Концы света: границы всего

Атмосфера

«Официальная» граница между атмосферой и космосом – линия Кармана, проходящая на высоте около 100 км. Ее выбрали не только из-за круглого числа: примерно на этой высоте плотность воздуха уже настолько мала, что ни один аппарат не может лететь, поддерживаясь одними лишь аэродинамическими силами. Чтобы создать достаточную подъемную силу, потребуется развить первую космическую скорость. Такому аппарату крылья уже не нужны, поэтому именно на 100-километровой высоте проходит граница между аэронавтикой и астронавтикой.

Но воздушная оболочка планеты на высоте 100 км, конечно, не заканчивается. Внешняя ее часть – экзосфера – простирается вплоть до 10 тыс. км, хотя и состоит уже, в основном, из редких атомов водорода, способных легко покидать ее.

Планета Земля / ©NASA

Солнечная система

Наверное, ни для кого не секрет, что пластиковые модели Солнечной системы, к которым мы так привыкли со школы, не показывают истинные расстояния между звездой и ее планетами. Школьная модель сделана так лишь для того, чтобы все планеты поместились на подставке. В действительности, все куда масштабнее.

Итак, центр нашей системы – Солнце – звезда диаметром почти 1,4 млн. километров. Ближайшие к нему планеты – Меркурий, Венера, Земля и Марс – составляют внутреннюю область Солнечной системы. Все они имеют малое количество спутников, состоят из твердых минералов и (за исключением Меркурия) имеют атмосферу. Условно границу внутренней области Солнечной системы можно провести по Поясу астероидов, который находится между орбитами Марса и Юпитера, примерно в 2-3 раза дальше от Солнца, чем Земля.

Если сжать Солнечную систему до размеров футбольного поля с Солнцем в качестве ворот, то Меркурий расположится в 2,5 м от крайней линии, Уран – у противоположных ворот, а Нептун – уже где-то на ближайшей парковке.

Самая удаленная галактика, которую астрономы сумели наблюдать с Земли – это z8_GND_5296, расположенная на расстоянии примерно 30 млрд. световых лет. Но самым далеким объектом, который возможно наблюдать в принципе, является реликтовое излучение, сохранившееся практически со времени Большого взрыва.

Ограниченная им сфера наблюдаемой Вселенной включает более 170 млрд. галактик. Представьте: если бы вдруг они превратились в горошины, ими можно было бы заполнить целый стадион «с горкой». Звезд здесь – сотни секстиллионов (тысяч миллиардов). Она охватывает пространство, которое тянется на 46 млрд. световых лет во всех направлениях. Но что лежит за ним – и где Вселенная заканчивается?

На самом деле, ответа на этот вопрос нет до сих пор: размеры всей Вселенной неизвестны – возможно, она вообще бесконечна. А может быть, за ее границами имеются другие Вселенные, но как они друг с другом соотносятся, что собой представляют – уже слишком туманная история, о которой мы как-нибудь еще расскажем.

Солнечная система / ©NASA/JPL

Пояс, облако, сфера

Плутон, как известно, утратил статус полноценной планеты, перейдя в семейство карликов. К ним относятся вращающаяся неподалеку от него Эрида, Хаумеа, другие малые планеты и тела пояса Койпера.

Эта область исключительно далека и обширна, она тянется, начиная с 35?ти расстояний от Земли до Солнца, и до 50-ти. Именно из пояса Койпера во внутренние области Солнечной системы прилетают короткопериодические кометы. Если вспомнить наше футбольное поле, то пояс Койпера находился бы в нескольких кварталах от него. Но и здесь до границ Солнечной системы еще далеко.

Облако Оорта пока остается местом гипотетическим: уж очень оно далеко. Однако существует немало косвенных свидетельств того, что где-то там, в 50-100 тыс. раз дальше от Солнца, чем мы, находится обширное скопление ледяных объектов, откуда к нам прилетают долгопериодические кометы. Это расстояние так велико, что составляет уже целый световой год – четверть пути до ближайшей звезды, а в нашей аналогии с футбольным полем – в тысячах километрах от ворот.

Но гравитационное влияние Солнца, пускай и слабое, простирается еще дальше: внешняя граница облака Оорта – сфера Хилла – находится на расстоянии двух световых лет.

Рисунок, иллюстрирующий предполагаемый вид облака Оорта / ©NASA

Гелиосфера и гелиопауза

Не стоит забывать, что все эти границы являются довольно условными, как та же линия Кармана. За такую условную границу Солнечной системы считают не облако Оорта, а область, в которой давление солнечного ветра уступает межзвездному веществу – край ее гелиосферы. Первые признаки этого наблюдаются на расстоянии примерно в 90 раз большем от Солнца, чем орбита Земли, на так называемой границе ударной волны.

Окончательная остановка солнечного ветра должна происходить в гелиопаузе, уже в 130-ти таких дистанций. В такую даль не добирались еще ни одни зонды, кроме американских Voyager-1 и Voyager-2, запущенных еще в 1970-х годах. Это самые далекие на сегодня искусственно созданные объекты: в прошлом году аппараты пересекли границу ударной волны, и ученые с волнением следят за данными, которые зонды время от времени присылают домой на Землю.

Гелиосферный токовый слой / ©NASA

Пузырь в рукаве

Все это – и Земля с нами, и Сатурн с кольцами, и ледяные кометы облака Оорта, и само Солнце – мчится в очень разреженном Местном межзвездном облаке, от влияния которого нас как раз и ограждает солнечный ветер: за пределы границы ударной волны облачные частицы практически не проникают.

На таких расстояниях пример с футбольным полем окончательно теряет удобство, и нам придется ограничиться более научными мерами длины – такими, как световой год. Местное межзвездное облако тянется примерно на 30 световых лет, и через пару десятков тысяч лет мы его покинем, войдя в соседнее (и более обширное) G-облако, где сейчас находятся соседние с нами звезды – Альфа Центавра, Альтаир и другие.

Все эти облака появились в результате нескольких древних взрывов сверхновых, которые образовали Местный пузырь, в котором мы движемся уже минимум последние 5 млрд. лет. Он тянется уже на 300 световых лет и входит в состав рукава Ориона – одного из нескольких рукавов Млечного пути. Хотя он гораздо меньше других рукавов нашей спиральной галактики, его размеры на порядки больше Местного пузыря: более 11 тыс. световых лет в длину и 3,5 тыс. в толщину.

3D представление Местного пузыря (Белый) с примыкающим Местным межзвездным облаком (розовый) и частью Пузыря I (зеленый).

Млечный путь в своей группе

Расстояние от Солнца до центра нашей галактики составляет 26 тыс. световых лет, а диаметр всего Млечного пути достигает 100 тыс. световых лет. Мы с Солнцем остаемся на его периферии, вместе с соседними звездами вращаясь вокруг центра и описывая полный круг примерно за 200 – 240 млн. лет. Удивительно, но когда на Земле царили динозавры, мы были на противоположной стороне галактики!

К диску галактики подходят два мощных рукава – Магелланов поток, включающий газ, перетянутый Млечным путем от двух соседних карликовых галактик (Большого и Малого Магеллановых облаков), и поток Стрельца, куда входят звезды, «оторванные» от другой карликовой соседки. С нашей галактикой связаны и несколько небольших шаровых скоплений, а сама она входит в гравитационно связанную Местную группу галактик, где их насчитывается около полусотни.

Ближайшая к нам галактика – Туманность Андромеды. Она в несколько раз больше Млечного пути и содержит около триллиона звезд, находясь от нас на 2,5 млн. световых лет. Граница же Местной группы находится и вовсе на умопомрачительном удалении: диаметр ее оценивается в мегапарсек – чтобы преодолеть это расстояние, свету понадобится около 3,2 млн. лет.

Но и Местная группа бледнеет на фоне крупномасштабной структуры размерами около 200 млн. световых лет. Это – Местное сверхскопление галактик, куда входит около сотни таких групп и скоплений галактик, а также десятки тысяч отдельных галактик, вытянутых в длинные цепочки – филаменты. Дальше только – границы наблюдаемой Вселенной.

Вселенная и дальше?

Это царство гигантских планет и их многочисленных спутников. И первым из них является, конечно, громадный Юпитер, расположенный от Солнца примерно впятеро дальше, чем Земля. За ним следуют Сатурн, Уран и Нептун, расстояние до которого уже умопомрачительно велико – более 4,5 млрд. км. Отсюда до Солнца уже в 30 раз дальше, чем от Земли.
Если сжать Солнечную систему до размеров футбольного поля с Солнцем в качестве ворот, то Меркурий расположится в 2,5 м от крайней линии, Уран – у противоположных ворот, а Нептун – уже где-то на ближайшей парковке.

Источник: naked-science.ru