Космический пинг-понг, футбол в невесомости и восход на МКС (21 гиф)
Наука о Вселенной уже давно не входит в число обязательных школьных дисциплин, но по-прежнему привлекает своей красотой и таинственностью. И не только школьников. Почему день сменяется ночью, как найти Полярную звезду, что такое Большая Медведица — эти и другие вопросы волнуют нас с раннего детства. Конечно, не все космические загадки постижимы, но многие астрономические явления вполне легко можно объяснить. Учитель физики Леонид Столбов помогает разобраться с происходящим в гифках по астрономии.
1. Космический пинг-понг
Так как в космическом пространстве (и в равной степени на космической станции) тела теряют свой вес, то понятия пол и потолок утрачивают свой смысл. И капля воды никуда не падает, а просто висит в воздухе. Именно поэтому кажется, что астронавт подкидывает ракеткой каплю вверх (поверхность ракеток — не смачиваемая). Капля не теряет своей формы из-за сил поверхностного натяжения, как мыльный пузырь. Молекулы воды на поверхности ведут себя иначе, чем в центре, так как у них нет соседей снаружи. На Земле этих сил недостаточно, чтобы удержать форму даже под собственным весом капли.
2. Гелио- и геоцентризм
В XXI веке мало кто не слышал о том, что планеты вращаются вокруг Солнца. Солнце — самый тяжёлый объект в нашей системе. Именно поэтому так и происходит: тела либо падают на него, либо вращаются вокруг по окружности. Ну или, если быть точным, по эллипсу, но и в этом случае он очень похож на окружность. Древние греки же видели Солнце и Луну (она и вправду вращается вокруг Земли), которые, как было видно, двигались по окружности вокруг нашей планеты. Ведь это наиболее хорошо видимые тела, но вы только взгляните, какие странные траектории описывают в таком случае остальные планеты! Но идея была столь популярна, что просуществовала до XVII века, а с развитием телескопов ушла в историю.
3. Движение Солнечной системы в пространстве
Как Солнце не вращается вокруг Земли, так и наша галактика не вращается вокруг Солнца. На самом деле Солнце находится на окраине галактики. До центра целых 26 000 световых лет, а это ни много ни мало 24000000000000000 км. Но оно не стоит на месте — Солнечная система вращается вокруг центра галактики и движется сквозь пространство со скоростью 240 км/с. Но человек и животные могут чувствовать только ускорение и не могут чувствовать скорость, поэтому она никак не сказывается на нашей жизни.
4. Полярная звезда вместо Солнца
Радиус полярной звезды в 30 раз больше Солнца, и если поместить её в центр нашей системы, то она почти дотянется до Меркурия — ближайшей к Солнцу планете. Это также означает, что на половине небосвода на Земле будет очень яркий светильник голубого света. Впрочем, посмотреть на него больше одного раза всё равно не удастся. Температура же на планете так сильно поднимется, что вся вода испарится. К сожалению, человек на 80% состоит из воды.
5. Сатурн вместо Луны
Сатурн — вторая по величине планета после Юпитера, примерно в 100 раз тяжелее Земли и вряд ли захочет вращаться вокруг неё. Скорее наоборот: он сделает её своей луной (спутником). Земляне при этом смогли бы наслаждаться видом Сатурна и его колец, а вот смена дня и ночи радикально поменяется. Более того, у Сатурна больше 50 спутников, самый крупный из которых — Титан — превышает по размеру планету Меркурий. К сожалению, наблюдение на небосводе таких красот чревато столкновениями с другими небесными телами.
6. На орбите
Чтобы не упасть на Землю, спутник должен двигаться очень быстро — так, чтобы успеть отлететь от шарообразной поверхности планеты ровно на столько, насколько он успел упасть. А вот чтобы двигаться по орбите, топливо спутнику не нужно. Ведь чем выше орбита спутника, тем меньше там воздуха, а значит, и меньше трения. Впрочем, так высоко воздуха настолько мало, что спутник будет летать по орбите веками, да и крылья ему для этого не нужны.
7. Футбол в невесомости
В невесомости мяч никуда не падает. Это гарантирует, что траектория мяча будет прямой линией, пока мяч не ударится о препятствие. Единственное, что придётся знать, играя в такой вид футбола, это закон сохранения импульса. Ведь мяч не трётся о поверхность и даже не катится. Но помните, что и вам самим придётся отталкиваться от стен, чтобы передвигаться.
8. Полёт сквозь туманность Гама
Туманность Гама 12 — всё, что осталось от взрыва сверхновой — процесс, разбрасывающий осколки звезды на большие расстояния. Туманность Гама огромна: расстояние от центра до края составляет 12 000 000 миллиардов километров. Поэтому пролететь её так быстро, конечно же, не получится, ведь даже если лететь со скоростью света (300 000 км/с, а быстрее всё равно нельзя) нам потребуется 2500 лет.
9. Первый запуск с космодрома «Восточный»
Ракета взлетает благодаря закону сохранения импульса: основная часть взлетает за счёт того, что топливо покидает ракету. Чем больше скорость газов, выходящих из сопла, тем быстрее взлетает ракета, которая при этом становится ещё и легче. Когда горючее в одном баке закончится, он просто отделится, ведь его вес тоже надо поднимать. Вот почему космические ракеты — многоступенчатые. За такой составной характер конструкции Циолковский назвал их космическими поездами.
10. Оппортьюнити на Марсе
Когда Земля и Марс сближаются, расстояние между ними составляет 60 миллионов километров, всё остальное время ещё больше. А условия на поверхности планеты совсем не приспособлены для жизни человека: высокая радиация, отсутствие кислорода и так далее. Робот же справляется с этими условиями гораздо лучше. Он и умеет много: кроме фотографий, которые он может передать на Землю радиоволной, Оппортьюнити — настоящий химик и исследовал состав атмосферы, камней и почв Марса.
11. Сохранение инерции в невесомости
Пока прозрачный сосуд находится в свободном вращении, жидкость в нём пытается попасть в самые дальние точки за счёт центробежной силы — то есть в две разные стороны капсулы. Когда капсула фиксируется, она передаёт импульс человеку, и, поскольку он твёрдый, все молекулы цилиндра прекращают движение. Молекулы жидкости же не соединены между собой (не образуют кристаллическую решётку), и их импульс не передаётся, а значит, они продолжат движение, пока трение его не прекратит.
12. Танец Венеры и Земли вокруг Солнца
Период обращения Земли вокруг Солнца (время, за которое Земля сделает один полный круг) составляет 365,24 земных суток. Венера находится ближе к Солнцу и проходит круг быстрее — за 224,7 земных суток. Если вспомнить, что такое наименьшее общее кратное, то можно посчитать, что через восемь оборотов Земли и 13 оборотов Венеры планеты встанут снова на исходные позиции. При этом наименьшим расстояние между планетами окажется лишь шесть раз, отсюда и пять лепестков на рисунке (которые появляется между двумя сближениями планет).
13. Восход с МКС
Космонавты и астронавты, работающие на Международной космической станции, имеют возможность наблюдать восход не так, как это делаем мы, люди на планете. Тем не менее смотреть на солнечный диск невооружённым глазом не получится — необходимо использовать световые фильтры. Перед самим восходом можно полюбоваться свечением атмосферы Земли: свет отражается в воздухе, и поэтому вокруг планеты появляется ореол.
14. Незаходящее солнце в арктическое лето
Кроме того, что Земля крутится вокруг Солнца, крутится она и вокруг своей оси. Вот только эти оси не параллельны, и так получается, что на полюсах нашей планеты полгода день, а полгода ночь. В период солнцестояния Солнце не заходит за горизонт вообще, для жителей северного полушария это конец июня — начало июля. В нашей стране наблюдать явление можно, например, на Кольском полуострове.
15. Солнечная система (размеры планет не соблюдены)
Планеты Солнечной системы, благодаря причудливым законам гравитации, вращаются в одной плоскости. Разделяют внутреннюю её часть — Солнце, Меркурий, Венера, Земля, Марс. И внешнюю — газовые гиганты Юпитер и Сатурн, ледяные гиганты Уран и Нептун (Плутон-то не планета уже). Разделяет эти области пояс астероидов, который, возможно, был раньше планетой. За планетами-гигантами следует пояс Койпера с карликовыми планетами, а ещё дальше — облако Оорта, из которого во внутреннюю часть изредка прилетают кометы.
16. Млечный путь в разных излучениях
Млечный путь — галактика, в которой мы живём, плоская по своей структуре и единственная галактика у которой видна лишь малая её часть. Всё потому, что мы находимся на краю диска галактики. И остальная часть просто загорожена ближайшими к нам звёздами. Тем не менее некоторые виды излучения доходят до нас из центра и с других краев галактики. Так астрономы изучают её строение.
17. Ночной вид с МКС
Звёздное небо усеяно мириадами звёзд, но с Земли видно лишь малое их количество. Виновница этому наша атмосфера, ведь она не совсем прозрачная, к тому же не во все дни ясная погода. В космосе видимость лучше, чем в самый ясный день на Земле, и не видны лишь те объекты, которые скрыты туманностями или другими звёздами. Или которые не светятся вообще.
18. Смена дня и ночи
Смена дня и ночи на Земле обусловлена вращением Земли вокруг своей оси. Иначе говоря, Земля, вращаясь, подставляет Солнцу разные свои стороны. Из космоса видна линия раздела тёмной и светлой части планеты. Линия эта называется терминатором (машиной не является, на людей не охотится).
19. Земля по сравнению с самой большой известной звездой
Звёзды различаются по размеру и различаются сильно. Это зависит в основном от двух параметров, а именно: сколько было водорода в окрестностях при рождении звезды и её жизненная стадия. Голубые гиганты — звёзды, которые горят быстро и имеют колоссальные размеры. Красные карлики горят чрезвычайно долго, но имеют малые размеры. По факту неизвестен ни один красный карлик, который закончил свой жизненный путь. Солнце сейчас проходит стадию жёлтого карлика, но придёт время, когда звезда накопит много гелия, и Солнце станет красным гигантом, заметно увеличившись.
20. Как в древности представляли Землю
Земля настолько крупная, что её поверхность кажется плоской, если наблюдатель находится на её поверхности. Так как в древности люди по-другому и не думали, их всегда интересовало, что же находится с другой стороны этой плоскости и какое расстояние до сферы, на которую приклеены звезды.
21. Вспышка сверхновой
Вспышка сверхновой — очень редкое явление, которое происходит в конце жизненного цикла некоторых звёзд. Когда наступает момент, звезда сбрасывает на многие миллионы километров свою оболочку. Этот феномен сопровождается очень яркой вспышкой света. Благодаря таким вспышкам, хоть они и происходят нечасто, астрономы могут измерять расстояния во Вселенной и изучать события, происходящие в очень удалённых галактиках.