Завораживающая красота ночного неба с россыпью мерцающих звезд всегда привлекала внимание человека. Когда смотришь на миллионы крохотных огней далеко за пределами Земли, кажется, стоит протянуть руку – и ты сможешь ощутить их тепло, но нет! Маленькие жемчужины оказываются гигантами на расстоянии в миллионы световых лет. А самое пугающее то, что где-то там, на одной из них, могут жить существа, подобные нам. Представляем вам факты о звездах и созвездиях, которые навсегда изменят ваши представления. Да что мы вообще знаем о звездном небе?

Действительно, все видимые нами звёзды относятся лишь к трем галактикам – Андромеды, Треугольнику и, собственно, Млечному Пути. Остальные небесные тела доступны для созерцания только через мощные телескопы.

Если в космосе звезды отлично видны в любое время суток, на Земле мы можем наслаждаться их красотой исключительно ночью, причина тому – освещенная Солнцем атмосфера. Кстати, звездное мерцание – тоже ее рук дело, ведь сами по себе они излучают монотонный свет, который искажается атмосферным движением.

Несмотря на то, что Полярная звезда превосходит Солнце по размерам практически в 46 раз, она далеко не самая яркая, и входит лишь в топ-50. Ее известность обусловлена тем, что она практически не меняет положения относительно нашей планеты, оставаясь самой предсказуемой.

Да, факты о звездах входит это невероятное число. Одна из звезд гипергигантов — UY Щита – на самом деле имеет радиус, который сопоставим с 1900 радиусов Солнца. Чтобы вам было проще это представить: она в 5 млрд раз больше! Но при этом вы не сможете ее увидеть невооруженным глазом, только через телескоп.

Насчет самой яркой и в то же время тяжелой звезды – ученые выделяют голубого гипергиганта R136a1, который расположен в Большом Магеллановом Облаке и считается звездой в конце жизненного цикла. Если она взорвется, то на ее месте образуется черная дыра. Но пока это просто звезда, светимость которой превышает яркость Солнца почти в 10 млн раз.

Кстати, сам по себе цвет звезды – важный параметр, который говорит о том, на каком этапе жизни она находится. Красный цвет – самый холодный, синий – наиболее горячий. И чем холоднее температура звезды, тем ближе она к умиранию, такие планеты еще называют «красными карликами».

Что касается химического состава, все элементы звездного неба состоят из водорода и гелия. Чем больше водорода, тем моложе звезда, тогда как с возрастом увеличивается количество гелия, который делает ее тяжелее. Этот необычный феномен также входит в факты о звездах, о которых, как оказывается, мы мало что знаем.

Ученые выделяют и такое понятие как «металличность», по которой также судят о том, на каком этапе жизни находится звезда. По сути, металличность – это совокупность всех химических элементов, исключая водород и гелий, которые составляют всего 1% от массы звезды. К ним относятся азот, углерод, кислород и т. д. Металличность нашего Солнца, например, равна 1,3%, а ее дальнейшее увеличение будет означать старение. Впрочем, исследователям космоса удалось обнаружить звезду Альгебину, которая находится в стадии угасания с металличностью свыше 32%! Раньше такое сочетание считалось невозможным.

Если вы обладаете идеальным зрением, то максимальное количество звезд, которые вы сможете увидеть без телескопа в ясную ночь, составит около 3 тысяч объектов. Но если при этом наблюдение будет вестись из города – в 2, а то и 3 раза меньше. Кстати, глаза человека способны разглядеть не только Солнце и Луну, но также Юпитер и Венеру. А чтобы полюбоваться огнем самых ярких звезд, придется ехать в южное полушарие.

К первым относятся участки звездного неба, которые астрономы делят для удобства, основываясь исключительно по видимому аспекту (хотя на деле они могут располагаться в десятках миллионов световых лет друг от друга). Тогда как галактики – это скопления звезд более-менее близких, которые связаны гравитацией и находятся в едином движении относительно общего центра.

Факты о звездах и галактиках не обошли стороной и историю. Первую карту созвездий астрономы пытались изобразить еще тысячу лет до нашей эры, но свои четкие границы она приобрела только в XX веке. На сегодняшний момент можно насчитать 88 созвездий, 48 из которых получили названия в древние времена, поэтому звучат довольно поэтично – Геркулес, Орион, Кассиопея, Персей. А вот с современными названиями ученые особенно не церемонились, дав более утилитарные прозвища – Циркуль, Сетка, Компас, Резец и т.д.

Изучение космоса, галактики и различные факты о звездах всегда волновали умы людей. Так во многих странах звезды даже сделали частью государственной эмблемы. Например, символикой Австралии служит созвездие Южного Креста на государственном флаге, которое считается одним из самых ярких в этом полушарии. Тогда как в Бразилии решили пойти еще дальше – изобразили это же созвездие по состоянию его на момент провозглашения страной независимости в 1889 году.

«Вояджеры» нашли плотный космос за пределами Солнечной системы

В ноябре 2018 года после 41-летнего путешествия «Вояджер-2» пересек границу, за которой влияние Солнца заканчивается, и вышел в межзвездное пространство. Но миссия маленького зонда еще не завершена — он продолжает делать удивительные открытия.
Возможно, зонды обнаружили некое подобие пробки на границе Солнечной системы. Полет «Вояджеров» продолжается и скоро мы узнаем, что это было.
В 2020 году «Вояджер-2» обнаружил нечто удивительное: по мере удаления от Солнца плотность пространства увеличивается.
Аналогичные показатели на Землю передавал «Вояджер-1», который вышел в межзвездное пространство в 2012 году. Новые данные показали, что увеличение плотности может быть особенностью межзвездной среды.
Солнечная система имеет несколько границ, одна из которых, называемая гелиопаузой, определяется солнечным ветром, а точнее его существенным ослаблением. Пространство внутри гелиопаузы — это гелиосфера, а пространство за ее пределами — это межзвездная среда. Но гелиосфера не круглая. Она больше напоминает овал, в котором Солнечная система находится на переднем крае, а за ней тянется некое подобие хвоста.
Оба «Вояджера» пересекли гелиопаузу на переднем крае, но с разницей в 67 градусов по гелиографической широте и 43 градуса по долготе.
Межзвездное пространство обычно считается вакуумом, но это не совсем так. Плотность материи крайне мала, но она все же существует. В Солнечной системе солнечный ветер имеет среднюю плотность протонов и электронов от 3 до 10 частиц на кубический сантиметр, но она тем ниже, чем дальше от Солнца.
Согласно подсчетам, средняя концентрация электронов в межзвездном пространстве Млечного пути составляет около 0,037 частиц на кубический сантиметр. А плотность плазмы во внешней гелиосфере достигает примерно 0,002 электрона на кубический сантиметр. Когда зонды «Вояджер» пересекли гелиопаузу, их приборы регистрировали электронную плотность плазмы посредством плазменных колебаний.
«Вояджер-1» пересек гелиопаузу 25 августа 2012 года на расстоянии 121,6 астрономических единиц от Земли (это в 121,6 раза превышает расстояние от Земли до Солнца — примерно 18,1 миллиарда км). Когда он впервые измерил плазменные колебания после пересечения гелиопаузы 23 октября 2013 года на расстоянии 122,6 астрономических единиц (18,3 миллиарда км), то обнаружил плотность плазмы на уровне 0,055 электронов на кубический сантиметр.
Пролетев еще 20 астрономических единиц (2,9 миллиарда километров) «Вояджер-1» сообщил об увеличении плотности межзвездного пространства до 0,13 электрона на кубический сантиметр.
«Вояджер-2» пересек гелиопаузу 5 ноября 2018 года на расстоянии 119 астрономических единиц (17,8 миллиарда километров. 30 января 2019 года он измерил плазменные колебания на расстоянии 119,7 астрономических единиц (17,9 миллиарда километров), обнаружив, что плотность плазмы составляет 0,039 электронов на кубический сантиметр.
В июне 2019 года Приборы «Вояджера-2» показали резкое увеличение плотности до примерно 0,12 электронов на кубический сантиметр на расстоянии 124,2 астрономических единиц (18,5 миллиарда километров).
Чем вызвано увеличение плотности пространства? Одна из теорий заключается в том, что силовые линии межзвездного магнитного поля становятся сильнее по мере удаления от гелиопаузы. Это может вызывать электромагнитную ионную циклотронную неустойчивость. «Вояджер-2» действительно обнаружил усиление магнитного поля после пересечения гелиопаузы.
Другая теория гласит, что материал, уносимый межзвездным ветром, должен замедляться в районе гелиопаузы, образуя подобие пробки, о чем свидетельствует обнаруженное зондом «Новые горизонты» в 2018 году слабое ультрафиолетовое свечение, вызванное накоплением нейтрального водорода в гелиопаузе.

Судьба «Вояджеров». Когда зонды перестанут выходить на связь и встретятся со звездами?

«Вояджеры» — пара космических зондов, отправленных американцами в космос в 1977 году. Спустя 12 лет завершилась их главная и единственная миссия по исследованию газовых гигантов, но NASA решило не сворачивать программу, а продлить. Ведь приборы аппаратов оставались в норме.

Фото: NASA / "Вояджер-1" в представлении художника

Второй этап программы получил название Voyager Interstellar Mission, VIM. Ученые послали зондам новые задачи — собрать научные данные о составе межпланетной среды, а если повезет, то и о межзвездной, изучить газ, пыль, электромагнитные поля, а после передать данные на Землю.

«Вояджеры» выполнили и даже перевыполнили план. Газовые гиганты остались в прошлом и сейчас зонды несутся навстречу неизведанному. Эти летящие в кромешной тьме роботы стали самыми далекими рукотворными объектами, когда-либо посланными человеком.

Фото: NASA / На этом архивном фото запечатлен испытательный образец "Вояджера-2", он не летал в космос

Итак, заходим на сайт NASA и смотрим, где сейчас находятся зонды. От Земли «Вояджер-1» удален на расстояние почти в 23 млрд. км, он летит со скоростью 16,9 км/с, или 61 000 км/ч относительно Солнца. Что же касается «Вояджера-2», его и нашу планету разделяет почти 19 млрд. км, относительно Солнца его скорость 15 ,3 км/с, или 55 000 км/ч.

Прежде чем приступить к основной части статьи, сделаем небольшое пояснение.

Во многих СМИ, в том числе и англоязычных, пишут что эти роботы вышли за пределы Солнечной системы. На сайте NASA это опровергается, там говорится, что зонды покинули гелиосферу и сейчас движутся в межзвездной среде, то есть по-прежнему на них оказывает влияние Солнце. По словам Ольги Катушкиной, сотрудника Института космических исследований РАН, Солнечная система располагается в межзвездной среде, поэтому нельзя считать, что «Вояджеры» с нашей системой распрощались.

Где конец Солнечной системы — вопрос, на который ученые пока не ответили. Есть версия, что за границами Облака Оорта — гипотетической области, которая служит “домом” долгопериодическим кометам. Протяженность этого “облака” может составлять триллионы километров.

Как поддерживается “жизнь” аппаратов?

Источник питания зондов — комплект из трех радиоизотопных термоэлектрических генераторов MHW-RTG (РИТЭГ). Каждая такая батарея представляет собой 38-килограммовый цилиндр, внутри которого хранится 4,5 кг плутония-238, выделяющего 2400 Вт тепла, которое затем преобразуется в электрическую энергию.

Фото: historicspacecraft.com / Так выглядит радиоизотопный термоэлектрический генератор, установленный на борт "Вояджеров"

Комплекты MHW-RTG на борт «Вояджеров» установили еще в 1975 году, то есть работать они начали за два года до старта. К моменту пуска каждый генератор выработал 157 Вт электрической мощности. Это означает, что во время пуска суммарная электрическая мощность комплекта генераторов одного зонда составила 471 Вт.

Каждый РИТЭГ «Вояджеров» вырабатывает электрическую мощность при помощи трех сотен кремний-германиевых термопар (выработка происходит за счет разницы внутренней и внешней температур РИТЭГов). Однако эти термопары со временем “стареют” и подвергаются воздействию нейтронного излучения, которое появляется при распаде плутония. От этого их производительность падает.

Миссия Voyager Interstellar Mission продолжается уже 44 года, период полураспада плутония-238 — 88 лет, это значит, что через 88 лет мощность генераторов упадет в два раза. Зная время полета зондов, можно предположить, насколько уже уменьшился запас плутония и упала мощность. В каждом цилиндре остается около 75-77% плутония, а производительная мощность упала до 241-249 Вт. Этого едва ли достаточно, чтобы поддерживать обогрев научных приборов космических кораблей и при этом отправлять на Землю даже слабый сигнал.

Фото: NASA / Знаменитый снимок планеты Земля "Pale Blue Dot", сделанный "Вояджером-1" в 1990 году. На фото запечатлена наша планета с расстояния 6 млрд. км (посередине на коричневой полосе справа)

На 2021 год почти все научные инструменты на «Вояджерах» отключены, работают лишь некоторые приборы, которые проводят исследования магнитного поля и плазмы.

Каждый год выработка необходимой для зондов энергии падает на 4 Вт. К 2025 году она упадет до критического уровня и ее больше не хватит для общения с Землей. Тогда ученые отключат приборы на «Вояджерах», но перед этим специалисты установят с ними сеанс связи, чтобы принять последний поток данных.

РИТЭГи продолжат выделять тепло на протяжении "10 периодов полураспада", или 880 лет после запуска. Примерно в 2845 году запасы плутония истощатся, и зонды “умрут”.

Что с аппаратами будет дальше?

Зонды двигаются по инерции, их двигатели отключили после завершения основного этапа миссии.

Учитывая, что скорость «Вояджера-1» больше, чем его собрата, он первым удалится от Солнца на 1 световой год. Произойдет это через 20 120 лет. Приблизительно в 40 000 году зонд встретится со своей первой звездой — Gliese 445. Сейчас Gliese 445 находится от Земли на расстоянии чуть больше 17 световых лет и она быстро несется в направлении нашего светила, гораздо быстрее, чем «Вояджер-1» удаляется от него. Когда произойдет “встреча”, зонд будет находиться от Солнца в 2 световых годах, а Gliese 445 — на расстоянии 4 световых лет. «Вояджер-1» пролетит мимо звезды на расстоянии 1,7 световых лет от нее.

Фото: NASA / В кружочке звезда Gliese 445, расположенная на расстоянии 17,6 световых лет от Земли. Примерно через 40 000 лет «Вояджер-1» будет к этой звезде находиться гораздо ближе, чем к нашему Солнцу

Что касается «Вояджера-2», на сайте NASA говорится, что примерно через 40 000 лет зонд пройдет на расстоянии 1,7 световых года от звезды Ross 248, а через 296 000 лет пролетит в 4,3 световых годах от Сириуса, самой яркой звезды ночного неба.

По мнению ученых, аппараты покинут пределы Солнечной Системы где-то через 28 000-80 000 лет, после чего их захватит притяжение Млечного Пути. Зонды начнут долгое скитание по галактоцентрической орбите, будут вращаться вокруг центра Галактики вместе с Солнцем и другими звездами. Один оборот вокруг центра они будут делать каждые 200 млн. лет.

Чтобы разорвать притяжение Галактики, зондам нужно развить скорость около 330 км/с, что маловероятно, поэтому аппараты надолго останутся на орбите вокруг Галактического центра. Пройдут миллиарды лет, прежде чем фотоны высоких энергий наконец разрушат «Вояджер-1» и «Вояджер-2». Правда, нельзя исключать и встречи с астероидами, в этом случае зонды погибнут намного раньше.

Но если столкновений не произойдет, только представьте, аппараты будут продолжать свое путешествие даже тогда, когда исчезнет Земля, другие планеты нашей системы, и даже когда Солнце превратится в белый карлик.