Не треба бути вченим NASA чи астрономом, щоб зрозуміти, що космос – це дивно. Але те, наскільки він дивний, може вас здивувати. У космосі домінують невидимі електромагнітні сили, які ми зазвичай не відчуваємо. Він також сповнений химерних типів матерії, з якими ми ніколи не стикалися на Землі. Ось п’ять неземних речей, що відбуваються майже виключно у космосі.
Плазма
На Землі матерія зазвичай приймає один із трьох станів: твердий, рідкий або газоподібний. Але в космосі 99,9% звичайної матерії знаходиться у зовсім іншій формі – плазмі. Вона складається з вільних іонів та електронів і знаходиться у надзарядженому стані у порівнянні з газом, який утворюється, коли речовина нагрівається до екстремальних температур або обдається сильним електричним струмом.
Хоча ми рідко взаємодіємо з плазмою, бачимо ми її постійно. Усі зірки на нічному небі, включаючи Сонце, здебільшого складаються з плазми. Вона навіть іноді з’являється на Землі у вигляді блискавок та неонової реклами.
На відміну від газу, де окремі частинки хаотично переміщуються, плазма може діяти колективно як команда. Вона проводить електрику і схильна до впливу електромагнітних полів. Ці поля можуть керувати рухом заряджених частинок у плазмі та створювати хвилі, які розганяють частинки до величезних швидкостей.
Космос наповнений такими невидимими магнітними полями, які визначають траєкторію руху плазми. Навколо Землі те ж саме магнітне поле, яке змушує компаси вказувати на північ, спрямовує плазму через простір навколо нашої планети. На Сонці магнітні поля запускають сонячні спалахи та спрямовують потоки плазми, відомі як сонячний вітер, які переміщуються Сонячною системою. Коли сонячний вітер досягає Землі, він може спричинити енергетичні процеси, такі як аврори та космічна погода, яка за достатньої сили може пошкодити супутники та телекомунікації.
Читайте також: Зонд NASA Solar Orbiter вперше записав відео гігантського викиду плазми з поверхні Сонця
Екстремальні температури
Від Сибіру до Сахари Земля відчуває широкий спектр температур. Існують рекорди температури від 57° C до -89° C. Але те, що ми вважаємо екстремальним на Землі, у космосі є середнім. На планетах, що не мають ізолюючої атмосфери, температура дико коливається днем та вночі. На Меркурії регулярно спостерігаються дні з температурою близько 449° C і холодні ночі до -171° C. А в самому космосі на деяких космічних апаратах різниця температур між освітленою та затіненою сторонами досягає 33°C. Наприклад, сонячний зонд NASA Parker Solar Probe при найближчому зближенні із Сонцем відчуватиме різницю більш ніж 2 тис. градусів.
Супутники та прилади, які NASA відправляє до космосу, ретельно розроблені, щоб витримувати такі екстремальні умови. Обсерваторія сонячної динаміки NASA більшу частину часу проводить під прямим сонячним промінням, але кілька разів на рік її орбіта проходить у тіні Землі. Під час цієї космічної подорожі, температура сонячних панелей, звернених до Сонця, падає на 158°C. Однак бортові нагрівачі включаються, щоб убезпечити електроніку та прилади, допускаючи зниження температури всього на півградуса.
Аналогічно, скафандри астронавтів створені для того, щоб витримувати температури від -157°C до 121°C. Вони мають білий колір, щоб відбивати світло під час перебування на сонці, а по всій внутрішній поверхні розміщені обігрівачі, щоб астронавтам було тепло в темряві. Вони також розроблені для забезпечення постійного тиску та кисню, а також для захисту від мікрометеоритів та ультрафіолетового випромінювання Сонця.
Читайте також: Чи можуть надшвидкі океани охолодити екстремальні екзопланети?
Космічна алхімія
Сонце стискає водень у гелій у своєму ядрі. Цей процес з’єднання атомів разом під величезним тиском та температурою, у результаті якого утворюються нові елементи, називається термоядерним синтезом. Коли народився Всесвіт, він містив переважно водень і гелій, плюс кілька інших легких елементів. З того часу в результаті термоядерного синтезу в зірках і наднових у космосі з’явилося понад 80 інших елементів, деякі з яких роблять можливим життя.
Сонце та інші зірки – відмінні термоядерні машини. Кожну секунду Сонце спалює близько 600 млн тонн водню. Поряд зі створенням нових елементів, при термоядерному синтезі виділяється величезна кількість енергії та частинок світла, званих фотонами. Цим фотонам потрібно близько 250 тис. років, щоб пройти шлях близько 700 тис. км і досягти видимої поверхні Сонця із сонячного ядра. Після цього світлу потрібно всього 8 хв, щоб подолати 150 млн км до Землі.
Поділ, протилежна ядерна реакція, яка розщеплює важкі елементи на дрібніші, була вперше продемонстрована у лабораторіях у 1930 роках та використовується сьогодні на атомних електростанціях. Енергія, що виділяється при розподілі, може спричинити катаклізм. Але для цієї кількості маси це все одно в кілька разів менше, ніж енергія, що виділяється при термоядерному синтезі. Проте вчені ще не вирішили, як керувати плазмою таким чином, щоб отримувати енергію від термоядерних реакцій.
Читайте також: У Харкові пройшли випробовування вітчизняних іонно-плазмових двигунів для супутників
Магнітні вибухи
Щодня простір навколо Землі вирує величезними вибухами. Коли сонячний вітер, потік заряджених частинок від Сонця, стикається з магнітним середовищем, яке оточує і захищає Землю – магнітосферою – він заплутує магнітні поля Сонця та Землі. Зрештою, лінії магнітного поля стискаються та вирівнюються, відкидаючи прилеглі заряджені частинки. Ця вибухова подія відома як магнітне перез’єднання.
Хоча ми не можемо побачити магнітне перез’єднання на власні очі, ми можемо спостерігати його наслідки. Іноді деякі з обурених частинок потрапляють у верхні шари атмосфери Землі, де вони викликають аврори (північне сяйво).
Магнітне перез’єднання відбувається по всьому Всесвіту, де є закручені магнітні поля. Такі місії NASA, як Magnetospheric Multiscale, вимірюють події перез’єднання навколо Землі, що допомагає вченим знайти його там, де його важче вивчити, наприклад, у спалахах на Сонці, в областях, що оточують чорні діри та навколо інших зірок.
Читайте також: Земля може бути оточена гігантським магнітним тунелем
Надзвукові удари
На Землі простий спосіб передачі енергії – це поштовх. Це часто відбувається внаслідок зіткнень, наприклад, коли вітер змушує дерева розгойдуватися. Але в космічному просторі частки можуть передавати енергію, навіть не стикаючись. Ця дивна передача енергії відбувається у невидимих структурах, відомих як ударні хвилі.
В ударних хвилях енергія передається через плазмові хвилі, електричні та магнітні поля. Уявіть частинки у вигляді зграї птахів, що летять разом. Якщо попутний вітер підхоплює та підганяє птахів, вони летять швидше, хоча здається, що ніщо не штовхає їх уперед. Частинки поводяться так само, коли раптово стикаються з магнітним полем. Магнітне поле, власне, може дати їм поштовх вперед.
Ударні хвилі можуть утворюватися, коли все рухається з надзвуковою швидкістю – тобто швидше за швидкість звуку. Якщо надзвуковий потік стикається з нерухомим об’єктом, він утворює так званий носовий удар. Один із таких носових ударів створюється сонячним вітром, коли він наштовхується на магнітне поле Землі.
Ударні хвилі виявляються і в інших місцях космосу, наприклад, навколо активних наднових, які викидають хмари плазми. У окремих випадках ударні хвилі можуть тимчасово виникати на Землі. Це відбувається, коли кулі та літаки летять швидше за швидкість звуку.
Усі п’ять цих дивних явищ поширені у космосі. Хоча деякі з них можна відтворити у спеціальних лабораторних умовах, в основному їх не можна зустріти у звичайних умовах на Землі. NASA вивчає ці дивні явища в космосі, щоб вчені могли проаналізувати їхні властивості та отримати уявлення про складну фізику, що лежить в основі роботи нашого Всесвіту.
Читайте також: