Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Как несимметричное порождает симметрию, или Почему все планеты вращаются в одной плоскости
Ученые нередко говорят, что в бесконечно большой Вселенной может произойти все что угодно. Однако наблюдения, расчеты и симуляции показывают, что в звездных системах планеты всегда обращаются вокруг звезды в одной плоскости и в одном направлении. Выясняем, почему так происходит.
В Солнечной системе царит порядок: четыре внутренних планеты, пояс астероидов и четыре газовых гиганта вращаются вокруг Солнца в одной плоскости. И даже если выйти за эти границы, выяснится, что пояс Койпера также находится в этой плоскости. Учитывая то, что Солнце имеет сферическую форму и в космосе появляются звезды, вокруг которых планеты вращаются в каких угодно направлениях, факт того, что в нашей системе все выстроилось таким образом, кажется слишком уж большим совпадением. Более того, мы наблюдали, что почти в каждой звездной системе планеты выстраиваются так же. Попробуем разобраться, с чем это связано.
На сегодня ученые рассчитали орбиты планет с поразительной точностью. Они выяснили, что небесные тела вращаются вокруг Солнца в одной и той же двумерной плоскости с различием не более 7°.
Более того, если убрать из этого уравнения Меркурий — самую близкую к Солнцу планету, — станет заметно, насколько верно все остальное упорядочено по отношению друг к другу: отклонения от неизменной плоскости Солнечной системы составляют не более двух градусов.
К тому же планеты вращаются вокруг Солнца в том же направлении, в котором вращается оно само вокруг своей оси. Как вы уже могли догадаться, ось вращения Солнца также находится в пределах 7° отклонения по сравнению с орбитами всех планет в системе.
Тем не менее сложно представить, что все сложилось так само собой, а не кто-то извне втиснул все тела в одну систему и заставил их двигаться в одной плоскости. Интуитивно можно предположить, что орбиты должны быть ориентированы случайным образом, так как гравитация работает одинаково во всех трех (пространственных) измерениях. Также вероятнее предположить образование некоего роя из клочков вещества, нежели упорядоченный набор идеальных кругов. Дело в том, что, если очень сильно отдалиться от Солнца — дальше планет и астероидов, дальше кометы Галлея и ей подобных, выйти даже за пределы пояса Койпера, — именно это вы и увидите.
Итак, почему планеты оказались в одном диске? Почему они все расположены в одной плоскости, а не беспорядочно летают вокруг звезды? Чтобы понять это, нужно вернуться во времена, когда Солнце только начинало формироваться из одного из молекулярных газовых облаков, из которых образуются все звезды во Вселенной.
Когда молекулярное облако становится достаточно массивным, гравитационно связанным и достаточно холодным, чтобы сжиматься и коллапсировать под действием собственной гравитации, — вроде туманности Трубка (сверху слева), — оно образует достаточно плотные области, в которых появляются новые звездные кластеры (обозначены кругами на картинке, в правом верхнем углу).
Вы тут же обратите внимание, что эта туманность, как и любая подобная ей, не имеет идеальной сферической формы, она скорее необычно продолговата. Гравитация не терпит несовершенств, а из-за того, что это инерционная сила, возрастающая вчетверо при каждом уменьшении расстояния к массивному объекту вдвое, она воспринимает даже небольшие различия в исходной форме и значительно усиливает их за короткий срок.
В результате получается звездообразующая туманность с несимметричной формой: звезды в ней образуются в областях с самой высокой плотностью газа. Но если заглянуть внутрь нее и посмотреть на отдельные звезды, то мы увидим, что они представляют собой практически идеальные сферы — вроде Солнца.
Однако как сама туманность стала несимметричной, так и отдельные звезды, сформировавшиеся в ней, образовались из сверхплотных несимметричных сгустков. Эти сгустки коллапсируют в одном из трех измерений, а так как вещество, из которого состоим мы, атомы, атомные ядра и электроны, притягивается само к себе и взаимодействует при столкновении с другим веществом, в итоге получится продолговатый диск из вещества. Да, гравитация будет притягивать большую ее часть к центру диска, в котором сформируется звезда, но вокруг нее образуется то, что ученые называют протопланетным диском. И благодаря космическому телескопу «Хаббл» нам удалось увидеть эти диски напрямую.
Это первая своего рода подсказка, указывающая на то, что в итоге получится нечто упорядоченное в одной плоскости. Чтобы перейти к следующему шагу, нам придется обратиться к симуляциям, так как мы еще недостаточно долго существуем и попросту не успели наблюдать это явление — а ему требуется около миллиона лет — в молодой звездной системе.
После того как протопланетный диск «сплющивается» в одном измерении, он продолжит сжиматься с попаданием все большего вещества в его центр. Но, несмотря на то, что большая часть материала сосредоточится в нем, немалая часть газа и пыли выйдет на стабильные вращающиеся орбиты в этом диске.
Почему? Существует физическая величина, которая должна сохраняться: угловой момент, рассказывающий нам, сколько вращается вся система — газ, пыль, звезда и все остальное. То, как угловой момент работает и как равно он распределен между всеми частицами системы, по сути, указывает, что все в диске должно двигаться, грубо говоря, в одном направлении — по часовой стрелке или против нее. Со временем этот диск достигнет стабильных размеров и плотности, а затем небольшие гравитационные неустойчивости начнут превращать эти неустойчивости в планеты.
Конечно, есть небольшие различия между частями диска, как и небольшие различия в изначальных условиях. Звезда, образующаяся в центре, это не одна точка, а скорее протяженный объект — около миллиона километров в диаметре. При сложении всех этих деталей воедино не получится идеальной плоскости, но выйдет что-то очень близкое к ней. По сути, мы совсем недавно нашли первую планетную систему за пределами Солнечной, в которой нам удалось наблюдать процесс формирования молодых планет в одной плоскости.
Молодая звезда HL Тельца, расположенная примерно в 450 световых годах от Земли, окружена протопланетным диском. Возраст самой звезды оценивается примерно в миллион лет. Очевидно, что это диск, в котором все находится в одной плоскости, однако в нем присутствуют темные «разрывы». Каждый из этих разрывов соответствует молодой планете, притянувшей все вещество в своих окрестностях. Пока не известно, какие из них в итоге объединятся, какие выбросит из диска, а какие переместятся внутрь него и будут поглощены материнской звездой. Между тем нам представилась возможность наблюдать поворотный момент в развитии молодой звездной системы. И пусть ранее ученые смогли наблюдать молодые планеты, именно этот этап исследовать не удавалось. Все этапы формирования звездной системы удивительны и соответствуют одной и той же истории.
Но почему планеты находятся в одной плоскости? Потому что они формируются из несимметричного газового облака, которое сначала коллапсирует в кратчайшем направлении, затем вещество «сплющивается» и «склеивается» с самим собой, после чего сжимается по направлению к центру. Но вместо того, чтобы упасть на него, оно начинает вокруг него вращаться. В итоге из неоднородностей в этом молодом диске образуются планеты, которые продолжают вращаться в той же плоскости с разницей в несколько градусов.
Это один из тех случаев, когда наблюдения и симуляции, основанные на теоретических расчетах, удивительным образом согласуются друг с другом. Так что, где бы во Вселенной вы ни оказались, любые планеты вокруг любых звезд всегда будут вращаться в одной плоскости.
«Яндекс» внедряет нейросетевые технологии с 2010-х годов — этому предшествовало много лет исследований в сфере машинного обучения. Со временем такие разработки сделали сервисы компании удобнее и быстрее: например, сегодня пользователи «Поиска» получают более подробные ответы на свои запросы, в которых могут комбинировать текст и изображение.
Инженеры Федеральной политехнической школы Лозанны (Швейцария) сконструировали мультимодального робота, который может не только взлетать, но и ходить, и прыгать, как птицы. Крылатый дрон способен так же легко, как пернатые, перемещаться как в наземной, так и в воздушной среде. При этом за мощные ноги ему не надо расплачиваться дополнительным весом — это позволит найти новые решения для взлета беспилотников и самолетов в сложных условиях.
Увидеть обратную сторону Луны с земной поверхности нельзя. Тем не менее эта малоизученная часть естественного спутника постепенно раскрывает свои секреты: летом 2024 года китайская автоматическая межпланетная станция «Чанъэ-6» доставила на Землю образцы грунта из южной части бассейна Аполлон, расположенного к северо-востоку от самого большого и древнего лунного кратера (бассейн Южный полюс — Эйткен). Подробный анализ грунта позволил точно определить возраст пород и заключить, что в прошлом на обратной стороне Луны активно извергались вулканы.
Американская лунная программа «Артемида» предусматривает экспедиции длительностью от нескольких дней до долгих недель и даже месяцев, но луномобиля для передвижения экипажа по поверхности спутника Земли на сегодня нет. Поэтому космическое агентство США продумывает план действий на случай, если астронавты окажутся далеко от базы и кто-то из них внезапно не сможет идти самостоятельно.
Сражались ли амазонки на территории нашей страны, как развивались первые крупные города и чем древний геном выносливее современного — об этом нам рассказал Харис Мустафин, заведующий лабораторией исторической генетики, радиоуглеродного анализа и прикладной физики МФТИ.
Последние полвека темпы развития науки снижаются. В быту это пока незаметно, потому что от фундаментального открытия до его реализации в технике проходят десятки лет. Но замедление длится слишком долго, то есть вскоре мы столкнемся с замедлением развития техники в целом. Naked Science решил дать перевод видео физика и популяризатора Сабины Хоссенфельдер на эту тему. Что же не так с современной наукой и можно ли что-то исправить?
Международная коллаборация физиков под руководством ученых из Йельского университета в США представила самые убедительные на сегодня подтверждения существования нового типа сверхпроводящих материалов. Доказательство существования нематической фазы вещества — научный прорыв, открывающий путь к созданию сверхпроводимости совершенно новым способом.
Обсерватории постоянно улавливают «мигающие» радиосигналы из глубин Вселенной. Чаще всего их источниками оказываются нейтронные звезды, которые за это и назвали пульсарами. Но к недавно обнаруженному источнику GLEAM-X J0704-37 они, по мнению астрономов, отношения не имеют.
Многие одинокие люди считают, что окружающие не разделяют их взглядов. Психологи из США решили проверить, так ли это на самом деле, и обнаружили общую особенность у людей с недостаточным количеством социальных связей.
малейшая нестабильность приведёт к схлопыванию в направлении, заданном случайноЭто понятно. Поскольку направление случайно, то одни сгустки схлопнутся в одном направлении, другие в другом и т.п. То есть нет какого-то одного преобладающего направления. Почему же в итоге всё оказывается в одной плоскости?
малейшая нестабильность приведёт к схлопыванию в направлении, заданном случайноЭто понятно. Поскольку направление случайно, то одни сгустки схлопнутся в одном направлении, другие в другом и т.п. То есть нет какого-то одного преобладающего направления. Почему же в итоге всё оказывается в одной плоскости?
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
ПонятноИз-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
ПонятноНаши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
ПонятноМы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
ПонятноМы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Комментарии