, что американские военные очень серьезно относятся к потенциальной угрозе НВЯ. В мае 2022 года Министерство обороны провело первые с 1960-х годов публичные слушания по НЛО. На слушаниях в первую очередь обсуждался отчет Пентагона от июня 2021 года, в котором говорилось, что пилоты ВМС США сообщили о 144 наблюдениях НЛО, начиная с 2004 года. Совсем недавно Министерство обороны объявило, что получит федеральное финансирование для открытия нового офиса, который будет заниматься исключительно обработкой сообщений о наблюдениях НЛО в США.

НЛО - это китайские беспилотники-разведчики или 'помехи в воздухе'?

Брэндон Спектор

Разведывательные службы США провели последние несколько лет, анализируя кадры сотен недавних встреч с НЛО, и они хотят, чтобы американцы знали: это не инопланетяне. По словам нескольких официальных лиц Министерства обороны США, которые анонимно разговаривали с The New York Times, многие недавние наблюдения НЛО или неопознанных воздушных явлений (НВЯ), как предпочитает их называть правительство, скорее всего, просто наблюдения за иностранными объектами или воздушные помехи, такие, как метеозонды. По словам анонимных официальных лиц, несколько инцидентов с НВЯ были официально идентифицированы как 'относительно обычные' китайские беспилотники-разведчики.

Китайцы ранее украли чертежи передовых американских истребителей и интересуется тем, как США обучают своих пилотов. Другие наблюдения НВЯ, зарегистрированные военным самолетом, которые, кажется, показывают воздушные объекты, движущиеся, казалось бы, вопреки законам физики, вероятно, являются результатом оптических иллюзий.

Таково печально известное видео 'GOFAST', которое было записано пилотом самолета ВМС США и просочилось в СМИ в 2018 году. Кажется, что объект на видео движется над водой с непостижимой скоростью, но это всего лишь оптическая иллюзия, созданная углом записи относительно воды, сообщили The Times официальные лица Министерства обороны США. На самом деле объект движется со скоростью не более 30 миль в час (48 км/ч), добавили чиновники. Секретный отчет, представленный Конгрессу разведывательными службами Министерства обороны, вероятно, включает выводы, опубликованные The Times. В новом отчете добавляются подробности к случаям, описанным в документе, опубликованном официальными лицами в июне 2021 года, где описываются 144 предполагаемых инцидента с НВЯ, о которых сообщили сотрудники правительства США в период с 2004 по 2021 год.

В отчете за 2021 год признается, что из-за отсутствия качественных данных большинство предполагаемых столкновений с НВЯ не могут быть окончательно объяснены. Однако в отчете предложено несколько общих объяснений, включая 'технологии, развернутые Китаем, Россией, другой страной или неправительственной организацией', а также 'воздушные помехи', такие как птицы и метеозонды. Нигде в отчете не упоминались инопланетяне, однако это не помешало возникновению теорий заговора пришельцев, отчасти из-за общего отсутствия прозрачности со стороны правительства в отношении инцидентов с НВЯ.

Сью Гоф, представитель Министерства обороны, заявила The Times, что правительство готово делиться любой информацией относительно НВЯ, не подвергая риску национальную безопасность. Гоф добавила, что правительственные чиновники также склонны воздерживаться от публичного обсуждения, потому что недостаточно данных, чтобы окончательно их объяснить.

'Во многих случаях наблюдаемые явления классифицируются как неопознанные просто потому, что датчики не смогли собрать достаточно информации, чтобы сделать положительную атрибуцию, - сказала Гоф. - Мы работаем над тем, чтобы смягчить эти недостатки в будущем и убедиться, что у нас достаточно данных для нашего анализа'.

Пока министерство обороны продолжает расследование, НАСА также создало независимую исследовательскую группу, которая будет работать года до середины 2023 года. По данным НАСА, команда сосредоточится на сборе и анализе как можно большего количества информации, чтобы разработать новые методы идентификации неопознанных объектов в небе Америки.

Пойдет ли время вспять, если Вселенная сожмется?

С каждым мгновением во Вселенной мы шагаем вперед во времени. Каждое очередное мгновение уступает место следующему, и кажется, что время непрерывно и непременно течет в одном и том же направлении - вперед. И все же не совсем понятно, почему именно так.

Объекты движутся во Вселенной с определенными скоростями. Они изменяют свое движение из-за действия гравитации и других сил. В больших масштабах Вселенная расширяется. И куда бы мы ни посмотрели, энтропия Вселенной всегда возрастает.

По мере того, как происходит наша космическая эволюция, мы думаем, что все так и будет продолжаться: законы физики будут по-прежнему применяться так же, как и сегодня, присутствие темной энергии гарантирует, что Вселенная будет продолжать расширяться, а энтропия будет продолжать расти. Это диктуется законами термодинамики. Многие предполагают, хотя доказательств нет, что термодинамическая стрела и стрела времени могут быть связаны. Другие предполагают, что темная энергия может меняться с течением времени, а не оставаться постоянной, оставляя дверь открытой для возможности того, что она может когда-нибудь обратить вспять расширение Вселенной.

Представим, что, в конце концов, Вселенная перестанет расширяться и начнет коллапсировать. Означает ли это, что энтропия может уменьшиться и/или время начнет течь вспять?

Одна из самых важных симметрий во всей физике известна как симметрия обращения времени. Например:

Чисто упругое столкновение, подобное столкновению двух бильярдных шаров, происходит одинаково, независимо от хода времени, вплоть до скорости и угла, с которыми шары отлетят.

Чисто неупругое столкновение, когда два объекта сталкиваются друг с другом и слипаются, точно такое же, как и чисто неупругий взрыв наоборот, когда энергия, поглощаемая или выделяемая материалами, одинакова.

Гравитационные взаимодействия работают одинаково в прямом и обратном направлении.

Электромагнитные взаимодействия ведут себя одинаково в прямом и обратном направлении времени.

Даже ядерная сила, которая связывает атомные ядра, одинакова вперед и назад во времени.

Единственным исключением и единственным известным случаем, когда эта симметрия нарушается, является слабое ядерное взаимодействие: взаимодействие, ответственное за радиоактивный распад. Если мы проигнорируем это исключение, законы физики действительно останутся теми же, независимо от того, идет ли время вперед или назад.

Это означает, что, если вы окажетесь в любом конечном состоянии в любой момент времени, всегда есть способ вернуться в исходное состояние, если вы просто примените правильную серию взаимодействий в правильном порядке. Единственным исключением является то, что, если ваша система достаточно сложна, вам нужно знать такие вещи, как точное положение и импульс каждой частицы, с большей точностью, чем это возможно с помощью квантовой механики. Если оставить в стороне слабые взаимодействия и это тонкое квантовое правило, законы природы действительно инвариантны к обращению времени.

Но это не относится ко всему, что мы испытываем. Некоторые явления ясно показывают стрелу времени или предпочтение определенного одностороннего направления. Если вы возьмете яйцо, разобьете его, взболтаете и приготовите, это будет легко; но вы никогда не сможете обратить этот процесс, сколько бы ни пытались. Если вы столкнете стакан с полки и увидите, как он разобьется, вы никогда не увидите, как эти кусочки стекла поднимутся и спонтанно соберутся снова. Для этих примеров явно существует предпочтительное направление: стрела времени, по которой текут процессы. Эти процессы резко увеличивают энтропию системы и являются термодинамически выгодными. Обратный процесс, когда осколки стекла снова собираются в целое стекло без трещин, настолько маловероятен, что никогда не происходит на практике.

Это сложные макроскопические системы, испытывающие чрезвычайно запутанный набор взаимодействий. Тем не менее, сочетание всех взаимодействий составляет нечто важное: то, что мы знаем как термодинамическую стрелу времени. Законы термодинамики гласят, что существует конечное число способов, которыми частицы в вашей системе могут быть расположены, и те системы, которые имеют максимальное количество возможных конфигураций, находятся в состоянии термодинамического равновесия. К такому состоянию будут стремиться все системы с течением времени. Ваша энтропия, которая является мерой того, насколько статистически вероятна определенная конфигурация (наиболее вероятно = самая высокая энтропия; очень маловероятно = низкая энтропия), всегда возрастает с течением времени. Только если вы уже находитесь в наиболее вероятной конфигурации с наивысшей энтропией, ваша энтропия останется неизменной; в любом другом состоянии она будет увеличиваться.

Насколько мы можем судить, время продолжает всегда идти вперед с той же скоростью, что и всегда: одна секунда в секунду.

Однако воспринимаемая стрела времени кажется в значительной степени независимой от чего-либо, что может сделать энтропия или термодинамика. Что произойдет, если вообще произойдет, если мы добавим в уравнение расширяющуюся Вселенную? Насколько мы понимаем, далекие галактики, которые не связаны с нами гравитационно, будут продолжать удаляться, с нашей точки зрения, все быстрее и быстрее.

Что, если, как в некоторых теоретических вариантах эволюции темной энергии, расширение будет замедляться, а, в конце концов, полностью остановится, и гравитация заставит Вселенную сжаться? Вселенная может закончиться Большим схлопыванием в далеком будущем.

Если вы возьмете расширяющуюся Вселенную и примените к ней симметрию обращения времени, то получите сжимающуюся Вселенную. Но внутри этой Вселенной гравитация по-прежнему является силой притяжения, и частицы по-прежнему обмениваются энергией и импульсом посредством упругих и неупругих столкновений. Частицы нормальной материи все равно будут терять угловой момент и коллапсировать. Они по-прежнему будут подвергаться атомным и молекулярным переходам и излучать свет и другие формы энергии.

Грубо говоря, все, что вызывает увеличение энтропии сегодня, будет вызывать увеличение энтропии и в сжимающейся Вселенной. Со временем энтропия увеличивается. Насколько нам известно, если бы расширение обратилось вспять, энтропия продолжала бы расти, а время продолжало бы течь вперед. Фактически, самым большим фактором энтропии в нашей Вселенной является существование сверхмассивных черных дыр. За всю историю Вселенной наша энтропия увеличилась примерно на 30 порядков; одна только сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Пути имеет больше энтропии, чем вся Вселенная всего через 1 секунду после Большого Взрыва!

Насколько нам известно, не только время будет продолжать идти вперед, но и момент, предшествующий Большому сжатию, будет иметь гораздо большую энтропию, чем Вселенная в начале Большого взрыва. Вещество и энергия в этих экстремальных условиях начнут сливаться вместе, поскольку горизонты событий всех сверхмассивных черных дыр начнут перекрываться.

Со всей материей и энергией, сжатыми в такой крошечный объем, наша Вселенная образовала бы сверхмассивную черную дыру с горизонтом событий в миллиарды световых лет. Извне черной дыры вся падающая материя будет излучать свет и всегда будет видна, в то время как из-под горизонта событий ничто не может выйти наружу. Но если бы вы упали в черную дыру, ваша энергия могла бы вновь возникнуть как часть Большого Взрыва в новорожденной Вселенной; связь между черными дырами и рождением новых Вселенных все еще спекулятивна

Часы идут по-другому, когда вы находитесь в сильном гравитационном поле: когда вы находитесь на достаточно малых расстояниях от достаточно большой массы. Если бы Вселенная снова сжалась, мы неизбежно обнаружили бы, что приближаемся к краю горизонта событий черной дыры, и при этом время для нас начало бы замедляться: растягивая наш последний момент до бесконечности.

Будет происходить своего рода гонка, когда мы попадем в центральную сингулярность черной дыры, и когда все сингулярности сольются, что приведет к окончательной гибели нашей Вселенной в Большом Сжатии.

Что произойдет после этого? Не исчезнет ли Вселенная? Приведет ли это к рождению новой Вселенной? Или сжатие остановится, прежде чем Вселенная достигнет сингулярности?

Это одни из передовых вопросов теоретической физики, и, хотя мы не знаем ответа, во всех сценариях верно одно: энтропия всей Вселенной по-прежнему увеличивается, а время всегда движется в прямом направлении. Если это окажется неверным, то потому, что есть что-то глубокое, оставшееся для нас неуловимым и все еще ждущее своего открытия.

Может ли Земля покинуть Солнечную систему?

Джо Фелан

В романе Лю Цысиня 'Блуждающая Земля' (впервые опубликованном в китайском журнале 'Мир научной фантастики' в июле 2000 г.) автор описывает сценарий, в котором лидеры планеты соглашаются вывести Землю из Солнечной системы, чтобы спастись от неминуемой солнечной вспышки, которая, как ожидается, уничтожит все планеты земной группы. Эта история, конечно, фантастическая, но может ли Земля когда-нибудь действительно покинуть Солнечную систему?

'Это очень маловероятно', - сказал Маттео Чериотти, аэрокосмический инженер и преподаватель в Университете Глазго в Великобритании. Однако, как объяснил Чериотти, 'маловероятно' не означает, что это 'невозможно'. И предложил способ, которым это теоретически можно было бы сделать.

'Земля может быть смещена со своей орбиты под действием массивного межзвездного объекта, вошедшего в Солнечную систему и пролетевшего близко к Земле, - сказал он. - В этом случае Земля и межзвездный объект обменяются энергией и импульсом, и орбита Земли изменится. Если объект будет быстрым, массивным и пролетит достаточно близко, он сможет изменить орбиту нашей планеты так, что Земля направится за пределы Солнечной системы'.

Тимоти Дэвис, старший преподаватель физики и астрономии Кардиффского университета в Великобритании, согласился с тем, что Земля теоретически может быть вытеснена из Солнечной системы. У Дэвиса есть собственная гипотеза о том, как это может произойти.

'Планеты в том виде, в каком они существуют сейчас, находятся на стабильных орбитах вокруг Солнца. Однако, если Солнце столкнется с другой звездой, гравитационные взаимодействия этих тел могут нарушить орбиты планет и привести к тому, что Земля будет выброшена из Солнечной системы', - сказал Дэвис.

Однако Дэвис отметил, что, хотя этот сценарий осуществим, крайне сомнительно, что он произойдет - по крайней мере, в обозримом будущем.

'Такие звездные встречи довольно редки, - сказал Дэвис. - Например, мы знаем, что звезда Глизе 710, по астрономическим меркам, должна подойти довольно близко к Солнцу примерно через миллион лет, но даже этот пролет вряд ли повлияет на планеты'.

Хотя маловероятно, что внешние силы вытеснят Землю из Солнечной системы в ближайшее время, может ли человечество создать машину, способную сдвинуть планету так, что она в конечном итоге будет выброшена?

'Энергия, необходимая, чтобы убрать Землю с ее орбиты и выбросить из Солнечной системы, настолько велика - эквивалентна секстиллиону (единица с 21 нулем) мегатонных ядерных бомб, которые взорвутся одновременно, что это кажется маловероятным', - сказал Дэвис.

Хотя такое событие маловероятно, что произойдет, если Земля все-таки оторвется от Солнечной системы? Какие последствия произойдут, если наша родная планета навсегда погрузится в глубины Вселенной?

'Земля будет летать в межзвездном пространстве, пока не будет захвачена или поглощена другой звездой или черной дырой', - сказал Чериотти, добавив, что, если Земля покинет Солнечную систему, это, вероятно, приведет к уничтожению большей части - если не всей - жизни на планете.

'Маловероятно, что атмосфера останется: глобальный климат Земли зависит от тонкого баланса излучения, поступающего от Солнца, и энергии, рассеиваемой в дальний космос. Если бы это соотношение изменилось, то немедленно и резко изменились бы температуры', - сказал Чериотти.

Дэвис согласился с тем, что большая часть жизни на Земле не переживет катастрофического перемещения за пределы Солнечной системы.

'Если Земля покинет Солнечную систему, очень вероятно, что подавляющее большинство жизни, какой мы ее знаем, исчезнет. Почти вся энергия, используемая живыми организмами Земли, исходит от Солнца либо напрямую (например, фотосинтез растений), либо косвенно (например, травоядные поедают растения, а плотоядные поедают травоядных). В этом сценарии, чем дальше Земля удалится от Солнца, тем ниже станет ее температура. В конечном итоге планета полностью замерзнет. Единственным оставшимся естественным источником тепла станет распад радиоактивных элементов в земной коре, оставшихся от формирования Солнечной системы', - сказал Дэвис.

Дэвис объяснил, что какая-то жизнь может и выжить, но в конечном итоге она все равно будет обречена.

'Некоторые экстремофилы (животные/растения, которые могут жить в экстремальных условиях) могли бы жить за счет этой энергии, но сложная жизнь, скорее всего, полностью исчезнет. Радиоактивное тепло позволит Земле поддерживать только температуру около минус 230 градусов Цельсия. При таких температурах большая часть атмосферы также замерзнет, и Земля превратится в мертвый ледяной мир, мчащийся между звездами', - сказал Дэвис.

Заглядывая в далекое будущее, Чериотти добавил, что Солнечная система в конечном итоге будет настолько сильно нарушена, что Земля либо покинет систему, либо будет полностью уничтожена.

'Мы предсказываем, что наша Галактика столкнется с галактикой Андромеды примерно через 4,5 миллиарда лет. Такое крупномасштабное столкновение миллионов звезд, вероятно, вызовет серьезные разрушения и в Солнечной системе!' - сказал Чериотти.

'Предвидится также, что через 5 миллиардов лет или около того Солнце увеличится в размерах и поглотит Землю', - добавил Чериотти.

Таким образом, хотя Земля, в конечном итоге, так или иначе покинет Солнечную систему, нам не о чем беспокоиться в течение нескольких миллиардов лет.

Кирти Чадда

Преподавание математики по-новому

Мы обучаем учащихся традиционной математике с помощью теорем, алгоритмов и правил. Например, мы говорим, что нечетное число, умноженное на четное число, будет четным, и это является правилом. Затем вы начинаете доказывать это правило. Новый способ преподавания математики не основан на общепринятых принципах, но стимулирует любопытство учащихся. Этот процесс называется предположением и убеждением. Предположение и убеждение являются одним из ключевых навыков мышления и математической работы.

Предположение означает обоснованное предположение. Это как гипотеза в математике.

Убедительные средства - это обоснование, почему ваша догадка может быть верной. Например, у меня может быть предположение, что четное число, умноженное на нечетное, будет нечетным. Мне, как ученику, позволено делать любые предположения. Затем я доказываю свою гипотезу, используя выборочные данные. Я попробую 7 раз по 6, 8 раз по 9, 11 раз по 2. И обнаруживаю, что каждый раз мой ответ получается четным числом. Тогда я могу заключить, что моя догадка ложна. Следовательно, четное число, умноженное на нечетное, будет четным. Это утверждение о доказательстве моей гипотезы с помощью повторных выборок называется убедительным. Я убежден, что нечетное число, умноженное на четное, будет четным, а не нечетным. Предположение и убеждение широко известны как TWM: мышление и математическая работа. TWN - это способ объяснения математических процессов, которые математик использует при решении задач. Например, Пифагор, придумывая свою теорему, не сразу написал уравнение. У него была догадка, которую он пытался доказать или опровергнуть. Когда учащиеся думают и работают математически, они активно стремятся осмыслить идеи и установить связи между различными математическими фактами, процедурами и концепциями. Это поддерживает мышление более высокого порядка, которое помогает учащимся смотреть на мир с математической точки зрения. Если учащиеся смогут использовать и применять их, начиная с этапа 1, то они будут хорошо подготовлены к математическим рассуждениям, а не к простому заучиванию фактов и цифр.

Почему предположения помогают

Предположение формирует математические вопросы или идеи. Учащиеся учатся представлять доказательства, чтобы обосновать или оспорить математическую идею или решение. Гипотезы - это обдуманные идеи или догадки. Они могут оказаться неверными. После того, как предположение было сделано, учащиеся должны попытаться обосновать его математически. Развитие навыков догадок является важным аспектом активного обучения математике.

Я пытался делать это в реальной жизни. Мы изучали BODMAS. После того, как тема была пройдена, я хотел оценить своих учеников. Я попытался развить этот навык у своих учеников с помощью небольшого задания, попросив их составить собственные вопросы и задать их сверстникам. Немногие ученики были действительно хороши в постановке задач, которые были очень хорошо оценены их сверстниками, в то время как некоторые были немного жесткими со своими сверстниками. Результат всей деятельности оказался потрясающим.

Вот несколько проблем

есть задачи достаточно сложно, чтобы стать вызовом

есть задачи, которые легко решить самому и сверстниками

есть задачи, которые не могут быть решены ни учащимся, ни его сверстниками

Что ж, эта деятельность дала мне возможность не только оценить учеников, где они находятся и чего им нужно достичь, но и принесла пользу учащимся следующим образом:

Это повысило их уверенность, создав самоэффективность

Это сделало учащихся независимыми, позволив им быть более активными в классе

Это поощряло риск, поскольку учащиеся рисковали, задавая вопросы самостоятельно.

Это увеличило память. Каждый из нас помнит около 10% того, что читает, 20% того, что слышит, но 90% того, что делает. Поэтому, когда учащиеся создавали собственные вопросы, они надолго запоминали концепцию.

Вывод

Продолжайте бросать вызов учащимся не только для их оценки, но и для развития качества обучения.

Ребекка Бойл

Перевод Алексея Кудри (Сайентифик Американ)

Созвездия спутников представляют собой экзистенциальную угрозу для астрономии

Астроном Рэйчел Стрит вспоминает, как испугалась после недавнего совещания по планированию обсерватории Веры С. Рубин. Новый флагманский телескоп, строящийся в Чили, будет фотографировать все небо каждые три ночи с достаточной мощностью наблюдения, чтобы увидеть мяч для гольфа на расстоянии Луны. Его основной проект, Legacy Survey of Space and Time, позволит составить карту галактики, инвентаризировать объекты в Солнечной системе и исследовать загадочные вспышки, взрывы и всплески по всей Вселенной. Но флагманский телескоп может никогда не достичь своих целей, если небо заполнится фальшивыми звездами. Новые рои спутниковых созвездий , таких как Starlink от SpaceX, угрожают затмить настоящие небесные объекты, привлекающие внимание астрономов и которыми люди восхищались и над которыми размышляли на протяжении всей истории.

'Чем больше встреч я посещаю по этому поводу, где мы объясняем, какое влияние это окажет, тем больше я пугаюсь того, как будет развиваться астрономия', - говорит Стрит, ученый из обсерватории Лас-Кумбрес. Когда один астроном говорил о продвижении наблюдений в расписании телескопа, на нее нахлынуло предчувствие. Ее коллеги предлагали делать базовые наблюдения как можно раньше, пока не стало слишком поздно. 'У меня по спине побежали мурашки, - вспоминает Стрит.

По мере того, как низкая околоземная орбита заполняется созвездиями телекоммуникационных спутников , астрономы изучают, как выполнять свою работу, когда многие космические объекты будут почти полностью скрыты мерцающими солнечными панелями спутников и радиосигналами. Недавние отчеты группы обсерватории Рубина и Счетной палаты правительства США рисуют ужасную картину, в которой астрономия - первая наука - находится под прямой угрозой. Астрономы говорят, что, если их не остановить, созвездия спутников поставят под угрозу не только будущее обсерватории Рубина (как ее общий потенциал открытия, так и ее физические компоненты), но почти любую кампанию по наблюдению за Вселенной в видимом свете.

'Это где-то в диапазоне от очень плохого до ужасного', в зависимости от того, сколько спутников будет запущено в ближайшие годы и насколько они будут яркими, говорит Джонатан Макдауэлл, астроном из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики, который отслеживает спутники. 'Несколько тысяч спутников - это неприятность, но сотни тысяч - это экзистенциальная угроза для наземной астрономии'.

Руководители проектов телескопов переписывают программы планирования, чтобы избежать новых роев спутников, но эта и без того непрактичная задача станет невыполнимой, поскольку количество космических аппаратов на низкой околоземной орбите будет резко расти в ближайшие несколько лет. Астрономы пытаются написать программное обеспечение для устранения ярких спутниковых полос на своих изображениях всего неба. Но это тоже будет бесполезно, если новейшие запланированные спутники выйдут на орбиту; они настолько яркие, что угрожают основной электронике камер телескопов. И люди, которые изучают такие разнообразные явления, как столкновение черных дыр и околоземных астероидов, опасаются, что их работа станет невозможной из-за упущенных захватывающих открытий и космических угроз. Астрономы говорят о роях спутников во все более зловещих тонах. 'Как сказал Цыпленок, небо падает. Но вместо одного желудя, Я думаю, что оно действительно падает', - говорит Энтони Тайсон, астроном из Калифорнийского университета в Дэвисе и главный научный сотрудник обсерватории Рубина. Когда дело доходит до того, чтобы бить тревогу, 'вероятно, самое время. Я бы даже сказал, что слишком поздно.

У Земли есть искусственные спутники с момента запуска первого спутника в октябре 1957 года. В любой момент времени около 5400 из них вращаются вокруг Земли, причем более половины из них принадлежат американским компаниям или агентствам, согласно базе данных, поддерживаемой Союзом обеспокоенных ученых . Последний раз база данных обновлялась в январе 2022 года, и с тех пор было запущено гораздо больше Starlink, так что эти цифры занижены. Большинство спутников находятся на низкой околоземной орбите, которая считается любой областью на высоте менее 1200 миль над землей, и где спутники, включая Международную космическую станцию, совершают полный оборот каждые полтора часа или около того.

Начиная с мая 2019 года, SpaceX начала заселять этот орбитальный самолет сотнями своих спутников Starlink, предназначенных для вещания в Интернете и сотовой связи по всему миру . Согласно усилиям Макдауэлла по отслеживанию , по состоянию на октябрь около 3450 из всех спутников, вращающихся вокруг Земли, - более половины - являются Starlinks .. Космические корабли запускаются группами и вращаются вокруг Земли в так называемых созвездиях, потому что они разнесены по шаблонам, которые позволяют им работать вместе. И количество спутников, и их яркость создают проблемы для астрономии. Их лучше всего видно вскоре после запуска, и можно увидеть, как они сверкают в сумеречном небе, как крошечный ослепительный поезд. В цифровых камерах телескопа они выглядят как яркие полосы света, которые загораживают звезды и астрономические объекты, а также засвечивают все поле зрения. 'Это похоже на то, что вы едете по дороге и смотрите сквозь лобовое стекло на приближающуюся машину с включенными фарами', - говорит Тайсон. 'Вы теряете много информации - не только в положении этих фар, но и повсюду, и ваши глаза тоже переэкспонированы'.

Обсерватория Рубина стоимостью 473 миллиона долларов находится под уникальной угрозой среди наземных астрономических проектов. Первый запуск телескопа запланирован на 2024 год, и к тому времени вокруг Земли могут находиться десятки тысяч малых и средних спутников, включая Starlinks и другие. Планируемая обсерваторией программа Legacy Survey of Space and Time будет использовать 8,4-метровый телескоп в сочетании с 3,2-мегапиксельной цифровой камерой, самой большой из когда-либо созданных, для захвата 1000 изображений неба каждую ночь в течение десятилетия. Каждое изображение будет охватывать 9,6 квадратных градусов неба, что примерно в 40 раз превышает площадь полной Луны. Телескоп предназначен для поиска новых и потенциально опасных околоземных объектов, а также временных явлений, таких как сверхновые звезды, и даже вещей, о которых еще никто не думал, как выразился Тайсон.

В другом отчете, подготовленном наблюдательным агентством Счетной палаты правительства США и отправленном в Конгресс 29 сентября, было обнаружено, что созвездия спутников могут нанести ущерб астрономии и вызвать воздействие на окружающую среду , поскольку они падают обратно через атмосферу Земли. 'Поскольку на [низкую околоземную орбиту] выводится все больше спутников, это может негативно сказаться почти на всех аспектах оптической астрономии', - пишет GAO. Агентство призвало к дальнейшим исследованиям, чтобы оценить полное влияние созвездий спутников на астрономические исследования, а также к новой политике, которая в конечном итоге приведет к регулированию и стандартам. Но многие астрономы опасаются, что такие правила не появятся достаточно скоро или не будут достаточно строгими, чтобы спасти наземную астрономию.

Первым и наиболее известным поставщиком этих спутниковых роев является SpaceX, которая также пока является единственной компанией, которая публично сотрудничает с астрономами, чтобы попытаться затемнить свои спутники. Компания запустила ' DarkSat ', поглощающий свет более темный спутник, а также антибликовые покрытия для солнечных панелей. SpaceX не ответила на запрос о комментариях. Между Starlink и другими компаниями, такими как британский спутниковый провайдер OneWeb и китайская компания Galaxy Space, установлено более 4000 спутников .предназначенные для сетевого покрытия, подобного созвездию, теперь находятся на орбите. Согласно разрешениям, поданным Федеральной комиссией по связи США и Международным союзом электросвязи (двумя ведущими телекоммуникационными агентствами мира), в ближайшие годы планируется запустить в общей сложности 431 713 спутников в 16 группировках.

Спутниковые компании отмечают, что почти треть населения мира - около 2,9 млрд человек, согласно отчету МСЭ за 2021 г.- до сих пор никогда не пользовались Интернетом. Созвездия спутников связи могут это изменить. Но свет только от созвездия Starlink добавит полосы как минимум на 30 процентов изображений, сделанных обсерваторией Рубин. Если на орбиту выйдут 400 000 спутников, каждое изображение, сделанное ранним вечером, будет иметь полосу. Созвездие OneWeb будет вращаться на большей высоте, чем другие созвездия, поэтому оно будет видно всю ночь. (Компания OneWeb также не ответила на запрос о комментарии.) И даже если программы могут стереть спутники, чтобы спасти пиксели, окружающие яркие полосы, ошибки данных на микросхемах обнаружения света все равно будут представлять проблему. 'Операторы спутников на [низкой околоземной орбите] будут представлять серьезную угрозу основной миссии LSST: открытие неожиданного', - сообщает обсерватория Рубина.

Астрономы и даже одна частная компания работают над программным обеспечением, которое может устранить некоторые полосы спутников или изменить направление взгляда телескопа, чтобы избежать их. Но это сложно сделать, потому что спутники двигаются и в разных цветовых фильтрах отображаются по-разному, помимо прочих проблем. Мередит Роулз из Вашингтонского университета работает в команде, которая будет рассылать оповещения о новых явлениях, которые обсерватория Рубин улавливает в ночном небе, и которые могут достигать 10 миллионов оповещений за ночь. По ее словам, программное обеспечение должно фильтровать их и автоматически связываться с мировым астрономическим сообществом только в случае значимых событий, таких как астероиды или сверхновые звезды.

'С полосами вы можете получить эти маленькие странные узоры всплесков, которые наше программное обеспечение будет считать потенциальным объектом или сверхновой, и оно пометит это. И это всего лишь спутник', - говорит она. 'Это [вызовет] больше ложных срабатываний, чем мы надеялись, и тогда вы начинаете пытаться угадать, сколько? Это будет пять за ночь или 500 за ночь? Мы не знаем'.

Ролз работал над проектом, который передал известные местоположения спутников в алгоритм планировщика обсерватории, и обнаружил, что, если операторы телескопа знают, где находятся спутники, алгоритм может направить телескоп в другое место, чтобы избежать их. Но это потребовало так много усилий, что это могло задушить весь поток наблюдений, как обнаружили Ролз и его коллеги. Они планируют представить свои выводы в Astrophysical Journal Letters

Мег Швамб, астрофизик из Королевского университета в Белфасте, была тем астрономом, который предложил проводить исследования сумерек в обсерватории Рубин в первые 10 лет ее существования, тем самым вызывая у Стрита мурашки по коже. Сумерки - это время, когда можно легко найти околоземные астероиды и когда обсерватория Рубина может обнаружить много новых. Челябинский метеор, например, потрясший всех, когда он взорвался над Россией в 2013 году, прибыл с того же направления, что и солнце, и это именно тот тип объекта, который обсерватория Рубина должна была поймать. А вот частично освещенные солнцем наблюдения будут более сложными, потому что в это время будут освещены солнечные панели спутниковых созвездий.