Физика в картинках

2021-03-18 18:51:00 ​Кажущаяся идеальным местом для жизни планета Keppler 62 e слишком далеко от нас, но есть потенциально обитаемые (или пригодные для обитания) планеты и поближе. Так, ближайшая к нам звезда Альфа Центавра C, она же Проксима Центавра, расположенная всего в 4,2 световых годах, тоже имеет такую планету.

Речь идёт о планете Проксима Центавра b, имеющей массу в 1,3 земных, которая получает от своей звезды достаточно тепла для того, чтобы - в теории - там могла существовать вода в жидком состоянии, а значит, и жизнь.

Правда, гостеприимным миром Проксиму Центавра b не назовёшь: это довольно холодное местечко, температура здесь находится примерно посередине между температурами Земли и Марса. Поэтому более ли менее приемлемые условия для жизни там имеются лишь в приэкваториальных районах, а умеренные широты по климату напоминают нашу Арктику.

Но это не главная проблема Проксимы Центавра b. Куда большую трудность представляет "характер" самой звезды Проксимы Центавра. Она является красным карликом, т.е. куда холоднее Солнца. И для того, чтобы получать от неё достаточно тепла, Проксима Центавра b должна находиться от неё на расстоянии меньшем, чем Меркурий от Солнца. В результате помимо обычного светового и теплового излучения Проксима Центавра b постоянно омывается волнами рентгеновского излучения.

Кроме того, для красных карликов характерны мощные вспышки, по сравнению с которыми вспышки на нашем Солнце кажутся детской забавой. Так, в ходе вспышки, зафиксированной в марте 2017 года, звезда увеличила свою яркость в 1000 раз - правда, всего на 10 секунд. Впрочем, за эти 10 секунд на Проксиму Центавра b обрушился поток излучения, способный начисто стерилизовать планету. А повторяющиеся на протяжении миллионов лет вспышки такого рода в теории могли и вовсе "сдуть" с планеты атмосферу, даже если она там и была. Так что в настоящее время среди учёных господствуют скептические мнения в отношении обитаемости Проксимы Центавра b.

Впрочем, совсем сбрасывать её со счетов нельзя. Весной 2019 года радиотелескоп обсерватории Паркса в Австралии зарегистрировал исходящий со стороны Проксимы Центавра b радиосигнал на частоте частоту 982,002 МГц, причём ряд признаков указывает на то, что источник сигнала располагался именно на этой планете. Так что очень может быть, что на Проксиме Центавра b в её жёстких условиях смогла развиться не только жизнь, но и машинная цивилизация.

В общем, слетать туда обязательно надо! Открыть/Комментировать

2021-03-18 16:12:01 ​В России официально открыли нейтринный телескоп Baikal-GVD.

Нейтрино - крошечные сверхлёгкие частички, образующиеся в некоторых ядерных реакциях (т.н. бета-распадах). Их масса очень мала и они очень слабо взаимодействуют с веществом: в целом нейтрино может пролететь даже сквозь Солнце, не будучи задержанным им.

Поэтому "поймать", т.е. зафиксировать нейтрино крайне сложно. А ловить их нужно: помимо загадок, связанных с самими нейтрино (которые, в свою очередь, могут пролить свет на базовые вопросы устройства материи), нейтрино являются важным источником информации о том, что происходит в самых удалённых частях Вселенной.

В Baikal-GVD используются т.н. череновские детекторы: мощные фотоумножители, призванные регистрировать слабый свет, который нейтрино порождают при прохождении через вещество. Свет этот обусловлен т.н. излучением Вавилова-Черенкова и порождён заряженными частицами (мюонами и электронами), которые на огромных скоростях выбиваются из атомов, с которыми сталикваются нейтрино. Нейтрино при этом, кстати, спокойно летят себе дальше, но след от его прохождения через вещество мы можем видеть.

Такие столкновения очень редки, и порождаемое ими свечение - очень слабое. Поэтому детекторы надо размещать в абсолюно тёмном пространстве. Кроме того, важно наличие самого вещества, атомы которого могли бы выступать мишенью для нейтрино: оно должно быть достаточно плотным с одной стороны и максимально прозрачным - с другой. Чистая вода подходит почти идеально.

Наиболее известным детектором нейтрино является Super-Kamiokande в японии, где детекторы-фотоумножители помещены в стальной бак объёмом в 15 тысяч кубометров, заполненный специально очищенной водой.

На сегодня самым крутым является нейтринный телескоп IceCube на антарктической станции США Амундсен-Скотт: его детекторы следят за черенковским излучением в объёме 1 кубического километра.

Российский Baikal-GVD может бросить вызов американскому аналогу в борьбе за звание самого мощного нейтринного телескопа в мире. Пока его объём составляет 0,4 кубического километра, но в будущем может превысить 1 кубический километр. В настоящий момент Baikal-GVD состоит из семи кластеров по 8 гирлянд из 36 детекторов каждая.

Кстати, Baikal-GVD - не единственный нейтринный телескоп в России, есть ещё, например, Баксанская нейтринная обсерватория с телескопом в 3000 кубометров в шахте на глубине 3 километров.

Хотя официально Baikal-GVD открыли только в марте 2020, по факту он работает уже давно: так, там уже зарегистрировали 12 "супернейтрино" сверхвысоких энергий, которые могут быть порождены взрывами сверхновых, активными ядрами далёких галактик (квазарами) или другими высокоэнергетическими процессам.

На фото - один из детекторов-фотоумножителей перед установкой. Открыть/Комментировать

2021-03-17 23:55:51 ​Планета-рай у далёкой звезды

Астрономы считают планету Keppler 62 e наиболее пригодной для жизни из всех планет, которые известны нам сегодня. Самое интересное в том, что по расчётам она имеет даже более благоприятные условия для жизни, чем Земля.

Keppler 62 e в полтора раза массивнее Земли, так что нам, землянам, там будет слегка дискомфортно. Но вот для привычных к такой силе тяжести местных организмов это самое то.

Keppler 62 e получает от своей родительской звезды примерно на 16 % больше тепла, чем Земля получает от Солнца. Из-за этого на ней, вероятно, нет ледяных шапок, а средняя температура составляет около 17 градусов по Цельсию, что даёт астрономам повод называть Keppler 62 e «планетой вечной весны». Вероятнее всего около 85 % поверхности Keppler 62 e покрыто океаном, так что среднегодовые перепады температур на ней должны быть меньше, чем на Земле.

Ещё одним плюсом Keppler 62 e является то, что её родная звезда – оранжевый карлик, для которого не характерны бурные проявления солнечной активности, свойственные красным карликам, возле которых расположены большинство известных потенциально обитаемых экзопланет.

Ещё одним плюсом системы Keppler 62 является то, что в ней, вероятно, имеется ещё одна условно пригодная для жизни планета: Keppler 62 f. Правда, там должно быть ощутимо холоднее, но жить там по идее тоже должно быть можно.
Единственный минус: система Keppler 62 находится очень далеко от Земли. Даже если мы будем лететь со скоростью света, то путешествие в один конец займёт примерно 1200 лет.

К счастью, есть перспективные планеты и поближе, и о них мы обязательно поговорим в другой раз. Открыть/Комментировать

2021-03-17 19:04:44 ​Облако Оорта – самая удалённая от Солнца область Солнечной системы.

Оно находится так далеко, что гравитация нашего светила крайне слабо влияет на объекты облака – именно поэтому облако имеет сферическую форму, а не плоскую, как, например, Пояс астероидов или его более удалённый аналог – Пояс Койпера.

Облако Оорта состоит из множества тел, размеры которых колеблются от размеров песчинки до карликовых планет типа Седны (последняя всего в 10 раз меньше Луны). Среди этих объектов есть как «космические айсберги», состоящие из массивов водяного, аммиачного и метанового льда, так и каменистые тела (вроде той же Седны). Возможно, там имеются и более массивные объекты – например, гипотетический газовый гигант Тюхе размерами с Сатурн.

К сожалению, изучение объектов облака Оорта крайне затруднено тем, что они очень далеко от Солнца, слабо освещаются им и потому практически не видны даже в самые мощные телескопы.

Внешняя граница облака проходит на расстоянии примерно 1 светового года от Солнца – это около четверти расстояния до ближайшей звезды, Проксимы Центавра. Из-за этого гравитационное влияние Солнца здесь уже сравнимо с аналогичным влиянием других звёзд и даже самой Галактики. В связи с этим орбиты этих объектов часто переживают сложно предсказуемые нарушения, из-за которых устремляются во внутренние области Солнечной системы. Так возникают долгопериодические кометы. Некоторые из них впоследствии меняют свои орбиты под влиянием гравитации тел Солнечной системы и навсегда покидают облако, как это случилось, например, с кометой Галлея. Открыть/Комментировать

2021-03-15 22:23:57 Ура, друзья! Любителей физики на этом канале уже целых четыре тысячи! Прямо круто!

Я тут к "юбилею" небольшое промо-видео из материалов канала собрал, не стесняйтесь делиться им, пусть нас станет ещё больше! Открыть/Комментировать

2021-03-15 19:37:42 Это воздушные течения вокруг Южного полюса (Южная полярная ячейка, подробнее тут). Красные области (более быстрое течение) - так называемые полярные струйные течния, узкие "шнуры" стремительно движущегося воздуха, искажённые так называемыми волнами Россби.

Позалипать на ветра в различных районах Земли можно тут: https://classic.nullschool.net/ru/#current/wind/isobaric/500hPa/winkel3=-0.80,-89.09,296 Открыть/Комментировать

2021-03-15 16:02:48 ​Ветры на Земле дуют не абы как: их направления подчиняются определённым закономерностям, в результате чего образуются так называемые преимущественные направления ветров, различные для разных широт.

Так, на экваторе, где жарче всего, нагретый воздух поднимается вверх. На "освободившееся" место втягивается более холодный воздух из тропиков. С другой стороны, "экваториальный" воздух в верхних слоях атмосферы остывает, выталкивается новыми массами горячего воздуха снизу, смещается от экватора, где опускается вниз. Создаётся циркуляция: воздух поднимается вверх в районе экватора, на высоте смещается от него, на границе со средними широтами опускается вниз, внизу движется по направлению к экватору.

И тут-то вступает в дело сила Кориолиса, действующая на движущиеся объекты во вращающихся системах отсчёта, коей является Земля. Эта сила закручивает циркулирующие потоки по часовой стрелке в северном полушарии и против часовой - в южном. В итоге получается, что в обоих полушариях в приэкваториальной зоне между 30 градусами южной и 30 градусами северной широты (т.н. атмосферная ячейка Хедли) преобладают ветры, дующие с востока на запад (пассаты).

Аналогичная система циркуляции формируется у полюсов. На полюсах воздух холодный и опускается вниз. В верхних слоях атмосферы возникают направленное к полюсам потоки воздуха, а в нижних - аналогичные потоки от полюсов. На самих полюсах формируется т.н. полярный антициклон: постоянно действующий нисходящий вихрь.

Сила Кориолиса и тут "в теме": она закручивает воздух, создавая ветры, также дующие с востока на запад.

В средних широтах, которые находятся на стыке двух этих атмосферных ячеек, атмосфера также приходит в движение. Так, ближний к полюсу (северный в северном полушарии и южный - в южном) край атмосферной ячейки северных широт приводится в движение током воздуха, порождаемым полярной ячейкой (поднимается вверх), ближний к экватору - потоком, порождаемым экваториальной ячейкой (опускается вниз). Получается что-то вроде движения шариков в подшипнике качения: воздух закручивается в противоположную сторону, нежели в соответствующих полярной и экваториальной ячейках.

Сила Кориолиса закручивает и эти потоки: именно поэтому ветры в средних широтах в обоих полушариях дуют преимущественно с запада на восток.

Наличие больших массивов суши с горами, лесами, водоёмами и прочим сильно влияет на атмосферную циркуляцию, создавая локальные ветровые потоки. В наиболее чистом виде она проявлена в средних широтах южного полушария, большую часть которых занимает океан. Знаменитые "ревущие сороковые" (зона постоянных сильных западных ветров в районе 40 градусов южной широты) - это как раз оно самое.

Кстати, интересно, как объясняют наличие подобных явлений наши маленькие пушистые друзья из секты сторонников плоской Земли? У них-то силе Кориолиса и взяться неоткуда... Открыть/Комментировать

2021-03-13 19:23:00 Это красивое природное явление имеет скучное название "перфорированное облако", а его физика - достаточно интересна.

Дело в том, что на высоте 5-10 километров над поверхностью Земли вода в облаках может сохранять жидкую форму даже при существенных отрицательных температурах - это так называемая переохлаждённая вода, которая не может замёрзнуть из-за отсутствия центров кристаллизации.

Но внешнее возмущение, например, пролёт через облако переохлаждённой воды самолёта, вызывает взрывную спонтанную кристаллизацию такой воды. В результате образовавшиеся кристаллы падают на землю, а в облачном покрове образуется эффектная дыра правильной формы. Открыть/Комментировать

2021-03-13 16:02:50 Ледяные цветы - редкое природное явление, в рамках которого поверхность водоёма покрывается небольшими ажурными льдинками, по форме напоминающими, собственно, цветы.

Это явление возникает, когда относительно тёплая (около 0) вода контактирует с холодным (ниже 20 градусов Цельсия) воздухом при отсутствии ветра.

Испаряясь с поверхности водоёма, вода приходит в контакт с холодным воздухом и быстро замерзает. Причём центрами кристаллизации становятся ранее образовавшиеся подобным образом льдинки, на которых "нарастают" новые ледяные лепестки.

Явление недолговечно: обычно ледяные цветы либо тают при повышении температуры воздуха, либо смерзаются в единый ледяной массив. Открыть/Комментировать

2021-03-12 20:15:58 Вот такие необычные облака наблюдали сегодня над Берлином.

Это так называемые сосцевидные облака: они возникают тогда, когда нижний слой облака (обычно плоский) начинает отдельными участками "проваливаться" в прозрачные слои атмосферы.

Единой теории образования сосцевидных облаков пока нет. Очевидно, что внутри облака происходят локальные процессы охлаждения и нагрева воздушных масс, ведущие к увеличению веса в отдельных участках облака; но что это за процессы? Лично мне больше всего импонирует версия о том, что это происходит в результате чередования процессов испарения и таяния и, наоборот, замерзания и конденсации воды в облаке. Открыть/Комментировать