Космическое путешествие

1. Протоны, нейтроны и электроны формируют атомы и всю материю

Всё, что окружает нас на Земле, состоит из крошечных шариков, которые называются атомами: воздух, вода, земля, металлы, пластмасса, растения, животные… словом, ВСЁ. В природе насчитывается чуть больше сотни различных видов атомов, но они могут составлять огромное количество комбинаций, и поэтому существует так много разных материалов и предметов. Когда атомы «склеиваются», образуются так называемые молекулы. У атомного «клея» есть более благозвучное название — химическое соединение. Величина атома не больше одной десятой миллионной доли миллиметра. На создание одного грамма идёт несколько тысяч миллиардов миллиардов атомов (тысяча миллиардов миллиардов — единица с 21 нулём, что в математике обозначают как 10²¹).

Модель атома кислорода с ядром, состоящим из 8 протонов (синего цвета) и 8 нейтронов (красного цвета). Вокруг ядра по двум оболочкам вращаются 8 электронов (зелёного цвета), причём на внутренней оболочке только 2 электрона.

Атомы состоят из атомного ядра и электронов, которые вращаются вокруг атомного ядра по разным орбитам, примерно как планеты вращаются вокруг Солнца. Атомное ядро, в свою очередь, состоит из протонов и нейтронов. От количества протонов зависит вид атома. Самым маленьким и простейшим является атом водорода, который состоит только из одного протона и одного электрона. Другой очень важный для жизни на Земле атом — атом кислорода. Его атомное ядро состоит из восьми протонов и восьми нейтронов; вокруг ядра вращаются восемь электронов. Вода, например, состоит из молекул воды, которые представляют собой два атома водорода и один атом кислорода, «склеившихся» вместе.

Как сказал дядя Альберт, протоны имеют положительный заряд, электроны — отрицательный, а нейтроны электрически нейтральны. Атом всегда состоит из одинакового количества протонов и электронов и поэтому совершенно нейтрален. Но иногда атом может потерять один электрон или взять электрон у другого атома. Такой атом получает заряд и называется ионом.

2. Антипротоны и прочая антиматерия

Наряду с частицами существуют и античастицы. Каждой частице соответствует своя античастица: у протона есть антипротон, у нейтрона — антинейтрон, а античастица электрона зовётся позитроном. Частица и её античастица весят совершенно одинаково и обладают ещё целым рядом абсолютно одинаковых свойств, но у них противоположные заряды. Это значит, что антипротон несёт отрицательный заряд, а позитрон положительный. Если частица и соответствующая ей античастица вступают друг с другом в контакт, они уничтожаются, и вся энергия, скопившаяся в их массе, высвобождается согласно знаменитой формуле Альберта Эйнштейна E=mc², где Е — получаемая нами энергия, m — масса, а с — скорость света. В принципе антипротоны могли быть идеальным ракетным топливом вместе с протонами, которые легко получить из водорода (убрав единственный электрон). Но на практике получить большее количество антипротонов крайне трудно. К тому же их надо хранить так, чтобы они не могли взаимодействовать с протонами до поступления в ракетный двигатель.

В космосе летает большое количество античастиц (хотя их намного меньше, чем обычных частиц), и их можно получить в физических лабораториях частиц, таких как ЦЕРН. В лабораториях их получают так, как делает дядя Альберт: протонам придают очень высокую скорость в ускорителях частиц, что соответствует высокой энергии, а затем дают им возможность столкнуться с чем-либо. Тогда путём преобразования формулы Эйнштейна E=mc² можно создать антипротоны, но это очень неэффективный способ. Для получения одного антипротона требуются десятки тысяч протонов.

3. Относительное время — дилатация времени

В действительности время идёт с разной скоростью в зависимости от скорости вашего передвижения. Время идёт быстрее всего, если вы совершенно неподвижны. Тогда часы идут точно так, как мы привыкли. Но там, где что-то движется по-настоящему быстро, время идёт медленнее. Разница становится заметной, если скорости приближаются к скорости света. А при самой скорости света, 300 000 км/с, время полностью стоит на месте. Даже в ракетах, которые облетают Землю со скоростью 8 км/с, разница практически не заметна. Её могут показать только невероятно точные часы. В целом ничто не может двигаться быстрее света — невозможно создать ракету, которая летала бы быстрее света.

Часы зелёного человечка в космической ракете идут медленнее, чем часы красного человечка на Земле.

Если уж быть по-настоящему точным, дело обстоит так. Если ты с большой скоростью проезжаешь мимо меня, я вижу, что твои часы идут медленнее моих. Но тебе кажется, что по сравнению с тобой это я передвигаюсь с большой скоростью, и ты видишь, что мои часы идут медленнее твоих, то есть наоборот. Нет ни «правильного», ни «неправильного» времени, просто время идёт с различной скоростью, когда определяешь его по предметам, которые движутся мимо нас с различной скоростью. Это не часы идут медленнее по какой-то технической причине, а само время идёт медленнее. Сердце бьётся медленнее, люди стареют медленнее. Разница в скорости времени называется красивым словом дилатация времени.

Но если дядя Альберт удаляется с большой скоростью от Земли, он видит, что время на Земле идёт медленнее, чем его время. Одновременно те, кто находится на Земле, видят, что их часы идут быстрее, чем у дяди Альберта. Что тогда будет, когда он вернётся обратно? Кто больше состарится? Между дядей Альбертом и теми, кто на Земле, есть существенная разница: дядя Альберт меняет свою скорость, когда он постепенно разворачивается и летит обратно. По этой причине его часы шли медленнее всех, и когда он снова приземлится, они покажут, что прошло минимум времени. Дядя Альберт может полететь в космос на своём космическом корабле и провести в нём несколько недель, но, когда он вернётся обратно, на Земле пройдёт тысяча лет. Это не фантазия, а факты. Но создание ракеты, которая сможет перемещаться с нужной для этого скоростью, пока что из области фантастики.

Разве не странно, что в разных местах разное время? С непривычки это может показаться странным. Но такова действительность. Понять что-то — в определённой степени значит привыкнуть. По нашему мнению, мы понимаем, что Земля имеет силу тяжести и что мячи, которые мы бросаем вверх, снова летят вниз, поскольку мы к этому привыкли. Но понять, почему сила тяжести вообще существует, может быть как минимум так же сложно, как понять, почему время в разных местах идёт с разной скоростью.

4. Альберт Эйнштейн

Альберт Эйнштейн был одним из крупнейших учёных XX века. Он родился в 1879 году в Германии и изучал физику в высшей технической школе в Швейцарии. В 1905 году он работал инженером в патентном бюро в Берне, столице Швейцарии, где сделал несколько фантастических открытий. В тот год Эйнштейн написал четыре научных доклада, каждый из которых мог бы принести ему мировую славу. Однако наибольшую известность ему принесла так называемая теория относительности. Эйнштейн понял, что скорость света в вакууме неизменна: как бы мы ни двигались по отношению к источнику света, свет всегда дойдёт до нас с одной и той же скоростью. Вследствие этого время и расстояние измеряется по-разному людьми, которые перемещаются относительно друг друга. Время и расстояние относительны, абсолютна только скорость света в вакууме.

Портрет Альберта Эйнштейна 1921 г., во время лекции в Вене.

Другое крупное открытие Эйнштейна — идея о том, что свет может состоять из отдельных частиц, хотя все другие учёные того времени считали само собой разумеющимся, что свет представляет собой волны. Но постепенно выяснилось, что Эйнштейн прав, и эти частицы стали называть фотонами. Именно за фотоны Эйнштейн в конечном итоге получил Нобелевскую премию по физике в 1921 году, более чем заслуженно, по мнению многих. Ему долго не давали премию, поскольку, в частности, многие выдающиеся мыслители не могли принять его теорию относительности. В наше время с основами этой теории можно познакомиться уже в школе.

Вскоре Эйнштейну предложили должность профессора в столице Германии Берлине, но когда нацисты в 1933 году пришли к власти, он переехал в США. Из-за его еврейского происхождения Германия стала небезопасной даже для одного из самых выдающихся физиков в мире. Со временем Эйнштейн получил американское гражданство. Есть знаменитое фото, сделанное во время церемонии, когда он сидит в костюме, но без носков.

Эйнштейн известен также тем, что в начале Второй мировой войны написал письмо президенту США. В письме он утверждал, что есть риск, что Германия может создать атомную бомбу и что лучше всего, если США поторопятся и создадут бомбу первыми. Так и произошло. Ему также предлагали стать президентом Израиля в 1952 году. Он отказался и продолжал заниматься наукой в США вплоть до своей смерти в 1955 году.

5. Сила тяжести, гравитация, ускорение и невесомость

Все знают, что яблоко с яблони падает на поверхность Земли. Но почему так происходит? Несколько сотен лет назад, в 1687 году, Ньютон объяснил, что между всеми телами, имеющими вес, или, говоря более научным языком, имеющими массу, существует притяжение. (Тогда возникает вопрос: а разве не все тела имеют массу? На самом деле нет. Есть частицы, которые называются безмассовыми и ничего не весят. Например, фотон, частица света, упомянутая в 4-м пункте). Чем большей массой обладают предметы и чем они ближе друг к другу, тем сильнее притяжение между ними. Притяжение становится по-настоящему заметным, если мы имеем дело с действительно крупными телами. Таким телом является, в частности, Земля, которая притягивает к себе другие предметы наподобие яблок с яблони. Мы называем это явление силой тяжести или гравитацией.

Всем также известно, что передвинуть тяжёлый предмет труднее, чем лёгкий. Подтолкнуть детскую коляску легко, а чтобы подтолкнуть машину, требуется много силы. Без силы нельзя придать чему-то движение или увеличить скорость. Возросшая скорость называется ускорением.

Земля притягивает к себе яблоко с той же силой, с какой яблоко притягивает к себе Землю. Но масса яблока гораздо меньше, чем масса Земли, и поэтому яблоко развивает наибольшее ускорение и падает на Землю, а не наоборот.

Существует фантастическая взаимосвязь: от массы предмета зависит и сила тяжести, которая на него влияет, и степень его ускорения. Поэтому все предметы падают на Землю с одинаковой скоростью (если только воздух не тормозит падение, и сопротивление воздуха различно для различных предметов — например, для пера и для камня).

Я парю в невесомости на борту Международной космической станции.

Притяжение — это сила, с какой Земля притягивает к себе предмет, который находится на её поверхности и который можно взвесить на весах. При взвешивании ты видишь эту силу в виде твоего веса, что также является твоей массой. Ты ощущаешь силу тяжести благодаря поверхности Земли (или полу, или сиденью в самолёте, или чему-то ещё, что удерживает тебя на месте). Если препятствия нет, ты становишься невесомым. Когда ты прыгаешь вниз со скамейки, на короткое время ты становишься невесомым, пока не приземлишься. Невесомость и свободный полёт — одно и то же!

Ракета в космосе с выключенными двигателями находится в свободном полёте. Поэтому космонавты свободно парят в ракете в состоянии невесомости. Ракета или космический корабль, например Международная космическая станция, которая вращается на орбите вокруг Земли на высоте нескольких сотен км, также находится в свободном полёте. Но она не падает на Землю из-за большой скорости, с которой движется вперёд. Благодаря силе тяжести Земли космический корабль продолжает облетать Землю на большой высоте. Именно сила тяжести удерживает корабль и всё, что в нём находится, на орбите вокруг Земли.

Но если включить ракетные двигатели, может показаться, что ракету словно подтолкнули снаружи. Скорость ракеты увеличивается, она ускоряется. В свою очередь, ракета начинает толкать всё, что в ней находится, словно от пола идёт тяга. (Вспомните, как вам давит на спину, когда вы сидите в машине, которая сильно ускоряется). Если ускорение достаточно большое, нет окон и ты не знаешь, где ты, то сила, которая возникает в результате ускорения, ощущается как сила тяжести, которую ты бы чувствовал, стоя на возвышении на Земле. Если разницу между силой тяжести (или гравитацией) и ускорением нельзя заметить, возникает вопрос, есть ли вообще какая-либо существенная разница. Именно такой вопрос задавал себе Эйнштейн, сделав предположение, что никакой разницы нет: гравитация и ускорение — две стороны одного и того же явления.

6. Прыгать на Марсе

Сила тяжести на Марсе равна всего лишь одной трети силы тяжести на Земле. Если на Марсе встать на весы, они покажут только треть твоего «настоящего» веса. Например, если ты весишь 45 кг, то весы на Марсе покажут лишь 15 кг.

Меньшая сила тяжести зависит от того, что Марс гораздо меньше Земли. Если длина земного экватора 40 000 км, то экватор Марса — каких-нибудь 21 000 км. Поэтому Марс гораздо легче или обладает гораздо меньшей массой. Масса Марса составляет только одну десятую от массы Земли, но поскольку сама планета меньше, сила тяжести на ней может больше воздействовать на предметы, находящиеся на её поверхности, и поэтому сила тяжести на поверхности составляет треть земной, а не десятую часть.

Это одно из открытий Ньютона, о котором говорилось в первом абзаце 5-го пункта. Ещё один вывод, к которому пришёл Ньютон, — сила ускорения предмета равна силе, которая на него воздействует. Поскольку сила тяжести на Марсе составляет только треть земной, человек, который прыгнет на Марсе, ускорится лишь на треть по сравнению с обычным ускорением. То есть скорость там увеличивается в три раза медленнее, чем на Земле, и при прыжке с определённой высоты ты ударишься о поверхность планеты с силой, которая возникла бы, если прыгать с высоты в одну треть. Кстати, Луна ещё меньше Марса, и твой тамошний вес равен всего лишь одной шестой твоего земного веса.

7. «Спирит» и другие роботы на Марсе

Первыми на Марс приземлились советские космические корабли «Марс-2» и «Марс-3», это было в 1972 году. Но наибольшую известность в то время приобрели американские (НАСА) корабли «Викинг-1» и «Викинг-2», которые приземлились в 1976 году. Они, в частности, были оснащены аппаратами для изучения возможной жизни на Марсе. Никаких определённых следов жизни они не нашли. Зонды «Викингов» не могли передвигаться по Марсу, но более поздние космические корабли, совершавшие посадку на планету, были оснащены так называемыми марсоходами или роботами, способными перемещаться. Наверное, первым более известным роботом был «Соджорнер», который передвигался по планете в 1997 году в течение трёх месяцев.

«Спирит» на красном песке Марса.

В 2004 году на Марс приземлились два робота НАСА «Оппортью́нити» и «Спирит». В мае 2009 года «Спирит» застрял в песке, пройдя примерно 10 км, но робот продолжал собирать информацию и посылать её на Землю до марта 2010 года. 12 июня 2018 года марсоход Оппортьюнити перешёл в спящий режим из-за длительной и мощной пылевой бури, а 13 февраля 2019 года НАСА официально объявило о завершении его миссии.

8. Свет в различных формах

В 4-м пункте об Эйнштейне я писал, что свет состоит из частиц (фотонов), но может представлять собой и волны. Световые волны могут быть разной длины, точно так же как морские волны. Но если морские волны при усилении ветра становятся длиннее и приобретают большую силу, то световые волны, становясь сильнее, укорачиваются (на самом деле это частица световой волны фотон приобретает больше энергии). Световые волны разной длины, или, говоря научным языком, электромагнитные волны, называются по-разному.

Одной из наиболее богатых энергией и, таким образом, коротковолновых форм света являются рентгеновские лучи, с которыми знаком, пожалуй, каждый. Все мы ходим к зубному врачу, который делает рентгеновские снимки, чтобы убедиться, что в зубах нет скрытой дырки. Радиоволны, наоборот, имеют большую длину и энергетически слабые. Обычный видимый свет находится где-то посредине, и всем любопытным будет интересно узнать, что длина волны зелёного света равна примерно половине тысячной части миллиметра (500 нанометров). У красного света волна несколько длиннее, а у синего — немного короче. Но независимо от длины волны свет неизменно передвигается с одной и той же скоростью: 299 792 км/с. На скорость света также не влияет, как луч света двигается относительно того, кто видит или измеряет свет, см. 4-й пункт.

9. Планеты Солнца

Вокруг нашего Солнца вращаются восемь планет. Если считать по близости к Солнцу, это Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Раньше Плутон также считался планетой, самой дальней, но за последние годы было обнаружено несколько аналогичных небесных тел ещё дальше от Солнца, и стало понятно, что Плутон относится к этой новой группе небесных тел, которые называются карликовыми планетами.

Четыре внутренние планеты по величине примерно равны Земле (хотя Земля больше всех). На Венере плотная атмосфера, то есть воздух, и очень тепло. Разреженная атмосфера Марса составляет примерно сотую части земной. Четыре внешние планеты совсем другие. Это большие газовые шары. Самая крупная планета, Юпитер, в одиннадцать раз больше Земли, если брать за единицу измерения экватор.

У четырёх внутренних планет также не так много спутников. У Земли есть один, но большой спутник, а у Марса только два маленьких — Фобос и Деймос. С другой стороны, на данный момент обнаружено целых 79 спутников Юпитера, четыре из которых равны по величине нашей Луне: Ганимед, Каллисто, Ио и Европа. Наверное, самой уникальной планетой является Сатурн с его поразительными кольцами. Но на самом деле кольца также можно увидеть вокруг трёх других больших газовых планет, но не так отчётливо.

Земля находится на расстоянии 150 миллионов км от Солнца. Это так далеко, что даже свету требуется восемь минут, чтобы долететь от Солнца до Земли. Расстояние между Солнцем и Землёй астрономы решили назвать астрономической единицей (английское сокращение AU). Марс находится в полтора раза дальше от Солнца, чем Земля, то есть на расстоянии в 1,5 AЕ. Так что когда Земля и Марс максимально близко подходят друг к другу, расстояние между ними составляет 0,5 AЕ = 75 миллионов км. Но когда они находятся по разные стороны от Солнца, расстояние между ними — 2,5 AЕ = 375 миллионов км. Тогда световой или радиосигнал доходит с одной планеты до другой за 20 минут.

Планеты Солнечной системы. В таком порядке они расположены относительно Солнца.

Юпитер, самая внутренняя из больших газовых планет, вращается на орбите на расстоянии 5 AЕ от Солнца, а Нептун — на расстоянии целых 30 AЕ. Две самые крайние планеты, Уран и Нептун, нельзя разглядеть на небе невооружённым глазом, зато остальные планеты обнаружить легко: они светят в ночном небе, как яркие звёзды. Венера светит в небе ярче всех остальных небесных тел после Солнца и Луны.

Чем дальше планета, тем больше времени ей надо, чтобы сделать оборот вокруг Солнца. Иными словами, тем дольше длится её год. Время, которое требуется Земле, чтобы сделать оборот вокруг Солнца, называется годом. Меркурию для этого нужно всего 88 дней, Марсу почти два года, Юпитеру 12 лет и самому дальнему Нептуну 165 лет.

10. Космический телескоп Хаббл

В 1990 году на космическом шаттле «Дискавери» в космос запустили телескоп Хаббл. Он назван в честь знаменитого астронома Эдвина Хаббла, который открыл, что космос расширяется. Телескоп вращается вокруг Земли на высоте примерно 600 км, что выше всякого воздуха, то есть атмосферы. Поэтому оттуда можно сделать более чёткие снимки звёзд и других объектов в космосе, чем с Земли. Именно из-за помех в воздухе иногда кажется, будто звёзды мигают. Если бы телескоп Хаббл был подзорной трубой, в него можно было бы разглядеть мышонка Макса на расстоянии 32 км. Снимки, сделанные этим телескопом, привели ко многим научным достижениям. В частности, они сыграли решающую роль для определения возраста Вселенной: добрых 14 миллиардов лет.

Фотография космического телескопа Хаббл, снятая с космического шаттла «Дискавери» в 1997 г.

11. Сириус, звёзды и солнца; планеты вокруг других звёзд; световой год

Все звёзды, которые мы видим на ночном небе, подобны Солнцу, огромному раскалённому шару. По сравнению с Землёй Юпитер — большая планета, но Солнце ещё в десять раз больше. Но звёзды находятся так бесконечно далеко, что мы видим одни только точки. Ближайшая звезда, Альфа Центавра, находится на расстоянии четырёх световых лет, то есть так далеко, что свету требуется 4 года, чтобы долететь с Альфы Центавры до нас. (У того, кто помнит, что я писал об относительном времени в 3-м пункте, должен возникнуть вопрос: кому требуется четыре года? Ответ: тому, кто находится на Земле, или тому, кто пребывает в неподвижном состоянии на Альфа Центавре. Самому свету никакого времени не требуется). Если перевести в километры, то световой год равен 9 460 730 472 580 км (почти тысяче миллиардов миль, то есть биллиону миль), но такими большими цифрами оперировать сложно, и поэтому астронавты говорят световой год.

Сириус — не самая ближняя к нам звезда, но она в два раза больше Солнца и в два раза его тяжелее. Есть звёзды, которые в сто раз больше Солнца, но они относятся к разряду необычных. Солнце в высшей степени обычная звезда, что хорошо. Маленькие звёзды живут дольше, чем большие, которые быстрее сжигают своё топливо. Обычная звезда, подобная Солнцу, живёт около десяти миллиардов лет, и Солнце находится примерно в середине своей жизни.

Если говорить о космосе в целом, то Сириус, несмотря ни на что, расположен довольно близко от Земли, и поскольку он светит в двадцать пять раз ярче, чем Солнце, мы видим его лучше всех остальных звёзд. В Швеции его иногда видно рядом с созвездием Орион, но он никогда не поднимается высоко над горизонтом.

Однако не все точки, которые светят на ночном небе, являются звёздами. Некоторые, их немного, могут быть планетами (см. 9-й пункт). Какое-то время назад мы узнали, что у других звёзд, как у Солнца, есть свои планеты, которые вращаются вокруг собственной оси, так называемые экзопланеты. На сегодняшний день обнаружено почти сто таких планет, и мы постоянно открываем новые. Среди них пока нет ни одной, которая по-настоящему была бы похожа на Землю, что можно объяснить её небольшими размерами. Ведь легче разглядеть большие планеты, такие как Юпитер и Сатурн.

12. Относительная длина — сокращение длины

Если бы мы могли измерить ход времени в ракете, которая летит мимо нас почти со скоростью света, а также её длину и ширину, мы бы обнаружили, что время на борту ракеты идёт медленнее (2-й пункт) и что ракета короче по сравнению с тем, какой она была в состоянии покоя на Земле. В теории относительности это называется сокращением длины. А вот ширина ракеты с виду не изменилась. Например, длина ракеты дяди Альберта 8 м. Но если она летит мимо со скоростью, равной половине скорости света, то её длина при измерении составит 6,9 м.

Когда красный человечек смотрит на ракету, которая летит мимо с большой скоростью, ракета выглядит короче, чем была в состоянии покоя.

13. Млечный Путь и галактики

Почти все звёзды в космосе или во Вселенной, как мы говорим чаще всего, имея в виду весь космос, собраны в большие группы. Огромные группы называются галактиками. Наша Галактика, где Солнце является обычной маленькой звездой на полпути к внешнему краю, зовётся Млечным Путём. Млечный Путь насчитывает примерно 400 миллиардов звёзд. Звёзды разбросаны в ней не равномерно — они находятся в «спиральных рукавах», которые закручиваются от центра Галактики. Там расположен небольшой шар, представляющий собой скопление звёзд. Все рукава лежат в одной плоскости, и в этой плоскости вокруг центральной точки вращаются планеты, точно так же, как планеты вращаются вокруг нашего Солнца. Расстояние от Солнца до центра Млечного Пути равно примерно 30 000 световых лет. Это очень далеко! Но до нашей ближайшей большой соседней галактики Андромеды целых два с половиной миллиона световых лет. Если бы мы попытались туда позвонить, то ждали бы ответа пять миллионов лет!

На ночном небе Млечный Путь часто виден как полоска слабо светящихся звёзд. Андромеду также можно разглядеть без подзорной трубы, но только как маленькую слабую точку света, похожую на звезду.

Не все галактики похожи на Млечный Путь со спиральными рукавами. В некоторых скопление звёзд напоминает вытянутый шар.

Никто не знает, сколько существует галактик. Может быть, их бесконечное множество. Но в той части Вселенной, которую можно видеть с Земли, насчитывается примерно пара сотен миллиардов галактик.

Вот как выглядит наша Галактика Млечный Путь, если смотреть на неё снаружи и сверху, с расстояния многих тысяч световых лет. Место Солнца обозначено стрелочкой. Спиральные рукава видны отчётливо, а спрятавшись в интенсивно светящемся центральном пункте, притаилась гигантская чёрная дыра.

14. Чёрные дыры

Чёрные дыры — одни из самых удивительных космических объектов. Они названы так из-за очень большой силы тяжести — из чёрных дыр не может выбраться даже свет. (Но подождите! — скажет тут внимательный читатель. Выше, в 5-м пункте, сказано, что у световых частиц нет никакой массы. Тогда как на них может влиять сила тяжести? Дело в том, что Ньютон не совсем правильно объяснил силу тяжести. Эйнштейн своей общей теорией относительности внёс целый ряд поправок, и оказалось, что крайне тяжёлые предметы оказывают воздействие даже на безмассовые частицы).

Чёрные дыры могут образовываться, когда умирают большие звёзды, то есть когда заканчивается их топливо и от них остаётся один пепел, который собирается вместе и сжимается под воздействием собственной силы тяжести. Эта сила настолько велика, что ничто не может ей противостоять. Весь пепел от большой звезды в конечном итоге собирается в маленькую точку. Рядом с этой точкой возникает такая сила тяжести, что она намертво притягивает к себе всё, что оказывается поблизости. (Наше собственное Солнце, когда умрёт, не превратится в чёрную дыру, поскольку не обладает достаточно большими размерами).

Похоже, в центре многих галактик существуют огромные чёрные дыры. Почти наверняка такая гигантская чёрная дыра есть и в центре Млечного Пути. Она весит в несколько миллионов раз больше, чем наше Солнце!

Но как тогда можно обнаружить чёрную дыру? Вокруг дыры вращается огромное количество мелких предметов, благодаря чему образуется свет и другие частицы, которые видны на Земле. С помощью вычислений можно сделать вывод, что они наверняка происходят из чёрной дыры.

Если бы мы смотрели на ракету, которая влетает в чёрную дыру, у нас бы создалось впечатление, что время на борту ракеты замедляется и, в конце концов, останавливается. Но для тех, кто находился в ракете, оно неизменно шло бы с одной скоростью. Однако довольно скоро ракета разлетелась бы на куски от огромной силы тяжести, которая существует рядом с центром чёрной дыры.

Мы пока не знаем, что именно происходит внутри чёрной дыры. Объяснить это сумел бы, наверное, новый Эйнштейн или Ньютон. Но некоторые учёные предполагают, что между различными чёрными дырами во Вселенной может существовать связь и что таким образом можно «прыгать» с одного места во Вселенной на другое. Даже перемещаться во времени. Однако это настолько неправдоподобно, что в это почти никто не верит. Когда ракета дяди Альберта пролетает через чёрную дыру и выходит из неё, оказавшись в гораздо более ранней эпохе, это чистая фантазия. Дело в том, что если пересечь границу чёрной дыры — ра́диус Шва́рцшильда — оттуда нет возврата, и скоро твоя песенка спета.

15. Центробежная сила

Все знают, что можно привязать к верёвке какой-либо предмет, например шарик, и вращать его по кругу ладонью или рукой. Но вскоре возникнет сила, которая начнёт тянуть шарик в другую сторону. Феномен называется центробежной силой и возникает в результате самого вращения. Мы сталкиваемся с тем же феноменом, когда машина, в которой мы едем, делает резкий поворот и нас прижимает к стенке. Или когда мы катаемся на карусели.

16. Теория дрейфа материков — части света перемещаются

Если посмотреть на карту, легко увидеть различные части света: Европу, Азию, Америку, Африку, Австралию и Антарктику. Они также называются континентами. Раньше считалось само собой разумеющимся, что континенты находятся и всегда находились на своих местах. Так что когда один учёный, Альфред Вегенер, в 1912 году стал утверждать, что части света двигаются относительно друг друга, все решили, что он немного не в себе. Такой вывод Вегенер сделал, в частности, по следующей причине. Если посмотреть на Атлантический океан, видно, что в первую очередь Южную Америку и Африку можно сложить вместе, как элементы пазла. И постепенно выяснилось, что Вегенер прав. Поверхность Земли подобна неровной оболочке, покрывающей подвижное нутро. Оболочка иногда трескается, и различные части — континенты — перемещаются и сталкиваются между собой. Так образуются горные цепи. В результате этого также происходят извержения вулканов и землетрясения.

Примерно 225 миллионов лет назад весь массив земной суши находился на одном огромном континенте под названием Пангея (1). Затем Пангея разломалась на несколько частей. 65 миллионов лет назад (2) современные континенты (3) начали приобретать свои очертания. Хотя чётко видно, что, в частности, Атлантический океан гораздо уже, чем сегодня.

Но это не быстрый процесс. Части света чаще всего смещаются лишь на несколько см в год. Однако за 65 миллионов лет они успевают переместиться на несколько тысяч километров.

17. Тёмная материя

Под тёмной материей мы подразумеваем находящиеся в космосе предметы, которые имеют вес — то есть массу — но никак не могут посылать свет. Ни один из его видов (8-й пункт). Но это не чёрные дыры, а нечто совсем другое. На основании расчётов того, как движутся галактики, и прочего можно сделать вывод, что во Вселенной существует гораздо больше материи, чем мы можем видеть с помощью доходящего до нас света. Фактически примерно в четыре раза больше. Так что в основном мы не видим, что находится во Вселенной, и даже не знаем, что это такое! Но существуют теории. Одно из самых обычных предположений — существование нового вида микроскопической частицы, подобной протонам, нейтронам и электронам, упомянутым в 1-м пункте.

18. Динозавры и летающие ящеры

Динозавры жили на Земле 230–65 миллионов лет назад. В течение 160 миллионов лет это был самый важный вид сухопутных животных, пока они внезапно не вымерли. Одни динозавры были очень большими, другие не больше цыплёнка. Среди них были как плотоядные, так и мирные травоядные, как четвероногие, так и двуногие. Некоторые с панцирями, некоторые с рогами и так далее. Кое-какие динозавры жили стаями. На сегодняшний день учёным известно свыше 500 различных видов динозавров, и они думают, что их могло быть около двух тысяч.

Самыми крупными динозаврами были завроподы. Один из них звался бронтозавром («громовым ящером») или, говоря языком науки, апатозавром («обманным ящером»). Но «бронтоапато» жил 154–140 миллионов лет назад, так что Маркус и Марианна не могли его встретить. Может быть, они столкнулись с каким-то другим видом завропода, который науке ещё не известен. Самый крупный динозавр, известный на сегодняшний день, — амфицелий, длина которого предположительно составляла 40–62 м, а вес превышал 120 тонн.

В конце эпохи динозавров жил гигантский динозавр тираннозавр Рекс («король ящер-тиран»). Его длина составляла 14–15 м, высота примерно 5 м, а вес доходил до 10 тонн. Длина головы достигала 1,5 метров, а длина зубов, одних из самых крупных, известных нам, составляла 15 см. Вероятно, тираннозавр мог проглотить взрослого человека целиком.

Страусовые динозавры также жили ближе к концу эпохи динозавров. Их назвали так из-за некоторого сходства со страусами. Они ходили на задних лапах, и у них были короткие передние лапы. Высота в бедре составляла примерно полтора метра, и они могли очень быстро бегать, со скоростью до 80 км в час на короткие расстояния.

Летающие ящеры, или птерозавры, не относились к динозаврам, хотя жили и вымерли в тот же период. Одним из самых крупных был кетцалькоатль с шириной крыла 10–11 метров.

19. Астероид Юкатан и вымирание динозавров

Около 65 миллионов лет назад на Земле произошли драматические события, в результате которых исчезло примерно две трети всех тогда существовавших групп животных, причём из крупных животных (больше 25 кг) исчезло минимум 90 процентов. В частности, все динозавры. Во всяком случае, почти. Существует много признаков того, что современные птицы произошли от динозавров (а не от летающих ящеров), так что некоторые небольшие животные из разряда динозавров должны были в любом случае выжить, несмотря ни на что.

По мнению большинства, катастрофа произошла следующим образом: 65 миллионов лет назад огромный камень из космоса, астероид или комета (минимум 10 км в диаметре) столкнулся с Землёй. В Мексиканском заливе, у полуострова Юкатан были найдены отчётливые следы на месте тогдашнего падения — это кратер Чиксулуб. Когда астероид/комета столкнулся с Землёй, должен был произойти взрыв, сила которого соответствует силе нескольких миллионов самых страшных бомб. Предполагают, что из-за взрыва во всём мире начались гигантские пожары. Копоть от пожаров и вся пыль от взрыва затмили солнечный свет на несколько месяцев, если не лет. Нетрудно понять, что многим животным было тяжело это пережить, и крупные животные вымерли в первую очередь. Но часть млекопитающих выжила, и постепенно они стали важнейшими сухопутными животными на Земле. Мы, люди, которые также относятся к млекопитающим, развивались в течение последнего миллиона лет.