​Нейтронные звёзды – крайне интересные объекты: очень плотные (объём Земли при такой плотности составлял бы всего 1 кубометр!), очень горячие, очень быстро вращающиеся и окружённые очень мощными магнитными полями.

Не менее интересен и процесс рождения нейтронных звёзд на последней стадии жизни звёзд больших масс.

В ядрах звёзд материя сжата их гравитацией до сверхплотных состояний. Причём чем больше звезда, тем плотнее сжато вещество. Но у этого сжатия есть предел. Дело в том, что существует наиболее плотная упаковка электронов, из которых, наряду с нейтронами и протонами атомных ядер, состоит звёздное вещество. Когда этот предел достигнут (о природе этого предела мы тут говорить не будем, дабы не погружаться в дебри квантовой физики; кому интересно,можете погуглить про запрет Паули или дождаться соответствующего материала тут), сжать вещество больше не представляется возможным, какие бы давления мы не прилагали.

Именно в таком состоянии максимального сжатия пребывает вещество звёздных ядер на поздних этапах их эволюции.

Когда звезда окончательно сжигает всё своё термоядерное топливо, и термоядерные реакции внутри неё прекращаются, давление внутри звезды резко падает, и её объём начинает быстро сокращаться под действием её собственной гравитации. При этом сжимаются внешние слои вещества звезды - ядро, как мы уже говорили, сжать особо не получается.

При сжатии все газы нагреваются, и газ звёзд – не исключение. Когда же нагрев достигает определённых величин, начинается процесс, именуемый нейтронизацией.

Суть его следующая: электроны звёздного вещества начинают захватываться атомными ядрами, а точнее, содержащимися в них протонами. Поглотившие электроны протоны превращаются в нейтроны, попутно порождая нейтрино - "специальные" крошечные частички.

В результате концентрация электронов в звёздном ядре быстро и резко падает. Ядро снова становится сжимаемым, и за очень короткое время его объём резко сокращается примерно в миллиард (!) раз – до таких значений плотности, при которых наиболее плотной упаковки достигают уже нейтроны.

Мы помним, что при сжатии вещество нагревается, и температура ядра возрастает до миллиардов градусов. Кроме того, по закону сохранения момента импульса скорость вращения такого ядра резко возрастает.

В освобождённый сжавшимся ядром объём устремляется вещество из внешних слоёв звезды. Это крайне высокоэнергетический процесс, ведь в него вовлекаются массы, во много раз превышающие массу Солнца, причём скорость «падения» вещества может достигать четверти скорости света. Сталкиваясь с уплотнившимся ядром, потоки вещества как бы отражаются от него (как отскакивает от пола сброшенный с высоты мяч), устремляясь во внешнее пространство. Этому процессу также способствуют исходящие из ядра потоки нейтрино.

Разлёт вещества звезды, сопровождаемый сильным излучением, мы наблюдаем как взрыв сверхновой.

В результате основная часть массы звезды оказывается рассеянной в окружающем пространства в виде т.н. планетарной туманности. А сверхплотное ядро такой звезды, состоящее преимущественно из нейтронов, и образует то, что мы называем нейтронной звездой.

​Одним из феноменальных свойств воды заключается в том, что горячая вода в некоторых ситуациях способна замёрзнуть быстрее, чем холодная.

В современной физике оно фигурирует как эффект Мпембы – по имени танзанийского школьника Эрасто Мпембы, в 1963 году попросившего объяснить этот эффект британского физика Денниса Осборна.
Осборн усомнился в существовании феномена и предложил школьнику провести научный эксперимент.

Эксперимент полностью подтвердил правоту Мпембы, и Осборн в 1969 году опубликовал его результате в журнале Physics Education, дав старт 50-летней научной дискуссии о причинах данного явления.

Лишь в 2013 году эффект Мпембы получил приемлемое объяснение в работе группы учёных во главе с Зи Чангом из Наньянгского технологического университета Сингапура.
Авторы теории полагают, что всё дело - в наличии у воды двух типов связей между атомами и молекулами.

Помимо обычной ковалентной связи, соединяющей атомы водорода и кислорода в молекулу H2O, в воде существуют ещё и т.н. водородные связи между водородом и кислородом в соседних молекулах. Подробнее об этом можно почитать здесь.

Так вот: Зи Чанг считает, что водородные связи способны также объяснить и эффект Мпембы. Нижеследующее изложение будет сильно упрощённым, но, на мой взгляд, передаёт суть явления.

Межмолекулярные и межатомные связи похожи на действие упругих сил: можно представить себе, что молекулы и атомы связаны друг с другом специальными «пружинками». Каждый атом водорода связан с двумя атомами кислорода с помощью двух «пружинок» разной природы: с атомом водорода «своего» атома – с помощью более короткой, но более упругой «пружинки» ковалентной связи и более длинной, но более слабой «пружинки» водородной.

При этом из-за наличия водородной «пружинки» ковалентная оказывается растянута несколько сильнее – то есть, в ней запасено чуть больше энергии, чем это было бы для одиночной молекулы воды (в отсутствие водородных связей, для лучшего понимания смотрите картинку).

Чем больше температура воды – тем меньше в ней водородных связей (водородные «пружинки» попросту рвутся из-за того, что молекулы движутся слишком быстро). А значит, тем меньше энергия, запасённая в ковалентных связях-«пружинках».

При охлаждении жидкости в ней начинает устанавливаться всё больше водородных связей.
При образовании каждой новой водородной связи происходит процесс «растягивания» ковалентной "пружинки", на который расходуется энергия. Это приводит к дополнительному охлаждению – не вследствие процессов обмена теплом с окружающей средой, а вследствие внутренних процессов в самой воде. В результате вода охлаждается быстрее, чем должна была бы.

При этом в изначально менее нагретой жидкости уже существует большее количество установившихся водородных связей (и, соответственно, уже растянутых ковалентных «пружинок»). А значит, данный механизм «внутреннего охлаждения» для неё будет действовать менее выраженно.

Проще говоря, изначально процесс идёт так, как ему и положено идти: более холодная изначально вода остывает быстрее. Однако когда изначально более горячая жидкость достигает температуры около 5-8 градусов Цельсия, при которой начинают массово образовываться стойкие водородные связи, скорость её охлаждения существенно возрастает. И при определённых соотношениях начальных температур возможна ситуация, когда горячая вода на этом этапе охлаждения «обгонит» холодную и замёрзнет первой.

Впрочем, даже при правильно подобранных разницах температур эффект Мпембы проявляется достаточно слабо и существует множество причин, почему он может не проявиться вообще. Например, жидкость нужно охлаждать достаточно резко, к тому же используя небольшие сосуды.

Картинка ниже – иллюстрация из оригинальной статьи Зи Чанга. Белый шарик в центре – атом кислорода. Справа – атом водорода «своей» молекулы воды, соединённый с ним короткой пружинкой сильной ковалентной связи. Слева – атом водорода «чужой» молекулы воды, связанный с данным атомом кислорода длинной пружинкой слабой водородной связи.

​Мы уже говорили о том, что во Вселенной вращающиеся вокруг общего центра масс объекты имеют свойство располагаться в виде плоского диска. Есть и другое подобное правило: если некий компактный массивный объект в космосе активно притягивает к себе большие объёмы вещества, то с его полюсов фонтанируют струи вещества.

Наиболее широко известен данный эффект у чёрных дыр, особенно сверхмассивных чёрных дыр в центрах галактик: такие потоки ещё называют релятивистскими струями, или джетами.

Чёрные дыры звёздных масс тоже порождают подобные потоки - например, когда поглощают материю звезды, внутри которой рождаются.

Способны порождать подобное и нейтронные звёзды на ранних этапах своей жизни, когда они особенно горячи и быстро вращаются, порождая особо мощные магнитные поля. Правда, чаще они излучают не плазму, а потоки радио- или рентгеновского излучения.

Наконец, даже обычные звёзды на ранних этапаж своей эволюции, будучи окружёнными значительными массами вещества газопылевого облака, из которого появились, похоже, тоже способны порождать полярные фонтаны: они известны как объекты Хербига-Аро.

А теперь плохая новость: мы пока не понимаем механику возникновения полярных струй. Они определённо связаны с магнетизмом, гравитацией и гидродинамикой; но как именно? Пока это загадка, относительно разрешения которой существуют лишь достаточно абстрактные качественные представления. Но учёные работают над тем, чтобы понять, почему так происходит.

​Холодильник для антиматерии

На фото изображена экспериментальная установка для хранения и перевозки антипротонов - пожалуй, самого дорогого вещества на Земле.

Антипротон – это «злой двойник» обычного протона, имеющий одинаковую с ним массу, и равные по модулю, но противоположные по знаку остальные характеристики (электрический заряд и барионное число). При столкновении протона и антипротона (как и любых других частиц и античастиц) обе они аннигилируют – полностью превращаются в электромагнитное излучение.

Теоретически это делает антивещество «идеальным топливом», однако пока о практическом его использовании речь не идёт: стоимость производства 1 грамма антипротонов составляет около 25 миллиардов долларов США. Правда, это лишь в теории: на практике за всё время Человечество не произвело и миллионной доли грамма антивещества.

Пока что антипротоны и ещё более драгоценная вещь, антиатомы, состоящие из антипротонов, антинейтронов и позитронов («антиэлектронов») используются буквально поштучно в некоторых научных экспериментах в области физики элементарных частиц.

Несмотря на редкость антиматерии, учёным уже приходится придумывать способы обращения с этим драгоценным веществом. К примеру, в Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН), где, кстати, находится крупнейшая установка по производству антипротонов, т.н. ELENA (Extra Low ENergy Antiproton) столкнулись с проблемой: как доставить «готовую продукцию» к «основному потребителю», установке ISOLDE (Isotope mass Separator On-Line facility), где изучают процессы, происходящие при столкновении античастиц и их систем с экзотическими атомами, имеющими сильно больше или сильно меньше нейтронов, чем им положено природой.

Расстояние между объектами составляет несколько сотен метров, но переправить антиматерию даже на это расстояние затруднительно: достаточно простого контакта с любым сделанным из обычной материи веществом, и драгоценная субстанция превратится в свет.

Для этого и спроектирована изображённая на картинке установка – электромагнитная ловушка, в которой антипротоны удерживаются в вакууме с помощью мощных магнитных и электрических полей без прямого контакта с веществом. Конструкцию можно будет грузить в кузов обычного грузовика, предусмотрена также система автономного электроснабжения на случай поломки транспортного средства по пути.

А вот так выглядит "цех по производству антиматерии" - установка ELENA (Extra Low ENergy Antiproton) в одной из лабораторий Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН).

Для производства антиматерии (точнее, антипротонов) поток обычных протонов, разогнанных до высоких скоростей, направляют на мишень, изготовленную из тяжёлых металлов. В процессе такой бомбардировки рождается множество частиц, в том числе и антипротоны. Задача установки ELENA - отделить их от других частиц и замедлить с околосветовых до условно небольших скоростей (официальное название установки - антипротонный замедлитель), на которых они могут быть использованы в дальнейших экспериментах.

За всё время существования ЦЕРН здесь получили несколько нанограммов (миллиардных долей грамма) антивещества.

Тушить горящее на сковороде масло водой - очень плохая идея. Вообще физика тушения водой состоит в изоляции горящего вещества от кислорода. Но с маслом это не работает: оно легче воды, и вода в нём банально тонет, в результате контакт с воздухом не прекращается. Более того: как можно видеть в данном видео, горение становится более интенсивным.

Дело в том, что горит ведь не само масло, а его пары, поднимающиеся с поверхности. Температура масла на сковороде существенно больше 100 градусов, так что вода почти моментально вскипает, разбрызгивая масло и существенно увеличивая площадь испарения. Короче, результат вам не понравится.

Самый простой способ потушить горящее масло - накрыть сковороду крышкой. Это надёжно прекратит приток кислорода и горение. Если крышки под рукой нет, подойдёт толстая натуральная ткань (не синтетика - она сама отлично горит), также можно засыпать огонь негорючим сыпучим веществом - солью, содой, землёй из цветочного горшка и т.п.

"Вселенский глобус", на котором отмечены 45 тысяч галактик, расположенные в пределах 380 миллионов световых лет от Млечного Пути (в центре).

Почему полосы на Юпитере более яркие, чем на Сатурне? Чтобы ответить на этот вопрос, сначала надо разобраться, почему эти полосы вообще возникают? Причина - тот же механизм циркуляций в атмосфере, который мы видим и на Земле: в одних точках планеты более горячий воздух поднимается вверх, в других - более холодный опускается вниз. Так вот: контрастный цвет полос объясняется тем, что в более горячих полосах аммиак, содержащийся в атмосфере планеты, замерзает, образуя отражающие солнечный свет ледяные облака.

Но почему тогда полосы на Юпитере заметно контрастнее чем на Сатурне?

Причина в том, что Сатурн находится дальше от Солнца, и средняя температура на нём ниже: порядка -170 Цельсия против примерно -110 у Юпитера. Из-за этого аммиак на Юпитере в различных зонах атмосферы то замерзает, то тает, существенно меняя оптические свойства атмосферы в той или иной атмосферной ячейке. На Сатурне же он весь находится в твёрдом состоянии во всех зонах, и поэтому столь резкого чередования не происходит, хотя оно есть.

​Так называемая проблема трёх тел - одна из вещей, которые в своё время поразили моё воображение при изучении физики: оказывается, что в принципе невозможно рассчитать в общем виде траекторию движения трёх тел, находящихся в гравитационном взаимодействии друг с другом.

То есть, мы можем записать уравнение (дифференциальное, разумеется) движения этих точек. Но проблема в том, что в общем виде оно не решается. Мы можем, впрочем, численно решить его для частного случая такой системы (зная массы, начальные положения и начальные скорости точек, описать эволюцию этой системы за какой-то промежуток времени), но не более того. И это не потому, что мы плохо знаем математику: доказано, что общего решения такой задачи не существует в принципе.

Другой вариант - попытаться поискать такие наборы начальных условий, при которых движение трёх лет будет устойчивым: то есть, они не будут сталкиваться или разлетаться, а будут описывать некую одну и ту же орбиту, пусть подчас и весьма сложную.

До 21 века было известно всего 8 таких решений. Шесть из них касались случая, когда все три тела в начальный момент времени находятся на одной прямой. Ещё одно решение, так называемое решение Лагранжа, описывает движение тел равной массы, находящихся в углах равностороннего треугольника (Лагранж показал, что этот треугольник остаётся равносторонним и в ходе эволюции системы).

В 2013 году с помощью суперкомпьютеров сербские учёные Милован Шуваков и Велько Дмитрашинович нашли ещё 13 таких решений для тел равной массы. А в 2018 году в Шанхайском университете обнаружили ещё 234 новых решения.

Между тем, системы из трёх тел (например, трёх гравитационно связанных звёзд) в космосе встречаются не то чтобы редко: ближайшая к нам звёздная система Альфа Центавра, например, является тройной.

Интересным свойством таких систем является их неустойчивость: в результате сложных взаимных перемещений частей системы одна из них может в определённый момент времени обрести значительную скорость и быть как бы выброшенной за пределы системы. Частным случаем наличия таких решений задачи трёх тел является манёвр, известный как гравитационная праща, который уже сегодня применяют в космических полётах.

На картинке - орбиты движения тел в том самом решении Лагранжа с треугольниками.

Небольшое дополнение к предыдущей публикации.

Проблема трёх тел получила довольно широкую известность благодаря одноимённому фантастическому роману китайского автора Лю Цысиня, в котором Земля оказывается под угрозой нашествия инопланетян из тройной звёздной системы, страдающих от катастроф, связанных с катастрофической нестабильности движения звёзд этой системы: планета то перегревается, то, наоборот, оказывается полностью замороженной.

Так вот. При всей безусловной годности первой книги, являющей собой хороший образец редкой в наши дни настоящей научной фантастики, и условной годности второй книги трилогии (в третьей автора, на мой взгляд, понесло куда-то не туда), уже в первой книге содержится, к сожалению, большая научная ошибка. Трисолярис, родная система инопланетян, не мог бы оставаться тройной звездой долгое время: средний срок жизни плотных тройных систем оценивается в 10 миллионов лет, по истечение которых они как правило избавляются от третьего компонента (его выбрасывает "гравитационная рогатка"), превращаясь в довольно стабильные двойные системы.

Для сравнения, для развития жизни на Земле до появления человека понадобилось около 3,5 миллиарда лет.

Не факт, что условия жизни на планете в такой системе в результате станут более пригодными для жизни. Однако важен факт: вряд ли тройная система сможет существовать достаточно долго для того, чтобы на ней успела развиться разумная жизнь (даже если это вообще возможно).

А так-то книга, повторюсь, рекомендуется к прочтению ценителями жанра.

Это дрон "Индженьюити" - вероятно, первый человеческий летательный аппарат, который совершит управляемый полёт в атмосфере другой планеты - а точнее, Марса.

Разработанный НАСА "марсолёт" уже доставлен на Марс и благополучно пережил первую марсианскую ночь. Сейчас он заряжает батареи перед первым полётом, пока учёные с Земли проводят диагностику всех систем дрона.

Первый полёт "Индженьюити" запланирован на 11 апреля. Это будет первым полётом земного летательного аппарата в разреженной атмосфере Марса.

Фото сделано марсоходом "Пресервенс".

​Зачем нам лететь на Луну? Например, за дешёвой электроэнергией

И я говорю сейчас не о гелии-3 – идеальном топливе для термоядерных реакторов, которое на Земле не встречается. Возможно, Луна сможет давать нам электричество в значительных объёмах и до того, как мы освоим термоядерный синтез: речь идёт о проекте так называемого лунного энергетического пояса – полосы из солнечных электростанций, которая протянется вдоль всей окружности Луны по её экватору.

Солнечные батареи на Луне будут работать куда эффективнее их земных аналогов: на Луне нет рассеивающей и поглощающей свет атмосферы, кроме того, по той же причине там не бывает пасмурных дней. Там также нет ветра, который будет поднимать в воздух загрязняющую батареи пыль – в общем, КПД будет существенно выше, чем у земных солнечных станций.

По имеющимся оценкам, Лунный пояс шириной в 400 километров будет производить около 10 петаватт электроэнергии – это около половины всей потребляемой на Земле электрической мощности.

Правда, в теории все те же плюсы мы получим и при размещении батарей на орбите Земли. Но по сравнению с этим у лунного варианта есть одно колоссальное преимущество: в теории мы можем наладить производство батарей на Луне из местных материалов. По сути нам будет достаточно доставить на Луну лишь технику и, возможно, ограниченное количество материалов, которые всё-таки проще привезти с Земли. В результате стоимость создания Лунного пояса существенно уменьшится: по существующим оценкам, она составит около 200 триллионов долларов, что примерно в 6-15 раз меньше, чем стоимость строительства электростанций аналогичной мощности на Земле.

Доставлять произведённую на Луне электроэнергию на Землю можно посредством направленных пучков радиоволн или же мощных лазеров, «нацеленных» на специальные приёмники на поверхности Земли.

Разумеется, для того, чтобы начать реализацию такого проекта, на Луне предстоит построить весьма развитую инфраструктуру, и даже при максимальном применении робототехники для создания и обслуживания комплекса потребуется работа на Луне сотен человек в течение долгого времени.

Проработать соответствующие технологии помогут проекты лунных баз, разрабатываемые США, Россией, Китаем и другими странами – к сожалению, отдельно друг от друга, а не совместными силами.

На картинке – иллюстрация того, как это всё может выглядеть, а также того, как будет выглядеть «окольцованная» Луна с Земли.

...но основным коммерческим интересом на Луне всё-таки считаются планы по добыче там гелия-3. Это такой лёгкий изотоп гелия, в котором на 1 нейтрон меньше, чем в обычном гелии-4.

Гелий-3 на Земле не встречается, его производят искусственно. На Луне же он лежит просто так.

Гелий-3 является почти идеальным топливом для термоядерного синтеза. Проблема в том, что пока мы не умеем инициировать в нём термоядерные реакции, но мы активно учимся.

По оценкам учёных, эта задача будет решена через 20-30 лет. И если окажется, что гелий-3 нужен уже, а взять его негде, будет обидно.

Так что если мы всерьёз нацелены на термоядрный синтез как новый источник энергии, то лететь на Луну надо, причём как можно быстрее.

На фото - одна из визуализаций процесса добычи гелия-3 на луне в открытых карьерах с помощью горного комбайна.

​Продолжаем рассуждать о том, зачем нужно лететь на Луну. Один из интересных вариантов – промежуточный космодром для более дальних космических полётов.

Действительно, гравитация Луны в 6 раз меньше, чем на Земле. Соответственно, на разгон космического корабля для набора им второй космической скорости нужно потратить примерно в 36 раз меньше энергии, чем при старте с Земли.

План такой, для полёта, скажем, к Марсу, мы сначала летим на Луну, где пересаживаемся в другой космический корабль, и на нём уже летим к цели.

Ракетное топливо для второго этапа полёта можно будет получать прямо на Луне: там есть вода в виде льда, которую можно разделять на водород и кислород, получая топливо для водородных двигателей. А значит, при старте с Земли нам нет необходимости нагружать себя топливом для полёта непосредственно к Марсу - вместо него можно будет взять с собой что-то полезное.

В связи с этим использование поверхности Луны в качестве «космодрома подскока» выглядит боле привлекательным, чем, скажем, космодром, размещённый на её орбите (предусмотренный, например, американским проектом Lunar Orbital Platform-Gateway). Да и вообще преимуществ масса: к примеру, для строительства зданий и сооружений космодрома можно будет использовать материалы, добытые непосредственно на Луне, а не везти их с Земли.
Другой вопрос, куда и зачем нам нужно лететь с этого космодрома? Но до этого вопроса мы ещё дойдём.

Ну и минутка юмора.

Это реальная рассекреченная стенограмма с борта "Аполллона-11". Предмет обсуждения космонавтов - кусочек.... м-м-м-м...твёрдого продукта человеческой жизнедеятельности, или, проще говоря, какашка, которую заметили парящей посреди кабины космического корабля.

Дело в том, что туалета как такового на "Аполлоне" не было, а естественны потребности космонавты справляли в, по сути, высокотехнологичные памперсы особой конструкции. Со всеми вытекающими (а точнее, вылетающими - происходит-то всё в невесомости!) последствиями.

К чести советских космических конструкторов, полноценный туалет имелся даже на первом космическом корабле "Восток-1", на котором отправился в космос Гагарин.

​Мы тут время от времени говорим о чёрных дырах, но выяснилось, что некоторые наши подписчики не очень хорошо понимают, что они вообще такое. Попытаюсь объяснить максимально просто.

В механике существует понятие второй космической скорости, или скорости убегания – скорости, которую нужно придать объекту, находящемуся вблизи небесного тела для того, чтобы оно покинуло орбиту этого тела и улетело в открытый космос. Эта скорость пропорциональна массе небесного тела и обратно пропорциональна расстоянию между небесным телом и объектом. В случае сферических объектов, таких как звёзды или планеты, имеется в виду расстояние до его центра масс.

Отсюда следует, что при определённом расстоянии до объекта скорость убегания станет равной скорости света и даже превысит её. А так как превысить скорость света нельзя, то такая ситуация означает, что ничто не сможет покинуть орбиту этого небесного тела – даже свет, излучаемый этим телом.

Расстояние до центра масс небесного тела, на котором убегание становится невозможным, называется гравитационным радиусом данного небесного тела.

Образуется как бы «область неубегания», попав в которую так или иначе любой другой объект уже никогда не сможет вылететь обратно, как бы ни двигался. Вот эту область и называют чёрной дырой, а её внешнюю границу – горизонтом событий.

Другой вопрос, что для подавляющего большинства встречающихся нам объектов гравитационный радиус существенно меньше их реального радиуса, и такая ситуация на практике не реализуется. Для того, чтобы гравитация объекта реально породила «область неубегания», масса объекта должна быть упакована в очень небольшой объём: скажем, масса Земли должна уместиться в сферу радиусом всего в 0,9 сантиметра.

Так вот: любое тело, гравитационный радиус которого превосходит его реальный размер, образует «область неубегания», т.е. чёрную дыру. Иными словами, чёрная дыра возникает вокруг любого достаточно сильно сжатого объекта. Теоретически центральные объекты чёрной дыры могут иметь различное происхождение и пребывать в различном состоянии – разницы мы всё равно не заметим. Более того, для нас, находящихся снаружи чёрной дыры, принципиально невозможно узнать что-либо о состоянии этого объекта, так как мы не можем получить о нём никакой информации: любые сигналы навеки «запечатаны» внутри чёрной дыры и не могут выйти за пределы горизонта событий.

Поэтому зачастую говоря, к примеру, о "плотности чёрной дыры", астрономы говорят не о плотности её "родительского объекта", а о массе чёрной дыры делённой на объём "сферы неубегания" под горизонтом событий.

Но что же сжимает вещество до столь чудовищной плотности, что его гравитация «выгрызает» в пространстве чёрную дыру? Похоже, что на это способна гравитация наиболее массивных звёзд, хотя как происходит это сжатие и что получается в результате, мы пока не представляем.

Чёрная дыра по определению является объектом-невидимкой: обнаружить её можно лишь по её влиянию на окружающее пространство – например, по искажению ею света от других источников. Подробнее о том, как можно увидеть чёрную дыру, мы поговорим в следующий раз.

Приборная панель корабля "Восток-1", на котором 60 лет тому назад первым в мире слетал в космос Юрий Гагарин.

​Итак, 60 лет с момента первого полёта человека в космос позади. Что дальше?

Вопреки распространённому мнению, прогресс в освоении космоса не остановился и по существу не останавливался ни на минуту. Учёные постоянно ищут (и находят!) новые решения, призванные облегчить и упростить космические полёты, расширить возможности человека в космосе и так далее. Давайте очень коротенечко посмотрим, каковы перспективные направления развития космических технологий сегодня.

Первое – это поиск способов уменьшить стоимость запуска и увеличить полезную нагрузку. Например, в прошлом году «Роскосмос» испытал новую экономичную траекторию полётов к МКС. Хотя лидером тут, пожалуй, является Илон Маск со своими ракетами с возвращаемыми ступенями многоразового использования.

Второе – это переход к новым видам топлива, обеспечивающим больший удельный импульс. Для понимания: чем больше удельный импульс, тем меньше топлива нужно затратить, чтобы разогнаться до той же скорости (точнее, импульса, а ещё точнее – количества движения). Сейчас большинство ракет (включая ракеты Маска) летает на смеси керосина и жидкого кислорода. Но более перспективным вариантом является смесь жидкого кислорода с жидким водородом, дающая примерно на треть больший удельный импульс. Так, двигатели на жидком водороде планируют использовать в строящейся американской ракете SLS, а также в проектируемых российских тяжёлых ракетах «Ангара-А5» и «Енисей».

Наконец, третье, самое перспективное направление – это переход к следующему поколению ракетных двигателей, электромагнитным, в которых тяга создаётся выбросом ионизированного газа, разогнанного в электромагнитном поле. Так как это поле ещё надо создать, такому двигателю требуется внешнее питание. И если двигатель достаточно мощный, то на корабле также должен стоять некий мощный источник энергии – например, ядерный реактор.

Электромагнитные двигатели обладают чудовищным удельным импульсом, на порядки превосходящим таковой у химических ракет. То есть, кораблю с такими двигателями не надо таскать на себе кучу топлива, что ограничивает грузоподъёмность при сколь угодно дальних полётах до смешных значений. Их минусо (помимо потребности в дополнительном источнике энергии) является малая тяга: такие корабли не смогут взлетать с Земли сами, для этого им всё-таки потребуются химические ракеты. Но зато потом, уже в космосе, перед ними открываются поистине блестящие перспективы: реально достижимыми станут не только Марс или Венера, но и более удалённые планеты, такие как Юпитер или Меркурий.

Над электромагнитными двигателями активно работают в России и США, кроме того, в России идёт разработка пригодного для эксплуатации на борту космического корабля ядерного реактора. В настоящий момент речь идёт о строительстве т.н. трансорбитального буксира "Нуклон", который сможет возить грузы с орбиты Земли на орбиту Луны и обратно, что сильно поможет при строительстве предполагаемой лунной базы.

Похоже, корабль будет беспилотным, а людей к Луне будут пока возить корабли с обычными химическими двигателями. Тем не менее, это станет колоссальным прорывом в освоении космоса, который качественно расширит наши возможности.

На фото - один из вариантов макета ядерного буксира "Нуклон" (по состоянию на 2019 год).