фотосфера

В кастрюле на плите вода начинает бурлить снизу, задолго до того, как закипит вся. Пузырьки пара поднимаются от дна, хотя сама плита ещё не раскалилась. Примерно так ведёт себя атмосфера Солнца перед вспышкой: потоки вещества устремляются вверх из глубоких слоёв, хотя главный источник нагрева, по прежним представлениям, ещё не включился.

Солнце дышит, и у этого дыхания есть магнитный ритм. Каждые 27 дней видимая поверхность звезды совершает полный оборот, а вместе с ней — и её магнитное поле, похожее на невидимую ленту, что обвивает светило.

Луч света, проходя вблизи массивного тела, испытывает отклонение от прямолинейного пути — это явление, известное как гравитационное линзирование. Аналогия со струёй воды, огибающей камень в ручье, хорошо передаёт суть: гравитация массивного объекта искривляет траекторию фотонов, подобно тому как препятствие изменяет течение воды.

Край Солнца похож на мохнатую кайму: от него вверх тянутся тонкие струйки раскалённого газа — спикулы, фонтаны плазмы высотой в несколько тысяч километров. Они выстреливают вверх со скоростью около 20 километров в секунду и исчезают за 5–10 минут.

Солнечный ветер — это непрерывный поток заряженных частиц, истекающий с поверхности Солнца и заполняющий всю гелиосферу. Это не однородный бриз, а турбулентная среда с вихрями, порывами и зонами затишья.

Космические лучи — это не электромагнитное излучение, а поток заряженных частиц, в основном протонов и атомных ядер, которые бомбардируют Землю со всех сторон с энергиями от скромных до фантастически огромных.

Глубоко подо льдом Южного полюса, на глубине почти два с половиной километра, работает необычный телескоп. Он направлен не в небо, а сквозь Землю. Его добыча — нейтрино, частицы-призраки, которые почти не взаимодействуют с веществом и пролетают планеты и звёзды насквозь. Но иногда нейтрино всё же врезается в молекулу льда.

Сто сорок парсек — расстояние, которое свет преодолевает за четыре с половиной столетия — отделяют нас от молекулярного облака Тельца. В его недрах прячутся тёмные сгущения: дозвёздные ядра, где газ и пыль медленно сжимаются под собственной тяжестью. Каждая пылинка здесь — микроскопическое ядро конденсации, одетое в мантию из водяного льда.

В огромном зале рассыпаны бильярдные шары. Сначала они лежат редко, каждый сам по себе. Потом кто-то подсыпает ещё — и вдруг шары спрессовываются в плотные островки. Это и есть фазовый переход — момент, когда вещество резко меняет своё состояние.

Луна — безвоздушный шар из плотной каменной крошки, которую называют реголитом. Когда из космоса в неё врезаются быстрые частицы, в грунте рождаются мюоны — нестабильные родственники электронов, только в двести раз тяжелее. Большинство летит вниз и гаснет в толще. Но те, что выскакивают вверх, в вакуум, успевают пролететь десятки километров, прежде чем распасться.

Представьте художника, чей холст — целая планета, а палитра — молекулы, пьющие звёздный свет. Его кисть — миллиарды лет эволюции, а картина — спектральный портрет, заметный даже из другой звёздной системы. Этот художник — фотосинтез, и именно его работы астробиологи надеются отыскать на далёких экзопланетах.

Долгие годы Солнце дразнило астрофизиков. В его атмосфере тугоплавких элементов — словно пряностей в базовом рецепте — было чуть меньше, чем у почти идентичных звёзд-двойников. Возникло подозрение: уж не скромничает ли наша звезда, отказавшись от планетарного «десерта», который с аппетитом поглощают другие?

Планета скользит по диску звезды — и на миг становится фонариком. Она закрывает крошечный участок поверхности, позволяя разглядеть детали, которые иначе ускользают от взгляда. Именно так астрономы заглянули вглубь тёмных пятен на звезде V1298 Тельца — молодом двойнике нашего Солнца. Им помог космический телескоп Джеймс Уэбб и три планеты-гиганта на орбите.

Чёрная дыра — это место, где гравитация настолько сильна, что даже свет не может вырваться. Но вокруг неё есть светящееся кольцо из газа, а в центре — тёмный провал, который называют тенью. Размер этой тени зависит от того, как искривлено пространство-время.

За мгновения до полного солнечного затмения по земле скользят быстрые полосы теней — будто рябь от камешков, брошенных в воду. Это явление, известное как теневые полосы, столетиями ставило учёных в тупик. Оказалось, всё дело в волновой природе света. Солнце — не точечная лампа, а огромный диск. Когда Луна почти полностью закрывает его, остаётся тонкий светящийся серп.

Атмосфера Титана, открытого Христианом Гюйгенсом, представляет собой плотную дымку, непрозрачную для обычных телескопов.

Свет, проходя мимо чёрной дыры, закручивается, как вода вокруг сливного отверстия в ванной. Самое интересное — тонкое кольцо, где лучи могут кружить вечно, не падая внутрь и не улетая прочь. Это фотонная сфера — невидимая граница, которая рисует тень дыры на небе.

Два белых листа лежат на солнце — один шершавый, другой гладкий. Какой нагреется меньше? Шершавый рассеивает свет сильнее, и кажется, что он останется прохладнее. Но если покрытие состоит из множества прозрачных стеклянных шариков, логика меняется. Свет блуждает в нём, как в густом тумане, и в какой-то момент перестаёт замечать отдельные капли.

Нейтронные звёзды — сверхплотные остатки массивных звёзд, прошедших гравитационный коллапс. Некоторые из них наблюдаются как пульсары — быстровращающиеся источники периодических радиовспышек, работающие подобно космическим маякам. Их внутреннее устройство долго оставалось загадкой.

На высоте около 70 километров расположена ионосфера — разреженный слой атмосферы, ионизированный солнечным излучением. Для радиоволн она работает как гигантское зеркало: наземные антенны постоянно излучают сигнал вверх и принимают его отражение.

Свету нужно пространство. Объектив фотоаппарата отстоит от матрицы на несколько сантиметров, чтобы лучи успели сфокусироваться. А теперь этот промежуток сжали до толщины бумажного листа — и свет всё равно ведёт себя так, будто прошёл свои законные сантиметры. Именно это делают «пространственные пластинки» (spaceplates) — плоские элементы, которые имитируют свободный пробег света.

В раскалённой солнечной короне, где температура скачет за миллион градусов, плавают холодные плотные облака — солнечные протуберанцы. Они висят неделями, не падая и не растворяясь, словно айсберги в кипящем океане. Как они там оказались — вопрос, который мучил астрономов десятилетиями.

Солнечный ветер — поток заряженных частиц от Солнца — врезается в разреженный газ, заполняющий пространство между звёздами. При столкновении рождается слабое рентгеновское свечение. Для астрономов это как туман перед фарами: он мешает разглядеть далёкие объекты.

Свечение тончайшего «бутерброда» из двух полупроводниковых слоёв — селенида молибдена и селенида вольфрама — похоже на запутанную партитуру: множество узких цветных линий, которые сливаются в общий фон. Разобрать, какая линия откуда взялась, почти невозможно. Авторы работы не стали разбирать линии по одной. Они сняли карту свечения с шагом 400 нанометров — это в сотни раз тоньше человеческого волоса.

После Большого взрыва космос заполнила смесь нейтральных газов — преимущественно водорода и гелия. Эта холодная материя окутала Вселенную, словно плотный утренний туман, непроницаемый для излучения. Наступила эпоха, называемая Тёмными веками.

Раскалённая сковорода на кухне светится в темноте, но если накрыть её крышкой, жар уходит медленнее и поверхность кажется не такой яркой. Примерно так устроена планета HD 3167 b: она всегда повёрнута одной стороной к своей звезде, и дневная сторона раскалена до температуры, при которой плавятся камни.

На окраине нашей Галактики, далеко за привычным звёздным диском, телескоп Субару разглядел нечто неожиданное: рассеянное звёздное облако, растянувшееся по небу на площадь в сто квадратных градусов.

Гамма-всплеск — это короткая, но очень мощная вспышка света, какие рождаются при слиянии нейтронных звёзд или коллапсе массивной звезды. Внутри такой вспышки потоки плазмы несутся с огромной скоростью и сталкиваются друг с другом.

Тёмная материя — невидимая субстанция, удерживающая галактики от разлёта под действием центробежных сил. Если гипотетические частицы тёмной материи изредка распадаются вблизи Солнца, они выбрасывают потоки быстрых частиц — словно невидимые молоты, бьющие по свету.

Ночью в тёмной комнате человеческое тело едва заметно светится. Этот свет настолько слаб, что его ловят только очень чувствительные приборы. Некоторые учёные решили, что такое свечение от головы расскажет о работе мозга — без томографов и проводов. Но проверка показала другое. Когда свет от головы измерили в по-настоящему тёмных условиях, он оказался в разы слабее, чем в прежних опытах.

Капля воды на листе под солнцем исчезает быстрее, чем должна по расчётам тепла. Несколько лет назад появилась гипотеза: свет сам по себе, без нагрева, может выбивать молекулы воды с поверхности. Это назвали фотомолекулярным эффектом. Если он существует, облака, климат и даже бытовая сушка белья могли бы работать иначе. Авторы новой работы решили проверить идею точным измерением.

Корона Солнца похожа на лохматый одуванчик: яркие лепестки-петли удерживают горячий газ у поверхности, а между ними в космос уходят длинные разреженные струи. Эти струи — гелиосферный токовый слой — тянутся через всю Солнечную систему. Но как именно плазма переходит из замкнутых петель в открытый поток, оставалось загадкой.

Если окружить звезду гигантской оболочкой, мы получим сферу Дайсона — конструкцию, поглощающую всё излучение светила и переизлучающую его в инфракрасном диапазоне, то есть в виде тепловых волн. Такие объекты пока не обнаружены, но астрономы знают: искать их следует именно по этому тепловому сиянию.

Для оксигенного фотосинтеза — процесса, при котором выделяется кислород, — необходимо расщеплять воду. Это можно представить как водяное колесо: чтобы оно вращалось, нужен сильный поток. Свет выполняет роль потока, а фотоны — частицы света — его струи.

На дне лунных кратеров, куда никогда не заглядывает Солнце, царит вечный холод — около минус 240 градусов по Цельсию. В этих ледяных карманах, которые называют постоянно затенёнными областями, планируют установить зеркальный резонатор из монолитного кремния. Этот прибор будет пассивно удерживать свет, заставляя лазер «тикать» с невероятной точностью.

Солнечная вспышка — как взрыв в атмосфере звезды: за минуты выделяется энергия, сравнимая с миллиардами ядерных бомб. 4 мая 2022 года радиотелескоп РТ-7.5 в Москве следил за вспышкой класса M5.7. Прибор ловил миллиметровые радиоволны — те, что короче сантиметра и невидимы глазу.

Свет, попадая на прозрачную пластинку, частично отражается от её поверхности. Для астрономов это потеря драгоценных фотонов от далёких звёзд. Новые микролинзы, напечатанные на 3D-принтере из смолы IPX Clear, пропускают видимый и ближний инфракрасный свет, но на границе с воздухом теряют около 8%. Решение подсказала природа.

Ночью небо не бывает абсолютно чёрным. Даже вдали от городов верхние слои атмосферы слабо светятся: солнечный свет заставляет атомы водорода испускать красноватое свечение, которое астрономы называют геокорональной эмиссией. Для телескопа это как запотевшее стекло: оно добавляет лишний свет и мешает разглядеть далёкие галактики.

В чилийской пустыне Атакама, на высоте почти пять километров, стоит радиотелескоп, который ловит миллиметровые волны из глубин космоса. Эти волны несут тепло далёких галактик, но сначала им нужно пройти через окно — тонкую пластину из кремния, которая отделяет холодный приёмник от тёплого внешнего мира.

Свет от самых горячих молодых звёзд обычно не может покинуть свою галактику: его поглощает водород, как плотная штора задерживает солнечный луч. Но иногда штора приоткрывается, и ультрафиолетовые фотоны вырываются в межгалактическое пространство.