«Темная материя и динозавры». Глава из книги. Гарвардский физик имеет радикально новую теорию существования человечества

Недавние исследования этой таинственной субстанции позволяют предположить сценарий, при котором она могла быть «виновата» в вымирании динозавров или, по крайней мере, в том, что кометы попадали в нашу планету.

Хотя последовательность событий, связывающих темную материю с динозаврами или кометами, все еще довольно размытая, само предположение интригует, поскольку оно включает в себя два важных астрономических вопроса: природу темной материи и изменение направлений полета космических объектов . Идея о неизвестной темной материи зародилась в тот момент, когда ученые обнаружили, что во Вселенной есть некая необъяснимая гравитационная сила, заставляющая двигаться галактики. А в прошлом году Лиза Рэндалл (Lisa Randall) и Мэтью Рис (Matthew Reece) из Гарвардского университета вместе со своими коллегами разработали модель, которая предполагает, что темная материя - это некие невидимые тонкие диски, скрывающиеся в галактиках, или расположенные под определенным углом по отношению к ним.

Облако Оорта — гипотетическая сферическая область Солнечной системы, служащая источником долгопериодических комет. Инструментально существование облака Оорта не подтверждено, однако многие косвенные факты указывают на его существование.

Как Солнечная система вращается вокруг центра нашей галактики Млечного Пути, так и галактика двигается вверх и вниз примерно каждые 70 миллионов лет. Это означает, что примерно каждые 35 миллионов лет галактику должен пересекать диск темной материи.

Рэндалл и Рис отмечают, что этот цикл соотносится со временем падений комет на Землю.

Именно это и заставило исследователей задуматься, есть ли связь между падениями небесных объектов и прохождениями Солнечной системы через темную материю. По их мнению, когда это происходит, во-первых, диск оказывает более сильное гравитационное притяжение на Солнечную систему. Такая сила может нарушить Облако Оорта, тем самым вырвав из него какое-то количество комет и отправив их в нашу систему.

Так, например, в прошлом году именно из Облака Оорта до нас долетела . Во-вторых, когда исследователи рассматривали кратеры на Земле, по размерам превышающие 20 километров, созданные в последние 250 миллионов лет, они заметили, что частота появления и глубина этих кратеров увеличивается именно в 35-миллионные циклы, когда Солнечная система должна была сдвигаться. Тем не менее, кратер от падения кометы, образованный около 66 миллионов лет назад, не полностью совпадает с предложенной моделью, но, по словам Рэндалл, он довольно близок к этому.

Так же осложняющим моментом для анализа является то, что кратеры на Земле остаются и от ударов комет и от ударов астероидов. Но только кометы, прилетевшие из Облака Оорта, находятся изначально достаточно далеко, чтобы им можно было приписать влияние темной материи.

Ученые надеются, что в дальнейшем им удастся более детально различать и анализировать разные виды ударов по земной поверхности. Луиджи Фосчини (Luigi Foschini) из астрономической обсерватории в Милане говорит, что такие теории просто необходимы для науки.

астроном, обсерватория в Милане Я думаю, что всегда стоит выдвигать такое количество гипотез, какое только возможно.

Однако по его мнению пока что слишком мало подтверждений связи частоты ударов комет и теории о диске темной материи.

Мы не можем ее увидеть или почувствовать. Но Лиза Рэндалл считает, что темная материя может многое объяснить о нашей Вселенной — в том числе и гибель динозавров. Но каждый любитель астрономии знает, что темная материя весьма неуловимая штука. Мы не видим ее, не слышим, не чувствуем, не знаем, какова она на вкус и запах. Даже с использованием самого хитроумного научного оборудования в мире нам пока не удалось получить доказательств того, что эта давно предположенная форма вещества существует вообще — хотя считается, что Вселенная полна темной материи.

Но если ее существование уже не оставляет сомнений, остается много вопросов о темной материи — включая и тип частиц, из которой она состоит . И, наряду с другими ведущими учеными, гарвардский физик Лиза Рэндалл пытается ответить на эти вопросы.

Не так давно старший научный редактор Huffington Post пообщался с Рэндалл, и в результате на свет появилось любопытное интервью, которым мы с вами и поделимся. Всегда интересно услышать мнение специалиста о его теме, да еще и доступным языком.

Что такое темная материя?

Это неуловимая форма материи, которая взаимодействует через гравитацию, подобно обычной материи, но не излучает или поглощает свет. Темная материя, похоже, существует везде во Вселенной. Но мы не воспринимаем ее напрямую: только через ее гравитационное влияние, поскольку она так слабо взаимодействует с обычной материей, к которой мы привыкли.

Темная материя состоит из атомов?

Нет. Она состоит не из атомов и даже не из знакомых нам элементарных частиц вроде протонов и электронов, которые заряжены и поэтому взаимодействуют со светом. Впрочем, возможно, темная материя состоит из частиц, масса которых сравнима с теми, что нам известны. Если это так и если эти частицы движутся со скоростью, которую мы можем предположить, миллиарды частиц темной материи проникают через каждого из нас каждую секунду. Но никто этого не замечает.

Если она невидимая, почему мы называем ее «темной»?

Возможно, темной материи лучше было бы с названием «прозрачная материя». Обычно мы называем «темным» то, что, вроде вашей черной рубашки или пиджака, поглощает свет. Но в случае с темной материей свет просто проходит через нее.

Откуда мы знаем, что темная материя существует?

Мы знаем, что она есть, поскольку видим ее эффекты на звездах и галактиках. При помощи телескопов и других инструментов мы можем увидеть, что что-то, помимо гравитации звезд и галактик, которые мы наблюдаем, влияет на движение этих звезд и галактик.

Темная материя влияет на расширение Вселенной, на путь, который проходят лучи света, достигающие нас от далеких объектов, и многие другие измеряемые явления, которые убеждают нас в существовании темной материи. Мы знаем о темной материи — и о ее безусловном существовании — по измерению гравитационных эффектов.

Гипотеза темной материи впервые была выдвинута много десятков лет назад. Расскажите нам об этом.

Впервые гипотезу темной материи выдвинул в 1933 году Фриц Цвикки, швейцарский астроном из Калифорнийского технологического института. Он пришел к этой идее после наблюдения скоростей звезд в гигантской группе гравитационно соединенных галактик, известной как скопление Волос Вероники (скопление Кома). Необходимо определенное количество гравитации, чтобы удержать быстро движущиеся звезды в скоплении от разбегания. И на основе вычислений скорости звезд Цвикки подсчитал, что количество массы, которой должно обладать скопление, чтобы иметь необходимую гравитационную тягу, было в 400 раз больше, чем вклад измеренной светящейся массы — то есть материи, которая излучает свет. Для учета всей этой дополнительной материи Цвикки предположил существование, как он назвал, dunkle materie , что по-немецки означает «темную материю».

Несмотря на эти первые наблюдения, долгое время темную материю по сути игнорировали (и его оценка недостающей материи была на самом деле слишком большой). Но в 1970-х годах идею возродили, когда астрономы наблюдали движение спутниковых галактик — небольших галактик в окрестностях более крупных — которое можно было объяснить только присутствие дополнительной невидимой материи. Эти и другие наблюдения перевели темную материю в область серьезных исследований.

Но ее статус значительно укрепился в 1970-х годах, благодаря работе Веры Рубин, астронома из Института Карнеги в Вашингтоне. Рубин и ее коллега Кент Форд обнаружили, что скорости вращения звезд были в значительной степени одними и теми же на любом расстоянии от галактического центра. То есть звезды вращались с постоянной скоростью даже далеко за пределами региона, содержащего светящуюся материю. Единственным возможным объяснением было наличие некой неучтенной материи, которая помогла удерживать дальние звезды, которые двигались быстрее, чем ожидалось.

Примечательным выводом этих исследователей было то, что на обычную материю приходилась лишь одна шестая от массы, необходимой для удержания звезд на орбите. Их наблюдения стали самым убедительным доказательством темной материи на то время.

В каком состоянии текущее знание о темной материи?

Ученые проделали большой прогресс в понимании темной материи, но остаются большие вопросы. Для исследователя вроде меня это оптимальная ситуация. Пожалуй, можно сказать, что физики, изучающие «темное», участвуют в революции Коперника в более абстрактной форме. Не только Земля физически не является центром Вселенной, но и наше физическое состояние далеко не центральное для большей части материи.

Выявить самые базовые элементы обычной материи было сложно, но ее исследование было куда более прямолинейным, нежели исследование темной материи, которая нас окружает. Несмотря на слабость ее взаимодействий, в ближайшие десять лет у ученых есть реальный шанс выявить и определить природу темной материи. И поскольку темная материя скапливается в галактиках и других структурах, грядущие наблюдения галактики и Вселенной позволяет физикам и астрономам изучать ее по-новому.

Что новые открытия о темной материи могут рассказать нам о происхождении Вселенной?

Никто не знает, с чего началась Вселенная, и понимание темной материи совсем необязательно принесет нам новые идеи. Но существование темной материи помогает нам понять, как Вселенная развивалась и как формировались структуры вроде галактик. Если темная материя имеет особенные свойства, они могут отразиться в размерах галактик и распределении.

Как насчет существования множественных вселенных — так называемой мультивселенной ?

Темная материя и множественные вселенные на самом деле никак не связаны. Мы знаем о темной материи по ее эффектам на расширение Вселенной, наряду с другими вещами. Другие вселенные могут быть еще более темной материей в том смысле, что они настолько далеки от нас, что не повлияют на нас гравитационно ни разу за весь срок жизни вселенной. Но это также означает, что мы не сможем изучать их при помощи наблюдений. Я предпочитаю изучать «мультивселенную», которая находится здесь и сейчас.

Какова связь между темной материей и динозаврами, о которой вы писали в своей книге?

Мои коллеги и я считаем, что темная материя могла в конечном счете (и косвенно) быть ответственной за исчезновение динозавров. Мы знаем, что 66 миллионов лет назад объект шириной не меньше 10 километров упал на Землю из космоса и уничтожил наземных динозавров, а также три четверти других видов на Земле. Этот объект мог быть кометой из пояса Оорта, гипотетической области из комет и других тел за пределами орбиты Нептуна. Но почему эта комета была сбита со своей стабильной орбиты в поясе Оорта, никто толком не знает.

Наше предположение таково: во время прохождения Солнечной системы через среднюю плоскость галактики Млечный Путь, она столкнулась с диском темной материи, который выбил этот удаленный объект, что привело к катастрофическому столкновению. В нашей галактической окрестности основная часть темной материи окружает нас невероятно гладким и диффузным сферическим гало.

На иллюстрации показано движение Солнца через галактическую плоскость

Тот тип темной материи, которая запустила кончину динозавров, распределялся совсем не так, как большая часть темной материи во Вселенной. Этот дополнительный тип темной материи должен был оставить гало нетронутым, но его отличное взаимодействие привело к тому, что он конденсировался в диск — прямо в центре плоскости Млечного Пути. Эта тонкая область стала настолько плотной, что когда проходила через нее и Солнце осциллировало вверх и вниз по мере движения через нашу галактику, гравитационное влияние этого диска было невероятно сильным.

Ее гравитационное притяжение было достаточно мощным, чтобы выбить кометы на внешней границе Солнечной системы, где противодействующая тяга Солнца была слишком слабой, чтобы вернуть их на место. Сбежавшие кометы были выброшены из Солнечной системы или же — моментально — перенаправлены во внутреннюю Солнечной систему, где могли потенциально ударить Землю.

Если темная материя может объяснить гибель динозавров, может ли она также объяснит, с чего началась жизнь на Земле?

Материал, падающий на Землю, вроде комет и астероидов, почти наверняка сыграл роль в определении состава Земли и мог также сыграть роль в запуске ключевых жизненных процессов. Большинство таких теорий остаются спекулятивными, но вполне вписываются в картину мира и стоят затраченных на них усилий.

А если темная материя может отправить опасные кометы или астероиды в нашу сторону, стоит ли нам переживать?

Безусловно, иногда астероиды подходят довольно близко. Столкновения будут, несомненно, происходить, но их ожидаемая частота и величина остаются предметом дебатов. Ударит по нам что-нибудь, нанесет ли нам урон со временем и стоит ли нам об этом беспокоиться, это пока нерешенные вопросы. Лично я не считаю это величайшей опасностью для человечества .

Стоит ли нам переживать? Это зависит от масштабов, цены, порога нашего беспокойства, решений, которые принимает общество, и того, сможем ли мы справиться с угрозой. Такие угрозы нечасто вызывают ажиотаж, даже если возможен потенциальный ущерб. И хотя они действительно могут ударить и уничтожить крупный населенный центр, шансы на то, что это произойдет в обозримом будущем, ничтожно малы.

Ваш взгляд на космос как физика отличается от взгляда людей, далеких от науки. Какие неправильные выводы такие люди делают относительно Вселенной?

Их много, но позвольте мне сосредоточиться на самой темной материи. Учитывая то, что они никогда ее не видели (не чувствовали ее тепла или запаха), многие люди, с которыми я говорю, с удивлением узнают о существовании темной материи и находят ее весьма загадочной — или даже уточняют, нет ли в этом какой-нибудь ошибки. Люди спрашивают, как это вообще может быть возможно, чтобы большую часть материи — в пять раз больше обычного вещества — нельзя было обнаружить с помощью современных телескопов.

Лично я бы ожидала чего-то противоположного (хотя далеко не все так считают). Для меня было бы куда большей загадкой, если бы вся материя, которую мы видим своими глазами, была единственное существующей материей. С чего бы нам иметь идеальные органы чувств, которые ощущают практически все? Большой урок, который физики получили за много веков, заключается в том, как много скрыто от нашего взора. С этой точки зрения вопрос должен звучать иначе: почему все, что мы знаем, должно сходиться с плотностью энергии, которой она обладает?

Ощущаете ли вы во Вселенной некое величие? Или ваши научные знания ставят все на свои места?

Когда я начала концентрироваться на идеях, лежащих в основе моей книги, я была поражена и очарована не только нашими текущими знаниями об окружающей среде — местной, солнечной, галактической и вселенской — но и тем, как сильно мы вообще надеемся понять все на нашем крошечном островке здесь, на Земле. Меня также поразили многочисленные связи между явлениями, которые позволяют нам существовать вообще.

Чтобы вы понимали, моя точка зрения не является религиозной. Я не вижу необходимости наделять все целью или смыслом. Тем не менее я беспомощно ощущаю эмоции, которые мы склонны называть религиозными, когда пытаюсь осознать необъятность Вселенной, наше прошлое и как это увязывается вместе. По-другому начинаешь смотреть на дурацкую повседневность. Это новое исследование позволило мне иначе взглянуть на мир и на многие кусочки Вселенной, которые создали Землю — и нас.

Не так давно во время весенних каникул в Гарварде я решила навестить друзей в штате Колорадо, немного поработать там и покататься на лыжах. Скалистые горы - превосходное место для уединения и размышлений, где ночи так же великолепны, как и дни. В ясные ночи небо озаряют вспышки света от «падающих звезд» - этих крошечных древних метеорных тел, разрушающихся в вышине. В одну из ночей я со своим другом стояла у дома завороженная обилием светящихся объектов, прочерчивавших темное небо. Пару раз в поле моего зрения оказывались довольно заметные метеоры, а потом мы увидели действительно большой метеор, след от которого не пропадал несколько секунд.

Хотя я и физик, подобные зрелища нередко приводят меня в состояние умиротворения, и я просто наслаждаюсь ими. В этот раз, однако, я задумалась над тем, что это за объект и что может означать его траектория. Метеор - это конец истории длиной 4,5 млрд лет - секундная вспышка, свидетельствующая о том, что метеорное тело пролетело в атмосфере 50–100 км, прежде чем испариться и исчезнуть. Скорее всего, оно прошло над нашими головами на высоте тоже 50–100 км, именно поэтому мы видим его след как большую дугу в небе. Вот, в общем-то, и все - красивое зрелище и нечто такое, что мы можем как минимум частично объяснить. Когда я сказала, что эта чудесная картина на небосводе - результат сгорания в атмосфере частицы космической пыли или объекта размером с небольшой камешек, мой друг, который не был ученым, очень удивился и заявил, что, по его мнению, это был объект никак не меньше километра в поперечнике.

Наш разговор быстро перешел с красот ночного неба на масштабы катастрофы, которую могло вызывать падение на Землю объекта размером с километр. Вероятность столкновения объекта столь значительного размера с Землей мала, а вероятность падения любого крупного объекта в густонаселенном месте еще меньше. Тем не менее вид поверхности Луны (на Земле сохранилось слишком мало кратеров, чтобы делать по ним какие-либо выводы) говорит о том, что за время существования Земли с нею сталкивались миллионы крупных объектов размером от одного до 1000 км в поперечнике. Впрочем, большинство этих столкновений произошло миллиарды лет назад в период поздней тяжелой бомбардировки, которая, несмотря на название, наблюдалась вскоре после образования Солнечной системы, еще до того, как она приобрела более или менее стабильное состояние.

К счастью для жизни на Земле, частота падения крупных метеорных тел сильно уменьшилась со времен бомбардировки. Даже недавно упавший в Сибири метеорит, заснятый видеорегистраторами и с помощью мобильных телефонов, - Челябинский метеорит, который оставил яркий след в небе и в YouTube - имел в поперечнике всего порядка 20 м. Единственным недавним столкновением объекта такой величины, о которой говорил мой друг, было падение фрагментов кометы Шумейкеров - Леви на Юпитер в 1994 г. Исходный объект был крупнее и имел, возможно, несколько километров в поперечнике до того, как распался на части. Свидетельством последствий, к которым может привести падение фрагментов размером с километр, было темное облако величиной с Землю над поверхностью Юпитера. Двадцать метров в поперечнике - это крупный объект, но километр в поперечнике - совершенно другое дело.

Не стоит, однако, забывать, что история метеоритов связана не только с разрушением. Метеорные тела и микрометеороиды, постоянно обрушивающиеся на Землю, приносят и кое-что хорошее. Метеориты - фрагменты метеорных тел, достигшие поверхности Земли, вполне могли быть источниками аминокислот, принципиально важных для появления жизни, а также воды - другого ключевого компонента жизни в той форме, в какой мы ее знаем. Вне всякого сомнения, большинство извлекаемых нами из недр металлов также имеют внеземное происхождение. Можно также утверждать, что люди вряд ли появились бы без быстрого расцвета млекопитающих, которое произошло после столкновения Земли с метеорным телом (см. подробности в главе 12), уничтожившего динозавров.

Это гигантское массовое вымирание биологических видов, случившееся 66 млн лет назад, - лишь одна из множества историй, связывающих жизнь на Земле с эволюцией Солнечной системы. Настоящая книга о такой вроде бы абстрактной субстанции, как темная материя, изучением которой я занимаюсь, на самом деле посвящена взаимосвязи Земли с ее космическим окружением. Сейчас я перехожу к рассказу о том, что мы знаем об астероидах и кометах, сталкивавшихся с Землей, и о тех шрамах, которые они оставили после себя. Я также коснусь вопроса о том, что может столкнуться с нашей планетой в будущем и можно ли избежать визитов этих разрушительных и нежелательных гостей.

Гром среди ясного неба

Такое необычное явление, как падение космических объектов на Землю, кажется настолько невероятным, что официальная наука первоначально просто не принимала за достоверные большинство сообщений о подобных случаях. Хотя в эпоху античности люди верили в то, что объекты из космоса могут достичь поверхности Земли, а крестьяне в более близкие к нам времена были уверены в этом, более просвещенные классы относились к подобной идее с подозрением вплоть до XIX в. Необразованные пастухи, наблюдавшие падение объектов с неба, знали, что это такое, однако их свидетельства не внушали доверия, поскольку многие из них рассказывали о воображаемых событиях. Даже ученые, которые в конечном итоге признали тот факт, что объекты падают на нашу планету, поначалу не верили, что эти камни имеют космическое происхождение. Они предпочитали искать их источник на Земле, в частности видели его в вулканах.

Космическое происхождение метеоритов стало частью общепринятых представлений только в июне 1794 г. после случайного падения камней на территории Академии в Сиене, где это событие наблюдало множество образованных итальянцев и британских туристов. Все началось с высокого темного облака, откуда вслед за камнями, обрушившимися, как дождь, на землю, пошел дым, посыпались искры и появилась медленно движущаяся красная молния. Аббат Амброджо Сольдани в Сиене счел упавший материал достаточно интересным, чтобы собрать свидетельства очевидцев и отправить образец жившему в Неаполе химику Гульельмо Томсону - под этим псевдонимом скрывался Уильям Томсон, которому пришлось покинуть Оксфорд в результате скандала из-за его отношений с мальчиком-прислужником. Тщательное исследование образца указало на внеземное происхождение объекта. Это было более здравое объяснение, чем притянутые за уши предположения о циркуляции лунного происхождения или молнии, ударившей в пыль. Оно было также более осмысленным, чем вроде бы разумное альтернативное предположение о вулканическом происхождении этих камней из активного тогда Везувия. Идея о вулканическом источнике была вполне объяснима, поскольку по чистой случайности извержение Везувия произошло всего лишь за 18 часов до этого. Однако Везувий находился в 320 км и совсем не в той стороне, поэтому вулканическую теорию отвергли.

Вопрос о происхождении метеорных тел был окончательно решен химиком Эдвардом Говардом при содействии французского аристократа и ученого Жака Луи, графа де Бурнона, бежавшего в Лондон во время Французской революции в 1800 г. Говард и граф сделали анализ метеорита, упавшего недалеко от Бенариса в Индии. Как выяснилось, содержание никеля в его составе намного превышало концентрацию этого металла, характерную для поверхности Земли, а также для каменистых пород, сплавленных под действием высокого давления. Химический анализ, выполненный Томсоном, Говардом и графом де Бурноном, был именно тем, чего не хватало немецкому ученому Эрнсту Флоренсу Фридриху Хладни для подтверждения его собственной гипотезы о том, что скорость падения таких объектов на Землю слишком велика для принятия других объяснений, кроме космической. Что любопытно, падение небесного объекта в Сиене произошло всего через два месяца после публикации книги Хладни «О происхождении железных тел» (On the Origin of Ironmasses), которая получала - увы! - неблагоприятные отзывы и негативные оценки до тех пор, пока одна берлинская газета два года спустя не удосужилась написать о сиенском падении.

В Англии более широкую популярность получила небольшая книга Эдварда Кинга, члена Королевского научного общества, опубликованная в том же году. Книга Кинга была посвящена сиенскому событию и содержала множество ссылок на работу Хладни. В Англии доводы в пользу космического происхождения метеоритов появились еще раньше, 13 декабря 1795 г., после падения камня весом более 25 кг в Уолд-Коттидже, графство Йоркшир. С учетом растущего доверия к методам химии, которую не так давно перестали смешивать с алхимией, и свидетельств множества очевидцев в XIX в. метеориты, наконец, признали тем, чем они являются на самом деле. C той поры на нашу планету упало немало объектов бесспорно внеземного происхождения.

Более близкие к нашему времени события

Заголовки с упоминанием метеорных тел и метеоритов гарантированно привлекают всеобщий интерес. Однако, несмотря на живой интерес к этим ярким явлениям, не следует забывать, что Земля сегодня в целом находится в равновесии с Солнечной системой, и драматические события случаются нечасто. Почти все метеорные тела недостаточно велики, чтобы проникнуть дальше верхних слоев атмосферы, где подавляющая часть их твердого материала испаряется. Более крупные объекты прилетают лишь изредка. Мелкие частицы, однако, постоянно бомбардируют Землю. Большинство микрометеороидов, входящих в атмосферу, настолько малы, что даже не сгорают. Объекты размером с миллиметр тоже падают довольно часто - пожалуй, каждые 30 с - и сгорают без каких-либо последствий. Объекты крупнее 2–3 см частично сгорают в атмосфере, и их фрагменты вполне могут достичь земной поверхности, но они слишком малы, чтобы заметить их.

Раз в несколько тысяч лет большой объект может взрываться в нижних слоях атмосферы. Крупнейшее из таких событий, о которых нам известно, произошло в 1908 г. в районе Подкаменной Тунгуски, Россия. Даже без столкновения с поверхностью взрыв такого объекта в атмосфере может оставить заметный след на Земле. Мы не знаем, что именно взорвалось в небе недалеко от реки Подкаменная Тунгуска в сибирской тайге - астероид или комета. Сила взрыва этого примерно 50-метрового болида - космического объекта, который разрушается в атмосфере - была равна 10–15 Мт в тротиловом эквиваленте, что в 1000 раз больше атомного взрыва в Хиросиме, но меньше самого мощного из испытанных когда-либо ядерных зарядов. Взрыв уничтожил лес на площади 2000 км 2 , а сила его ударной волны оценивается примерно в 5 баллов по шкале Рихтера. Примечательно, что в том месте, где предположительно находился эпицентр взрыва, деревья так и остались стоять, но в округе лес был полностью повален. Размер зоны стоящих деревьев и отсутствие кратера говорят о том, что тело разрушилось на высоте от 6 до 10 км.

Оценки риска повторения такого события варьируют в определенной мере из-за неоднозначности оценок размера тунгусского объекта, которые колеблются от 30 до 70 м. Объекты с размерами в этом интервале могут падать на Землю с частотой от раза в несколько сотен лет до раза каждые 2000 лет. Так или иначе, большинство метеорных тел падают на Землю в сравнительно безлюдных местах, поскольку густонаселенные районы довольно сильно разбросаны.

Тунгусское метеорное тело - не исключение в этом смысле. Оно взорвалось над незаселенной областью Сибири в 70 км от ближайшей фактории и еще дальше от ближайшей деревни - села Нижнекарелинское. Взрыв тем не менее был достаточно силен, чтобы в этой не слишком близкой деревне выбить все окна и сбить с ног прохожих. Жителям деревни приходилось отворачиваться от ослепительно яркой вспышки в небе. Через два десятилетия после взрыва ученым, посетившим этот район, рассказали, что местные пастухи слышали оглушительный гром, а двое даже умерли от ударной волны. Последствия для животного мира были ужасными - от пожара, начавшегося в результате взрыва, погибли едва ли не 1000 оленей.

Последствия взрыва ощущались и на значительно большей территории. Грохот слышали люди на расстоянии, равном ширине Франции, а атмосферное давление изменилось на всем земном шаре. Ударная волна обогнула земной шар три раза. По сути, многие разрушительные последствия падения более крупного и лучше изученного Чиксулубского метеорита, который уничтожил динозавров, о чем мы поговорим далее, наблюдались и после падения Тунгусского метеорита - сильные ветры, пожары, изменение климата и исчезновение почти половины озона в атмосфере.

Однако, поскольку метеорное тело взорвалось в отдаленном и незаселенном районе, а средства массовой информации в те времена не были развиты, большинство людей почти ничего не знали об этом гигантском взрыве еще несколько десятилетий, пока в результате исследований не были установлены подлинные масштабы опустошения. Мало того, что тунгусское событие произошло в отдаленных местах, распространению информации о нем помешали Первая мировая война, а потом революция в России. Случись этот взрыв на час раньше или позже, он мог прийтись на густо населенный регион, где атмосферные эффекты или цунами в океане привели бы к гибели тысяч людей. В этом случае след остался бы не только на поверхности Земли, но и в истории XX в. и, скорее всего, сильно повлиял бы на последующую политику и развитие науки.

За столетие, прошедшее после тунгусского взрыва, на Землю упало несколько меньших, но все же заслуживающих внимания, небесных объектов. Болид, взорвавшийся в атмосфере в районе Амазонки в Бразилии в 1930 г., был, пожалуй, одним из крупнейших, хотя это событие плохо подтверждено документально. Сила его взрыва была меньше, чем в тунгусской тайге, и, по оценкам, составляла от 1/100 до 1/2 от тунгусского болида. Тем не менее масса метеорного тела превышала 1000 т и, не исключено, что достигала 25 000 т, а выделившаяся энергия приближалась к 100 кт в тротиловом эквиваленте. Оценки риска варьируют, однако объекты размером от 10 до 30 м могут падать на Землю с частотой от раза в десятилетие до раза в несколько сотен столетий. Расчетная частота сильно зависит от размера объекта. При варьировании размера тела в два раза оценки различаются в 10 раз.

Болид, аналогичный по размерам Амазонскому, взорвался на высоте 15 км над Испанией двумя годами позже, выделив энергию примерно 200 кт в тротиловом эквиваленте. За последующие полвека взрывы происходили еще несколько раз, но ни один из них не идет ни в какое сравнение с событием в Бразилии, поэтому я не буду перечислять их. Внимание заслуживает лишь так называемый инцидент Vela, произошедший в 1979 г. между Южной Атлантикой и Индийским океаном. Свое название он получил по названию американского разведывательного спутника Vela, который засек вспышку. Хотя первоначально его причиной посчитали метеорное тело, сейчас многие рассматривают это событие как наземное испытание ядерного оружия.

Конечно, средства наблюдения обнаруживают и настоящие болиды. Инфракрасные датчики Министерства обороны США и датчики Министерства энергетики США, работающие в видимой части спектра, зарегистрировали 1 февраля 1994 г. взрыв метеорного тела размером от 5 до 15 м над Тихим океаном в районе Маршалловых островов. Его видели и два рыбака у побережья острова Корае, Микронезия, за несколько сотен километров от того места, где он произошел. Еще один взрыв 10-метрового объекта мощностью 25 кт в тротиловом эквиваленте произошел в 2002 г. над Средиземным морем между Грецией и Ливией. Более недавнее событие наблюдали 8 октября 2009 г. недалеко от города Боне, Индонезия. Возможно, это был результат взрыва объекта около 10 м в диаметре мощностью 50 кт.

Блуждающие кометы или астероиды также могут быть источником метеорных тел. Траектории удаленных комет трудно предсказать, однако достаточно крупные астероиды можно обнаружить задолго до их приближения к Земле. Астероид, который упал в Судане в 2008 г., был из разряда значительных. В том году 6 октября ученые определили, что обнаруженный ими астероид должен столкнуться с Землей на следующее утро. И это произошло. Столкновение не было крупным, а рядом с местом падения никто не жил. Вместе с тем этот случай показал, что падение небесных тел в некоторых случаях можно предсказать, хотя насколько рано мы узнаем об этом, зависит от чувствительности нашей аппаратуры, размера объекта и его скорости.

Самым недавним заметным событием было падение Челябинского метеорита, оно произошло 15 февраля 2013 г. и осталось не только на фотографиях, но и в воспоминаниях людей. Этот болид взорвался на высоте 20-50 км над южной частью Уральского региона России. Сила взрыва составила 500 кт в тротиловом эквиваленте, его основная часть рассеялась в атмосфере, однако взрывная волна все же достигла поверхности Земли через несколько минут. Виновником события стал астероид 15-20 м в поперечнике и весом около 13 000 т, который двигался, по расчетам, со скоростью 18 км/с - примерно в 60 раз быстрее звука. Наблюдатели не только видели взрыв, но и ощущали тепло, выделявшееся в результате торможения объекта в атмосфере.

От взрыва пострадали около 1500 человек, но по большей части из-за вторичных последствий, таких как выбитые оконные стекла. Количество пострадавших оказалось таким большим из-за того, что многие бросились к окнам посмотреть на быстро летящий источник ослепительного света - необычное зрелище. Как в фильме ужасов, свет в небе заставил людей подойти к самому опасному месту именно в тот момент, когда пришла ударная волна и нанесла наибольший урон.

Вдобавок к шумихе, поднявшейся в средствах массовой информации, как раз во время падения метеорного тела появились сообщения о приближении другого астероида к Земле. Если Челябинский метеорит подошел незамеченным, то этот другой 30-метровый объект, максимально приблизившийся к Земле примерно 16 часов спустя, так и не вошел в атмосферу. Немало людей высказывали идею об общем происхождении обоих астероидов, однако последующие исследования показали, что это, скорее всего, не так.

Объекты, сближающиеся с землей

Помимо предсказанного в феврале 2013 г. астероида с Землей сближались многие другие объекты, которые, хотя и не входили в атмосферу, неизменно привлекали большое внимание. Те же объекты, которые все же сталкивались с Землей, в большинстве своем были безвредными. Так или иначе, прошлые столкновения реально оказывали воздействие на геологическое строение и биологию нашей планеты, и нет никаких гарантий, что это не повторится в будущем. С углублением наших знаний об астероидах и (возможно, преувеличенным) осознанием их потенциальной опасности активизируется поиск объектов, которые могут пересекать орбиту Земли.

Наиболее часто столкновения (хотя и не обязательно самые крупные) происходят с так называемыми околоземными объектами , которые находятся довольно близко к Земле и приближаются к Солнцу на расстояние, не более чем на 30% превышающее расстояние между Землей и Солнцем. Этому критерию отвечают около 10 000 околоземных астероидов и чуть меньшее число комет, а также некоторые крупные метеорные тела и даже с формальной точки зрения обращающиеся вокруг Солнца космические аппараты.

Околоземные астероиды делятся на несколько категорий (рис. 16). Тела, которые входят в околоземное пространство и приближаются к Земле, не пересекая ее орбиту, называют Амурами по названию обнаруженного в 1932 г. астероида, который подошел к Земле на 16 млн км, или 0,11 а. е. Хотя они и не пересекают в настоящее время нашу траекторию, есть опасения, что возмущения, вызванные Юпитером или Марсом, могут увеличить эксцентриситет их орбит и привести к пересечению с земной орбитой. Аполлоны - их название тоже связано с конкретным астероидом - в настоящее время пересекают земную орбиту в радиальном направлении, хотя из-за того, что их орбиты находятся выше или ниже плоскости эклиптики (кажущаяся траектория Солнца на небе, определяющая плоскость земной орбиты), на практике они не сталкиваются с Землей. Траектории их движения, однако, могут измениться со временем и отклониться в опасном направлении. Вторую категорию пересекающихся с Землей астероидов, отличающихся от Аполлонов расположением их орбит, которые меньше орбиты Земли, называют Атонами . Семейство Атонов также носит название одного из астероидов этого типа. Последней категорией околоземных астероидов являются Атиры - орбиты этих тел полностью находятся в пределах орбиты Земли. Их трудно обнаружить, поэтому нам известно лишь несколько таких астероидов.

Околоземные астероиды живут не так долго по геологическим и космологическим меркам. Они находятся в околоземной области не больше нескольких миллионов лет, прежде чем уйти из Солнечной системы или столкнуться с Солнцем или какой-нибудь планетой. Это означает, что для поддержания населения в области, близкой к земной орбите, в нее должны постоянно приходить новые астероиды. Возможно, этому способствуют возмущающие воздействия Юпитера на астероидный пояс.

Большинство околоземных астероидов - каменные тела, помимо них имеется довольно много углистых астероидов, содержащих углерод. Размеры более 10 км в поперечнике имеют только Амуры, которые в настоящее время не пересекают нашу траекторию. Среди Аполлонов, однако, довольно много объектов размером более 5 км в поперечнике - этого вполне достаточно, чтобы вызвать значительные разрушения, окажись они на пути Земли. Самым крупным околоземным астероидом с диаметром 32 км является Ганимед, названный так по имени сына троянского царя. Ганимедом называют и один из спутников Юпитера, но это совершенно другой объект. Он тоже самый крупный, но среди спутников в Солнечной системе.

Околоземные астероиды стали в последние 50 лет еще одной областью интенсивных исследований. До этого никто не принимал всерьез идею о возможности их столкновения с Землей. Сейчас же во всем мире ведется работа по каталогизации околоземных астероидов и слежению за ними. Когда я последний раз была на Канарских островах и посещала обсерваторию на Тенерифе, ее директор с десятком студентов занимался анализом данных в поисках астероидов. Тамошний телескоп нельзя назвать большим и современным, однако на меня произвели впечатление заинтересованность студентов и знание методов поиска.

В более современных телескопах для поиска астероидов используются приборы с зарядовой связью, т. е. полупроводниковые матрицы, преобразующие фотоны в электрический заряд и идентифицирующие место падения фотонов. Автоматические системы считывания также повышают частоту обнаружения астероидов. На веб-сайте Центра малых планет Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики MAC (http://www. minorplanetcenter. net/) публикуются последние номера обнаруженных малых планет, комет и приближающихся объектов.

По очевидным причинам, наибольшее внимание уделяется орбитам, близким к орбите Земли. США и Европейский союз сотрудничают в поисках таких объектов в рамках инициативы Spaceguard, названной так в знак признательности Артуру Кларку за научно-фантастический роман «Свидание с Рамой». Задачу первой программы Spaceguard определили в обзорном докладе для Конгресса США 1992 г., на основе которого было принято решение идентифицировать в течение десятилетия большинство околоземных объектов размером более километра. Километр - значительный размер, он больше, чем размер самого маленького объекта, способного нанести ущерб, однако на этой величине остановились потому, что километровые объекты легче обнаружить и они способны привести к глобальным разрушениям. По счастью, известные нам километровые объекты по большей части находятся на орбитах между Марсом и Юпитером в поясе астероидов. Пока они не изменят орбиты и не превратятся в околоземные объекты, опасности в них нет.

Активные наблюдения, предсказания орбит и компьютерное моделирование позволили астрономам достичь цели инициативы Spaceguard - идентифицировать большинство километровых околоземных объектов - в 2009 г., практически в установленные сроки. По последним данным, количество километровых и более крупных околоземных астероидов приближается к 940. Комиссия, созданная Национальной академией наук США, определила, что даже с учетом всех неопределенностей это число является довольно точным, а общее количество таких объектов не превышает 1100. Активный поиск помог, кроме того, идентифицировать около 100 000 астероидов и примерно 10 000 околоземных астероидов размером менее километра.

Большинство крупных околоземных астероидов, поиск которых определен инициативой Spaceguard в качестве цели, являются пришельцами из внутренней и центральной областей пояса астероидов. Комиссия Национальной академии наук установила, что около 20% их орбит находится в пределах 0,05 а. е. от Земли. Такие астероиды называют «потенциально опасными околоземными объектами». По заключению Академии, ни один из этих объектов не представляет угрозы в текущем столетии, что, конечно, не может не радовать. Впрочем, такой вывод совершенно неудивителен, если учесть, что ожидаемая частота столкновений километровых объектов с Землей не превышает одного раза в несколько сотен тысяч лет.

Фактически известен всего лишь один околоземный объект со значимой вероятностью столкновения с Землей в недалеком будущем. Однако вероятность его приближения составляет всего 0,3%, да и то не раньше 2880 г. Нам практически ничего не угрожает, по крайней мере в настоящее время, даже с учетом всех неопределенностей. Некоторые астрономы поначалу высказывали опасения относительно другого астероида - демонического 300-метрового Апофиса, который, по расчетам, должен максимально сблизиться с Землей в 2029 г. и пройти мимо, а после этого вернуться в 2036 или 2037 г. и, возможно, столкнуться с нею. По предположениям, траектория астероида пройдет через так называемый «гравитационный коридор», который может направить его к Земле. Однако дальнейшие расчеты показали, что это ложная тревога. Ни Апофис, ни какой-либо другой известный нам объект не должен столкнуться с Землей в обозримом будущем.

На этом месте можно было бы вздохнуть с облегчением, если бы не более мелкие объекты, которых нельзя сбрасывать со счетов. Хотя они и меньше километра по размеру и не могут нанести ущерб такого же масштаба, частота их приближения к Земле и падения значительно выше. Поэтому цель инициативы Spaceguard была в 2005 г. пересмотрена и теперь предусматривает обнаружение, каталогизацию и описание не менее 90% потенциально опасных околоземных объектов размером более 140 м . Результатом этой работы вряд ли будет обнаружение чего-либо реально катастрофического, однако каталогизация - дело хорошее.

Оценка риска

Понятно, что астероиды время от времени очень сильно сближаются с Землей. Случаются и столкновения, однако их ожидаемая частота и тяжесть последствий остаются предметом споров. Сказать, столкнется что-либо с Землей или нет и нанесет ли это ущерб в обозримом будущем, окончательно и определенно мы не можем.

Должны ли мы беспокоиться? Все зависит от масштабов, затрат, чувства страха, решимости стран принять необходимые меры и наших представлений о подконтрольности событий. Физические аспекты, рассматриваемые в этой книге, касаются, главным образом, процессов, происходящих в течение миллионов и даже миллиардов лет. Модель, над которой я работала (мы будем говорить о ней в следующей части книги), связана с периодическими, с частотой 30-35 млн лет, столкновениями с крупными (несколько километров в поперечнике) метеорными объектами. Ничто из этого по масштабам времени не может представлять насущную проблему для человечества. Людям хватает гораздо более неотложных забот.

Как бы то ни было, даже если это и небольшое отступление от темы, книга о столкновениях с метеорными телами не может быть хорошей без изложения научных представлений об их потенциальном влиянии на наш мир. Эта тема настолько часто фигурирует в новостях и разговорах, что будет не лишним процитировать некоторые нынешние оценки. Прогнозами пользуются и правительства, когда дело доходит до обсуждения вопросов обнаружения астероидов и предотвращения их столкновения с Землей.

В соответствии с Законом о консолидированных бюджетных ассигнованиях на 2008 г. NASA предложило Национальному научному совету Национальной академии наук США провести исследование околоземных объектов. Цель заключалась не в решении теоретических проблем столкновения, а в оценке риска столкновения с блуждающими астероидами и возможности уменьшения этого риска.

Внимание было сфокусировано на исследовании небольших околоземных объектов, которые сталкиваются с Землей намного чаще и которые потенциально можно увести от Земли. Кометы на короткопериодических орбитах сходны по своим траекториям с астероидами, поэтому их можно обнаруживать таким же образом. Долгопериодические кометы практически невозможно засечь заранее. К тому же они приходят со всех сторон и с меньшей вероятностью оказываются в экваториальной плоскости земной орбиты, что затрудняет поиск. Так или иначе, хотя некоторые из последних событий вполне могли быть связаны с кометами, кометы появляются в окрестностях Земли намного реже. И, наконец, практически нет возможности обнаруживать долгопериодические кометы с таким упреждением, чтобы успеть что-то предпринять, даже если бы технические возможности позволяли нам отклонять астероиды. Таким образом, поскольку в настоящий момент невозможно составить каталог опасных долгопериодических комет, текущие исследования ограничиваются астероидами и короткопериодическими кометами.

Вместе с тем долгопериодические кометы - или как минимум кометы, приходящие из внешней области Солнечной системы - станут объектами пристального внимания позднее. Объекты из внешней области Солнечной системы связаны намного слабее, поэтому возмущениям - гравитационным и другим - легче столкнуть их с орбиты и направить внутрь Солнечной системы или за ее пределы. Несмотря на то что они не входят в число объектов, на которые распространяется исследование Академии наук, интерес ученых к ним не пропадает.

Выводы ученых

В 2010 г. Национальная академия наук США представила свои данные по астероидам и связанным с ними угрозами в документе под названием «Защита планеты Земля: отчет о результатах слежения за околоземными объектами и стратегиях снижения риска столкновения». Ниже я представлю наиболее интересные выводы из этого документа и приведу некоторые таблицы и графики вместе с комментариями, поясняющими их содержание.

При интерпретации цифр не забывайте учитывать относительную низкую плотность густонаселенных городских районов, на долю которых, по оценкам Проекта по глобальному картированию городов, приходится примерно 3% территории Земли. Хотя опустошение никакого района восторга не вызовет, самые большие опасения связываются с городскими территориями. Низкая плотность городов на поверхности Земли приводит к тому, что частота причинения значительного ущерба относительно небольшими внеземными объектами приблизительно в 30 раз ниже частоты их падения. Так, если по прогнозам объект размером от 5 до 10 м будет сталкиваться с Землей раз в столетие, то попадания такого объекта в крупный город следует ожидать не чаще раза в три тысячелетия.

Следует также учитывать большую неопределенность практически всех прогнозов, которая оценивается в лучшем случае как десятикратная. Одной из причин обилия историй в средствах массовой информации об опасности приближающихся к нам удаленных объектов, которые в итоге оказываются пустыми, является то, что даже несущественная ошибка в определении траектории сильно меняет расчетную вероятность столкновения. Вдобавок мы не можем полностью оценить масштабы воздействия и ущерб, который могут нанести даже известные крупные объекты. Вместе с тем даже при всех неопределенностях результаты исследования Национальной академии наук довольно надежны и полезны. Итак, принимая во внимание существующую неопределенность, перейдем к рассмотрению сравнительно недавних (относящихся к 2010 г.) статистических данных.

Моя любимая таблица приведена на рис. 17. Она показывает, что падения астероидов приводят к гибели в среднем 91 человека в год. Хотя последствия падения астероидов не идут ни в какое сравнение с наиболее серьезными причинами гибели людей - теми, что сопоставимы по масштабам со смертельными происшествиями с инвалидами-колясочниками (не показаны), - число 91 в таблице напротив астероидов немного удивляет и кажется тревожно высоким. К тому же оно выглядит абсурдно точным с учетом тех неопределенностей, о которых мы говорили. Конечно, не каждый год именно 91 человек гибнет в результате падения астероидов. На деле за всю историю документально зафиксировано лишь несколько подобных случаев. Столь высокое число обманчиво, поскольку оно учитывает последствия грандиозных столкновений, которые, как говорилось, случаются очень редко. Диаграмма на рис. 18 поясняет это.

Из этой диаграммы следует, что подавляющая часть приведенного в таблице числа фатальных исходов связана с крупными объектами, столкновения с которыми происходят чрезвычайно редко. На это указывает пик, приходящийся на диаметр в несколько километров. Такие события крайне редки, это своего рода «черные лебеди» столкновений с астероидами. Если ограничиться объектами размером менее 10 м, то число фатальных исходов в год падает до нескольких единиц, причем это верхний лимит. Так какую же частоту падения объектов разных размеров следует реально ожидать? Найти ответ на этот вопрос помогает еще одна диаграмма (рис. 19). Она более сложна, однако отнеситесь к этому с пониманием. Фактически это квинтэссенция наших текущих представлений.

Хотя понять, о чем говорит эта диаграмма, труднее, она содержит массу информации. В ней используется логарифмическая шкала. Это означает, что с изменением размера частота (время) столкновений изменяется намного больше, чем может показаться. Например, если 10-метровый объект может сталкиваться с Землей раз в десятилетие, то 25-метровый - уже раз в 200 лет. Это также означает, что небольшие изменения измеряемых параметров могут очень сильно влиять на предсказания.

На верхней оси показано, какую энергию в мегатоннах выделяет объект заданного размера, если он движется со скоростью 20 км/с. Например, 25-метровый объект выделяет энергию, эквивалентную энергии взрыва одной мегатонны тротила. Диаграмма также демонстрирует ожидаемое количество объектов в зависимости от размеров и их вероятную яркость, характеризующую возможность обнаружения и слежения за объектом. Мелкие астероиды, хотя их количество значительно, более сложно обнаружить в силу миниатюрности таких объектов и, как следствие, меньшей яркости.

Расчетная частота столкновений, например, с 500-метровым объектом составляет раз в 100 000 лет, с километровым объектом - раз в 500 000 лет и с 5-километровым объектом - раз примерно в 200 млн лет. Из диаграммы также следует, что столкновения с 10-километровым телом, т. е. таким телом, которое привело к вымиранию динозавров, следует ожидать раз в 10-100 млн лет.

Если вас интересует только частота столкновений, то лучше воспользоваться более простым графиком на рис. 20. Обратите внимание на то, что в верхней части вертикальной оси находятся меньшие значения, а в нижней - большие, поэтому крупные столкновения случаются намного реже, чем мелкие. Учтите также то, что на вертикальной оси указаны числа в экспоненциальном представлении, иными словами, они показывают, сколько раз число 10 следует умножить на само себя. Например, 10 1 - это 10, 10 2 - 100, а 10 0 - единица.

Наконец, чтобы дать представление о степени опасности объектов разного размера, я приведу еще одну таблицу, составленную на основе результатов исследования Национальной академии наук (рис. 21). Из нее следует, что столкновение с объектом диаметром в несколько километров будет иметь глобальный эффект. Столкновения с крупными метеорными телами случаются намного реже, чем другие природные катаклизмы, поэтому они не представляют непосредственной угрозы. Однако, если они происходят, последствия бывают катастрофическими. Таблица также показывает, что, например, объект размером 300 м может сталкиваться с Землей раз в 100 000 лет. Результатом могут быть повышение концентрации серы в атмосфере до уровня, сравнимого с уровнем после взрыва вулкана Кракатау, и нанесение ущерба жизни или как минимум сельскому хозяйству на большей части планеты. А еще эта таблица, как и предыдущие диаграммы, говорит о том, что атмосферный взрыв, сопоставимый с тунгусским, может происходить раз в тысячу лет. Детали любого такого катастрофического сценария, конечно, зависят от размера объекта и конкретного места, в котором он упадет.

Что делать

Какой вывод из этого следует? Прежде всего это замечательно, что столько объектов обращается вместе с нами в космосе. Мы считаем Землю особенной, но на деле, если взглянуть шире, она - всего лишь одна из внутренних планет Солнечной системы, обращающаяся вокруг конкретной звезды. Так или иначе, хотя мы и признаем близость наших космических соседей, второй вывод, который вытекает из сказанного, заключается в том, что астероиды - не самая большая угроза существованию человека. Столкновения могут происходить и даже могут наносить ущерб, но для людей они не представляют неминуемой опасности, по крайней мере в обозримом будущем.

Но даже если это так, вопрос о том, что делать в случае появления чего-то опасного, все равно должен возникать. Было бы обидно наблюдать за каким-нибудь объектом на опасной для Земли траектории на протяжении нескольких лет и не иметь возможности изменить свою судьбу. Отсутствие серьезной опасности не означает, что мы не должны ничего делать для защиты от разрушений в результате столкновения с метеорным телом или думать о предотвращении столкновения.

Не удивительно, что многие занимаются решением проблемы и существует множество предложений по защите от опасных космических объектов, хотя до создания реальных средств дело еще не дошло. Две основные стратегии защиты - это разрушение объектов или их отклонение. Разрушение само по себе - не лучшая идея. Если разорвать что-то угрожающее Земле на множество фрагментов, несущихся в том же направлении, то это, скорее всего, повысит шансы на столкновение. Хотя ущерб от отдельно взятого фрагмента будет меньше, суммарный эффект столкновения с множеством фрагментов вряд ли кого вдохновит.

Поэтому отклонение выглядит более разумным подходом. Большинство эффективных стратегий отклонения предполагают увеличение или уменьшение скорости приближающегося объекта, а не боковой толчок. Земля довольно мала и движется сравнительно быстро вокруг Солнца (со скоростью около 30 км/с). В зависимости от направления приближения объекта изменение его траектории так, чтобы он подошел раньше или позже всего на семь минут (за это время Земля успевает пройти расстояние, равное ее радиусу), способно превратить столкновение во впечатляющий, но безопасный пролет мимо. Для этого не требуется кардинального изменения орбиты. Если объект обнаружить заблаговременно, например за несколько лет до столкновения, то будет достаточно даже небольшой корректировки скорости.

Ни одно из предложений по отклонению или разрушению не спасет нас от объекта размером больше нескольких километров, способного вызвать глобальную катастрофу. К счастью, такого столкновения вряд ли стоит ожидать в ближайший миллион лет. В случае более мелких объектов размером до километра, от которых мы, в принципе, можем защититься, самым эффективным средством отклонения является ядерный взрыв. Однако международное право запрещает использование ядерного оружия в космическом пространстве, по крайней мере в настоящее время, поэтому такая технология не разрабатывается. Также можно, хотя это и значительно менее эффективно, использовать объект-таран, который передаст свою кинетическую энергию, т. е. энергию своего движения, приближающемуся астероиду. Когда имеется достаточное время, особенно если есть возможность осуществить несколько столкновений, такая стратегия может оказаться действенной в отношении астероидов размером до нескольких сотен километров. В числе других предложений по технологиям отклонения есть и солнечные панели, и космические аппараты, действующие как гравитационные буксиры, и реактивные двигатели - в общем все, что может создавать достаточную силу. Подобные методы вполне работоспособны в случае объектов величиной до сотни метров, однако только при обнаружении опасности за несколько десятилетий. Все это (как и сами астероиды) требует дальнейшего изучения, поэтому пока еще рано говорить, что именно будет работать.

Подобные предложения, хотя они интересны и заслуживают рассмотрения, в настоящее время не более чем взгляд в будущее. Ни одна из этих технологий в текущий момент не существует. Вместе с тем один проект «Астероидная угроза и оценка возможности отклонения астероида» (Asteroid Impact and Deflection Assessment), предназначенный для тестирования осуществимости идеи кинетического тарана, уже довольно серьезно прорабатывается. Также ведутся работы по другому проекту «Миссия по перехвату астероида» (Asteroid Redirect Mission), предполагающему перевод астероида или его части на окололунную орбиту и, возможно, организацию высадки на нем людей впоследствии. Так или иначе, реальное создание каких-либо конструкций по этим проектам еще не началось.

Некоторые возражают против создания антиастероидных технологий на том основании, что они могут быть опасными в более широком смысле. Есть опасения, например, что их будут использовать в военных целях, а не для спасения Земли, хотя, на мой взгляд, это очень маловероятно, учитывая то упреждение, которое необходимо для эффективного применения таких средств. Высказываются также соображения относительно психологической и социологической опасности обнаружения астероида на траектории столкновения с Землей, когда слишком поздно или нет технической возможности изменить что-либо, но, с моей точки зрения, это не более чем тактика оттягивания поиска решения, которая может использоваться против любых конструктивных предложений.

Даже если сбросить со счетов эти сомнительные опасения, у нас тем не менее остается вопрос, следует ли нам как-то готовиться к столкновениям с астероидами и если да, то когда. В действительности, это вопрос денег и ресурсов. Международная академия астронавтики организует встречи для обсуждения таких вопросов и выбора наилучшей стратегии. Мой коллега, который присутствовал на конференции во Флагстаффе, штат Аризона, в 2013 г., посвященной планетарной защите от астероидно-кометной опасности, рассказывал о том, как они отрабатывали действия на случай приближения астероида и должны были найти наилучшую стратегию организации учебной тревоги. Им надо было определить, «что делать с неопределенностью размера объекта и изменением орбиты со временем», «когда надо переходить к действиям», «в какой момент следует проинформировать президента» (конференция проходила в США, в конце концов), «в какой момент нужно начинать эвакуацию населения региона» и «когда необходимо запустить ракету с ядерным зарядом, чтобы предотвратить потенциальную трагедию». Эти вопросы, хотя они и показались мне в какой-то мере предназначенными для развлечения гостей, ясно продемонстрировали, что даже у действующих из лучших побуждений и хорошо информированных астрономов могут быть очень разные отношение и реакция на приближающийся космический объект.

Надеюсь, я убедила вас в том, что подобные угрозы не так уж и актуальны, даже если они и могут нанести ущерб. Хотя не исключено, что при неудачном стечении обстоятельств какой-нибудь астероид может столкнуться с Землей и уничтожить крупный населенный центр, шансы на реализацию такого сценария в обозримом будущем чрезвычайно малы. Как ученый я за то, чтобы учесть и просчитать траектории как можно большего количества космических объектов. Как энтузиаст я ратую за космический аппарат, который мог бы увести потенциально опасный околоземный объект на безопасную орбиту. Однако в реальности никто не знает наверняка, что лучше делать.

В конечном итоге общество должно понять, как в случае любой научной и технической программы, во что это нам обойдется, что мы узнаем и какие дополнительные выгоды получим. Теперь, когда вы знаете базовые факты, у вас есть возможность при необходимости выработать взвешенное мнение. Текущие данные помогают, но их нельзя считать полными. Точно так же, как при принятии многих политических решений, нам нужно связать научные предположения с практическими соображениями и моральными императивами. По моим представлениям, даже в отсутствие угрозы наука сама по себе достаточно интересна, чтобы заслуживать сравнительно небольших вложений в поиск новых астероидов и их исследование. Однако лишь время покажет, что в конце концов выберут общество и частный капитал.

The George E. Brown, Jr. Near-Earth Object Survey section of the NASA Authorization Act of 2005 (Public Law 109-155).

Транскрипт

1 ТЕМНАЯ МАТЕРИЯ И ДИНОЗАВРЫ

2 Lisa Randall DARK MATTER AND THE DINOSAURS THE ASTOUNDING INTERCONNECTEDNESS OF THE UNIVERSE An Imprint of HarperCollinsPublishers

3 Лиза Рэндалл ТЕМНАЯ МАТЕРИЯ И ДИНОЗАВРЫ УДИВИТЕЛЬНАЯ ВЗАИМОСВЯЗЬ СОБЫТИЙ ВО ВСЕЛЕННОЙ Перевод с английского Москва 2017

4 УДК 524.8: ББК:28.01 Р96 Переводчик Вячеслав Ионов Научные редакторы Елена Наймарк, д-р биол. наук; Дмитрий Горбунов, канд. физ.-мат. наук Р96 Рэндалл Л. Темная материя и динозавры: Удивительная взаимосвязь событий во Вселенной / Лиза Рэндалл; Пер. с англ. М.: Альпина нон-фикшн, с. ISBN Что общего между темной материей и динозаврами, которые господствовали на Земле многие миллионы лет, а потом неожиданно вымерли? Считается, что причиной их гибели стало столкновение с кометой, однако никто не знает, почему она сошла со своей обычной орбиты. В этом шедевре научно-популярной литературы известный физик-теоретик, Лиза Рэндалл предлагает свое объяснение. Именно темная материя, по ее мнению, могла направить роковую для динозавров комету к Земле. Хитросплетения астрономии и биологии в книге читаются как детективная история, в которой новые представления о темной материи помогают раскрыть не только тайны пяти массовых вымираний, но и истоки нашего существования. УДК 524.8: ББК:28.01 Эта книга издана в рамках программы «Книжные проекты Дмитрия Зимина» и продолжает серию «Библиотека «Династия». Дмитрий Борисович Зимин основатель компании «Вымпелком» (Beeline), фонда некоммерческих программ «Династия» и фонда «Московское время». Программа «Книжные проекты Дмитрия Зимина» объединяет три проекта, хорошо знакомые читательской аудитории: издание научно-популярных переводных книг «Библиотека «Династия», издательское направление фонда «Московское время» и премию в области русскоязычной научно-популярной литературы «Просветитель». Подробную информацию о «Книжных проектах Дмитрия Зимина» вы найдете на сайте ziminbookprojects.ru. Все права защищены. Никакая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами, включая размещение в сети Интернет и в корпоративных сетях, а также запись в память ЭВМ для частного или публичного использования, без письменного разрешения владельца авторских прав. По вопросу организации доступа к электронной библиотеке издательства обращайтесь по адресу ISBN (рус.) ISBN (англ.) Lisa Randall, 2015 Издание на русском языке, перевод, оформление. ООО «Альпина нон-фикшн», 2017

5 СОДЕРЖАНИЕ Введение... 7 Часть I: ВОЗНИКНОВЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ВСЕЛЕННОЙ 1 Тайное общество темной материи Открытие темной материи Большие вопросы Почти самое начало: очень хорошая отправная точка Рождение галактики...85 Часть II ЖИВАЯ СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА 6 Метеорные тела, метеоры и метеориты Короткая, но яркая жизнь комет Край Солнечной системы Жизнь, полная опасностей Шок и трепет Массовые вымирания биологических видов

6 12 Конец динозавров Жизнь в обитаемой зоне Чему быть, того не миновать Кометы из облака Оорта Часть III Природа темной материи 16 Материя невидимого мира Как увидеть невидимое Социально связанная темная материя Скорость тьмы Поиски темного диска Темная материя и столкновения с кометами Заключение: вечный поиск Благодарности Список иллюстраций Дополнительная литература Об авторе Предметно-именной указатель

7 ВВЕДЕНИЕ Слова «темная материя» и «динозавры» редко звучат вместе, разве что в компьютерных играх, в к лубе любителей фэнтези или в каком-нибудь еще не вышедшем на экраны фильме Спилберга. Темная материя неуловимая субстанция Вселенной участвует в гравитационном взаимодействии подобно обычной материи, но не испускает и не поглощает света. Астрономы регистрируют гравитационные проявления темной материи, но в буквальном смысле не видят ее. Ну а динозавры не думаю, что нужно объяснять, кто они такие. Эти позвоночные доминировали на Земле млн лет назад. Хотя и темная материя, и динозавры будоражат воображение, у вас есть все основания считать, что между невидимой физической субстанцией и легендарными созданиями нет ничего общего. Вполне возможно, что так оно и есть. Вместе с тем Вселенная по определению единое целое, и, в принципе, ее составляющие должны взаимодействовать. В этой книге представлен гипотетический сценарий, в основу которого я и мои коллеги положили идею, что именно темная материя могла быть причиной (косвенной, конечно) вымирания динозавров. Палеонтологи, геологи и физики сходятся во мнении, что 66 млн лет назад с Землей столкнулся космический объект,

8 8 ТЕМНАЯ МАТЕРИЯ И ДИНОЗАВРЫ имевший в поперечнике не менее 10 км, и уничтожил сухопутных динозавров, а вместе с ними еще три четверти биологических видов, существовавших на нашей планете. Это могла быть комета с периферии Солнечной системы, однако никто не знает, почему она сошла со своей слабосвязанной, но устойчивой орбиты. Мы предполагаем, что во время прохождения Солнца через срединную плоскость Млечного Пути скопления звезд и светлой пыли, видимого на ясном ночном небе на пути Солнечной системы оказался диск темной материи, который столкнул удаленный объект с его орбиты и, таким образом, спровоцировал катаклизм. В окрестностях нашей Галактики находится огромная масса темной материи, она окружает нас и образует однородное и рассеянное сферическое гало. Однако причиной исчезновения динозавров стал другой тип темной материи, которая распределяется совершенно иначе, чем подавляющая часть неуловимой темной материи во Вселенной. Этот тип темной материи никак не сказывается на гало, но в результате взаимодействий другого характера формирует диск прямо в срединной плоскости Млечного Пути. Эта тонкая область может быть настолько плотной, что при прохождении через нее Солнечной системы по ходу движения по галактической орбите гравитационное влияние этого диска оказывается необычно сильным. И тогда на периферии Солнечной системы, где притяжение Солнца слабеет, кометы могут сойти со своих орбит, сбитые мощным притяжением диска. Такие кометы улетают за пределы Солнечной системы или, что для нас важнее, направляются к ее центру, и тогда возможно столкновение с Землей. Так, в принципе, могло быть. Хочу сразу сказать, что я не знаю, верна ли эта идея. Ведь только очень необычный тип темной материи мог оказать ощутимое влияние на живых существ (которых, строго говоря, уже нет в живых). Здесь представлен рассказ о нашем нетривиальном предположении о существовании удивительно «влиятельной» темной материи.

10 10 ТЕМНАЯ МАТЕРИЯ И ДИНОЗАВРЫ итоге понять, опираясь на крупицы знаний, полученные здесь, на Земле. Меня также потрясло многообразие взаимосвязей между процессами, которые привели к появлению людей. Подчеркну, что я далека от религиозного мировоззрения. У меня нет потребности связывать происходящее с высшей целью или замыслом. И все же я не могу не испытывать восхищения, которое обычно называют религиозным, наблюдая наше приближение к пониманию бесконечности Вселенной, к пониманию нашего прошлого и их взаимосвязи. И когда мы пытаемся преодолеть ограниченность повседневной жизни, это чувство очень обнадеживает. Новейшие исследования буквально заставили меня по-другому смотреть на мир и многие элементы Вселенной, взаимодействие которых привело к появлению Земли и человека. Я выросла в Нью-Йорке, в Квинсе, и каменные стены города мне привычнее, чем природные ландшафты. То немногое живое, чем можно было любоваться, ограничивалось парками и газонами, мало походившими на то, что существовало до появления людей. Вместе с тем мы буквально ходим по останкам живых существ или как минимум их панцирей. Меловые скалы, которые можно увидеть на побережье или за городом, состоят из останков существ, живших миллионы лет назад. В местах сближения тектонических плит вырастают горы, эти плиты приводит в движение расплавленная магма, которая, в свою очередь, является результатом распада радиоактивных материалов вблизи ядра Земли. Наши ископаемые энергоносители результат протекающих на Солнце ядерных процессов, энергия которых трансформируется и накапливается различными путями. Многие используемые нами полезные ископаемые представляют собой тяжелые элементы, попадающие на поверхность Земли с астероидами и кометами. Метеориты принесли на Землю и некоторые аминокислоты, а может быть, и саму жизнь или семена жизни. Но еще до того, как все это произошло, темная материя стала образовывать сгустки, которые притягивали к себе обычную материю, превратившуюся в конечном итоге в галактики, скопления галак-

12 12 ТЕМНАЯ МАТЕРИЯ И ДИНОЗАВРЫ на ход земной жизни бывало и гибельным. Как минимум один такой космический объект привел к опустошительному вымиранию биологических видов 66 млн лет назад. Вместе с тем он, хотя и уничтожил полностью динозавров, обеспечил условия для процветания крупных млекопитающих, включая человека. Второй не менее поразительный аспект это щедрость нашего времени на научные открытия, о которых я собираюсь рассказать. Такое заявление, наверное, можно сделать в любой точке истории человеческих цивилизаций, но это не лишает его справедливости: мы совершили огромный скачок в развитии нашей науки в последние [здесь надо вставить соответствующую контексту цифру] лет. Для исследований, которые я рассматриваю, эта величина составляет менее 50 лет. И мои собственные исследования, и работы других ученых заставляют постоянно поражаться новизне и дерзости последних открытий. С изобретательностью и упорством ученые пытаются увязать бытующие представления с удивительными, всегда интересными и подчас пугающими фактами, которые открываются нам о мире. Научные знания, представленные в этой книге, относятся к истории мироздания, которая насчитывает 13,8 млрд лет, если вас интересует Вселенная, или же 4,6 млрд лет, если интерес касается Солнечной системы. Но при этом история человеческого интереса к этим научным загадкам насчитывает менее столетия. Динозавры вымерли 66 млн лет назад, однако палеонтологи и геологи предположили причину их исчезновения только в х гг. Сначала потребовались десятилетия аккуратных догадок, лишь потом научное сообщество в полной мере оценило их. Такие сроки не случайны. Связь вымирания динозавров с внеземным объектом стала выглядеть более правдоподобной, только когда астронавты высадились на Луне и увидели вблизи кратеры эти реальные свидетельства динамического характера Солнечной системы. В последние 50 лет значительные достижения в физике элементарных частиц и космологии позволили построить Стан-

13 ВВЕДЕНИЕ 13 дартную модель, описывающую базовые элементы материи так, как мы понимаем их сегодня. Количество темной материи и темной энергии во Вселенной стало понятно в последние десятилетия XX в. Примерно в этот же период изменилось наше представление о Солнечной системе. И только в 1990-х гг. ученые открыли объекты пояса Койпера в окрестностях Плутона, показавшие, что Плутон обращается вокруг Солнца не в одиночестве. Количество планет сократилось, но лишь потому, что естествознание, которое мы изучали в школе, стало богаче и намного сложнее. Третий аспект касается темпов изменений. Виды адаптируются в ходе естественного отбора, если им для адаптации хватает времени. Но адаптация не происходит сразу радикальным образом. Она слишком нетороплива. Динозавры не были готовы к столкновению 10-километрового метеорита с Землей. Они не смогли приспособиться. Тем, кто жил на суше, кто не мог зарыться в землю из-за своих размеров, деваться было некуда. С появлением новых идей и технологий споры вокруг радикальности и постепенности изменений становятся как нельзя важными. Ключом к пониманию большинства новейших открытий как научных, так и всех прочих является скорость процессов, которые они описывают. Я частенько слышу разговоры о том, что развитие в некоторых областях, например в генетике и интернет-технологиях, беспрецедентно быстрое. Однако это не совсем так. Понимание причин болезней или принципов функционирования системы кровообращения, полученное столетия назад, привело к изменениям по меньшей мере столь же глубоким, какие сулит сегодняшняя генетика. Появление письменности, а позднее печатного станка повлияло на пути приобретения знаний и мировоззрение людей не менее значительно, чем появление Интернета. Все современные изменения, если речь зашла об их важных особенностях, отличает действительно исключительная быстрота, причем относится это не только к научным процессам,

14 14 ТЕМНАЯ МАТЕРИЯ И ДИНОЗАВРЫ но и к изменениям экологическим и социологическим. Хотя вряд ли нам стоит сейчас всерьез опасаться гибели от столкновения с метеоритом, но ускорение темпа изменения окружающей среды и вымирания видов вполне реальная опасность, и последствия этого явления во многом можно сравнить с последствиями космической катастрофы. Так что цель этой книги вполне прозрачна помочь нам лучше понять потрясающую историю о том, как мы оказались здесь и сейчас, и мудро распорядиться полученными знаниями. Существует и четвертый важный аспект замечательная наука, описывающая зачастую скрытые элементы нашего мира и его развитие, а также насколько глубоко наше познание может проникнуть во Вселенную. Многих завораживает идея мультивселенной множества других недоступных нам вселенных. Однако не менее интересна идея множества скрытых миров как биологических, так и физических, на исследование и познание которых у нас все же есть шансы. Я надеюсь показать в этой книге, насколько увлекательными могут быть размышления о том, что мы знаем, и о том, что можем узнать в будущем. Книга начинается с объяснения основных моментов космологии науки о том, как Вселенная пришла в ее нынешнее состояние. Первыми рассматриваются теория Большого взрыва, модель космологической инфляции и формирование Вселенной. В этой части также объясняется, что такое темная материя, откуда мы знаем о ее существовании и почему она вписывается в структуру Вселенной. На темную материю приходится 85% вещества Вселенной, в то время как на обычную материю, т. е. на то, из чего состоят звезды, газ и люди, всего 15%. Несмотря на это, людей в основном занимает существование и значение обычной материи, которая, надо отдать должное, взаимодействует несравненно сильнее.

15 ВВЕДЕНИЕ 15 Так или иначе, как и в случае человечества, нет никакого резона замыкаться на небольшой доле имеющего непропорционально сильное влияние. Доминирующие 15% материи, которую мы можем видеть и чувствовать, всего лишь часть сущего. Я покажу критическую роль темной материи во Вселенной как для галактик и скоплений галактик, формировавшихся из неупорядоченной космической плазмы в ранней Вселенной, так и для поддержания стабильности этих структур сегодня. Во второй части книги рассматривается Солнечная система. Конечно, тема Солнечной системы настолько необъятна, что ей вполне можно посвятить отдельную книгу, ее хватит даже для энциклопедии. Поэтому я ограничиваюсь вопросами, которые могут иметь отношение к динозаврам, метеоритами, астероидами и кометами. В этой части описываются объекты, которые сталкивались с Землей или столкновения с которыми можно ожидать в будущем, а также немногочисленные, но весомые свидетельства исчезновения видов или падений метеоритов, происходящих с завидной регулярностью с интервалом примерно 30 млн лет. Здесь, кроме того, обсуждаются вопросы возникновения и уничтожения жизни, обобщается все, что известно о пяти крупнейших случаях массового вымирания биологических видов, включая катастрофу, которая уничтожила динозавров. Третья и последняя часть книги объединяет в единое целое идеи первых двух частей и начинается с обсуждения моделей темной материи. В ней объясняются наиболее известные представления о том, что такое темная материя, а также новейшие предположения относительно взаимодействий темной материи, о которых упоминалось выше. На сегодняшний момент мы знаем только то, что темная материя взаимодействует с обычной материей гравитационным образом. Гравитационные эффекты в целом настолько ничтожны, что мы можем наблюдать только влияние огромных масс, таких как Земля и Солнце, но и оно довольно слабо. В конце концов, даже держатель для бумаги с крошечным

16 16 ТЕМНАЯ МАТЕРИЯ И ДИНОЗАВРЫ магнитом с успехом противодействует притяжению планеты Земля. Вместе с тем в темной материи могут действовать и другие силы. Наша новая модель ставит под сомнение общепринятое предположение и предубеждение о том, что знакомая нам материя уникальна с точки зрения тех сил электромагнетизм, слабые и сильные ядерные взаимодействия, через которые она взаимодействует. Именно этими силами обусловлены многие удивительные особенности нашего мира. А что, если в определенных видах темной материи тоже наблюдаются сильные негравитационные взаимодействия? Если это так, то силы темной материи могут стать неожиданным подтверждением связей между микромиром и макроскопическими явлениями, более глубоких, чем те, что нам известны сейчас. Хотя все во Вселенной способно, в принципе, взаимодействовать, большинство таких взаимодействий слишком слабы, чтобы быть заметными. Мы можем наблюдать только то, что влияет на нас ощутимым образом. Если что-то вызывает ничтожный эффект, то оно может находиться у нас под носом и оставаться незамеченным. Скорее всего, именно поэтому частицы темной материи, которые, предположительно, окружают нас, до сих пор не обнаружены. В третьей части книги показано, как более широкий взгляд на темную материю вопрос о том, почему темная вселенная должна быть такой простой, когда наша Вселенная так сложна открывает перед нами ранее неизведанные возможности. Может быть, часть воздействий темной материи обусловлена силой темным светом, если хотите. Если представить подавляющую часть темной материи как сравнительно маловлиятельные 85% популяции, то вновь предложенный тип темной материи можно рассматривать как преуспевающий средний класс, подражающий в своих взаимодействиях обычной материи. Дополнительные взаимодействия будут изменять строение галактики и позволять этой новой части влиять на движение звезд и других объектов из обычной материи.

17 ВВЕДЕНИЕ 17 В ближайшие пять лет наблюдения со спутников позволят определить форму нашей Галактики, ее состав и прочие характеристики намного точнее, чем когда-либо, расскажут много нового о нашем галактическом окружении и покажут, правильно наше предположение или нет. Такие осязаемые перспективы превращают темную материю и нашу модель в реальное направление исследований, заслуживающее изучения, даже если темная материя и не является тем кирпичиком, из которых состоите и вы, и я. В сферу исследований, возможно, войдут столкновения с метеоритами, один из которых вполне может оказаться связующим звеном между темной материей и исчезновением динозавров. Предпосылки и концепции, связывающие эти явления, дают емкую, трехмерную картину Вселенной. Мне хотелось бы не только представить эти идеи, но и подтолкнуть вас к исследованию и более глубокому пониманию удивительного богатства нашего мира.

19 ЧАСТЬ I ВОЗНИКНОВЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ВСЕЛЕННОЙ

21 1 ТАЙНОЕ ОБЩЕСТВО ТЕМНОЙ МАТЕРИИ Мы часто не замечаем того, чего не ожидаем. Метеоры вспыхивают и пропадают в небе безлунной ночью, незнакомые животные идут за нами по пятам в лесу, великолепные архитектурные формы окружают нас во время прогулки по городу. Но мы не видим их, даже если они находятся в поле зрения. Наше тело служит пристанищем целых колоний бактерий. Количество бактериальных клеток внутри нас десятикратно превышает количество наших собственных клеток. Но мы не ощущаем присутствия этих микроскопических созданий, не чувствуем, как они поглощают питательные вещества и помогают нашей пищеварительной системе. Только когда бактерии дурно ведут себя и вызывают расстройства, большинство из нас спохватываются и даже признают их существование. Чтобы увидеть что-то, нужно смотреть, да к тому же еще и знать, как смотреть. Кроме того, явления, о которых я только что говорила, принципиально наблюдаемые. А теперь представьте себе сложность понимания того, что вы в буквальном смысле не можете увидеть. Именно такой является темная материя, неуловимая субстанция Вселенной, которая

22 22 ВОЗНИКНОВЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ВСЕЛЕННОЙ бесконечно слабо взаимодействует с понятной нам материей. В последующих главах я познакомлю вас с разными методами измерения, позволившими астрономам и физикам доказать существование темной материи. Здесь же я расскажу вам о самой этой неуловимой субстанции: что это такое, почему она кажется непостижимой и почему с точки зрения определенных теорий это не так. НЕВИДИМОЕ СРЕДИ НАС Хотя Интернет представляет собой гигантскую сеть, связывающую в реальном времени миллиарды людей, большинство из тех, кто общается в социальных сетях, не взаимодействуют друг с другом напрямую и даже опосредованно. Участники добавляют в друзья тех, кто имеет сходные мнения и интересы, подписываются на страницы единомышленников и обращаются к источникам новостей, отражающим их собственные представления о мире. При таких ограниченных взаимодействиях совокупность людей, связанных онлайн, распадается на отчетливые невзаимодействующие группы, в пределах которых редко встречается альтернативная точка зрения. Даже друзья друзей обычно не ссылаются на отличные мнения других групп, поэтому большинство интернет-обитателей не замечают существования незнакомых сообществ с иными, несовместимыми идеями. Мы не слишком изолированы от миров, находящихся за пределами нашего собственного. Но в отношении темной материи мы все одним миром мазаны. Темная материя просто не является частью социальной сети обычной материи. Она обитает в интернет-чате, в который мы даже не знаем, как войти. Она находится в той же самой Вселенной и занимает те же области пространства, что и видимая материя. Однако частицы темной материи взаимодействуют крайне незначительно с обычной материей, которую мы знаем. Как и в случае с интернет-сообществами, о которых мы не подозреваем, если не говорить

23 ТАЙНОЕ ОБЩЕСТВО ТЕМНОЙ МАТЕРИИ 23 каждодневно о темной материи, то о ее существовании никто и знать не будет. Как и бактерии внутри нас, темная материя одна из множества других «вселенных» прямо под нашим носом. И, подобно этим микроскопическим созданиям, она вокруг нас. Темная материя проходит прямо через наши тела она кругом нас в космическом пространстве 1. Мы, однако, не замечаем ни одного из ее проявлений, поскольку она взаимодействует так слабо, что не образует отчетливого сообщества. Это сообщество полностью изолировано от материи, которую мы знаем. Она тем не менее очень важна. Если на бактериальные клетки, несмотря на их многочисленность, приходится всего 1 2% нашей массы, то на темную материю, хотя в нашем теле она и составляет незначительную часть, приходится примерно 85% вещества во Вселенной. Каждый кубический сантиметр пространства вокруг вас содержит темную материю, масса которой примерно соответствует массе протона 2. Много это или мало зависит от того, с какой точки зрения смотреть. Если темная материя состоит из частиц, чья масса сопоставима с массой известных нам частиц, и если эти частицы движутся со скоростью, которую можно ожидать исходя из известных законов, то сквозь каждого из нас ежесекундно проходят миллиарды частиц темной материи. Так или иначе, никто не замечает этого. Воздействие даже миллиардов частиц темной материи на нас исчезающе мало. Именно поэтому мы не можем чувственно воспринимать темную материю. Она не взаимодействует со светом, по крайней мере так, чтобы люди могли обнаружить это взаимодействие. Темная материя представляет собой иную субстанцию, 1 Вообще-то мы этого не знаем. Есть модели темной материи, в которых она представляет собой не элементарные частицы, а компактные макроскопические объекты большой массы. Таких объектов не так много в окружающем космосе, чтобы можно было ожидать регулярные «встречи» человеческого тела с ними. Прим. науч. ред. 2 Надо понимать, что это в среднем, т. е. если рассматривать массу вещества в большой области пространства Вселенной, то масса темной материи такая, словно в каждом кубическом сантиметре «находится» один протон. Прим. науч. ред.

24 24 ВОЗНИКНОВЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ВСЕЛЕННОЙ чем обычная материя, она не состоит из атомов или других знакомых нам элементарных частиц, вступающих во взаимодействие со светом, а такое взаимодействие является принципиальным для всего, что мы видим. Из чего состоит темная материя и есть та загадка, над которой бьются мои коллеги и я вместе с ними. Не исключено, что это частицы какого-то нового типа. Если это так, то каковы их свойства? Вступают ли они помимо гравитационных взаимодействий в какие-либо другие взаимодействия? Если осуществляемые сейчас эксперименты будут успешными, то у частиц темной материи могут обнаружиться ничтожные электромагнитные взаимодействия, настолько малые, что до сих пор их не удавалось зарегистрировать. Специальные космические зонды ищут эти взаимодействия как это происходит, я объясню в третьей части книги. Но пока темная материя остается невидимой. Ее присутствие никак не влияет на детекторы при нынешнем уровне чувствительности. Вместе с тем, когда темная материя концентрируется в локализованном пространстве, ее чистое гравитационное влияние становится значительным и она оказывает заметное воздействие на звезды и близлежащие галактики. Темная материя влияет на расширение Вселенной, на траекторию света, поступающего от удаленных объектов, на орбиты движения звезд вокруг центра галактики и на многие другие измеримые явления так, что это заставляет верить в ее существование. Из-за этих-то измеримых гравитационных эффектов мы и знаем о существовании темной материи. Кроме того, несмотря на свою невидимость и неосязаемость, темная материя играла ключевую роль в формировании структуры Вселенной. Темную материю можно сравнить с недооцененными рядовыми членами общества. Хотя они и не видны верховным вершителям судеб, без армии работников, строящих пирамиды, прокладывающих автомагистрали, собирающих электронную аппаратуру, невозможно развитие цивилизации. Как и другие незаметные группы людей в на-

25 ТАЙНОЕ ОБЩЕСТВО ТЕМНОЙ МАТЕРИИ 25 шем обществе, темная материя принципиально важна для нашего мира. Не будь темной материи в ранней Вселенной, сейчас некому было бы даже рассуждать о происходившем, не говоря уже о создании связной картины эволюции Вселенной. Без темной материи не было бы времени на формирование структуры, которую мы наблюдаем. Сгустки темной материи стали зародышами Млечного Пути, а также других галактик и скоплений галактик. Если бы не сформировались галактики, то не было бы ни звезд, ни Солнечной системы, ни жизни в том виде, в каком мы ее знаем. Даже сегодня суммарное воздействие темной материи поддерживает целостность галактик и галактических систем. Темная материя, возможно, влияет даже на траекторию движения Солнечной системы, если существует упомянутый во введении темный диск. Так или иначе, мы не наблюдаем темную материю непосредственно. Ученым известно множество форм материи, но те из них, состав которых мы знаем, наблюдаются через тот или иной вид испускаемого света или в более общем случае электромагнитного излучения 1. Электромагнитное излучение воспринимается как свет в диапазоне видимых частот, а за пределами этого узкого диапазона оно может представлять собой, например, радиоволны или ультрафиолетовое излучение. Эффекты можно наблюдать с помощью микроскопа, радиолокатора или как оптические образы на фотоснимке. При этом всегда присутствует электромагнитное взаимодействие. Не всякое взаимодействие является прямым самым непосредственным образом со светом взаимодействуют заряженные частицы. Однако элементы Стандартной модели в физике элементарных частиц наиболее фундаментальные элементы материи, которые нам известны взаимодействуют в такой мере, что свет 1 Есть, однако, элементарные частицы нейтрино, которые участвуют только в слабых взаимодействиях и «наблюдаются» через рождение электрически заряженных частиц электронов и их более тяжелых аналогов мюонов и тау-лептонов. Прим. науч. ред.

26 26 ВОЗНИКНОВЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ВСЕЛЕННОЙ является, если не впрямую другом, то как минимум другом друга всех форм видимой для нас материи. Не только зрительные, но и другие наши чувственные восприятия осязательные, обонятельные, вкусовые и звуковые основаны на атомных взаимодействиях, которые, в свою очередь, связаны с взаимодействиями электрически заряженных частиц. Осязание тоже, хотя и по более тонким причинам, связано с электромагнитными колебаниями и взаимодействиями. Поскольку все без исключения чувственные восприятия людей основаны на электромагнитных взаимодействиях того или иного рода, мы не можем напрямую замечать темную материю привычным нам образом. Хотя темная материя везде вокруг нас, мы не видим и не чувствуем ее. Когда свет падает на темную материю, ничего не происходит, он просто проходит сквозь нее. Учитывая, что никто никогда не видел (не осязал и не обонял) ее, многие, с кем я разговаривала, воспринимали факт существования темной материи с удивлением и считали его загадочным, а то и вовсе спрашивали, не является ли это плодом воображения. Люди спрашивают, разве может быть такое, чтобы подавляющая часть материи примерно в пять раз больше по массе, чем обычная материя не была видна в традиционные телескопы. Лично я ожидала бы прямо противоположного (хотя, наверное, не все смотрят на вещи таким образом). Для меня более загадочным было бы, если бы наши глаза могли видеть всю материю, которая существует. Кто сказал, что мы наделены идеальными органами чувств, способными непосредственно воспринимать все сущее? Самое большое, что дала нам физика за многие столетия, это понимание того, как много скрыто от нашего взора. С этой точки зрения вопрос вызывает то, почему на материю, которую мы знаем, приходится такая плотность энергии во Вселенной. Темная материя, возможно, кому-то кажется экстравагантной идеей, однако предположение о ее существовании несравненно меньшее безрассудство, чем пересмотр законов грави-

27 ТАЙНОЕ ОБЩЕСТВО ТЕМНОЙ МАТЕРИИ 27 тации, который, наверное, предпочли бы противники такой экстравагантности. Темная материя, хотя и совершенно непривычна, имеет, скорее всего, более-менее традиционное объяснение, полностью соответствующее всем известным законам физики. В конце концов, с какой стати вся материя, подчиняющаяся известным законам гравитации, должна вести себя точно так же, как знакомая нам материя? Короче говоря, почему вся материя должна взаимодействовать со светом? Темная материя может быть просто субстанцией, имеющей иной фундаментальный заряд или лишенной фундаментального заряда. Без электрического заряда или взаимодействий с заряженными частицами она не может ни поглощать, ни испускать свет. Впрочем, неувязка с одним из аспектов темной материи все же существует это ее название. Я имею в виду не слово «материя». Эта субстанция действительно является формой материи в том смысле, что она образует сгустки и оказывает гравитационное влияние, реагируя на силу тяготения подобно любым другим видам материи. Именно это взаимодействие позволяет физикам и астрономам обнаруживать ее присутствие. Не вполне уместно в названии слово «темная» по той причине, что мы видим темные вещи, поглощающие свет, а также потому, что такой ярлык делает эту субстанцию в нашем восприятии более могущественной и отрицательной, чем она есть на самом деле. Темная материя вовсе не темная она прозрачная. Темное вещество поглощает свет. Прозрачные же тела индифферентны к нему. Свет может падать на темную материю, но ни эта материя, ни сам свет не претерпевают при этом изменений. Не так давно на междисциплинарной конференции я познакомилась с Массимо, профессиональным маркетологом, специализирующимся на брендинге. Когда я рассказала ему о своем исследовании, он посмотрел на меня с недоверием и спросил: «А почему это называют темной материей?» Его смутило не научное обоснование, а чрезмерно негативная коннотация названия. Конечно, далеко не каждый бренд приобретает

28 28 ВОЗНИКНОВЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ВСЕЛЕННОЙ негативную окраску из-за присутствия слова «темный». «Темный рыцарь» 1 был отличным парнем, ну разве что со сложным характером. Но по сравнению с ролью этого слова в названиях «Темные тени» 2, «Темные начала» 3, «Трансформеры: темная сторона Луны» 4, «темная сторона силы» Дарта Вейдера 5, не говоря уже о «темной песне» из «Лего. Фильма», «темная» в темной материи имеет довольно невинный смысл. Несмотря на наше очевидное увлечение темной стороной вещей, темная материя в реальности не оправдывает репутации своего названия. Все же у нее есть одна общая черта со злыми силами: она невидима для нас. Темная материя абсолютно правильно названа в том смысле, что, как ее не нагревай, никакого света она не излучает. С этой точки зрения она действительно темная не потому, что она непрозрачна, а потому, что является противоположностью всему светоизлучающему и даже светоотражающему. Никто не видит темную материю непосредственно ни в микроскоп, ни в телескоп. Как и в случае со злыми духами в кинофильмах и литературе, невидимость служит ей защитным покрывалом. На взгляд Массимо, «прозрачная материя» звучала бы лучше или как минимум не так пугающе. С точки зрения физики, однако, я не уверена в его правоте. Темная материя, даже если это мне и не нравится, привлекает внимание. Так или иначе, в темной материи нет ничего ни зловещего, ни могущественного, по крайней мере пока она не скапливается в огромных количествах. Она взаимодействует с обычной материей настолько слабо, что обнаружить ее чрезвычайно сложно. Именно в этом и заключается интерес. 1 Dark Knight герой кинотриллера режиссера Кристофера Нолана. Прим. пер. 2 Dark Shadows приключенческий триллер с элементами ужасов, в русской версии «Мрачные тени». Прим. пер. 3 His Dark Materials фантастическая трилогия британского писателя Филипа Пулмана. Прим. пер. 4 Transformers: Dark of the Moon американский фантастический боевик. Прим. пер. 5 Дарт Вейдер главный герой киноэпопеи «Звездные войны». Прим. пер.

29 ТАЙНОЕ ОБЩЕСТВО ТЕМНОЙ МАТЕРИИ 29 ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И ТЕМНАЯ ЭНЕРГИЯ С названием «темная материя» связаны и другие недоразумения помимо упомянутого выше зловещего звучания. Например, многие из тех, с кем я обсуждала мою работу, не видели разницы между темной материей и черными дырами. Чтобы подчеркнуть различие, я сделаю небольшой экскурс в природу черных дыр, представляющих собой объекты, которые образуются, когда в очень маленькой области космического пространства оказывается слишком много материи. Ничто, включая свет, не может вырваться из их чудовищного гравитационного поля. У черных дыр и темной материи общего не больше, чем у черных чернил и черной комедии. Темная материя не взаимодействует со светом. Черные дыры поглощают свет, как и все остальное, что оказывается слишком близко. Черные дыры являются черными потому, что весь попадающий в них свет остается внутри. Он не излучается и не отражается. Темная материя вполне может иметь отношение к формированию черных дыр 1, поскольку любая материя способна сколлапсировать и превратиться в черную дыру. Однако черные дыры и темная материя определенно не одно и то же. Их ни в коем случае нельзя смешивать. Другое заблуждение связано с неудачным названием темной материи. Поскольку во Вселенной существует еще темная энергия тоже неоднозначное название, ее нередко путают с темной материей. Хотя это и отступление от нашей главной темы, я замечу, что темная энергия занимает важное место в современной космологии, и постараюсь объяснить ее сущность во избежание путаницы в дальнейшем. Темная энергия это не материя, это просто энергия. Темная энергия существует, даже если вокруг нет ни одной частицы или вещества в другой форме. Она распределена по Вселенной, но не образует сгустков, как обычная материя. Плот- 1 Точнее говоря, есть предположение, что черные дыры являются возможными источниками темной материи к этой теме мы обратимся позже. Вместе с тем экспериментальные ограничения и теоретические выкладки в настоящее время делают такой сценарий крайне маловероятным. Прим. авт.

30 30 ВОЗНИКНОВЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ВСЕЛЕННОЙ ность темной энергии везде одинакова ее плотность в одной области не отличается от плотности в другой области. Темная энергия очень отличается от темной материи, которая собирается в объекты и в одних местах плотнее, чем в других. Темная материя ведет себя точно так же, как знакомая нам материя, которая образует объекты вроде звезд, галактик и скоплений галактик. Темная энергия всегда распределена равномерно. Темная энергия также не меняется во времени. В отличие от материи или излучения, темная энергия не становится более рассеянной по мере расширения Вселенной. Это в определенном смысле ее определяющее свойство. Плотность темной энергии энергии, которая не связана с частицами или материей остается неизменной во времени. По этой причине физики нередко называют этот вид энергии космологической постоянной. На раннем этапе эволюции Вселенной подавляющая часть энергии существовала в форме излучения. Однако излучение рассеивается 1 быстрее, чем материя, поэтому материя со временем стала самым значительным носителем энергии. Значительно позднее в процессе эволюции Вселенной доминирующая позиция перешла к темной энергии, которая никогда не рассеивается, в отличие от излучения и материи, и на которую ныне приходится примерно 70% энергетической плотности Вселенной. До того как Эйнштейн предложил свою теорию относительности, всех интересовала лишь относительная энергия разница между энергией одного состояния и энергией другого. Однако теория Эйнштейна показала, что абсолютное количество энергии значимо само по себе и определяет гравитационную силу, которая сжимает или расширяет Вселенную. Большая загадка темной энергии кроется не в ее существовании кван- 1 Слово «рассеивается» здесь и далее употребляется в том же обыденном смысле, что и в выражении «туман рассеялся». Для уточнения этого употребления отметим, что в расширяющейся Вселенной плотность всех частиц падает, а у ультрарелятивистских частиц излучения уменьшаются и импульсы, или частота (свет краснеет). В результате вклад излучения в плотность энергии Вселенной падает быстрее, чем вклад материи (нерелятивистских частиц, чей основной вклад определяется массой). Прим. науч. ред.

Чёрные дыры и информационный парадокс Хуан Малдасена Институт перспективных исследований, Принстон, США Чёрные дыры в теории тяготения Ньютона Теория относительности: специальная общая искривлённое пространство-время

И. В. Яковлев Материалы по физике MathUs.ru Стивен Хокинг Краткая история времени Это краткий конспект книги Стивена Хокинга, который я написал когда-то. На пяти страницах я постарался отразить основные

Способны ли Вы верить в существование Аллаха? Слово «ийман» в переводе означает веру, подтверждение и признание. Улемы науки акыды (вероубеждения) дают ийману следующее определение: «Ийман признание языком

Спросите Итана 21: Почему Существует Жизнь? Тэги: Жизнь Абиогенез Автор: Ethan Siegel Перевод: Вячеслав Голованов @SLY_G Опубликовано: Geektimes В двух словах я могу сформулировать всё, что я узнал о жизни:

1. Условие. Известно, что Луна повернута к Земле всегда одной стороной, поэтому обратную сторону Луны наблюдать с Земли невозможно. С какой планеты Солнечной системы было бы удобно наблюдать обратную сторону

I II III Лабораторная работа 18 Опыт Резерфорда Цель работы Теоретическая часть 1 Введение 2 Рассеяние α -частиц 3 Дифференциальное сечение рассеяния 4 Формула Резерфорда Экспериментальная часть 1 Методика

УМЕНЬШЕНИЕ МАССЫ ЗВЕЗД ВСЛЕДСТВИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГИИ1). Г. Фогт. Не только сторонники теории относительности, но также и те ученые, которые стоят на почве классической физики, в настоящее время считают,

2.Пояснительная записка. Программа соответствует Федеральному компоненту государственного стандарта основного общего образования по физике (приказ Минобразования России от 05.03.2004 1089 «Об утверждении

63 Л.А. Сергеева Человек и Вселенная: современное прочтение проблемы Проблемы космологии, их философская интерпретация приобрели в настоящий момент новое актуальное звучание, хотя проблема человека и окружающего

Презентация (по физике) Исаак Ньютон (04.01.1643 года - 31.03.1727 года) Великобритания Выдающийся английский учѐный, заложивший основы современного естествознания, создатель классической физики, член

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ПО ФИЗИКЕ 11 КЛАСС (базовый уровень) 4 ЭЛЕКТРОДИНАМИКА 35 часов 4.1 Элементарный электрический заряд. 1 Знать: 4.2 Закон сохранения электрического заряда Закон Кулона 1 понятия: электрический

Средняя общеобразовательная школа с углубленным изучением иностранного языка при Посольстве России в Великобритании СОГЛАСОВАНО на заседании МС (Зубов С.Ю.) «10» сентября 2014 УТВЕРЖДАЮ директор школы

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Планковские частицы, как продукты распада N-частицы, будут иметь, зависящие от возраста Вселенной соответствующие характеристики Этими характеристиками являются масса покоя, равная величине элементарной

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ГЕОДЕЗИИ И КАРТОГРАФИИ (МИИГАИК) Аннотация рабочей программы дисциплины Концепции современного естествознания

Изменение скорости света и нобелевские премии за интерпретации. Один из методов измерения расстояния в дальнем космосе, называют методом «стандартных свечей», рисунок 1. Площади секторов, освещенные одинаковым

Региональный этап Всероссийской олимпиады по астрономии 6 года Условия задач 9 класс 1. Может ли созвездие Южного Креста (склонение около 6) наблюдаться в северной части неба? Если да, то в каких районах

В.Ю.Ганкин, Ю.В.Ганкин Тяготение Любое открытие нового закона полезно лишь тогда, когда из него можно извлечь больше того, что в него было вложено Р.Фейнман Из предисловия к русскому изданию книги

12.5.13. Физика Механические явления распознавать механические явления и объяснять на основе имеющихся знаний основные свойства или условия протекания этих явлений: равномерное и равноускоренное прямолинейное

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение дополнительного образования детей «Детский (подростковый) центр» администрации мо Киреевский район СЦЕНАРИЙ «ПУТЕШЕСТВИЕ К ЗВЁЗДАМ» Педагог-организатор:

Условия и решение задач Открытой городской олимпиады по астрономии, астрофизике и физике космоса им. Виктора Юрьевича Трахтенгерца 01 февраля 2015 г. 8 9 классы Каждая задача оценивается в 7 баллов 1.

Планеты Солнечной системы Урок окружающего мира в 4 классе (Учебник Поглазовой О. Т. «Окружающий мир», 4 класс, часть 3) Старунова Ольга Эдуардовна, учитель начальных классов ГОУ СОШ 427 Кронштадтского

Лекция 4 КВАНТОВО-ПОЛЕВАЯ И СОВРЕМЕННАЯ НАУЧНЫЕ КАРТИНЫ МИРА Квантово-полевая НКМ (начало XX в.) сформировалась на основе квантовой гипотезы М. Планка, волновой механики Э. Шредингера, квантовой механики

УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ЛИПЕЦКОЙ ОБЛАСТИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБЛАСТНОЕ АВТОНОМНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «ЛИПЕЦКИЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ» КОМПЛЕКТ КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

ВОЗНИКНОВЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ВСЕЛЕННОЙ В данной статье я хотел бы представить новый подход к возникновению и развитию Вселенной. Необходимость нового подхода обусловлена противоречиями, которые, с моей точки

В этом файле Satellites_Fedotovo_2016.pdf собрана полная информация обо всех вспышках спутников Иридиум и всех полётах других ярких спутников, которые можно будет наблюдать во время восьмой Карельской

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Рабочая программа по физике составлена на основе примерной программы среднего (полного) общего образования по физике базового уровня и соответствует федеральному государственному

Аннотация к учебнику физики класс (базовый уровень) Громов С.В. Рабочая программа составлена на основе примерной программы, подготовленной и опубликованной в сборнике "Программы общеобразовательных учреждений:

4 ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЕ ПОЛЕ ПРИ НАЛИЧИИ ПРОВОДНИКОВ Проводники электричества это вещества, содержащие свободные заряжённые частицы. В проводящих телах электрические заряды могут свободно перемещаться в пространстве.

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Школа 41 «Гармония» с углубленным изучением отдельных предметов» городского округа Самара РАБОЧАЯ ПРОГРАММА Предмет физика Класс 9 Количество часов

Пояснительная записка При составлении программы были использованы следующие правовые документы федеральный компонент государственного стандарта среднего (полного) общего образования по физике, утвержденный

Аннотация к рабочей программе по физике.7-9 классы. Рабочая программа разработана на основе: 1. Примерной программы среднего общего образования по физике. 2. Программы основного общего образования по физике

Лекция 5 5. ДВОЙНЫЕ ЗВЕЗДЫ И ЗВЕЗДНЫЕ МАССЫ Очень часто две звезды могут выглядеть близкими друг к другу на небе, хотя в действительности они находятся на существенно разных расстояниях. Такие случайные

Раздел 3. ФИЛОСОФСКАЯ КАРТИНА МИРА 1. Основа бытия, существующая как причина самой себя а) субстанция б) бытие в) форма г) акциденция 2. Бытие это а) все, что существует вокруг б) некое вещественное образование

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение «Школа 13» города Сарова РАССМОТРЕНА на заседании школьного методического объединения учителей естественнонаучного цикла Протокол 1 от 29.08.2016 СОГЛАСОВАНА

2. Решения заданий Регионального этапа и система оценивания каждого задания. 9 класс 1. Условие. Некоторая далекая звезда одновременно взошла над горизонтом в Москве (широта 55 45, долгота 37 37) и в

СПРАВОЧНИК «Определение плотности планет земной группы» ученика 7 «Б» класса средней школы 167 Тепикина Виктора Меркурий. Меркурий первая планета от Солнца и самая маленькая из земной группы. Ее диаметр

ФИЛОСОФИЯ Лекция Тема: ФИЛОСОФИЯ И НАУЧНАЯ КАРТИНА МИРА (2 часа) Цели: - формирование представлений о философском понимании мира, бытии и материи - создание условий для развития философского мышления;

ГБОУ ПУШКИНСКИЙ ЛИЦЕЙ 1500 СП «Красное Село» Познавательно-творческий проект подготовительной группы о космосе. Что бывает выше неба? Автор проекта: Тамразян А.Р. Москва, 2015 г. Введение Интерес к космосу

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 4.8. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТУННЕЛЬНОГО ЭФФЕКТА НА СВЧ Ц е л ь р а б о т ы: Ознакомление с основными закономерностями туннельного эффекта на СВЧ-модели. П р и б о р ы и п р и н а д л е ж н

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная щкола 2 городского поселения «Рабочий поселок Ванино» Ванинского муниципального района Хабаровского края РАССМОТРЕНО на

Кафедра экспериментальной физики СПбГПУ, Работа 3.6 ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТИ СВЕТА ВВЕДЕНИЕ М. Ю. Липовская Ю. П. Яшин Скорость света является одной из основных констант нашего мира и определяет предельную скорость

Часть I Мир в движении The 5th Wave Ðè Òåííàíò Ïîñëå óâîëüíåíèÿ èç öèðêà êëîóí Ôóçÿ ðåøèë ðàçðàáîòàòü êîðïóñêóëÿðíî-âîëíîâóþ ìîäåëü êëàêñîíà, áðûçãàþùåãî êâàðêàìè. В этой части... Эта часть является введением

Такая разная логика Тьютор программы: Казангапова М.С Авторы проекта:- Вагнер А.Н., Горбачева В.В., Кожахметова З.М., Орынбаев Б. Н. Вильям Шекспир Дать объяснение понятию «логика» с научной точки зрения

Приложение к рабочей программе КАЛЕНДАРНО - ТЕМАТИЧЕСКОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА на 2013-2014 учебный год Предмет: окружающий мир Класс: 2д Учитель Васильева И.Н. Количество часов за год: 68ч Количество

МЕДЛЕННАЯ АРХИТЕКТУРА Мария Элькина Норвежский архитектор Рейульф Рамстад рассказал ART1 о реконструкции знаменитой Дороги троллей, движении на Восток и учебе у пейзажей. Мария Элькина: Расскажите немного

Л. Г. Джахая (г. Тбилиси, Грузия) ЧЕЛОВЕК В СОВРЕМЕННЫХ НАУЧНЫХ И ФИЛОСОФСКИХ КОНЦЕПЦИЯХ МИРОЗДАНИЯ Человек и человеческое общество, их появление и дальнейшее прогрессивное развитие могут быть правильно,

Глава 3 ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ По вечерам в небе загораются звезды. В ясную погоду невооруженным глазом их можно насчитать на небосводе до трех тысяч. Но это лишь очень небольшая часть тех звезд и других космических

ФЕВРАЛЬ 38 365 позитивных настроев по методу Луизы Хей Давайте сделаем февраль месяцем хороших ощущений! Каждое утро громко провозглашайте: «Я выбираю мысли, которые создают мне хорошее настроение!» Ложась

ВСЕРОССИЙСКАЯ ОЛИМПИАДА ШКОЛЬНИКОВ ПО АСТРОНОМИИ ИНФОРМАЦИЯ для участника Регионального этапа Всероссийской олимпиады школьников по астрономии 2012 года Москва 2011 1 Дорогой друг! Прежде чем начать решать

Справкадля Ученого Совета АКЦ по материалам доклада от 9.02.07 Темная материя (проблема идентификации) составили:а.г. Дорошкевич В. Н. Лукаш, И. Д. Новиков Где находится материя? Светящаяся: * звезды Темные

Учебно-методический комплекс (УМК) Физика Аннотация к рабочей программе 7 класса А.В.Пѐрышкин. Физика 7 класс. Москва. Дрофа.2012г. А.В.Пѐрышкин. Сборник задач по физике 7-9. Москва Экзамен.2015 Учебный

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ СПЕЦИАЛЬНАЯ АСТРОФИЗИЧЕСКАЯ ОБСЕРВАТОРИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК УТВЕРЖДАЮ " " 01_ г. РАБОЧАЯ

Рассмотрено на заседании МО Согласовано Утверждаю учителей математики и физики Зам. Директора по УВР Директор МБОУ СОШ с.ключи /Камалтдинова З.З./ /Селянина Ф.Ф./ /Селянина З.Р/ 2011 г. 2011 г. Приказ

XXIII Санкт-Петербургская астрономическая олимпиада теоретический тур, решения 206 4 февраля 9 класс В сказке Льюиса Кэролла у Алисы, попавшей в Страну чудес, постоянно менялся рост На сколько изменялась

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ ОБРАЗОВАНИЯ Экспериментальные материалы для учащихся 5 классов ОБЩЕСТВОЗНАНИЕ И ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ (1) Вариант 3 Школа Класс 5 Фамилия, имя фамилия, имя учащегося ИНСТРУКЦИЯ ДЛЯ УЧАЩИХСЯ

8 Примеры решения задач Задача Абсолютно черное тело нагрето от температуры до 3 С Во сколько раз изменилась мощность суммарного излучения при этом Дано: Т С373К; Т 3 С573К; σ 5,67-3 Вт м К Найти: N /N

Автономная образовательная некоммерческая организация высшего образования «Институт менеджмента, маркетинга и финансов» Учебное издание МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ СТУДЕНТОВ К ПРАКТИЧЕСКИМЗАНЯТИЯМ И САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ

XXI Санкт-Петербургская астрономическая олимпиада заочный отборочный тур, решения 2013 2014 5 декабря 15 января 5 6 классы 1. Антарес, Туманность Андромеды, Юпитер, Альфа Центавра, Солнце. Расположите

Лиза Рэндалл «Тёмная материя и динозавры»

Космический детектив со спойлером на обложке. Версия одного геноцида от автора «Достучаться до небес».

Лиза Рэндалл по итогам следствия и длительных оперативно-розыскных мероприятий называет убийцей динозавров тёмную материю. Не тяжёлый отрез тёмной ткани, каким можно убить, если сбросить с достаточной высоты, а невидимый для наблюдений и измерений гипотетический наполнитель космической пустоты. Учёные после вычисления средней скорости вращения галактик пришли к выводу, что всей массы физических объектов во Вселенной явно недостаточно, чтобы так всё вертелось и крутилось. Что-то помогает галактикам набирать ход, достаточно тяжёлое и создающее гравитационный фон, удерживающий всё во Вселенной в единой системе. Именно по гравитационному влиянию этого нечто учёные и пришли к выводу, что существует некая форма материи, что незримо управляет движением всех космических тел – от космической пыли до огромных звёздных скоплений. Тёмная материя мастер маскировки и многолика. Существует несколько версий, что может собой представлять такая материя. Учёные пока её не пощупали, но уже делят на виды.

Один из таких видов 66 миллионов лет назад изменил траекторию одной кометы и направил её на Землю, где динозавры вели беспечную жизнь, кушая травку и друг друга. Возможно, несчастные зверушки, не подозревая о своей доле, были достаточно разумными, чтобы устраивать крестные ходы и сажать за репосты, драться за территорию и топить тревожные звоночки инстинкта самосохранения в смоляных и нефтяных ямах. У них была своя вера, но не было будущего. Космическое тело ничтожных по космическим меркам размеров – порядка 10 км в поперечнике – поставило жирную точку на их планах добраться до сочной зелени и укусить побольнее за бочок зазевавшегося соседа. Динозаврам, как, впрочем, и многим людям не по силам постичь удивительной взаимосвязи больших и малых объектов, энергий и помыслов в бесконечно удивительной Вселенной. Тёмная материя уничтожила динозавров, контролировала (в какой-то мере) периоды расцвета и угасания жизни на планете Земля, способствовала зарождению разумной жизни и появлению господствующего вида homo sapiens. Постойте, тогда получается, что тёмная материя – это…

Лиза Рэндалл - первая женщина, получившая штатную должность на физическом факультете Принстонского университета, а также первая женщина в штатной должности физика-теоретика в Массачусетском технологическом институте и в Гарвардском университете.

Приобрести: bookvoed.ru/book?id=7066932&utm_source=vkontakte&utm_medium=social&utm_campaign=vkontakte

Эта статья была автоматически добавлена из сообщества