Музыка сфер. Астрономия и математика

* * *

Дорогу указывают спутники. Система глобального позиционирования

GPS (от англ. Global Positioning System — «система глобального позиционирования») — это глобальная система спутниковой навигации, позволяющая определять положение любого объекта на поверхности Земли с точностью до нескольких метров. Система включает 32 спутника, которые находятся на околоземной орбите на высоте 20200 км. Траектории спутников синхронизированы так, что они обеспечивают покрытие всей поверхности Земли. Кроме того, ряд наземных станций отправляют им контрольную информацию. Для определения местоположения с помощью GPS требуются специальные приёмники, каждый из них использует сигнал как минимум трёх спутников. Приёмник синхронизирует часы GPS и рассчитывает время прохождения сигнала со спутника, после чего определяет расстояние до спутника с помощью триангуляции и, наконец, реальные координаты точки, в которой он находится.

Глава 5. Большие времена

В прошлой главе мы рассказали об измерении времени, имея в виду то понятие времени, которое мы используем в повседневной жизни. Однако в самой астрономии нужно рассматривать гораздо большие интервалы времени, описывающие астрономические и космологические явления. И в этом масштабе математика играет ключевую роль. Так как результаты астрономических наблюдений охватывают лишь около 300 лет, для изучения «больших времён» необходимо компьютерное моделирование.

Именно математика позволяет создавать модели, которые вкупе с результатами наблюдений помогают определить, что произошло и что произойдёт на временном интервале в несколько миллиардов лет. А именно такие интервалы характерны для астрономических явлений.

Звёзды, их эволюция и другие характеристики

Все звёзды рождаются из облаков газа и пыли в межзвёздном пространстве. Под действием сил притяжения эти облака сжимаются, и внутри них образуются звёзды. Процесс длится тысячи лет — при сжатии облако нагревается, и его сжатие замедляется, после чего оно вновь охлаждается, так как часть энергии переходит в излучение. Когда новые звёзды очищаются от остатков газового облака под действием звёздного ветра, окружающий их газ начинает светиться, и звёзды становятся ярче.

В областях, где образуются новые звёзды, наблюдаются разноцветные газовые облака.

Когда Вселенная только зарождалась (это произошло примерно 14 млрд лет назад), почти вся она состояла из атомов водорода и гелия. Первые звёзды появились в результате сжатия облаков газа, практически полностью состоявших из этих химических элементов. Более тяжёлые компоненты образовывались в ходе эволюции этих первых звёзд. После смерти первые звёзды выбрасывали в космос часть своего вещества, обогащённого новыми химическими элементами, в частности кислородом и углеродом, которые сформировались внутри них. Ещё более тяжёлые элементы, например свинец и уран, образовались во время взрывов сверхновых звёзд.

Внутри звёзд средних размеров, подобных Солнцу, водород превращается в гелий, а тот, в свою очередь, в углерод, азот и кислород. В конце жизни такие звёзды раздуваются и выбрасывают часть своей атмосферы в космос, образуя красивые планетарные туманности.

Туманность NGC 7635, в которой можно различить пузырь звёздного ветра — зону расширения, в которой при соударении с межзвёздным веществом образуется ударная волна.

Галактическое гало, окружающее звезду V838 в созвездии Единорога. Эта звезда стала одной из самых ярких во всём Млечном Пути, после чего её блеск вновь уменьшился.

* * *

ДЕТИ ЗВЁЗД

Звезду можно представить как огромную атомную электростанцию — в её реакторе происходят ядерные реакции, в ходе которых водород превращается в более тяжёлые элементы — углерод, азот и кислород. Атомы химических элементов, составляющие человеческое тело, образовались в звёздном ветре, поэтому все мы в некотором роде дети звёзд, и это не красивая метафора, а научный факт!

* * *