приливный нагрев

Пылесос втягивает пыль, даже если её больше у сопла. Так и в токамаке: частицы плазмы стягиваются к центру, хотя у края их плотность выше. Это явление называют пинчем частиц, и оно противоречит обычному правилу, что всё стремится из густого места в разреженное.

Солнечный ветер — это непрерывный поток заряженных частиц, летящих от Солнца. В нём есть два главных компонента: протоны (ядра водорода) и альфа-частицы (ядра гелия, вчетверо тяжелее).

Бросьте в пруд камешек — и по воде пойдут круги. Примерно так же любое тело, даже самое маленькое, возмущает гравитационное поле вокруг себя. В пустом холодном космосе эти возмущения, словно рябь на тихой глади, заставляют два близких объекта всегда отталкиваться. Это явление называют гравитационным взаимодействием Казимира–Полдера.

Космос расширяется, и это расширение ускоряется. Но что, если в первые мгновения после Большого взрыва гравитация — искривление пространства-времени массивными телами — работала иначе? Авторы новой работы добавили в уравнения Эйнштейна невидимое поле, которое перехватывает энергию у обычного вещества и излучения.

Ранняя Вселенная напоминает туго сжатую пружину. В первые мгновения она расширялась с невообразимой скоростью — этот этап называют инфляцией.

27 дней на экваторе, 32 у полюсов. Пять суток разницы — и за год экватор убегает вперёд почти на неделю. Газовый шар диаметром 1,4 миллиона километров крутится словно многослойная юла: слои движутся каждый со своей скоростью.

В первые мгновения после Большого взрыва Вселенная гудела, как колокол. Инфляция — эпоха стремительного расширения, подтверждённая измерениями реликтового излучения — завершилась, и поле инфлатона начало колебаться вокруг минимума своего потенциала.

Каждые 165 дней гигантская планета ныряет к своей звезде, едва не касаясь её огненной короны, а затем улетает в ледяную пустоту. Это TIC 241249530 b — экзопланета с рекордным эксцентриситетом 0,94.

Шар, почти невесомый для своего размера, кружит вокруг звезды каждые четверо суток. Планета TOI-2195 A b — настоящая загадка: по массе она чуть тяжелее Нептуна, но раздулась до юпитерианских объёмов. Если бы существовал достаточно большой океан, эта экзопланета плавала бы на его поверхности, словно гигантский надувной мяч.

В центре внимания — крошечные звёздные города: ультратусклые карликовые галактики. Они похожи на разреженные рои светлячков, которые кружатся в обширном невидимом облаке. Это облако — гало из сверхлёгкой тёмной материи. Её частицы так легки, что ведут себя не как бильярдные шары, а как волны.

В глубоких океанах ледяных лун вода не стоит на месте. Тёплые струи поднимаются от каменистого дна, но вращение планеты закручивает их в длинные наклонные валы, вытянутые вдоль оси вращения. Раньше этот процесс не могли учесть в глобальных моделях — слишком сложно.

Молодая Земля была кипящим шаром жидкого камня, а врезавшаяся в неё Тейя успела остыть и окаменеть. Это как бросить кусок холодного масла в кастрюлю с супом: суп разлетается, а масло почти нет. Так и земные недра выплеснулись в космос, образовав облако из космической пыли и обломков. Постепенно из него собралась Луна.

Кастрюлю с кипящим супом сильно трясут — и жидкость в ней плещется, волны бьются о стенки. Примерно то же самое происходит внутри газовой планеты, когда она по вытянутой орбите пролетает рядом со звездой. Гравитация звезды возбуждает в планете мощные внутренние волны — их называют приливными фундаментальными модами. Эти волны могут полностью изменить судьбу планеты.

Камешек размером с виноградину влетает в атмосферу почти по касательной и проносится над землёй, не падая. Именно это произошло с метеороидом массой около 45 граммов. Он вошёл в воздушную оболочку планеты так полого, что пролетел 164 километра на высоте 92 километра — там, где воздух уже в миллион раз разреженнее, чем у поверхности.

Стивен Хокинг предложил радикальный взгляд: рождение Вселенной — не взрыв, а плавное «выныривание» из квантового «ничего» — состояния, где нет ни пространства, ни времени, лишь квантовые флуктуации.

На окраине Солнечной системы, далеко за орбитой Нептуна, что-то сбивает с пути ледяные глыбы. Их орбиты вытянуты и наклонены одинаково, словно невидимая рука расставила их по одной схеме. Астрономы подозревают, что там прячется девятая планета — массивная, раз в пять-десять тяжелее Земли, но такая тусклая, что её не видно ни в один телескоп. Но даже невидимый объект можно выдать теплом.

Поверхность Европы — ледяная броня, которую непрерывно обстреливают заряженные частицы из магнитосферы Юпитера. Электроны врезаются в кристаллическую решётку льда, теряют энергию и запускают химические реакции. Раньше не было инструмента, который бы показывал, насколько глубоко такая бомбардировка прошивает лёд. Теперь он появился.

Космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) всё чаще обращает свой взор на экзопланеты — миры, вращающиеся вокруг далёких звёзд. Среди них встречаются раскалённые каменные шары, всегда обращённые к своему светилу одной стороной. На дневной стороне температура столь высока, что горные породы плавятся, образуя океаны жидкой лавы.

Под ледяной корой Энцелада, спутника Сатурна, скрывается океан, функционирующий подобно идеальной тепловой помпе — системе, которая переносит тепловую энергию от экватора к полюсам, затрачивая на это в тысячу раз меньше энергии, чем перемещает.

Планеты рождаются из пыли. В диске вокруг молодой звезды крошечные пылинки сталкиваются, слипаются и постепенно растут, как снежный ком, катящийся с горы. Но есть препятствие: газ в диске движется быстрее пыли и тормозит её, не давая собраться в крупные комки. Чтобы пыль всё же слипалась, её должно стать достаточно много.

Тихая труба с нагретой сеткой внутри. Напряжение на сетке резко поднимают — и труба вдруг начинает гудеть, сама себя поддерживая. Это не поломка, а переход в другое устойчивое состояние, как шарик, перекатившийся через горку в соседнюю ямку.

Лёд ускользает из-под конька, как кусок мыла в мокрых руках. Сто лет учёные спорили, откуда берётся эта скользкость. Одни говорили: сверху уже есть тонкий слой воды — он и служит смазкой. Другие возражали: вода появляется только когда начинаешь двигаться, от трения. В новом исследовании физики соединили оба подхода — и выяснили, кто прав.

Горячая цепочка атомов, выстроенных в линию, ведёт себя как крошечная чёрная дыра. Такая цепочка — это ряд частиц, каждая из которых похожа на крошечный магнит. При обычной температуре магнитики хаотично переворачиваются, но если их охладить, они выстраиваются в едином порядке. Физики обнаружили, что при нагреве эта простая система повторяет странные свойства чёрных дыр.

Галактика влетает в густое скопление, как бегун в толпу. Встречный поток газа — его называют внутрископленческой средой — срывает с неё собственный газ, вытягивая длинный светящийся хвост. Такие галактики астрономы прозвали медузами: у них есть тело и развевающиеся щупальца из оторванного вещества. Но лишь у немногих в этих щупальцах вспыхивают новые звёзды.

У экзопланет, находящихся в приливном захвате и всегда обращённых к звезде одной стороной, ночное полушарие обречено на вечный холод. Однако рельеф способен радикально изменить эту картину. Неровности поверхности — горы и возвышенности — возмущают атмосферную циркуляцию, направляя потоки влаги через терминатор, границу дня и ночи.

Молодая Солнечная система напоминала гигантскую стройплощадку: вокруг новорождённого Солнца кружил диск из газа и пыли, и из этой пыли постепенно собирались камни, глыбы, а затем и зародыши планет — планетезимали. Сегодня их осколки падают на Землю в виде метеоритов.

Глубоко под нами, на глубине сотен километров, есть слой, который умеет впитывать воду, как губка. Минералы там — вадслеит и рингвудит — могут удерживать внутри своей кристаллической решётки до 1–2% воды по весу. Это значит, что в переходной зоне мантии (между 410 и 660 км) потенциально спрятано больше воды, чем во всех океанах на поверхности.

Планеты-изгои — тела, выброшенные из родных звёздных систем гравитационными возмущениями, — могут служить приютом для жизни на собственных спутниках. Луна такой планеты способна миллиарды лет сохранять тепло и поддерживать жидкую воду под плотной атмосферой. Ключ к этому — сочетание внутреннего источника энергии и эффективной термоизоляции.

Планета-гигант кружит слишком близко к звезде. Каждый оборот она тянет звезду своей гравитацией, и в глубине звезды рождаются волны — как круги от камня, брошенного в воду. Эти волны гасят орбиту планеты, и она по спирали падает в звезду. Звезда проглатывает планету и начинает вращаться быстрее. Вращение звезды — ключ к разгадке.

На севере равнины Аравия Терра лежат поля, которые выглядят как гигантский мозг: гребни и борозды извиваются, будто извилины. Такие же узоры на Земле возникают в холодных краях, когда вода в почве то замерзает, то тает, и камни сами собираются в полосы. Но у марсианских узоров гребни выше — в среднем 3,29 метра, а земные механизмы дают меньше полуметра.

Ледники темнеют не только от сажи. На их поверхности живут крошечные водоросли, которые при потеплении разрастаются и делают лёд тёмным. Тёмный лёд поглощает больше солнечного света, тает быстрее и ещё сильнее нагревает планету. Это похоже на то, как чёрная футболка на солнце становится горячее белой. Второй участник перегрева — леса.

Внутри планет-гигантов, таких как Юпитер и Сатурн, тепло не всегда поднимается свободно. Тяжёлые элементы, которых больше в одних слоях и меньше в других, не дают горячей жидкости всплывать. Возникает полуконвекция — перемешивание, при котором тепло и состав распространяются с разной скоростью.

Экзопланета — планета за пределами Солнечной системы — движется по слегка вытянутой орбите. При каждом обороте она то приближается к родительской звезде, то удаляется.

Тонкая струйка воды течёт по холодной наклонной доске и на глазах превращается в ледяную гряду. Сначала вода прокладывает себе прямую ледяную дорожку — как будто сама укрепляет берега. Потом ручеёк начинает вилять, лёд быстро расползается в стороны. Наконец, гряда перестаёт расти вширь и начинает толстеть, сглаживая неровности. Лёд растёт там, где вода задерживается дольше.

Горячие юпитеры — экзопланеты-гиганты, прижавшиеся к своим звёздам, — загадочно раздуты. Их радиусы часто на 50–100% больше, чем предсказывают стандартные модели формирования.

Образцы лунных пород, доставленные на Землю, поставили перед учёными парадокс: их возраст составляет 4,35 миллиарда лет, тогда как сама Луна, согласно моделям формирования, должна была возникнуть примерно на 150 миллионов лет раньше. Где же скрывается это пропавшее время? Разгадка таится в явлении приливного разогрева.

Гравитация планеты ритмично сжимает и разминает луну, как тесто: от этого постоянного «замеса» недра разогреваются, и под ледяной корой могут подолгу сохраняться океаны воды. В Галактике полным-полно планет-бродяг — так называют свободно плавающие планеты, выброшенные из своих систем…

Самый распространённый тип планет в нашей Галактике — каменные миры у других звёзд, или экзопланеты, окутанные простейшим газом — водородом. Долгое время их внутреннее устройство оставалось загадкой, пока учёные не воспроизвели условия недр в лабораторном эксперименте.

Сразу после формирования Луны Земля представляла собой раскалённый вращающийся шар из расплавленной породы — магматический океан, окутанный плотной атмосферой из газов. Луна, находясь на близкой орбите, действовала как гигантская гравитационная «мешалка»: её приливное воздействие вызывало постоянные деформации жидкой Земли.

У многих планет, обращающихся вокруг других звёзд — экзопланет — орбиты вытянуты, словно эллипсы. При каждом сближении со звездой её гравитация сжимает и растягивает планету, будто месит тесто: это явление называется приливным разогревом. Трение в недрах порождает колоссальное тепло, которое плавит горные породы, создавая обширные подземные океаны магмы.