КОСМОС И ЗВЕЗДЫ: ПОЛНЫЙ ГАЙД ПО ВЕЛИЧАЙШЕЙ ЗАГАДКЕ ВСЕЛЕННОЙ

Когда мы смотрим на ночное небо в безлунную ночь, вдали от огней города, перед нами раскрывается зрелище, которое преобразует нашу психику и наше понимание существования. Мы видим не просто точки света, разбросанные в чёрной пустоте. Перед нами раскрывается окно в самые глубокие, самые древние и самые удивительные тайны нашей Вселенной. Космос — это не просто место, это целый мир, полный чудес, опасностей, возможностей и красоты, которые человечество только начинает понимать и осознавать.

С момента появления первого сознательного человека, мы поднимали глаза к звездам и задавались вопросами, которые остаются актуальными и по сей день: что там, в этой чёрной бездне? Откуда взялись эти огни? Как они образовались? Одни ли мы во Вселенной? Есть ли жизнь на других планетах? Как образовались галактики? Что было до Большого взрыва? Эти вопросы движили нашей цивилизацией на протяжении тысячелетий, вдохновляя философов, художников, мистиков и учёных исследовать неизведанное и расширять границы нашего знания.

Наши древние предки создали мифологию, чтобы объяснить движение звёзд. Греки видели в звёздах образы богов и героев. Индейцы Америки использовали звёзды для навигации и предсказания сезонов. Арабские астрономы в средние века создали детальные каталоги звёзд, которые используются до сих пор. Каждая культура, каждая цивилизация имела свой способ взаимодействовать с космосом и понимать его значение.

Сегодня, благодаря современной астрономии, космической биологии, астрофизике и другим наукам, мы имеем возможность ответить на многие из этих вопросов с научной точностью. Мы знаем о структуре Вселенной больше, чем когда-либо прежде в истории человечества. Мы отправляли космические аппараты на Марс, Венеру, Юпитер, Сатурн и за пределы нашей Солнечной системы. Некоторые из них передают данные нам до сих пор, несмотря на то что находятся на расстояниях в миллиарды километров от Земли.

Мы обнаружили тысячи экзопланет, многие из которых могут быть пригодны для жизни. Мы засняли изображения чёрных дыр с помощью совместных усилий телескопов по всему миру. Мы обнаружили гравитационные волны — пульсирующие волны пространства-времени, предсказанные Эйнштейном более ста лет назад. Мы нашли доказательства тёмной материи и тёмной энергии, загадочных веществ, составляющих 95% всей материи и энергии во Вселенной.

Но, несмотря на все эти потрясающие достижения, космос остаётся одной из последних великих границ для исследований и открытий человечества. Каждый новый телескоп, каждый новый спутник, каждое новое наблюдение открывает перед нами новые горизонты и новые загадки, заставляя нас пересматривать то, что мы думали, что мы знаем. Вселенная оказывается намного более сложной, более странной и более прекрасной, чем мы могли бы когда-либо воображать.

ЧАСТЬ ПЕРВАЯ: ОСНОВЫ КОСМОСА И СТРОЕНИЕ ВСЕЛЕННОЙ

Что такое космос и какова его истинная структура?

Космос — это не просто синоним слова «небо» или «пространство». Космос — это всё существующее. Это вся материя, вся энергия, всё время и всё пространство. Это совокупность всех галактик, звёзд, планет, лун, астероидов, комет и всех других объектов, которые существуют или когда-либо существовали. Это фундаментальные поля и частицы, из которых построена вся реальность. Это сама ткань пространства-времени, которая изгибается и волнится от присутствия материи и энергии.

Когда мы говорим о космосе, мы говорим не просто о звёздах, которые мы видим с Земли в ясные ночи. Это был бы неполный и ошибочный взгляд на реальность. Космос включает в себя галактики, состоящие из миллиардов звёзд. Он включает планеты, вращающиеся вокруг этих звёзд. Он включает астероиды и кометы, блуждающие в космической пустоте. Он включает чёрные дыры, объекты столь плотные и с такой сильной гравитацией, что даже свет не может избежать их притяжения. Он включает нейтронные звёзды, невероятно плотные остатки умерших звёзд. Он включает пульсары — вращающиеся нейтронные звёзды, испускающие столбы излучения, как космические маяки. Он включает туманности — огромные облака газа и пыли, из которых рождаются новые звёзды.

Материя и антиматерия, излучение и частицы, гравитация и квантовая механика — всё это переплетено в сложную, взаимосвязанную ткань пространства-времени. Это ткань была описана Альбертом Эйнштейном в его теории общей относительности. По этой теории, массивные объекты искривляют пространство-время вокруг себя, а это искривление воспринимается нами как гравитация. Солнце искривляет пространство-время вокруг себя, и это искривление удерживает планеты на их орбитах.

По нашему современному пониманию, основанному на наблюдениях и экспериментах, Вселенная расширяется. Это революционное открытие было сделано в 1920-х годах американским астрономом Эдвином Хаббла. Хаббл обнаружил, что галактики, находящиеся вне нашей собственной галактики Млечный Путь, движутся от нас. Более того, чем дальше галактика, тем быстрее она движется. Это указывало на то, что Вселенная не стационарна. Она не статична. Она расширяется.

Затем произошло мощнейшее расширение. В первую долю секунды, Вселенная раздулась от субмикроскопических размеров до размеров видимой Вселенной. Эта инфляция была столь быстрой и столь экстремальной, что её трудно даже представить. И началась история космоса, какой мы её знаем. История, которая продолжается и по сей день, и которая будет продолжаться в неизвестном будущем.

Иерархическая структура и масштабы Вселенной

Структура Вселенной является иерархической. На самом низком уровне мы имеем фундаментальные частицы — электроны, протоны, нейтроны, кварки, глюоны и многие другие, открытые физиками на ускорителях частиц. Эти частицы невероятно малы. Электрон имеет размер примерно 10 в степени -15 метров. Это число с пятнадцатью нулями после запятой. Невозможно визуализировать такую малость.

Эти фундаментальные частицы объединяются, образуя атомы. Атомы состоят из ядра, окруженного облаком электронов. Ядро содержит протоны и нейтроны, связанные вместе сильным ядерным взаимодействием. Размер атома примерно 10 в степени -10 метров, или один ангстрем. Существует примерно 118 различных типов атомов, соответствующих 118 элементам периодической таблицы.

Атомы объединяются в молекулы. Молекулы — это группы атомов, связанные вместе химическими связями. Молекулы воды, O2, которым мы дышим, молекулы углекислого газа в атмосфере, молекулы ДНК, которые несут инструкции для жизни, — всё это молекулы. Размер молекулы варьируется, но обычно они имеют размер от 10 в степени -10 до 10 в степени -8 метров.

Молекулы объединяются в более крупные структуры. Пыль, газ, горные породы, металлы — всё это состоит из молекул. Эти материалы объединяются в астероиды и планеты. Размер астероидов варьируется от нескольких метров до сотен километров. Планеты могут быть величиной с Землю, которая имеет диаметр примерно 12 700 километров, или величиной с Юпитер, диаметр которого в 11 раз больше диаметра Земли.

Звёзды объединяются в галактики. Галактика — это огромное скопление звёзд, газа, пыли и тёмной материи, связанных вместе гравитацией. Наша галактика, Млечный Путь, является спиральной галактикой. Она содержит примерно 100-400 миллиардов звёзд. Точное число неизвестно и зависит от того, как считать звёзды, особенно очень маленькие красные карлики, которые очень тусклые и трудно обнаруживаются. Диаметр Млечного Пути составляет примерно 100 000 световых лет. Световой год — это расстояние, которое свет проходит в вакууме за один год, примерно 9,46 триллиона километров, или 9,46 петаметров.

Галактики объединяются в скопления галактик. Местное скопление, которое включает нашу Млечный Путь, содержит примерно 80 галактик. Скопление Девы, гораздо более крупное скопление, содержит примерно 2000 галактик. Размер скопления Девы составляет примерно 7 миллионов световых лет.

Скопления галактик объединяются в сверхскопления. Сверхскопления — это крупнейшие известные структуры во Вселенной. Сверхскопление Девы, которое включает Местное скопление, содержит примерно 100 000 галактик и простирается на примерно 100 миллионов световых лет.

Одна из наиболее глубоких истин о Вселенной заключается в том, что мы сделаны из звёзд. Каждый атом в вашем теле тяжелее водорода был создан в ядре звезды или во время сверхновой. Кислород в вашей крови, углерод в ДНК, железо в крови, кальций в ваших костях — всё это было создано в звёздах, которые давно взорвались. Вы буквально состоите из звёздной материи.

Звёзды — это космические кузницы, в которых создаются элементы. В первые минуты после Большого взрыва были созданы только лёгкие элементы — водород, гелий и следы лития. Все остальные элементы в периодической таблице были созданы в звёздах или во время сверхновых. Когда первые звёзды родились из облаков первичного водорода и гелия, они синтезировали углерод, азот, кислород и другие элементы. Когда эти звёзды взорвались, они разбросали эти элементы в космос. Новые звёзды, рождённые из этого обогащённого материала, могли создавать планеты, на которых могла развиваться жизнь. Без звёзд не было бы жизни.