какое космическое событие сопровождается наибольшим выделением энергии в кратчайший срок
Земля находится под мощным космическим излучением после вспышки Х1
Геомагнитная буря была зафиксирована сегодня 31 октября, но ее сила оцениваемая в класс Кр3 не идет ни в какое сравнение с мощностью и объемом выброшенной вспышкой массой плазмы.
Космическое излучение, которое с 28 октября беспрерывно облучает Землю потоками протонов высоких энергий и радиацией не в счет?
Протоны высоких энергий это частицы для которых нет преград, они пронизывают Землю насквозь и помимо губительного воздействия радиации на все живые организмы, эти протоны высоких энергий без сомнений оказывают влияние на всю Землю, включая вулканическую и тектоническую активность.
В завершении хочу отметить тот факт, что в последнее время прогнозы НАСА и НОАА касающиеся «космической погоды» напоминают гадание на кофейной гуще и в большинстве случаев не совпадают с действительностью.
Я изучил данные со спутников и о потоках космического излучения я уже написал, но они указывают так-же на то, что облако плазмы от выброса вообще еще не подходило к Земле.
Космические супербомбы: что такое новые и сверхновые звёзды, и как они взрываются
Ещё 2,5 тысячи лет тому назад древние астрономы заметили необычное явление: на небосводе внезапно вспыхивает необычайно яркая звезда, превосходящая по яркости большинство видимых небесных тел; в течение короткого времени она сияет с пугающей интенсивностью, но затем быстро (в течение года-полутора) уменьшает свою яркость пока, наконец, не исчезает.
Почему так происходит, древние астрономы, конечно же, понять не могли: разобраться в физике данного явления мы в общих чертах сумели лишь во второй половине XX века, да и то не на все вопросы у нас уже есть ответ.
В 1572 году датский астроном Тихо Браге описал свои наблюдения за одним из таких явлений. Так как случилось оно в части неба, где раньше ничего интересного не наблюдалось, Браге подумал, что имеет дело с рождением новой звезды (de stella nova на латыни), о чём и написал в своих заметках о явлении.
По мере развития телескопов, новые «новые» стали фиксировать всё чаще. Если, к примеру, с 6 века до нашей эры по 19 век было зарегистрировано порядка 100 таких объектов, то в XIX веке они наблюдались уже практически ежегодно. По мере накопления наблюдательного материала, стало ясно, что новая новой – рознь. Некоторые из таких вспыхивали гораздо ярче других, и их выделили в отдельный класс – сверхновые (supernova).
Русское название, кстати, ещё менее удачное, чем предыдущее: кажется, что речь идёт о «более новой» (в смысле возраста) звезде, тогда как на самом деле приставка «сверх» обозначает яркость, т.е. масштаб явления.
Дальше: больше. Во-первых, выяснилось, что взрывы новых и сверхновых представляют собой принципиальной разные процессы. Во-вторых, оказалось, что и сверхновые вызваны различными явлениями, лишь внешне выглядящими похоже, да и то только на первый взгляд. В-третьих, были обнаружены аномальные сверхновые, яркость которых на порядки превосходила яркость обычных сверхновых. Их назвали гиперновыми, и насчёт их природы до сих пор идут дискуссии.
Но начнём мы именно с самого часто встречающегося случая – с обычных новых.
Вторая молодость старой звезды
В принципе, белый карлик – это конец истории звезды: никаких реакций в нём не идёт, и он просто летает по космосу, медленно отдавая в окружающее пространство ранее накопленную энергию. По сути это огарок — но огарок достаточно массивный и очень плотный.
Однако если рядом с белым карликом есть другая звезда, то могут начать происходить более интересные вещи.
Белый карлик может силой своей гравитации воровать материю у звезды-партнёра: вещество из внешних слоёв такой звезды начинает медленно перетекать к белому карлику.
При этом следует помнить, что температура во внешних слоях звезды существенно ниже, чем нужно для возникновения ядерных реакций. Поэтому даже в звёздах, в ядрах которых сгорел уже весь водород, и горит уже более сложное топливо (например, гелий) поверхностные слои могут быть ещё быть достаточно богаты водородом. И именно этот относительно холодный водород начинает перетекать к белому карлику. Сжимаясь под действием его гравитации, он постепенно нагревается, достигая в итоге температур, при которых запускаются реакции термоядерного синтеза.
Нормальные звёзды обладают своеобразным механизмом саморегуляции, благодаря которому они относительно ровно горят, а не взрываются, подобно гигантским термоядерным бомбам. Объём звезды определяется равновесием между гравитацией звезды (стремящейся её сжать) и внутренним давлением. Последнее, в свою очередь, определяется интенсивностью реакций внутри звезды, а те, в свою очередь, зависят от температуры. Если интенсивность реакций по какой-то причине увеличивается, внутреннее давление возрастает, звезда расширяется, из-за расширения её температура снижается в соответствии с законами термодинамики, и реакция приходит в норму.
Но белые карлики из-за своего огромного сжатия состоят не из обычного, а из так называемого вырожденного газа, в котором частицы упакованы достаточно плотно для того, чтобы начали проявляться квантовые эффекты. Один из них заключается в том, что давление такого газа не зависит от температуры.
После вспышки белый карлик приходит в своё нормальное состояние, и всё возвращается на круги своя. Среди прочего, возобновляется и переток материала звезды-партнёра к белому карлику – то есть, запускается процесс подготовки нового взрыва. Другой вопрос, что занимать он может годы и десятилетия – а может сотни, тысячи или даже миллионы лет.
А что же сверхновые? Здесь всё сложнее, потому что под одним названием скрывается несколько совершенно разных процессов.
Сверхновые бывают двух основных типов, выделенных чисто по внешним признакам, когда до понимания физики процесса было ещё далеко. В излучении вспышек типа I отсутствуют линии водорода, во вспышках типа II они есть. Позже сверхновые типа I дополнительно разделили на типы Ia и Ib/с: у сверхновых Ia в спектре присутствуют линии кремния, у сверхновых типа Ib/с их нет.
Как это нередко бывает, впоследствии выяснилось, что классификация по внешним признакам оказалась не самой удачной: с физической точки зрения сверхновые типа Ib/с более близки к сверхновым типа II, чем к сверхновым типа I. Но – обо всём по порядку.
Сиять так сиять!
Сверхновые типа Ia во многом похожи на новые в том смысле, что для взрыва также требуется система из двух звёзд, по крайней мере одна из которых является белым карликом. Но только на сей раз оба компонента такой системы должны быть белыми карликами.
Грубо говоря, один белый карлик поглощает достаточно массы (и, соответственно, достаточно нагревается) для того, чтобы реакция синтеза кремния из углерода и кислорода всё-таки запустилась. Именно этот кремний и даёт характерные следы в спектрах взрывов таких сверхновых.
При этом мы помним: речь идёт о белом карлике, то есть, о звезде, состоящей из равномерно нагретого вырожденного газа. Поэтому когда в такой звезде достигаются условия для запуска термоядерной реакции углерода и кислорода, они одновременно достигаются во всём её объёме. И всё вещество звезды почти мгновенно вступает в реакцию, выделяя колоссальные объёмы энергии.
Проще говоря, в момент взрыва сверхновые типа Ia во всей Вселенной, похоже, перед взрывом имеют одни и те же параметры. А значит, и количество излучаемой ими энергии должно быть одинаковым. Соответственно, измерив яркость, с которой мы видим их с Земли, можно рассчитать расстояние до этих объектов, и сравнить его с расстоянием до них, полученных другими методами, основывающимися на наших представлениях о природе Вселенной (закон Хаббла).
А это, в свою очередь, позволяет нам проверить правильность этих представлений. В частности, именно наблюдения за удалёнными сверхновыми типа Ia привели учёных к мысли, что Вселенная расширяется со всё возрастающей скоростью, чего раньше не предполагали.
Нейтринный взрыв
Что же до сверхновых типа Ib/c и II, то их взрывы вызываются принципиально иными процессами. Сразу оговоримся: полной ясности на этот счёт у современной физики нет, и считающаяся общепризнанной модель этого процесса имеет достаточно много белых пятен.
Главными героями при взрывах также являются объекты из вырожденного газа – либо уже сформировавшиеся белые карлики (Ib/c), либо ядра звёзд, окружённые оболочками из более лёгких элементов (II).
Выше мы уже говорили, что вырожденный газ белых карликов – это самое плотное состояние, которого может достигнуть материя. Но это верно лишь отчасти. Несжимаемость такого газа объясняется квантовым взаимодействием («отталкиванием») между составляющими вещество частицами: электронами и атомными ядрами. Белые карлики вырождены именно в смысле взаимодействия между электронами (так и говорят: газ, вырожденный по электронам). Если бы электроны куда-то делись, то вещество можно было бы сжать ещё плотнее.
И в природе существует процесс, позволяющий вырожденному газу избавиться от электронов. Он называется «электронный захват». В процессе него протон атомного ядра захватывает электрон и превращается в нейтрон. При этом выделяется достаточно значительная энергия (преимущественно в виде крошечных частичек, известных как нейтрино). Если такой процесс начинает происходить массово, то в его результате вещество почти полностью лишается и протонов, и электронов, и оказывается состоящим практически полностью из одних нейтронов. А для такого вещества оказывается возможной куда большая плотность упаковки, нежели для вещества белого карлика.
Процесс образования такого вещества из вырожденного электронного газа называется нейтронизацией.
Образуется нейтронная звезда – ещё более плотная, чем белый карлик: массы порядка солнечных в ней упакованы в шар диаметром в 10-15 километров, то есть размером с город.
Для того, чтобы процесс электронного захвата мог идти по-настоящему активно, температура звезды должна составлять порядка 10 миллиардов градусов. Такие температуры достигаются лишь в ядрах массивных звёзд порядка 10-12 масс Солнца. Звёзды меньшего размера, вероятно, не могут породить взрывы сверхновых типа Ib/c и II.
Но если это условие выполняется, то процесс начинает развиваться достаточно бурно. Причём энергия не только бурно выделяется, но и бурно уносится за пределы вырожденного ядра.
Обычные звёзды излучают преимущественно энергию в виде фотонов, и только с поверхности: родившиеся внутри звезды фотоны поглощаются её же веществом, затем переизлучаются им, и так (довольно медленно) движутся к поверхности. При нейтронизации же энергия выделяется в виде нейтрино, для которого вещество звезды прозрачно. Поэтому энергия выделяется не только с поверхности, но и из всего объёма звезды. Звезда как бы вскипает!
Звёзды типа Ib/c, вероятно, представляют собой старые звёзды, уже лишившиеся всего своего водорода, а зачастую гелия и даже более поздних элементов. По сути вырожденное ядро занимает весь или почти весь объём такой звезды перед взрывом.
Сверхновые типа II, по всей видимости, представляют собой ещё более массивные звёзды, в центре которых уже могло успеть (больше масса – быстрее процессы ядерных реакций!) сформироваться кремниевое, а то и железно-никелевое ядро, но во внешних слоях ещё остались более лёгкие элементы: звезда представляет собой своего рода слоёный пирог.
Соответственно, хотя природа взрывов сверхновых типа Ib/c и типа II схожа, результаты выглядят довольно по-разному. При взрыве сверхновых типа Ib/c энергия выделяется непосредственно в виде нейтрино и фотонов, в меньшей степени – в виде разогнанных до околосветовых скоростей потоков частиц, тогда как в случае со сверхновыми типа II она передаётся от вырожденного ядра наружной оболочке из более лёгких элементов, вызывая в ней своеобразную ударную волну (как именно это происходит, физикам до конца неясно).
Тяжелее, ярче, мощнее… загадочнее
Что же касается взрывов гиперновых, которые в 10-100 раз ярче самых ярких сверхновых, то полной их теории нет. Причём вероятно, что такие взрывы являются результатом нескольких весьма различных по природе процессов.
Процесс рождения электрон-позитронных пар активно расходует энергию звезды, нарушая её термодинамическое равновесие. В итоге звезда всё сильнее сжимается и нагревается – до тех пор, пока всё или почти всё её вещество не окажется вовлечённым в термоядерную реакцию, которая приобретает взрывной характер.
Считается, что в результате таких взрывов звезда полностью разрушается, избегнув превращения в нейтронную звезду или чёрную дыру.
Третья версия – образование так называемых кварковых звёзд, в которых отсутствуют уже не только привычные нам атомные ядра (как в нейтронных звёздах), но разрушаются от колоссальных давлений и температур даже и сами нейтроны, а вещество оказывается в состоянии кварк-глюонной плазмы.
Несмотря на разрушительный характер взрывов сверхновых и гиперновых, они, вероятно, сыграли важную роль в формировании нашей Вселенной такой, какой мы её знаем. В частности, считается, что именно в ходе таких процессов возникли все элементы тяжелее железа. Так что если энергия, которая выделяется при сжигании, к примеру, каменного угля или нефти – это в некотором роде «консервированная» энергия излучения Солнца, то энергия атомной электростанции, работающей на уране, есть ни что иное, как энергия взрыва сверхновой звезды, случившегося миллиарды лет тому н
Какое космическое событие сопровождается наибольшим выделением энергии в кратчайший срок
Будущее Вселенной – один из основных вопросов космологии, ответ на который зависит, в первую очередь, от таких характеристик и свойств Вселенной как ее масса, энергия, средняя плотность, а также скорость расширения.
Что мы знаем о Вселенной?
Для начала следует определить само понятие «Вселенная», которое имеет место быть как в астрономии, так и философии. В области астрономии наблюдаемую область Вселенной называют Метагалактикой или просто астрономической Вселенной. Однако, с теоретической точки зрения, которая учитывается большинством моделей и сценариев развития Вселенной, она представляет собой колоссальную систему, выходящую за пределы возможного наблюдения.
Одним из важнейших свойств Вселенной, которое было открыто относительно недавно – это практически однородное и изотропное расширение, которое также оказалось ускоренным. В зависимости от продолжительности этого расширения история Вселенной может принять один из двух предполагаемых сценариев.
Возможные сценарии развития нашего мира
В первом случае расширение будет продолжаться до бесконечности, вместе с этим средняя плотность вещества во Вселенной будет стремительно падать, приближаясь к нулю. Коротко говоря, вся начнется с распада скоплений галактик, а закончится делением протона на кварки.
Второй сценарий учитывает постулаты общей теории относительности (ОТО), которая гласит о том, что при значительном росте плотности вещества искривляется пространство-время. Если расширение все же начнет замедляться, то вероятнее всего в какой-то момент оно обернется сжатием. Тогда Вселенная начнет сжиматься, а средняя плотность ее вещества – стремительно расти. При таком ходе событий, согласно ОТО, пространство-время будет постепенно искривляться до тех пор, пока Вселенная не замкнется сама на себе, вроде поверхности обычной сферы, но с большим количеством измерений, чем мы привыкли себе представлять.
Космологические эпохи Вселенной
В попытках предсказать дальнейшую судьбу астрономической Вселенной, ученые разделили ее существование на следующие этапы:
Конец эпохи распада в представлении художника. Пространство без звезд выглядит пугающе.
Несмотря на то, что вещество Вселенной постепенно аннигилирует, само пространство может эволюционировать по четырем гипотетическим сценариям:
Видео YouTube
Эволюция и энергия горения звезд.
2. Термоядерный синтез в недрах звезд 
3. Поздние годы и гибель звезд
Старые звёзды с малой массой
Звёзды среднего размера
При достижении звездой средней величины (от 0,4 до 3,4 солнечных масс) фазы красного гиганта в ее ядре заканчивается водород и начинаются реакции синтеза углерода из гелия. Этот процесс идет при более высоких температурах и поэтому поток энергии от ядра увеличивается, что приводит к тому, что внешние слои звезды начинают расширяться. Начавшийся синтез углерода знаменует новый этап в жизни звезды и продолжается некоторое время. Для звезды по размеру схожей с Солнцем, этот процесс может занять около миллиарда лет. Изменения в величине испускаемой энергии заставляют звезду пройти через периоды нестабильности, включающие в себя перемены в размере, температуре поверхности и выпуске энергии. Выпуск энергии смещается в сторону низкочастотного излучения. Все это сопровождается нарастающей потерей массы вследствие сильных звёздных ветров и интенсивных пульсаций. Звёзды, находящиеся в этой фазе, получили название звёзд позднего типа, OH-IR звёзд или Мира-подобных звёзд, в зависимости от их точных характеристик. Выбрасываемый газ относительно богат тяжёлыми элементами, производимыми в недрах звезды, такими как кислород и углерод. Газ образует расширяющуюся оболочку и охлаждается по мере удаления от звезды, делая возможным образование частиц пыли и молекул. При сильном инфракрасном излучении центральной звезды в таких оболочках формируются идеальные условия для активизации мазеров. Реакции сжигания гелия очень чувствительны к температуре. Иногда это приводит к большой нестабильности. Возникают сильнейшие пульсации, которые, в конечном итоге, сообщают внешним слоям достаточное ускорение, чтобы быть сброшенными и превратиться в планетарную туманность. В центре туманности остаётся оголенное ядро звезды, в котором прекращаются термоядерные реакции, и оно, остывая, превращается в гелиевый белый карлик, как правило, имеющий массу до 0,5-0,6 солнечных и диаметр порядка диаметра Земли.
Космические угрозы – что может уничтожить человечество?
До тех пор пока существование внеземных цивилизаций не доказано, можно лишь предоставить волю фантазии и голливудским воротилам о том, как бы выглядело инопланетное вторжение на Землю. Однако за пределами нашей планеты есть и другие опасности, потенциально угрожающие нашему существованию. Некоторые из них маловероятны, другие же за многострадальную историю Земли уже случались и вполне реальны…
Внеземные цивилизации погибли?
Летом 1950 года в кафетерии Лос-Аламосской лаборатории итальянский физик и нобелевский лауреат Энрико Ферми (одна из ведущих фигур американского проекта создания атомной бомбы) вел неформальную беседу с тремя другими физиками. Выслушав доводы своих коллег в пользу существования в Галактике великого множества высокоразвитых цивилизаций, Ферми спросил: «Ну и где они в таком случае?»
Как ни странно, этот вопрос, получивший название «парадокса Ферми», имеет в наше время куда большую известность, чем все научные достижения великого итальянца. В развернутой формулировке этот парадокс звучит так: «Законы природы едины повсюду во Вселенной, поэтому любая высокоразвитая цивилизация располагает теми же научно-техническими и технологическими возможностями, что и человечество». Имея космолеты, способные развивать скорость хотя бы около 10% скорости света, цивилизация могла бы расселиться по всей Галактике и колонизировать пригодные для жизни планеты всего за несколько миллионов лет — срок ничтожный по космическим меркам. Поэтому если бы в Галактике действительно существовали многочисленные цивилизации, первые из них добрались бы сюда миллионы (а то и миллиарды) лет тому назад. Но в таком случае само по себе отсутствие инопланетян на Земле является убедительным доказательством отсутствия высокоразвитых внеземных цивилизаций как таковых.
Конечно, со времен разговора Ферми с коллегами выдвинуто много гипотез, объясняющих этот парадокс. Одна из гипотез заключается в том, что возникающие цивилизации недолговечны — каждую из них в конце концов уничтожает космическая катастрофа. Такое предположение наводит на грустные мысли — может, человечество ждет та же судьба? Какие космические катастрофы могут грозить нашей цивилизации?
Прямое попадание
Наиболее очевидной угрозой является возможное падение на землю астероида или кометы. Напоминанием об этой угрозе являются гигантские кратеры, оставшиеся на поверхности нашей планеты от столкновений с астероидами в прошлом. Достаточно вспомнить 10-километровый Чиксулубский астероид, упавший на Землю 65 млн лет назад, — событие, по мнению многих ученых, положившее конец эре динозавров. От этой катастрофы остался ударный кратер, находящийся на полуострове Юкатан, диаметром около 180 км и глубиной до 17—20 км.
Еще больше по размерам кратер Вредефорт, расположенный в Южной Африке. Образовавшийся два миллиарда лет назад кратер имеет диаметр 250 километров. Можно только гадать, какой планетарной катастрофой стало столкновение с астероидом, приведшее к появлению этого кратера (жизнь на Земле в ту эпоху ограничивалась бактериями, но если бы на Земле существовали сложные организмы, они бы, вероятно, были полностью уничтожены).
К счастью, люди, в отличие от динозавров, могут хотя бы попытаться защитить себя от астероидной угрозы. При нынешнем развитии техники от внезапно появившегося астероида человечество будет защищаться ударами ракет с атомными или термоядерными зарядами. В будущем, несомненно, будут созданы более совершенные механизмы «астероидной обороны».
Геомагнитные бури
Однако технический прогресс, делающий жизнь комфортной и способный защитить от многих угроз, в некоторых отношениях делает человечество более уязвимым. Напоминанием об этом служит событие, произошедшее 28 августа 1859 года. В тот день выброшенные Солнцем облака заряженных частиц, достигнув Земли, вызвали колебания электрического и магнитного поля чудовищной силы. Полярное сияние в ночь с 28-го на 29-е число охватило все небо от полюсов и до экватора (его наблюдали даже жители тропической Кубы). Стрелки магнитных компасов крутились как сумасшедшие, телеграфные системы выходили из строя одна за другой—линии передач искрили, телеграфная бумага загоралась. Так на Землю пришла мощнейшая за историю наблюдений геомагнитная буря 1859 года, также известная как Событие Кэррингтона (названная так в честь наблюдавшего в тот день за Солнцем астронома), или Солнечный супершторм.
Улицы будут забиты остановившимися легковушками, автобусами, грузовиками (все они управляются электроникой), причем вышедшие из строя машины вызовут множество аварий. Пострадавшие в авариях будут долго ждать помощи врачей — ведь машины скорой помощи, а также пожарные и полицейские машины тоже не будут заводиться. Все, что питалось от аккумуляторов или от электросети, перестанет работать. Все, что окажется в небе, — вертолеты и самолеты — скорее всего, выйдет из строя и разобьется.
Как можно видеть, повторение событий 1859 года в сегодняшнем мире будет означать полное крушение всей технологической базы человечества во всем мире — ведь одновременно выйдут из строя как устройства, управляемые электроникой, так и питающие их энергосистемы. На восстановление работы промышленности и воссоздание энергосистемы уйдут месяцы хаоса и голода — хватит ли у человечества воли продержаться столько времени без социального взрыва и последующей за ним анархии?
Страх и ужас сверхновых
Сверхновая возникает на последних стадиях существования звезды с массой, значительно превосходящей солнечную. Существование звезды определяется соотношением между силами гравитации, стремящимися сжать звезду, и давлением излучения звезды, «распирающим» ее изнутри. Когда излучение оказывается недостаточным, чтобы компенсировать огромное гравитационное поле звезды, светило начинает сжиматься, причем это сжатие происходит с ускорением. Плотность и температура вещества в центре звезды растет, что в какой-то момент вызывает катастрофический «взрыв внутрь» — процесс при этом сопровождается выделением колоссального количества энергии.
Однако в ближайшем будущем человечеству нет резона опасаться чего-то подобного. Гораздо более вероятным является такое развитие событий, при котором цивилизация в итоге уничтожит саму себя…