Физика в картинках

2023-02-28 21:53:32 ​​Как измеряют размеры нейтронных звёзд?

Нейтронные звёзды - пожалуй, самые плотные непосредственно наблюдаемые космические объекты. Они зарождаются в центрах массивных звёзд и спрессовываются их чудовищной гравитацией. В процессе сами породившие их звёзды разрушаются (подробнее об этом - вот в этом видео), а нейтронные звёзды остаются в качестве огарков погасших светил.

Масса нейтронной звезды как правило находится в пределах 1,3-1,5 масс Солнца, но при этом её размеры измеряются десятками километров - это размеры небольшого города. Но это в теории. На практике же измерять размеры столь крошечных объектов на гигантских космических расстояниях очень сложно - настолько, что научились делать это мы лишь недавно.

Первый способ, открытый в 2007 году, работает для нейтронных звёзд в двойных системах, где они соседствуют с обычными звёздами. В таких системах нейтронные звёзды благодаря своей мощной гравитации "воруют" вещество у звезды-компаньона. Украденная материя падает на чёрную дыру, образуя нечто вроде водоворота - так называемый аккреционный диск. Внутренние слои этого диска движутся быстрее внешних, из-за чего между слоями возникает вязкое трение, сильно нагревающее его вещество, в связи с чем диск начинает светиться.

Однако излучаемое диском электромагнитное излучение, улетая в открытый космос, должно сначала преодолеть мощную гравитацию нейтронной звезды. Под действием этой гравитации электромагнитные волны искажаются - как бы растягиваются в длину: этот эффект известен как гравитационное красное смещение.

Изучив это искажённое излучение и определив степень красного смещения (например, по характерным линиям излучения известных химических элементов), можно подсчитать гравитацию нейтронной звезды. А та, в свою очередь, прямо пропорциональна массе звезды и обратно пропорциональна её радиусу. Массу нейтронных звёзд в двойных системах можно достаточно просто определить по траектории движения друг вокруг друга компонентов системы. А вычислив массу и измерив гравитацию, мы можем рассчитать радиус нейтронной звезды.

Разумеется, данный метод работает лишь для нейтронных звёзд в двойных системах, но и это уже кое-что: более ли менее точно определив радиус даже какого-то количества нейтронных звёзд, мы можем "откалибровать" уравнения, позволяющие рассчитать радиус и других таких объектов.

А в 2021 году открыли ещё один метод определения радиусов нейтронных звёзд, также основанный на их гравитации.

Работает он для подвида нейтронных звёзд, известных как рентгеновские пульсары. Вблизи их магнитных полюсов расположены так называемые горячие точки, испускающие достаточно мощное рентгеновское излучение. Так как магнитные и геометрические полюса нейтронных звёзд (как и многих других объектов) не совпадают, из-за вращения нейтронной звезды горячие точки оказываются то обращены к Земле, то отвёрнуты от неё. Будь нейтронные звёзды обычными небесными телами, одновременно мы могли бы наблюдать лишь одну горячую точку, однако нейтронные звёзды обладают столь сильной гравитацией, что она искажает испущенное такими точками излучение. Из-за этого мы иногда можем наблюдать обе горячие точки сразу. То, как часто и насколько надолго возникает такая ситуация, снова-таки, зависит от гравитации звезды, причём можно рассчитать, как именно. Иными словами, пронаблюдав за горячими точками нейтронной звезды, мы можем, снова-таки, оценить её гравитацию, а через неё рассчитать радиус нейтронной звезды.

Помочь проекту материально можно здесь. Открыть/Комментировать

2023-02-27 19:51:29 В новом видео на Youtube-канале говорим о Большом разрыве - сценарии конца света, который может реализоваться всего примерно через 25 миллиардов лет.



Открыть/Комментировать

2023-02-25 14:13:22 По совету друзей завёл аккаунт на Boosty.to - сервисе сбора донатов, который доступен также и для моих зрителей и читателей из России.

Как говорится, добро пожаловать!

На картинке к посту - туманность NGC 6188 "Сражающиеся драконы". Она представляет собой по сути огромное облако космического газа (в основном, водорода и гелия), ионизированное излучением молодых горячих звёзд так называемой ассоциации Жертвенник ОВ1.

Туманность расположена примерно в 4 тысячах световых лет от Земли, а размер её составляет несколько десятков световых лет. Открыть/Комментировать

2023-02-23 19:01:56 Новое видео на Youtube-канале - про металлы, их свойства и то, почему они такие!



Открыть/Комментировать

2023-02-23 13:11:00 Правда ли, что гравитационные волны распространяются быстрее света?

Да, но не в том смысле, в котором вы подумали. Хотя может быть и в том смысле, что вы подумали, но это пока не известно.

Скорость света, которая с и которая равна 299,792 миллиона метров в секунду - это не просто скорость света, а скорость света в вакууме. В средах скорость распространения электромагнитных волн, включая свет, ниже: в воздухе, например, она равна 299,702 миллиона метров в секунду.

Космос, пусть даже и самый глубокий, вакуумом не является. Там имеется определённое количество пусть и весьма разреженного, но вполне себе газа, и из-за него скорость света в космосе всё-таки чуть-чуть, но ниже абсолютной скорости.

Так что даже если гравитационные волны движутся всё с той же скоростью 299,792 миллиона метров в секунду, т.е. со скоростью света в вакууме, то по факту они слегка обгоняют реальный свет в реальной космической среде.

Но теоретически возможно, что гравитационные волны умеют двигаться и быстрее. По Эйнштейну и Общей теории относительности, к примеру, гравитационные волны должны двигаться ровно со скоростью света в вакууме, однако есть и другие теории, дающие как большую, так и меньшую скорость.

Экспериментальные данные на этот счёт пока расплывчаты: мы просто слишком недавно открыли гравитационные волны, чтобы делать какие-то выводы. В настоящее время актуальная экспериментальная оценка скорости распространения гравитационных волн лежит в пределах от 0,55 до 1,42 скоростей света в вакууме - короче, ясно что ничего не ясно.

По мере накопления наблюдений и усовершенствования измерительных приборов мы будем уточнять этот результат, и рано или поздно всё-таки получим однозначный ответ насчёт того, умеют ли гравитационные волны двигаться быстрее максимально разрешённой в нашем мире скорости движения для материальных тел.

На картинке - иллюстрация образования гравитационных волн в результате ускоренного движения (в данном случае - вращения) двух массивных объектов.

Помочь проекту материально можно здесь. Открыть/Комментировать

2023-02-22 17:07:19 А почему вообще, собственно, происходят землетрясения? Причина в том, что все тектонические образования находятся в состоянии постоянного сложного движения друг относительно друга. Среди прочего, они могут тереться друг об друга, сталкиваться, наползать одно на другое и т.п.

В процессе геологические структуры деформируются, накапливая напряжения сжатия, растяжения, изгиба и т.п. Эти напряжения растут, пока в той или иной точке не достигают предела прочности. Тогда в этой точке структура начинает трескаться, крошиться и так далее. В ходе этого накопившиеся напряжения скачкообразно высвобождаются. Слышали треск, с которым рвётся бумага или хруст, с которым ломается палочка, которую мы сгибаем пополам? Ну вот, тут в принципе то же самое, только в куда больших масштабах.

Вот этот взрывообразный процесс высвобождения накопившегося в пластах механического напряжения мы и наблюдаем как землетрясение. Место, где произошёл слом тектонических структур, мы называем эпицентром, из которого высвободившиеся напряжения распространяются по окрестностям в виде так называемых сейсмических волн, постепенно затухая в процессе.

Помочь проекту материально можно здесь. Открыть/Комментировать

2023-02-21 23:09:48 Крутое видео сейсмических молний во время землетрясения в Турции.

Мы уже говорили, что странная электрическая активность в атмосфере часто сопровождает мощные землетрясения, однако природа её не до конца понятна. Вероятнее всего, дело в пьезоэлектричестве - явлении электризации при механических деформациях различных материалов. То есть, согласно этой гипотезе сейсмические электрические явления возникают из-за трения и сдавливания горных пород в ходе землетрясения.

Однако в целом данное явление относится к числу слабоизученных, и толковой научной теории его происхождения нет.

Помочь проекту материально можно здесь. Открыть/Комментировать

2023-02-20 15:40:59 Какие планеты Солнечной системы, вероятнее всего, пережили столкновение с массивными небесными телами?

1. Меркурий. В результате столкновения ближайшая к Солнцу планета, вероятно, лишилась примерно четверти своей массы - в основном внешних слоёв, состоящих преимущественно из лёгких пород. Из-за этого плотность Меркурия относительно велика по сравнению с другими небесными телами, кроме того, около 60 % его массы.

2. Венера. Столкновение оказалось достаточно сильной для того, чтобы Венера изменила направление вращения вокруг своей оси: из всех планет Солнечной системы она единственная вращается по, а не против часовой стрелки.

3. Уран. Его столкновение положило на бок, и так, лёжа на боку он вращается и по сей день; впрочем, существуют и иные теории, объясняющие такое расположение в пространстве оси вращения Урана.

4. Земля. Вероятнее всего, около 4,5 миллиардов лет тому назад Земля пережила столкновение с планетой, обладающей массой примерно с Марс. Из-за этого столкновения Земля также лишилась части лёгких горных пород, из-за чего остатка не хватило для того, чтобы равномерно покрыть её поверхность - поэтому мы наблюдаем такое явление, как литосферные плиты. А из выброшенного в космос материала скорее всего образовалась Луна.

Помочь проекту материально можно здесь. Открыть/Комментировать

2023-02-19 13:23:00 Как узнали массу Земли?

Известно, что в гравитационном поле Земли все тела приобретают ускорение, равное 9,8 метрам в секунду за секунду. Это ускорение можно вывести из закона всемирного тяготения: надо только знать радиус Земли и гравитационную постоянную. И если радиус Земли измерили ещё в древности, то вот задача с гравитационной постоянной оказалась посложнее.

Решили её в конце 18 века благодаря изобретению устройства, которое позволяло очень точно измерять очень малые силы – так называемых крутильных весов.

Весы представляют собой очень точно уравновешенный рычаг, подвешенный на проволоке или тонкой нити. Даже очень малое усилие, приложенное к одному из концов рычага в горизонтальной плоскости, вызывает вращение рычага – и закручиванию нити-подвеса. Из-за этого закручивания возникает упругая сила, препятствующая дальнейшему повороту рычага. При определённом угле поворота эта сила оказывается достаточно большой, чтобы скомпенсировать приложенную силу, и система приходит в состояние равновесия.

Определив этот угол и зная зависимость упругости нити от угла скручивания (что можно определить заранее), можно подсчитать величину внешней силы.

Впервые использовал крутильные весы для определения силы гравитации британец Генри Кавендиш: посредством них он измерил силу притяжения между свинцовыми сферами с массой в 0,73 и 158 килограмма. Сила оказалась равной десятимиллионной доле ньютона – это в 100 раз больше веса песчинки. Тем не менее, измерение оказалось довольно точным, и позволило определить массу Земли с точностью до полутора процентов.

Позже крутильные весы использовались во многих других опытах по измерению малых сил – например, французский физик Шарль Кулон использовал их для определения закона взаимодействия сил между заряженными телами, названного в его честь.

И да, масса Земли равна 5,97 на 10 в 24 степени килограмма.

Помочь проекту материально можно здесь. Открыть/Комментировать

2023-02-16 13:03:00 ​​Чем нам грозит смена магнитных полюсов Земли?

Смена магнитных полюсов – не страшилка, а вполне реальное физическое явление, многократно происходившее в истории Земли: за последние 5 миллионов лет это явление происходило по крайней мере 25 раз, причём в последний раз оно имело место сравнительно недавно – 40 тысяч лет тому назад, когда по планете уже бродили наши далёкие предки.

Похоже, в настоящее время Земля готовится проделать эту процедуру ещё раз: об этом свидетельствуют данные наблюдений, показывающих, что магнитное поле нашей планеты неуклонно слабеет: за последние 150 лет его интенсивность упала уже на 10 %, и скорость этого процесса, похоже, увеличивается. Вероятно, в относительно недалёком будущем магнитное поле Земли исчезнет совсем, после чего восстановится опять, причём северный и южный магнитный полюса поменяются местами.

Это вовсе не значит, что Земля перевернётся вверх тормашками: географические полюса останутся на месте. Кстати, сейчас магнитное поле устроено так, что южный магнитный полюс расположен вблизи северного, а северный – вблизи южного. Ну, а после смены магнитных полюсов будет наоборот.

Сама по себе переполюсовка не слишком опасна, но вот предшествующий ей период отсутствия магнитного поля, который может продлится от одного-двух веков до нескольких тысяч лет, будет чреват для жизни на Земле разного рода неприятностями. Магнитное поле является своеобразным щитом, защищающим нас от космической радиации, и после его исчезновения уровень радиации на Земле вырастет примерно на 15-20 %. Убить нас это не убьёт (ведь не убило же наших далёких предков 40 тысяч лет назад!), хотя и может привести к некоторому росту частоты онкозаболеваний и прочим неприятностям.

А вот «спецэффектов» будет предостаточно: магнитные компасы перестанут работать от слова «совсем». Точнее, их стрелки начнут, вероятно, неуверенно указывать на «локальные» магнитные полюса, которых после исчезновения глобального магнитного поля на поверхности будет множество. Затруднённой станет радиосвязь, особенно во время солнечных вспышек.
«Отключение» магнитных компасов повлияет не только на людей: пострадают системы ориентации в пространстве у мигрирующих живых существ, например, у перелётных птиц, которые банально не будут знать, куда им лететь. Нарушение маршрутов миграции может привести к гибели множества видов и крушению связанных пищевых и прочих экологических цепочек.

Не исключено, что переполюсовка 40 тысяч лет назад «причастна», к примеру, к так называемому массовому вымиранию в четвертичном периоде. Хотя, по всей видимости, это был далеко не единственный фактор.

Из хороших новостей: полярные сияния будут наблюдаться практически по всей территории Земли, хотя их интенсивность будет ниже, чем сегодня.
Кстати, магнитная переполюсовка Земли не является чем-то уникальным: Солнце, к примеру, проходит её в среднем каждые 11 лет.

Помочь проекту материально можно здесь. Открыть/Комментировать