Катастрофы в природе: удар из космоса. Факты, причины, гипотезы, последствия

«Сделанное Хабблом открытие перевело вопрос о том, как возникла Вселенная, в область компетенции науки». Стивен Хокинг «Краткая история времени», 1987 год

Мимолётный взгляд на звёздное небо рождает ощущение неподвижности и безжизненности космического пространства. Однако это не так. Движение Земли не требует доказательств – из-за него происходит смена дня и ночи, а полный оборот вокруг своей оси планета совершает за 23 часа 56 минут 4 секунды. На экваторе линейная скорость вращения составляет 1674,365 км/час, а обращение Земли вокруг Солнца происходит за один год или 365,26 солнечных суток.

О том, каких скоростей может достигать движение космических тел относительно друг друга достаточно упомянуть о падении в середине 2016 года кометы из семейства Крейца на Солнце. Скорость её сближения со светилом превысила два миллиона километров в час. Иными словами эта испарившаяся в солнечной короне масса льда и космической пыли могла бы пересечь диск Земли за 22 секунды, а Солнца за 37 минут.

Сопоставление возраста важных космических событий, от Вселенной до удара астероида о земную поверхность 65 миллионов лет назад.

В свою очередь Солнечная система со скоростью 828000 км/час смещается относительно центра галактики Млечный Путь, совершая полный оборот вокруг неё за 230 миллионов лет. Помимо этого сама наша галактика перемещается относительно других галактик. С начала времён трансформация и движение это неотъемлемое свойство известной части Вселенной.

Звёздное небо помогает заглянуть в прошлое, оно же предоставляет возможность узнать судьбу Солнечной системы и будущее Земли. Эта история записана в рельефе космических тел, примерно также как старые граммофонные пластики сохранили музыку и голоса ныне ушедших в вечность людей.

Изучение других планет способствует пониманию эволюции Земли, и того как сформировалось её внутреннее строение, поскольку совершить межпланетное путешествие на другие планеты Солнечной системы оказалось легче, чем проникнуть в мантию или земное ядро. Практически невозможно произвести непосредственные изучение земного вещества на глубинах в сотни и тысячи километров. Изучение остатков протопланет – астероидов и метеороидов предоставляет эту возможность, и узнать, как и из какого вещества образовалась Земля более 4,5 миллиардов лет назад.

Солнечная система образована звездой и вращающимся вокруг неё восьмью планетами с более 63-мя спутниками (2017), несколькими десятками комет, огромным количеством астероидов и множеством метеороидов. Все космические тела движутся по своим траекториям вокруг Солнца. Четыре ближайшие к Солнцу планеты определены как планеты земной группы: Меркурий, Венера, Земля и Марс в основном состоящих из силикатов и металлов. Более удалённые от звезды образования называются газовыми планетами-гигантами. Это Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. В Солнечной системе обнаружены четыре карликовые планеты: Плутон, Эрида, Макемаке, Хаумеа, а в целом, вероятно, их значительно больше.

На геологической шкале времени жизнь на Земле возникла почти одновременно с её образованием – на разогретой непрерывно бомбардируемой астероидами поверхности. Это ставит вопрос, как и почему это произошло? Ответ на него даст разгадку тайны возникновения жизни во Вселенной и возможности существования разумных существ на других планетах.

Сопоставление величины планет Солнечной системы с планетой-гигантом Юпитером.

Начало изучения космических объектов можно отнести к размышлениям древнегреческого учёного Демокрита Абдерского и его гениальной концепции множественности миров. Только спустя сотни лет одним из первых внимание на строение поверхности иных, чем Земля космических тел, обратил итальянский учёный Галилео Галилей.

«Существует безграничное множество миров, различающихся по размеру и в некоторых из них нет ни Солнца, ни Луны, в то время как в других их больше, чем у нас и они больше по размеру. Промежутки между мирами не созданы равными, здесь они больше, там меньше, некоторые из них растут, другие процветают, третьи распадаются, здесь они рождаются, там умирают, уничтожаются при столкновении друг с другом. И некоторые из миров голые, без животных и растений, покрытые водой». Высказывание Демокрита Абдерского (по Святому Ипполиту Римскому, около 170—235 гг.).

В 1610 году Галилей опубликовал работу «Звёздный вестник, открывающий великие и в высшей степени удивительные зрелища». В ней он отметил: «Поверхность Луны не вполне гладкая, лишённая каких-либо неровностей и идеально шарообразная, как полагает одна философская школа. Напротив эта поверхность очень неправильная, испещрённая ямами и поднятиями, в точности, как и поверхность Земли, которая повсюду испещрена высокими горами и глубокими долинами».

В 1609 году в книге «Новая астрономия» немецкий учёный Иоганн Кеплер сформулировал основные положения о движении вокруг Солнца планет, а в книге «Гармония мира» (1618) привёл расчёт их вращения вокруг светила – три Закона Кеплера. Тем самым был предложен научный подход к определению количественных параметров перемещения космических объектов вокруг Солнца.

Планета это вращающееся по орбите вокруг звезды или её остатков небесное тело, достаточно массивное, чтобы стать округлым под действием собственной гравитации, но недостаточно массивное для начала термоядерной реакции, сумевшее очистить окрестности своей орбиты от более мелких скоплений протовещества (планетезималей).

Открытые Кеплером закономерности с высокой точностью объяснили обнаруженную ранее неравномерность движений планет. Он ввёл строгие понятия об их орбитах, термины «спутник» (Narratio de Iovis Satellitibus, 1611), «инерция» и др. Уравнение Кеплера используется и сегодня в астрономии для определения положения небесных тел.

С появлением точных наук удалось разгадать тайну формирования Солнечной системы. Их краеугольным камнем стало учение Исаака Ньютона о всемирном тяготении, согласно которому сила тяготения универсальна и проявляется между любыми материальными телами независимо от их конкретных свойств.

Сформулированные Ньютоном законы классической механики позволили объяснить происходящие в недрах Земли, её атмосфере и гидросфере динамические процессы. Таких как приливы и отливы в океанах, прецессию земной оси, особенности движения Луны, сжатие Юпитера, орбиты его спутников и многие другие.

Новый этап в понимании Вселенной и места в нём Солнечной системы связан с Альбертом Эйнштейном. Он внёс важный вклад в теоретическую физику, создание новых физических концепций, построению теории гравитации взамен ньютоновской. Работы Эйнштейна заложили не только основы квантовой теории, но и образуют фундамент физики XXI века.

Спутник или луна это небесное тело, обращающееся по определённой траектории – орбите вокруг другого объекта в космическом пространстве под действием гравитации. У спутников могут быть свои луны. С выводом космических аппаратов в космос появилось понятие искусственного спутника (ИСЗ). В 1957 году 4 октября СССР вывел на орбиту первый искусственный спутник Земли. В 2009 году 10 февраля впервые в космосе столкнулись два ИСЗ – российский «Космос-2251» и американский «Iridium 33».

В 1929 году Эдвин Хаббл обнаружил разбег галактик, что подтвердило справедливость гипотезы Большого Взрыва бельгийца Жоржа Леметра (Georges Henri Joseph Édouard Lemaître, 1927) и русского учёного Александра Фридмана (1922). Фридман показал, что Вселенная не может быть статической и за несколько лет до открытия Хаббла, в точности предсказал его результат. Это кардинально изменило научное понимание Вселенной и доказало существование других галактик помимо Млечного Пути.

Эдвин Хаббл автор эмпирического Закона Красного смещения для галактик (Закон Хаббла), который, если интерпретировать красное смещение как меру скорости удаления, согласуется с решениями уравнений общей теории относительности Эйнштейна для гомогенных изотропных расширяющихся пространств. Его исследование стало первым подтверждением теории Большого Взрыва. Наблюдаемые скорости далёких галактик, взятые вместе с космологическим принципом, показали – Вселенная расширяется, что согласуется с моделью Фридмана-Леметра построенной на основе Общей теории относительности Эйнштейна.

Открытие факта расширяющейся Вселенной изменило существовавшие представления о природе формировавшееся на протяжении тысяч лет. Как и в случае с геоцентрической моделью Солнечной системы Птолемея, Земля оказалась не её центром, а всего лишь одним из фрагментов космоса. Это сделало возможным объяснить многие загадки столетиями не дававшим покоя людям, но поставило ещё больше вопросов об устройстве мирозданья.

Одними из них является существование чёрных дыр, гипотетических тёмной материи и энергии. В 2013 году по данным наблюдений космической обсерватории «Planck» Европейского космического агентства (ESA), определено, что общая масса-энергия наблюдаемой Вселенной состоит на 4,9% из обычной – барионной материи, на 26,8% из тёмной материи и на 68,3% из тёмной энергии. Таким образом, Вселенная на 95,1% состоит из тёмной материи и тёмной энергии.

В 2017 году международная группа исследователей опубликовала фрагмент первой карты распределения тёмной материи (Dark Energy Survey, DES) в доступной современным средствам наблюдений части Вселенной. Она показывает волокна из тёмной материи усеянные галактиками, а также провалы между ними. Для построения карты использовались данные полученные с помощью цифровой фотокамеры разрешением 570 мегапикселей установленной на телескопе «Víctor M. Blanco» обсерватории Черро Толедо в чилийских Андах.

«Наблюдения Хаббла говорили о том, что было время – так называемый Большой взрыв, когда Вселенная была бесконечно малой и бесконечно плотной. При таких условиях все законы науки теряют смысл и не позволяют предсказывать будущее. Если в ещё более ранние времена и происходили какие-либо события, они всё равно никак не смогли бы повлиять на то, что происходит сейчас. Из-за отсутствия же наблюдаемых следствий ими можно просто пренебречь. Большой взрыв можно считать началом отсчета времени в том смысле, что более ранние времена были бы просто не определены. Подчеркнем, что такое начало отсчета времени очень сильно отличается от всего того, что предлагалось до Хаббла». Стивен Хокинг «Краткая история времени», 1987 год.

Вплоть до середины прошлого века не было понимания процессов формирующих звёздные системы, а знания о строении планет и происходящих на их поверхности процессах просто отсутствовали. Особый вклад в теорию образования Солнечной системы внёс советский учёный Виктор Сафронов.

Согласно его модели (1969) период формирования Земли составил около ста миллионов лет. При этом её центральная область образовалась относительно холодной, а нагретые до температуры плавления слои были сосредоточены в её верхней части. Это поставило вопрос об инструментальном изучении объектов в Солнечной системе, поскольку другой возможности взять образцы вещества ядра Земли просто невозможно.

Одним из учёных внесших значительный вклад в программы по изучению космического пространства стал американец Карл Саган. Он занимался исследованиями Венеры, Марса и спутника Сатурна – Титана. Саган первым обратил внимание на схожесть процессов превративших Венеру в раскалённую планету и потеплением на Земле из-за парникового эффекта. Он был не только учёным, но и популяризатором астрономических исследований и космических полётов.

До полётов автоматических космических станций все знания об объектах Солнечной системы основывалось на наблюдениях с земной поверхности. И сегодня они вносят основной вклад в изучение Вселенной, но самые лучшие астрофические инструменты не способны различать даже крупные детали рельефа и тем более наблюдать протекающие в атмосфере и на поверхности других планет процессы.

«Космос – это всё, что есть, что когда-либо было и когда-нибудь будет. Одно созерцание Космоса потрясает: дрожь бежит по спине, перехватывает горло, и появляется чувство, слабое, как смутное воспоминание, будто падаешь с высоты. Мы сознаём, что прикасаемся к величайшей из тайн». Карл Саган «Космос», 1980 год.

К примеру, если бы некто находящийся на расстоянии в сто световых лет от Солнечной системы задался бы целью её исследования современными земными инструментами, то обнаружил бы только Венеру и Землю. Он не смог бы понять, как они устроены или, что происходит на их поверхности.

До полётов зондов на Луну, Марс и Венеру ничего не было известно об их веществе, строении поверхности и происходящих на ней под ней процессов. Более того все современные знания о веществе Луны основываются на изучении около 350 килограммов грунта добытых миссиями NASA по программе «Apollo», нескольких сотен граммов доставленных советскими аппаратами и изучении попавших на Землю лунных метеоритов. Сопоставимо с масштабом исследуемых объектов всего этого крайне мало для составления целостной картины о них.

Ясно одно, происходящие на поверхности и в атмосфере других планет процессы во многом не схожи с теми, что наблюдаются в земных условиях. Попытки проведения аналогий между ними чаще всего малоинформативны, а новое знание можно приобрести только организацией новых космических миссий. Важно и то, что многое из уже обнаруженного десятилетиями не находят научного объяснения, а оно необходимо для снижения рисков внеземных экспедиций.

Тем не менее, уже первое проникновение в ближний космос принесло ценный научный материал и привело к возникновению новой науки – планетологии. Хотя этот термин введён в оборот ещё в 1896 году французским геологом Станиславом Менье опубликовавшего книгу «Сравнительная геология или геология небесных тел», по сути это то, чем сегодня занимаются учёные в космосе.

Планетология это конвергенция инструментальных средств и методологии астрономии, геологии, геофизики, информатики, кибернетики, математики, химии и многих других. Для изучения протекающих на поверхности других планет процессов был востребован опыт и знания вполне земных специалистов – геоморфологов, гляциологов, картографов, метеорологов, биологов и других.

Оказалось, что в развитии тектонических структур планет земной группы есть схожие элементы. Точно установлено, что все они имеют ядро, мантию и кору. В коре этих планет имеются системы разломов, и обнаружены трещины растяжения, приведшие к образованию на Венере, Земле и Марсе рифтовых структур. На Меркурии, как и на Земле, установлены структуры сжатия. И только на Земле выделяются мощные сдвиги, складчатые пояса и пологие надвиги – шарьяжи.

Здесь важно отметить, что по отношению почти ко всем астрономическим телам Солнечной системы пока идёт процесс накопления основных сведений и очень редко удаётся зафиксировать динамические явления на их поверхности. Это происходит из-за того что нет достаточных технических и финансовых возможностей вести непрерывную съёмку с их орбиты. Тем более одного и того же участка поверхности.

В отсутствие возможности проводить непосредственные наблюдения и измерения на поверхности космических тел основным способом изучения их строения становится картографирование с использованием цифровой фотографии. В свою очередь, данные косвенных методов, таких как гравиметрия, магнитометрия, спектральный анализ и других позволяют сформировать общее представление о строении и особенностях вещественного состава внеземных объектов. При этом по детальности и информативности всё, что известно о других планетах многократно уступает знаниям о Земле и происходящих на ней физико-химических процессах.

Каждое проникновение человека в космос приводит к открытиям. Не стали исключением миссии зондов к окраинам Солнечной системы. Начиная с первых американских межпланетных станций «Pioneer 10» (1972) и «Pioneer 11» (1973) и продолжающихся уже несколько десятков лет миссий NASA «Voyager 1» и «Voyager 2» (1977). На них установлены золотые пластины с посланиями инопланетным цивилизациям, с которыми гипотетически они могут встретиться. Возможно, это произойдёт когда на Земле исчезнет современная цивилизация, как и сегодня уже нет большинства тех, кто создал эти зонды.

20 августа 1977 года начата космическая миссия NASA «Voyager». Её основной целью было исследование Сатурна и Юпитера. Зонды готовили к встрече с суровой средой планет-гигантов и в них заложили повышенную надёжность позволившую аппаратам «Voyager» проработать в восемь раз дольше ожидаемых пяти лет. На 2017 год зонд «Voyager 1» более пяти лет находился в межзвёздном пространстве – за пределами Солнечной системы.