Пет странни неща, които се случват в космоса


пространство

Кредит: Pixabay/CC0 Public Domain

Не е нужен учен по ракета, за да разбере, че космосът е странен. Но колко странно може да ви изненада. Пространството е доминирано от невидими електромагнитни сили, които обикновено не усещаме. Освен това е пълен с причудливи видове материя, които никога не изпитваме на Земята. Ето пет неземни неща, които се случват почти изключително в космоса.

1. Плазма

На Земята материята обикновено приема едно от трите състояния: твърдо, течно или газообразно. Но в пространство99,9% от нормалната материя е в съвсем различна форма – плазма. Изработено от хлабави йони и електрони, това вещество е в свръхзаредено състояние отвъд газа, което се създава, когато материята се нагрява до екстремни температури или се задейства със силен електрически ток.

Въпреки че рядко взаимодействаме с плазмата, ние я виждаме през цялото време. Всички звезди в нощното небе, включително слънцето, са предимно от плазма. Дори понякога се появява на Земята под формата на светкавици и в неонови надписи.

В сравнение с газа, където отделните частици хаотично се приближават, плазмата може да действа колективно, като екип. Той едновременно провежда електричество и се влияе от електромагнитни полета—които действат под същата сила, която държи магнитите върху хладилника ви. Тези полета могат да контролират движенията на заредените частици в плазмата и да създават вълни, които ускоряват частиците до огромни скорости.

Космосът е пълен с такива невидими магнитни полета, които оформят пътищата на плазмата. Около Земята същото магнитно поле, което кара компасите да сочат на север, насочва плазмата през пространството около нашата планета. На слънцето се стартират магнитни полета слънчеви изригвания и директни изригвания на плазма, известни като слънчевия вятър, които пътуват през Слънчевата система. Когато слънчевият вятър достигне Земята, той може да задвижи енергийни процеси, като полярните сияния и космическото време, които, ако са достатъчно силни, могат да повредят сателитите и телекомуникациите.







Това изхвърляне на коронална маса, огромен изблик на плазма от слънчевата повърхност, беше уловен от мисията SOHO на ESA/NASA. Кредит: ESA/NASA/SOHO

2. Екстремни температури

От Сибир до Сахара Земята преживява широк диапазон от температури. Записите съществуват до 134°F и чак до -129°F (57°C до -89°C). Но това, което смятаме за екстремно на Земята, е средно в космоса. На планети без изолираща атмосфера температурите се колебаят силно между деня и нощта. Меркурий редовно вижда дни около 840°F (449°C) и студени нощи до -275°F (-171°C). А в самото пространство някои космически кораби изпитват температурни разлики от 60°F (33°C) точно между техните осветени от слънцето и сенчести страни. Това би било като да замръзне чаша вода на сянка в горещ летен ден! Соларната сонда Parker на НАСА, при най-близкия подход до слънцето, ще изпита разлики от над 2000 градуса.

Сателитите и инструментите, които НАСА изпраща в космоса, са внимателно проектирани, за да издържат на тези крайности. Обсерваторията за слънчева динамика на НАСА прекарва по-голямата част от времето си на пряка слънчева светлина, но няколко пъти годишно орбитата й преминава в сянката на Земята. По време на това космическо съединение, известно още като затъмнение, температурата на обърнатите към слънцето слънчеви панели пада с 317°F (158°C). Бордовите нагреватели обаче се включват, за да поддържат електрониката и инструментите в безопасност, като позволяват понижаване само с половин градус.

По същия начин, костюмите на астронавтите са създадени да издържат на температури от -250°F до 250°F (-157°C до 121°C). Костюмите са бели, за да отразяват светлината, докато са на слънце, а нагревателите са поставени отвътре, за да поддържат астронавтите топли в тъмното. Те също така са проектирани да осигуряват постоянно налягане и кислород и да устояват на щети от микрометеоритите и ултравиолетовото лъчение на слънцето.







Анимация на соларната сонда Паркър на НАСА, минаваща близо до слънцето. Докато Паркър се върти около слънцето, то се върти, за да задържи чувствителните към температура инструменти зад 4,5 инча дебел въглероден композитен щит, проектиран да издържа на температури, приближаващи се до 2500°F (1371°C). В сянката на щита останалата част от инструмента ще остане близо до стайна температура. Кредит: Центърът за космически полети Годард на НАСА/Студио за научна визуализация

3. Космическа алхимия

Точно сега слънцето изстисква водород в хелий в основата си. Този процес на свързване на атоми заедно под огромно налягане и температура, изковавайки нови елементи, се нарича синтез.

Когато Вселената се е родила, тя съдържа предимно водород и хелий, плюс малко други светлинни елемента. Сливането на звезди и свръхнови оттогава е снабдило космоса с повече от 80 други елемента, някои от които правят живота възможен.

Слънцето и другите звезди са отлични машини за синтез. Всяка секунда слънцето стопява около 600 милиона метрични тона водород – това е масата на Голямата пирамида в Гиза 102 пъти!

Заедно със създаването на нови елементи, синтезът освобождава огромни количества енергия и частици светлина, наречени фотони. Тези фотони отнемат около 250 000 години, за да се изкачат на 434 000 мили (около 700 000 километра), за да достигнат видимата повърхност на слънцето от слънчевото ядро. След това светлината отнема само осем минути, за да измине 93 милиона мили (150 милиона километра) до Земята.

Деленето, противоположната ядрена реакция, която разделя тежките елементи на по-малки, е демонстрирана за първи път в лаборатории през 30-те години на миналия век и днес се използва в атомни електроцентрали. Енергията, освободена при делене, може да създаде катаклизъм. Но за дадено количество маса, тя все още е няколко пъти по-малко от енергията, създадена от синтеза. Учените обаче все още не са измислили как да контролират плазмата по начин да произвеждат енергия от реакциите на синтез.







Сливането е процес, при който леките елементи се притискат под огромно налягане и температура в нови по-тежки елементи. Кредит: Центърът за космически полети Годард/CILab на НАСА

4. Магнитни експлозии

Всеки ден пространството около Земята процъфтява от гигантски експлозии. Когато слънчевият вятър, потокът от заредени частици от слънцето, се натиска срещу магнитната среда, която заобикаля и защитава Земята – магнитосферата – той заплита слънцето и магнитните полета на Земята. В крайна сметка линиите на магнитното поле се пречупват и подреждат, изстрелвайки близките заредени частици. Това експлозивно събитие е известно като магнитно повторно свързване.

Докато не можем да видим магнитно повторно свързване с голи очи можем да видим ефектите му. Понякога някои от възмутените частици се изливат в горната атмосфера на Земята, където предизвикват сиянията.

Магнитното повторно свързване се случва в цялата вселена, където и да има усукващи се магнитни полета. Мисиите на НАСА като мисията Magnetopheric Multiscale измерват събитията за повторно свързване около Земята, което помага на учените да разберат повторното свързване там, където е по-трудно да се изучава, като изригвания на слънцето, в области около черни дупки и около други звезди.







В пространството около Земята непрекъснато се случват огромни, невидими експлозии. Тези експлозии са резултат от усукани линии на магнитно поле, които щракват и пренареждат, изстрелвайки частици в пространството. Кредит: Центърът за космически полети Годард/CILab на НАСА

5. Свръхзвукови удари

На Земята лесният начин за прехвърляне на енергия е да дадеш тласък на нещо. Това често се случва при сблъсъци, например когато вятърът кара дърветата да се люлеят. Но в космическо пространство, частиците могат да пренасят енергия, без дори да се докосват. Този странен трансфер се извършва в невидими структури, известни като удари.

При удари енергията се пренася чрез плазмени вълни и електрически и магнитни полета. Представете си частиците като ято птици, които летят заедно. Ако попътният вятър се вдигне и изтласква птиците, те летят по-бързо, въпреки че не изглежда, че нещо ги тласка напред. Частиците се държат почти по същия начин, когато внезапно се сблъскат с магнитно поле. Магнитното поле може по същество да им даде тласък напред.

Ударните вълни могат да се образуват, когато нещата се движат със свръхзвукова скорост – по-бърза от скоростта на звука, т.е. Ако свръхзвуков поток срещне неподвижен обект, той образува това, което е известно като удар на носа, за разлика от вълната на носа, която се създава в носа на лодка, закотвена в бърз поток. Един такъв лъков шок е създаден от Слънчев вятър докато се вряза в земята магнитно поле.






Електрическите и магнитните полета могат да добавят и премахват енергия от частиците, променяйки скоростта им. Кредит: НАСА/Студио за научна визуализация на Центъра за космически полети Годард

Шокове се появяват другаде в космоса, като около активни свръхнови, изхвърлящи облаци от плазма. В редки случаи на Земята могат временно да бъдат създадени сътресения. Това се случва, когато куршумите и самолетите се движат по-бързо от скоростта на звука.

И петте от тези странни явления са често срещани в космоса. Въпреки че някои могат да бъдат възпроизведени в специални лабораторни ситуации, те най-вече не могат да бъдат намерени при нормални обстоятелства тук, на Земята. НАСА изучава тези странни неща в космоса, за да могат учените да анализират техните свойства, давайки представа за сложната физика, която е в основата на функционирането на нашата вселена.


3D симулациите подобряват разбирането на радиацията на енергийни частици и помагат за защитата на космическите активи


Цитат: Пет странни неща, които се случват в космоса (2021 г., 13 декември), извлечени на 4 май 2022 г. от https://phys.org/news/2021-12-weird-outer-space.html

Този документ е обект на авторско право. Освен всяка честна сделка с цел частно проучване или изследване, никоя част не може да бъде възпроизвеждана без писменото разрешение. Съдържанието е предоставено само за информационни цели.