С момента открытия первой экзопланеты прошло почти три десятилетия, но наше понимание многообразия планет все еще ограничено. Поэтому классификация существующих планет зачастую остается лишь условной.
Есть ли что-нибудь за пределами наблюдаемой Вселенной?
Вопрос о том, что находится за пределами нашей Вселенной, терзает человечество на протяжении столетий. Однако лишь недавно — если говорить о масштабах самой Вселенной — мы начали проникать в суть того, что представляет собой наша космическая реальность. На сегодняшний день известно, что Вселенная возникла около 14 миллиардов лет назад в результате Большого взрыва и с тех пор продолжает расширяться, причем этот процесс сопровождается ускорением и одновременным остыванием. Это может показаться парадоксальным, но для понимания этих удивительных законов космоса многие выдающиеся умы трудились на протяжении нескольких поколений. Но, к сожалению, даже накопленные знания не позволяют составить полную картину о Вселенной. Да, мы можем детально описать наблюдаемую ее часть — благодаря современным телескопам ученые могут не только фиксировать звезды, но и картографировать миллиарды галактик и их скоплений, глядя все глубже в прошлое, вплоть до момента Большого взрыва. Однако реальный вопрос остается: можем ли мы узнать, существует ли что-то за пределами нашей Вселенной? Есть ли такие пространства, в которые невозможно не только отправить наши самые мощные инструменты, но и просто заглянуть?
Перед вами цветной рентгеноснимок Вселенной, изображающий ее в один из обычных дней: процессы ускорения и распада материи, разогретой до сверхвысоких температур, газ, обладающий высокими температурами, ненасытные черные дыры и яркие взрывы звезд.
Что мы знаем о Вселенной?
Для того чтобы попытаться ответить на вопрос о том, что находится за границами Вселенной, семь необходимо сперва точно определить, что мы подразумеваем под термином «вселенная». Если рассматривать ее как все существующие вещи, охватывающие всю пространство и время, то за пределами вселенной ничего нет. Даже если вы считаете, что Вселенная имеет конечный размер и представляете что-то вне этих границ, тогда все, что находится за ее пределами, также должно быть включено в определение Вселенной.
Даже если полагать, что Вселенная представляет собой бесформенное, пустое пространство — абсолютное «ничто» — это само по себе является «чем-то» и, следовательно, также является частью Вселенной. В случае, если Вселенная бесконечна по своему размеру, то эта головоломка даже не заслушивает специального внимания. Вселенная, как всеобъемлющее существующее, является бесконечно огромной и не имеет границ, зато ничего не может существовать за ее пределами.
Наблюдаемая часть Вселенной, которая доступна для изучения современными астрономическими методами, называется Метагалактикой, и ее размеры продолжают расширяться с развитием технологий.
С другой стороны, конечно, существует внешняя грань той области Вселенной, которую мы способны наблюдать. Космос был создан давно, и свет распространяется с большой скоростью. Поэтому за всю историю развития Вселенной мы не получали свет от всех галактик. На сегодняшний день ширина наблюдаемой Вселенной составляет примерно 90 миллиардов световых лет. И, вероятно, за этой границей скрыты миллиарды других звезд и галактик.
Но есть ли что-то большее за этой границей?
Наблюдаемая Вселенная
Мы можем фиксировать галактики и другие космические тела потому, что свет от них успел достичь нашей планеты с момента начала расширения Вселенной. Структура наблюдаемой Вселенной, безусловно, представляет собой сферу, в центре которой располагается наша Солнечная система.
Со временем размеры этой сферы будут увеличиваться, поскольку все больше света будет достигать нас с более удаленных космических объектов.
Так каков же размер наблюдаемой Вселенной? Здесь всё не так очевидно. Расстояние от Земли до затмения краев сферы составляет около 46 миллиардов световых лет. Таким образом, диаметр наблюдаемой Вселенной равен примерно 93 миллиардам световых лет. И как это объяснить? Ведь возраст Вселенной составляет всего 13,7 миллиарда лет! Зачем же тогда она такая большая? На первый взгляд это может показаться нелогичным, так как ничто не может двигаться быстрее света. Тем не менее, ответ заключается в следующем: расширение пространства, которое и дает подобный результат. Например, около 5 миллиардов лет назад это расширение стало замедляться. Однако далее, по еще неясным причинам, Вселенная начала расширяться с ускорением. Современные исследователи предполагают, что основная ответственность за это явление лежит на так называемой темной энергии.
Неизведанная бесконечная Вселенная
Согласно специальной теории относительности объекты, находящиеся на близком расстоянии друг от друга, не могут двигаться быстрее скорости света относительно друг друга. Однако этот закон не относится к объектам, которые находятся на огромных расстояниях. Это связано с тем, что само пространство между ними стремительно расширяется. Говоря простыми словами, эти объекты не движутся быстрее света; простое пространство расширяется, и это приводит к тому, что они удаляются друг от друга с колоссальными скоростями — настолько быстрыми, что свет от одного объекта не сможет досягнуть другого.
На самом деле мы видим лишь малую толику Вселенной. А что происходит за ее пределами? За пределами наблюдаемой нами области Вселенной? У нас нет возможности увидеть или измерить это, поэтому мы не располагаем никакой информацией о том, что там находится. Мы можем только выдвигать гипотезы. Первая из них, безусловно, наиболее очевидная: за пределами наблюдаемой части Вселенной присутствует то же самое, что и в ее наблюдаемой части. Галактики, черные дыры, квазары, пульсары… и так далее до бесконечности. Это высказывание кажется более логичным, чем предположение о том, что на краю Вселенной нас ждет какая-либо преграда.
Пояс, облако, сфера
Плутон, как всем известно, утратил статус полноценной планеты и теперь числится среди карликовых планет. К ним также относятся Эрида, Хаумеа и другие малые планеты и астероиды из пояса Койпера.
Данная область весьма удалена и обширна, её границы простираются от 35 до 50 расстояний от Земли до Солнца. Именно из пояса Койпера на долгопериодические орбиты к внутренним частям Солнечной системы прибывают короткопериодические кометы. Если проводить аналогию с футбольным полем, то пояс Койпера находился бы в нескольких кварталах от него. Однако до границ Солнечной системы — еще очень далеко.
Облако Оорта остается гипотетическим объектом, поскольку оно находится на таком большом расстоянии. Тем не менее существует немало косвенных доказательств, указывающих на то, что где-то на расстоянии от 50 до 100 тысяч раз дальше от Солнца, чем мы, находится обширное скопление ледяных объектов, из которого к нам приходят долгопериодические кометы. Это расстояние так велико, что соответствует целому световому году — четвёртой части пути до ближайшей звезды, а в нашей аналогии с футбольным полем — это несколько тысяч километров от ворот.
Тем не менее гравитационное влияние Солнца, хоть и невеликое, простирается еще дальше: край облака Оорта, известный как сфера Хилла, находится на расстоянии двух световых лет.
Гелиосфера и гелиопауза
Не следует забывать, что все эти границы достаточно условны, аналогично линии Кармана. За пределами условной границы Солнечной системы не рассматривают облако Оорта, а определяют область, в которой давление солнечного ветра уступает давление межзвездного вещества – это край гелиосферы. Первые признаки этой границы наблюдаются на расстоянии примерно 90 раз больше, чем расстояние от Солнца до Земли, в так называемой границе ударной волны.
Окончательная остановка солнечного ветра должна происходить в гелиопаузе, которая простирается уже на 130 таких расстояний. За все время еще ни одно из сооружений не пересекало эти границы, кроме американских зондов Voyager-1 и Voyager-2, которые были запущены еще в 1970-х годах. Эти аппараты на данный момент являются самыми дальними искусственно созданными объектами: в прошлом году они пересекли границу ударной волны, и, с волнением, ученые продолжают следить за данными, которые зонды периодически отправляют обратно на Землю.
Актуальные прогнозы исследований экзопланет
Современные телеобъективы и технологии нового поколения позволят открыть всё большее количество экзопланет, что, в свою очередь, приблизит нас к поиску планет, схожих по условиям с Землёй: таких, которые вращаются относительно далеко от своих звезд и обладают небольшими размерами.
Космический телескоп Джеймса Уэбба
Колоссальный телескоп, по размеру сопоставимый с теннисным кортом, будет отправлен в космос из Французской Гвианы в 2021 году. Этот телескоп будет проводить наблюдения Вселенной в инфракрасном свете, изучать процессы формирования планетных систем и состав атмосферы экзопланет. Ожидается, что он станет основным космическим инструментом в текущем десятилетии.
Космическая платформа: телескоп Нэнси Роман
В середине 2020-х годов в космос будет запущена электростанция телескопов, предназначенная для улучшенного изучения экзопланет. Окно наблюдения этой платформы будет в 100 раз больше, чем окно самого мощного телескопа NASA, который сейчас занимается поисками планет. Основная цель — исследование темной материи и темной энергии, однако в рамках своей программы он также будет делать фотографии экзопланет. С помощью этой платформы начнут исследования плотных звезд Млечного Пути, и на фоне их можно будет выявить новые планеты.
Найдёт тот, кто умеет ждать
— Найдет ли человечество жизнь вне Земли?
— Всё начиналось с поиска разума во Вселенной, а не просто какой-либо формы жизни. В СССР существовала полноценная лаборатория, занимающаяся астробиологией. В ней всерьез исследовали возможность существования жизни на Венере и Mars. Мы начали строчки сигналов в космос, стучали во все стороны, но ответа так и не получили. При этом отсутствие ответа не означает, что мы делаем что-то неправильно, возможно, просто не так долго ждали. Если разумная жизнь существует на расстоянии в 50 световых лет от Земли, что для космоса довольно близко, то сигналу туда и обратно потребуется целых сто лет. На таком расстоянии невозможно ожидать мгновенного ответа как при телефонном разговоре. Если, к примеру, мы отправили сигнал в 1960-х годах, ответы не поступят раньше 2060-х. А если разумные существа находятся на расстоянии ста световых лет, ответ от них может прийти минимум через двести лет. И это без учета возможных проблем с прохождением сигнала и необходимого времени для его расшифровки. В целом, вопрос поиска жизни во Вселенной не лишен смысла, и я чаще всего привожу пример с единым процентом. Суть заключается в том, что даже при такой низкой вероятности потенциально в нашей галактике может находиться сотни тысяч и даже миллионы обитаемых планет. А по расчетам, во всей Вселенной насчитывается триллион галактик. Однако совсем не обязательно обращаться к этому бездействующему пространству. Вероятны существования внеземной жизни даже в нашей Солнечной системе. Отличным примером может служить спутник Юпитера Европа, где под толстым слоем льда скрывается океан с подходящими для жизни условиями. Простейшие организмы могут существовать в атмосфере Юпитера и Венеры. Напоминаю, что однажды на внешней стороне космической станции Мир была обнаружена плесень. И не имеет значения, как она там оказалась. Главное, что это подтверждает возможность существования жизни даже в крайне неблагоприятных условиях космоса.
— Как отличить звезду от планеты, глядя на небо?
— Некоторые планеты Солнечной системы идентифицировать довольно легко. Венера, например, очень ярко светит как в утреннем, так и в вечернем небе, и её невозможно не заметить. Юпитер тоже очень яркий. Однако отличить большинство планет Солнечной системы на ночном небе от звезд не так просто. Для этого необходимо хорошо разбираться в созвездиях или наблюдать в течение как минимум месяца. Дело в том, что звезды восходят и заходят одновременно, в отличие от планет, которые движутся среди звёзд, с течением времени смещаясь относительно них. При долгих наблюдениях становится ясно, что планеты могут совершать необычные движения, в том числе выписывать восьмёрки. Следует отметить, что популярное мнение о том, что планеты и звезды как-то по-разному мерцают или «играют» на небе, на самом деле всего лишь следствие особенностей земной атмосферы.
Переменчивый космос
— Земля вращается вокруг Солнца. Значит ли это, что самой звезде место неподвижно?
— Земля вращается вокруг Солнца с невероятной скоростью 30 километров в секунду и делает один полный оборот за 365 дней. Однако и само Солнце не остается на месте; оно, вместе с восемью планетами Солнечной системы и миллионами астероидов, движется вокруг центра нашей галактики, называемой Млечный Путь, с великолепной скоростью 250 километров в секунду. Подобная скорость приводит к тому, что на полный оборот Солнца вокруг центра Млечного Пути уходит почти миллион лет. При этом Млечный Путь как часть большого облака галактик, включая Туманность Андромеды и множество других, также стремится располагаться вокруг определённого центра масс. В свою очередь, вся эта структура движется внутри метагалактики. Всё вокруг нас вращается, что связано с гравитационными силами, определяющими взаимодействия во Вселенной.
— Почему Плутон лишился звания планеты?
— Этот вопрос имеет более простой ответ, чем многие предполагают. В 2006 году Плутон утратил статус планеты не из-за своих размеров, как полагает большинство, а потому что согласно правилам, установленным Международным астрономическим союзом, орбита планеты не должна пересекаться с орбитами других объектов. Так, ни Земля, ни Венера, ни Юпитер не имеют никаких соседей на своих орбитах. Хотя Меркурий небольшой, на его орбите также не существует посторонних объектов, и потому считается планетой. Напротив, на орбите Плутона находится множество других объектов. Их размеры не играют особой роли, важно лишь то, что они там есть. Тем не менее, Плутон стал основоположником нового класса карликовых планет. В его честь такие космические тела начали называть плутонидами.
— Можно ли полететь к самой большой планете Солнечной системы — Юпитеру?
— Полеты к планетам-гигантам, таким как Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, теоретически возможны, но высадиться на них человеку никогда не удастся из-за их физических свойств. Даже при наличии высокоразвитого космического аппарата попытка приземлиться на одну из этих планет сводится к шансу приземлиться на Солнце. На этих планетах в их атмосферных слоях бушуют ураганы с невероятной силой, скорость ветра может достигать нескольких тысяч километров в час. Например, на Юпитере уже на протяжении как минимум четырехсот лет существует гигантский шторм, который мог бы поместить три Земли. Другим препятствием является катастрофическое давление в атмосферах газовых гигантов. Любое устройство в таких условиях просто раздавит. Более того, в их газовой среде невозможно достичь какой-либо твердой поверхности. Мы не сможем добраться до ядра, так как давление на этих глубинах неприемлемо для существования любой структуры.
