Книга Астрофизика начинающим: как понять Вселенную - Грегори Мон

Если бы с такой скоростью вертелась наша планета, ваш школьный день продолжался бы минут двадцать. Правда, и каникулы были бы покороче, а главное, нас и вообще на Земле бы не оказалось.

Посмотрите на Сатурн, мою вторую любимую планету! Сутки на Сатурне длятся всего десять с половиной часов.

Объекты, которые быстро вращаются, имеют свойство сплющиваться. Земля, например, не является идеальной сферой. Наша планета вертится вокруг воображаемой оси, проходящей через точки Северного и Южного полюсов. Расстояние от одного полюса до другого вдоль этой линии короче, чем расстояние между противоположными точками на земном экваторе. Другими словами, Земля немного сплющена у полюсов.

И эта сплюснутость действительно небольшая: разность экваториального и полярного радиусов Земли составляет всего около 26 миль.

Почему Дед Мороз должен проводить отпуск в Эквадоре

Если бы Земля вращалась всего в шестнадцать раз быстрее, то центробежная сила, та же сила, которая толкает вас наружу, когда вы катаетесь на карусели, или удерживает воду в ведре, если вы вертите его вокруг себя на вытянутой руке, сделала бы все тела на экваторе невесомыми. Даже теперь, при нынешней скорости вращения Земли, Дед Мороз весил бы примерно на фунт меньше на экваторе, чем на Северном полюсе, где центробежные силы не действуют. В отпуске все хотят чувствовать себя более стройными, так что, если вы хотите узнать, где Дед Мороз проводит свои летние каникулы, я бы посоветовал искать его именно там.

Чем быстрее объект вертится, тем более сплюснутым становится. Вернемся к нашим гамбургерам. Раз Сатурн вращается со скоростью 22 000 миль в час, получается, что эта планета между полюсами сплюснута на добрых 10 % по сравнению с ее экваториальным диаметром. Такая разность диаметров заметна даже в маленький любительский телескоп. Вот и выходит, что Сатурн мало похож на идеальную сферу, а больше – на бургер, широкий посредине и сплюснутый сверху.

Вселенная любит сферы. Если не считать кристаллов и обломков камней, в космосе очень немногие тела имеют острые кромки. У многих объектов очень странная форма, но список круглых тел практически бесконечен: от мыльных пузырей до галактик и далее.

ФАКТ

Сплющенная сфера называется эллипсоидом вращения. Земля – эллипсоид вращения, и Сатурн тоже.

Физические законы, которые управляют Вселенной, благоприятствуют сферам больше, чем другим формам. Возьмем, к примеру, поверхностное натяжение. Эта сила стягивает вещество на поверхности объекта. Рассмотрим мыльный пузырь. Сам он состоит из мыла и воды. Внутри – воздух в замкнутой ловушке. Поверхностное натяжение жидкости в пузыре сжимает воздух по всем направлениям. В мгновения, когда пузырь формируется, оно замыкает воздух в объеме, для которого площадь поверхности минимальна. Получается пузырь с максимальным возможным давлением, потому что мыльная пленка не растянется больше, чем это необходимо. А форма с наименьшей площадью поверхности для данного объема – это и есть идеальная сфера.

Можно было бы ежегодно экономить миллиарды долларов на упаковочных материалах, делая сферическими все упаковочные ящики и коробки в супермаркетах. Содержимое самого большого ящика сухого завтрака «Чириоз» легко уместилось бы в сферическую коробку радиусом в четыре с половиной дюйма. Просто никому не хочется бегать по коридору за раскатывающимися в разные стороны круглыми коробочками, которые будут то и дело сваливаться с полок.

На борту орбитальной космической станции, где царит невесомость, можно осторожно разбрызгивать капельки расплавленного – или жидкого – металла, и в воздухе будут плавать маленькие блестящие бусинки. Когда они остынут, они затвердеют, и поверхностное натяжение придаст им форму абсолютно идеальных сфер.

Для больших космических объектов, таких как планеты и звезды, поверхностное натяжение не столь важно. Эти объекты делают сферическими энергия и тяготение. Тяготение не только заставляет яблоки срываться с веток или искривляет пространство. Оно пытается сжать вещество во всех направлениях, стягивая его во все меньшем и меньшем объеме. Но тяготение не всегда побеждает – в твердых телах химические связи очень сильны. Гималаи, величайшая горная цепь нашей планеты, не проваливаются к центру Земли под действием тяготения, потому что этому противодействует жесткость каменного материала земной коры.

Конечно, на Земле есть высокие горные пики и глубокие ущелья, но, когда смотришь на нее из космоса, наша планета выглядит идеально гладкой сферой.

Прежде чем восхищаться величественными горными хребтами, стоит вспомнить, что по сравнению с другими планетами Земля имеет довольно плоскую поверхность. Молодежи, восходящей на Гималаи, горы представляются гигантскими. Городскому мальчику вроде меня кажется огромным любой высокий холм. И можно решить, что из-за всех этих горных вершин Земля из космоса, с большого расстояния, видится довольно неровной. Но Земля как космический объект удивительно гладкая. Если бы у вас был сверхгигантский волшебный палец и вы бы провели им по земной поверхности (по океанам и по всему остальному), она показалась бы вам гладенькой, как бильярдный шарик. Глобусы, на которых делают рельефную поверхность, чтобы отметить горные цепи, очень преувеличивают реальную высоту гор.

Итак, несмотря на горы и ущелья и на легкую сплюснутость у полюсов, Земля из космоса все же выглядит идеальной сферой.

Земные горы смотрятся довольно скромно, и если их сравнивать с некоторыми другими горными вершинами Солнечной системы. Величайшая гора Марса Олимп имеет высоту 65 000 футов и основание почти 300 миль в диаметре. По сравнению с ней знаменитый пик Мак-Кинли на Аляске выглядит кротовой горкой. Даже Эверест более чем вдвое ниже нее.

Скажете, нечестно? Почему это марсианам так повезло? Космический рецепт здесь простой: чем слабее гравитация на поверхности объекта, тем выше могут быть на нем горы. Высота Эвереста близка к предельной высоте земной горы – если бы он был чуть больше, каменные слои, на которых он лежит, могли бы проломиться под его тяжестью.

На этой картинке художник изобразил двойную систему, в которой вращающаяся нейтронная звезда высасывает вещество из своего умирающего соседа, тусклого красного гиганта.