Астрономия 2017 (БГ Наука)

www.nauka.bg admin@nauka.bg

2017 Българска Наука

АСТРОНОМИЯ

50

Г. ОТ ПЪРВИЯТ ЧОВЕК ИЗЛЕТЯЛ В КОСМОСА

ГАЛАКТИКИТЕ – острови от материя и мистерия ЛУННАТА КОНСПИРАЦИЯ

ВЕНЕРА -

и Ефектът на ДънингКрюгер

история на наблюденията и полетите

ПЛУТОН ИМА СИНЬО НЕБЕ!

На планетата има и воден лед!

2017

Българска наука 1

съдържание 7 8 10 19

www.nauka.bg admin@nauka.bg

50 Г. OТ ПЪРВИЯТ ЧОВЕК ИЗЛЕТЯЛ В КОСМОСА

16

ТАСС, 12.04.1961 г.

ЗАЩО ОТКРИТИЕТО НА НАСА ЗА ВОДАТА НА МАРС Е ВАЖНО? Светослав Александров

ГАЛАКТИКИТЕ – ОСТРОВИ ОТ МАТЕРИЯ И МИСТЕРИЯ Д-р Люба Славчева-Михова

„НАЙ-ГОЛЯМАТА ЗАГАДКА НА НАУКАТА ИЛИ ПАРАДОКСЪТ НА ФЕРМИ” доц. Валери Голев

Главен редактор:

Автори в този брой:

27

ПЛУТОН ИМА СИНЬО НЕБЕ! НА ПЛАНЕТАТА ИМА И ВОДЕН ЛЕД!

Петър Теодосиев

Светослав Александров

Редакционна колегия:

28

ИСТОРИЯ НА НАБЛЮДЕНИЯТА И ПОЛЕТИТЕ ДО ВЕНЕРА

Светослав Александров Д-р Люба Славчева-Михова доц. Валери Голев д-р Владимир Божилов Надя Кискинова доц. Пламен Физев Елена Кьосева

32 40

Светослав Александров

АСТРОБИОЛОГИЯТА И ПАРАДОКСЪТ НА ФЕРМИ д-р Владимир Божилов

ЛУННАТА КОНСПИРАЦИЯ И ЕФЕКТЪТ НА ДЪНИНГ-КРЮГЕР Светослав Александров

43

НАШАТА ЗВЕЗДА СЛЪНЦЕТО Надя Кискинова

55

СЛЕДЕТЕ ЗА ТЪРСЕНЕ НА ПЛАНЕТИ В РЕАЛНО ВРЕМЕ Надя Кискинова

57

МАЛКИ, ТЪМНИ И ТЕЖКИ. НО ДАЛИ ТОВА СА НАИСТИНА ЧЕРНИ ДУПКИ? Доц. Пламен Физев

73

ДА ВИЖДАШ ЧЕРНИ ДУПКИ С ТЕЛЕСКОП ЗА ДОМАШНО ПОЛЗВАНЕ Елена Кьосева

70

Проф. Николай Витанов Проф. Ради Романски дфн. Пламен Физиев Доц. Илия Пенев Доц. Валери Голев Доц. Милен Богданов Доц. Петър Голийски Доц. Севдалина Турманова Доктор Владимир Божилов Доктор Мариана Стамова Доктор Велислава Шуролинкова Докторант Василена Кръстева Докторант Павлина Иванова Докторант Нора Голешевска Д-р Чавдар Черников Неделин Бояджиев Радослав Тодоров Красимир Иванчев Росен Теодосиев

Авторски колектив: Проф. Николай Витанов Доц. Петър Голийски Доктор Владимир Божилов Доктор Велислава Шуролинкова Докторант Антоан Тонев Д-р Чавдар Черников Д-р Христо Лозанов ДМ. Димитра Лефтерова Неделин Бояджиев Радослав Тодоров Красимир Иванчев Марко Иванов Владимир Попов

Предпечат: Десислава Попова

Cover: Десислава Попова

За реклама и контакти: Петър Теодосиев 0885811386 Списание “Българска наука” се издава от Сдружение “Форум Наука” ISSN: 1314-1031 Списание “Българска Наука” се издава от Сдружение “Форум Наука” и се развива от края на 2005 година. В момента достига до над 200 000 човека на година, а всеки брой има средно над 100 000 преглеждания на месец. Сп ис анието не но си отговорн о ст з а с ъ д ърж анието на публик уваните в бр о я р ек лами.

www.nauka.bg admin@nauka.bg

АСТРОНОМИ Я

50 г. От първият човек излетял в космоса По материали от :http://www.roscosmos.ru/main.php?id=87

З

По получени данни от борда на космическия кораб „Восток“, в 9:52 ч. по московско време, пилоткосмонавтът майор Гагарин, прелиташе над Южна Америка. Той споделя: „Полетът протича нормално, чувствам се добре.“ В 10:15 ч. по московско време пилот-космонавтът майор Гагарин, прелитайки над Африка, сподели: „Полетът протича нормално, добре понасям състоянието на безтегловност.“. В 10:25 ч. по московско време, след облетяване на нашата планета – Земята, в съответствие със зададената програма, космическият кораб-спътник с пилот космонавтът майор Юрий Гагарин започна да се снижава и да се приземява над територията на СССР. Полетът му бе с времетраене от час и 48 мин. Другарят Гагарин се приземи на колхозно поле в Саратовска област.

ТАСС, 12.04.1961 г. *Изток

а първи път човек полетя в Космоса.на 12.04.1961 г. в Съветския Съюз бе изведен в околоземна орбита първият в света космически кораб-спътник „Восток“* с човек на борда. Неговият пилот-космонавт е гражданинът на СССР, летецът майор Юрий Алексеевич Гагарин.

Стартът на космическата ракета премина успешно и след набирането на първа космическа скорост и отделянето на космическия кораб от ракетата-носител, корабът-спътник започна своя свободен полет в орбита около Земята. По предварителни данни, периодът на обиколката на кораба-спътник около Земята ще продължи около 89-90 минути; минималното разстояние от повърхността на Земята (в перигей) ще бъде 175 км., а максималното разстояние (в апогей) ще бъде 302 км.; ъгълът на наклон на плоскостта на орбитата спрямо екватора ще бъде 65 градуса и 4 минути. Тежеста на космическия кораб-спътник, заедно с пилота в него, е 4725 кг., без да се взима предвид теглото на ракетата-носител. С космонавта е установена и поддържана двустранна радиовръзка. С помощта на радиотелеметрическа и телевизионна системи се наблюдава състоянието на космонавта по време на неговия полет. По време на извеждането на кораба-спъник „Восток” в орбита другарят Гагарин се е чувсвствал удовлетворително, а в момента се чувства добре. Системите, обеспечаващи необходимите жизнени условия в кабината му функционират нормално. Полетът на кораба-спътник „Восток“ с пилот космонавта Гагарин в орбита около нашата планета продължава.

2017

Българска наука 7

АСТРОНОМИ Я

ЗАЩО ОТКРИТИЕТО НА НАСА ЗА ВОДАТА НА МАРС Е ВАЖНО? Светослав Александров

В

секи път, когато НАСА раздуха н о в и н а т а , че предстои пресконференция за вълнуващо откритие относно Марс, публиката се обзалага, че откритието или ще е свързано

8 Българска наука 2017

с вода (Какво, пак ли?!) или с живот (Най-накрая!).“, пише Сет Шостак, старши астроном и директор на центъра за изследвания към СЕТИ. „Официалното изявление на НАСА касае както двете неща, така и нито едно от тях. Няма възражения обаче, че то е вълнуващо“, заявява той. Откритието касае сезонно променящи се линии, срещащи

се по стените на кратерите на Марс. Тези линии напомнят на просмукваща се влага и благодарение на спектрални наблюдения от автоматичната станция «Марс Риконисънс Орбитър“, която понастоящем обикаля около Марс, вече се знае, че тук наистина става въпрос за вода. Другите възможни обяснения не са верни. Това е показател, че има някакви водни

www.nauka.bg admin@nauka.bg

резервоари под повърхността на Марс, които не са на голяма дълбочина. С други думи: Марс очевидно има езера в настоящето време - те просто са покрити от ръждясала и прашна черупка, създадена от скучен марсиански прах. Много астробиолози са на мнение, че в далечното минало Марс е бил по-мек свят. Преди три или четири милиарда години на Червената планета са се срещали тук - таме реки, езера и дори океани. Каньоните и речните корита са сухи в днешно време, но като се има предвид широкото разпространение на сезонно променящите се ивици, подпочвени водоносни източници може би все още съществуват на Марс, при това в голямо количество. В края на краищата изводът е толкова очевиден, та е дори категоричен. Възможно е в ранните години на Марс да е покълнал едноклетъчен живот. Когато условията на планетата са се влошили, животът е бил принуден да се адаптира към околността, която е наоколо включително към тези подпочвени водни източници. Възможно е този живот все още да съществува и да се радва на някакъв необичаен стил на съществуване до ден днешен. НАСА се опита да потърси живот през 70-те години със спускаемите апарати «Вайкинг“. Но експериментите имаха ограничена чувствителност и резултатите, поне според някои изследователи, са двусмислени. Какъв беше наученият урок от тези изследвания? Търсенето на съществуващ живот е трудна задача. Все пак човек трябва да търси на точното място. Разбира се, трябва да се вземе

предвид отрезвителната вероятност, че дори и да е имало някакъв живот на Марс, той е в минало време. Мъртъв. Затова през последните години НАСА предприе друга тактика - по-добре е най-напред да се изучи историята на Червената планета и да се намерят местата, където животът би могъл да е съществувал някога. При всеки възможен сценарий, свързан с Марсианците, повероятно би било да има доста повече мъртъв живот, отколкото настоящ живот. Живите същества не се натрупват на купчина, но умрелите го правят. Това е същата причина, поради която марсоходът „Кюриосити“ пъпли по планината Шарп на Марс днес. Не за да търси живот, а да установи дали има места, където е имало някога биологична активност. След откритието обаче, че хоризонталните ивици се дължат на солена ТЕЧНА вода в днешни дни, играта вече се променя. Те са като знаци на Острова на съкровищата с надписи: „Копай тук“! Докато няма съмнение, че бъдещи спускаеми апарати ще направят точно това, възможно е да видим дори по-скорошни действия.

марсоход. „Това може да повиши съществено стимула да сменим усилията си при изучаването на Марс - вместо да търсим хабитати, където животът някога може би е съществувал, да търсим хабитати, където той

все още може да съществува“, смята Шостак. „Просто дълбай много на плитко към калното дъно на сухия марсиански пейзаж и погледни дали има живот», категоричен е той.

Източник : СЕТИ hhtp://www.cosmos.1.bg/

Джим Грийн, който работи в НАСА като директор на планетарната научна дивизия, е казал на Сет Шостак, че тези ивици могат да се срещат на планината Шарп и дори да са достъпни за марсохода „Кюриосити“! Това е съблазнително и неочаквано отклонение за работата на смелия 2017

Българска наука 9

Фиг. 3: M31 - Галактиката Андромедаърт Джендлър (robgendlerastropics.com).

АСТРОНОМИ Я

Галактиките – острови от материя и мистерия

В

ярвам, че Галактиката1 е не повече от 30 000 светлинни години в диаметър, че спиралните мъглявини не са Галактични обекти, а островни вселени, като нашата Галактика, подсказващи ни за една по-голяма Вселена...“

Д-р Люба Славчева-Михова „Едно от следствията на заключението, че Галактиката е до 300 000 светлинни години в диаметър, е трудността да бъде защитена теорията за спиралните мъглявини като галактики... Последните измервания от ван Маанен на въртенето в няколко спирални мъглявини показват, че те не могат да са извън нашата Галактика.“ Репликите са на астрономите Хебър Къртис и Харлоу Шапли (Фиг.

1), мястото – Смитсонианският природонаучен музей, Вашингтон, датата - 26 април 1920 г. - Денят на Великия Дебат. Мъглявините са междузвездни облаци от газ и прах. В продължение на столетия, обаче, така са били наричани всички дифузни

10 Българска наука 2017

Фиг. 1: Хебър Къртис (горе) и Харлоу Шапли

неподвижни астрономически обекти, включително звездните купове и галактиките. Първата „мъглявина“ - Андромеда (Фиг.

2, 3), е описана от Персийския астроном Ал Суфи през Х в. като „малък облак“. Почти хилядолетие по-късно този дебат трябва да изясни дали тя е Галактичен газов комплекс (Фиг. 4) или далечна галактика като нашата. Отговорът на този въпрос съвсем не е прост, тъй като предполага познаване на физическите свойства на наблюдаваните обекти и коректна система за определяне на скaлата на разстоянията във Вселената. Оценката и на двамата за Млечния път е била грешна с фактор 3, но в противоположни посоки. По-важно е онова, в което са били прави. Оценките на Шапли, че Слънцето е далече от Галактичния център, са били верни. Къртис правилно е считал „спиралните мъглявини“ за други галактики. Защото трябва да имаш проникновено прозрение,

www.nauka.bg admin@nauka.bg

Фиг. 5: Едуин Хъбъл на Паломарската Обсерватория. Източник: http://www. darkenergysurvey.org/.

Фиг. 2: Фотография на „Мъглявината Андромеда“ от 1899 година.

за да направиш реална преценка на нещо, което никога не си имал възможност да погледнеш отстрани. И защото пътят на пионера винаги е трънлив – просто самият той проправя пътя! Хъбъл определя разстоянието до класическите цефеиди в Андромеда и показва, че те не са членове на Млечния път. Цефеидите са ярки променливи звезди, при които строгата зависимост между светимостта и периода на пулсация позволява определянето на разстоянието до тях. Поради това са наричани „стандартни свещи“.

от размера на Млечния път. Къртис заключава: „Винаги съм вярвал, че спиралните мъглявини са отделни галактики и резултатите на Хъбъл правят тази теория двойно по-сигурна.“

В края на 1924 г. един човек знае разстоянието до Андромеда, само един човек знае, че тя е „островна вселена“, на прилично разстояние от нашата Галактика. Реакциите на участвалите в дебата показват, че съществуването на други галактики е много по-важно

1 Галактиката с главна буква се отнася за Млечния път

ръка, взрян в телескоп, докато обикновените хора невинно спят... Освен с разрешаването на Великия Дебат, той остава известен с още два ключови пробива в астрономията –

Шапли, разбира се, е много емоционален: „Това писмо разби моята вселена!... В крайна сметка ван Маанен беше мой приятел.“ Така почти 5 години след онзи паметен 26 април Хъбъл слага край на Великия Дебат. Корените на истинското му начало обаче вероятно трябва да се търсят поне повече от век и половина по-рано, когато за пръв път е изказана хипотезата за „островните вселени“ по ирония на съдбата не от физик, а от филсоф - Емануил Кант. Може би точно заради Хъбъл (Фиг.

5) представата ни за астроном често е самотен учен с лула в

Фиг. 4: Мъглявината Котешко око. Съвместно изображение от Космическия телескоп Хъбъл и Рентгеновата обсерватория Чандра.

2017

Българска наука 11

класификацията на галактиките и разширяването на Вселената. Морфологичната класификация на Хъбъл (Фиг. 6) е широко използвана и днес. Отначало той разделя галактиките на елиптични и спирални. Елиптичните галактики допълнително са класифицирани

според степента им на сплеснатост, а спиралните – според завитостта на ръкавите им. Спиралните галактики се състоят от сфероидална компонента (бълдж) и диск, в който са разположени спиралните ръкави. Хъбъл забелязва, че някои от тях са пресечени от ярка ивица (бар) и

ги нарича „пресечени спирални галактики“ (оцветени в жълто на диаграмата). Преходен тип между елиптичните и спиралните галактики са лещовидните галактики, означавани с S0. Те имат бълдж и диск, но не и спирална структура. Последният тип са неправилните галактики, които обикновено са резултат от гравитационно взаимодействие.

Фиг. 6: Камертонна диаграма на Хъбъл. Източник: http://cas.sdss.org/.

Разбираемо е защо Диаграмата на Хъбъл се нарича камертонна. Той вярва, че галактиките еволюират отляво надясно по нея и затова нарича елиптичните галактики ранни, а спиралните – късни. Макар сега да знаем, че еволюцията не протича така, терминологията „ранни“ и „късни“ галактики все още се използва. Млечният тип е спирална галактика с бар. Ако можехме да видим нейно изображение, получено от извънгалактични астрономи, то вероятно много би приличало на картината на Фиг. 7. Тя, обаче, е продукт на дългогодишни усилия на множество астрономи. Също както е трудно да нарисуваш замъка, който никога не си напускал...

Фиг. 7: Най-вероятният вид на Млечния път анфас; показано е местоположението на Слънцето. Източник: http://messier.seds.org/.

Видимата материя в галактиките се състои от звезди, газ и прах. Невъобразимите налягане и температура в недрата на звездите, тези кълба от плазма, са причина за процесите на термоядрен синтез. Почти всички естествено срещащи се елементи, по-тежки от хелий, са били създадени в звездите. Атоми на водород се сливат в атоми на хелий, при което се отделят огромни количества енергия под формата на гама лъчи. В стремежа си да напуснат звездата, тези гама лъчи противодействат на неудържимото гравитационно свиване. Те многократно (дори за секунда) са поглъщани и преизлъчвани отново. На един фотон може да отнеме 100 000 години да измине пътя от

12 Българска наука 2017

www.nauka.bg admin@nauka.bg

ядрото до повърхността на звездата. Когато фотоните достигнат повърхността, те са изгубили част от енергията си и част от тях вече представляват видима светлина. Те напускат звездата и ако на пътя им не се изпречи нищо, могат да пътуват по права линия завинаги. Когато гледаме например към звездата Сириус (Фиг. 8), разположена на близо 8 светлинни години от нас, виждаме фотоните, които са я напуснали преди 8 години и Земята е първото препятствие, на което са се натъкнали. Ако гама лъчите не бяха толкова затруднени да напуснат звездата си, нощното ни небе щеше да е безутешно пусто... Лъчението на повечето звезди се дължи на промяна на положенията на електроните на орбитите им около ядрата и се нарича топлинно. Тъй като голяма част от видимата материя в „нормалните“ галактики е съсредоточена в звезди, тяхното излъчване е топлинно. В една галактика като нашата има няколко десетки милиарда звезди. Галактиките делят с

м ъ гл я в ини те първенството за най-красив небесен обект! С вълшебството от нюанси и размаха на ръкавите си спиралните галактики са особено впечатляващи (Фиг.9).Това искрящо синьо – на недокоснат сняг, озарен от първите лъчи на изгрева, подсилено от ивиците поглъщащ прах, крие нещо неочаквано... Също като Фиг. 8: Звездата Сириус, заснета от морските вълни и за Космическия телескоп Хъбъл. разлика от баровете, спиралните ръкави галактичния център... не са изградени от едно и също вещество през цялото време. Ако изобщо можем да наречем Те представляват вълни на спиралната структура загадка на плътността в диска. Звездите и галактиките, тя е може би найгазът се въртят около центъра невинната. по-бързо от тях. Те се захващат Най-впечатляващи за човешкото за ръкавите и минават през око са или галактиките със тях. Това, което ние виждаме съвършени форми, или крайно като спирални ръкави, всъщност асиметричните и неправилни, са отделни положения от както и тези, наподобяващи вечния за човешките мащаби причудливи образи. Забележителният вид на галактиката M 104, път на звездите и газа около

Фиг. 9: Галактиката NGC 1300, заснета от Космическия телескоп Хъбъл.

2017

Българска наука 13

Фиг. 10: Галактиката M 104 - „Сомбреро“, заснета от Космическия телескоп Хъбъл.

Фиг. 11: Галактиката M 64 - „Черното око“, заснета от Космическия телескоп Хъбъл.

Фиг. 12: Галактиката „Обект на Хоуг“, заснета от Космическия телескоп Хъбъл Фиг. 13: Пръстеновидната галактика AM 0644-741, заснета от Космическия телескоп Хъбъл.

наречена „Сомбреро“ (Фиг. 10), се дължи на плътните ивици поглъщащ прах по лъча на зрение. Още по-изумителна е играта на праха на светлини и сенки в галактиката M 64, наричана „Черното око“ или още „Спящата красавица“ (Фиг. 11). Най-интересните галактични форми са свързани с взаимодействията между галактиките. Една от хипотезите за произхода на някои пръстени в галактиките – симетрични (Фиг. 12) или не чак толкова (Фиг. 13), е относително рядкото събитие на преминаване на една галактика през друга.

14 Българска наука 2017

Гр а в и т а ц и о н н о т о взаимодействие между галактиките може силно да ги деформира и да доведе до образуване на спирална структура и барове, както и на приливни образувания като мостове и опашки. Необичайната спирална структура и приливният

www.nauka.bg admin@nauka.bg

мост между галактиките са издайническите признаци на протичащо взаимодействие при фотогеничната група Arp 273 (Фиг. 14). Системата от галактики, известна като „Антените“ (Фиг. 15), е прототип на сливащи се галактики. Взаимодействието е започнало преди 300-450 млн. години и след още 300 млн. години галактиките напълно ще се слеят. Взаимодействието е породило звездообразуване и образуването на огромните приливни опашки. Драматичният вид на двойката галактики „Мишките“ (Фиг. 16) се дължи на относителните разлики между гравитационните сили, действащи на близките и далечни области на всяка от галактиките. Грандиозният междугалактичен мост, както и приливната опашка, многократно по-голяма от самите галактики, в системата Arp 293 (Фиг.

17) са свидетелства за близко преминаване на галактиките една до друга в миналото. Най-вероятният сценарий е серия от приближавания и отдалечавания преди неизбежното сливане в една галактика. Дотогава Arp 293 би била чудесна сцена за фантастичен филм. И макар сега моделите, базирани на числени симулации, задоволително да обясняват

наблюдаваните приливни структури, преди няколко д е с ет и л ет ия възможността за неестествения им произход е занимавала умовете и на учени. Например, през 1983 г. кандидатът на техническите науки Алексей Воробьoв изказва хипотезата,че този род междугалактични структури може да са дело на високоразвити к о с м и ч е с к и цивилизации, способни да въздействат Фиг. 14: Взаимодействащата група върху галактиките галактики Arp 273, заснета от си. Впечатлението, Космическия телескоп Хъбъл. че драматичната съдба на взаимодействащите изненадващото (за човешките си галактики, не ни касае, разбирания) е, че теорията не е съвсем оправдана. предсказва като краен продукт „Мъглявината“ Андромеда, от сливането на съизмерими наблюдавана от Ал Суфи преди спирални галактики елиптична повече от хилядолетие, е найгалактика. Докато спиралните близката галактика от размера галактики са доминирани от на Млечния път. Всъщност въртящи се дискове от звезди тя много прилича на нашата и газ, елиптичните галактики Галактика, двойно по-голяма е са сфероидални комплекси от и се движи към нас. Симулации звезди (Фиг. 19). показват, че след няколко (36) милиарда години двете След около още милиард години галактики ще се слеят. Далечен на мястото на Млечния път и наблюдател би видял гледка, Андромеда най-вероятно ще се подобна на сблъсъка между NGC2207 и IC2163 (Фиг. 18). Найнамира елиптична галактика,

Фиг. 15: Сливащите се галактики NGC 4038 NGC и 4039, известни като „Антените“, източник: http://apod.nasa.gov/.

Фиг 16: Фиг. 16: Двойката галактики NGC 4676, известни като „Мишките“, заснета от Космическия телескоп Хъбъл.

Фиг 17: Двойката галактики Arp 293, заснета от 1-м телескоп USNO, Флагстаф, Аризона, източник: http://apod. nasa.gov/ 2017

Българска наука 15

в него.

Фиг. 18: Взаимодействащите си галактики NGC2207 и IC2163, заснети от Космическия телескоп Хъбъл.

Фиг. 20:Фиг. 20: NGC 7603 – система с аномално червено отместване, заснета от Sloan Digital Sky Survey (http://cas.sdss. org/).

Фиг. 19: Елиптичната галактика M 87, източник: АнглоАвстралийската обсерватория.

Фиг. 21: Модел на акреционен диск около черна дупка; източник - http://dailygalaxy.com/.

спокойна и жълта, с нищо не подсказваща за изминалите драматични събития.. За съжаление (или може би за радост на всички, търсещи нови предизвикателства в науката), не всичко, свързано с взаимодействащите си галактики, е напълно ясно... В спектъра на неподвижен спрямо нас небесен обект би имало абсорбционни (спадове) и/или емисионни (пикове) линии, съответстващи на преходи между енергетичните нива на атомите

16 Българска наука 2017

Съгласно т.нар. Ефект на Доплер тези линии биха се отместили към синята/червената област, когато обектът се приближава/ отдалечава. Червеното отместване оценява степента на отместване на дадена линия към червената област на отдалечаващ се от нас небесен обект спрямо положението, което би имала, ако обектът беше неподвижен. С негова помощ могат да се определят разстоянията до галактиките. Известни са групи от галактики, които имат приливни структури, подсказващи за взаимодействие между тях, и същевременно червени отмествания, съответстващи на доста различни разстояния. Наричат се „асоциации с аномални червени отмествания“. Дискутирани са още преди 40 години от Халтън Арп. Една от най-впечатляващите такива системи е NGC 7603 (Фиг.

20). Деформираната структура на галактиката и множеството приливни образувания, включително мост, свързващ двете галактики, свидетелстват за взаимодействие с кандидатспътника. Той, обаче, би следвало да е много по-отдалечен, ако за разстоянието съдим по червеното отместване. Нещо повече, ярките компактни образувания, наложени върху приливния мост, имат поголеми червени отмествания от тези и на двете горни галактики. Вероятността тази конфигурация да е продукт на случайност е оценена като много малка. Предложени са множество обяснения (например на ЛопезКоредойра и Гутерез през 2004 г.), сред които и някои екзотични – галактиките с по-голямо червено отместване са били „изхвърлени“ от родителската галактика. Нито едно не е признато за недвусмислено.

www.nauka.bg admin@nauka.bg

Фиг. 22:NGC 1068- Сийфъртова галактика. Изображението е от Sloan Digital Sky Survey (http:// www.sdss.org/).

Фиг. 23:Първият открит квазар – 3C 273. Изображението е от Sloan Digital Sky Survey (http://www.sdss.org/).

Масата на дадена галактика може да се определи по гравитационните сили, които упражнява. Още през 30-те години на миналия век анализът на динамиката на галактики и купове от галактики довежда до изненадващия резултат, че те съдържат значително повече маса, отколкото може да се наблюдава. Едва до 20% от масата на галактиките се състои от звезди, газ и прах, които могат да се наблюдават да излъчват или поглъщат. Останалата, съществена част от масата, е невидима. Поради това е наречена тъмна материя. За нейното съществуване знаем само по гравитационни ефекти. Както казва Малкия принц „Найважното е невидимо за очите“. Нима ако гледаме Земята нощем ще си създадем вярна представа за положението

на континентите? Тяхната площ ще бъде силно, при това неравномерно, подценена... Противоречието между недвусмислените свидетелства за наличието на тъмна материя и невъзможността да бъде обяснен нейният произход е наречено “проблем на тъмната материя”. Съществуват два типа кандидати за тъмна материя – несветещи небесни тела, като кафяви джуджета и звезди в края на своята еволюция, и нов тип частици, които досега не сме успели да детектираме. Така проблемът на тъмната материя не е само астрофизичен, а е предизвикателство за фундаменталната физика изобщо. Съществуват галактики, които могат да са до 1000 пъти поярки от „нормалните“ галактики и излъчват в много по-широк спектрален диапазон от тях – от радио- до гама-лъчи! По тези причини са наречени активни. При това непренебрежима част от лъчението произхожда от централна област, не по-голяма от 1 светлинен ден, наречена активно галактично ядро. Тези огромни количества енергия, излъчени от толкова малки области, не могат да се обяснят с термоядрените процеси в звездите. Нужен е процес с по-голяма ефективност. Общоприетата хипотеза е т. нар. акреция на газ върху свръхмасивна (с маса, по-голяма от милион слънчеви маси) черна дупка (Фиг. 21). Движението на газа около централния обект му пречи да падне директно върху него. Образува се диск. Триенето, което изпитва газът, води до намаляване на ъгловата му скорост, при което газът започва бавно да пада навътре, и до нагряването му. Част от тази енергия се отделя под формата на лъчение. Какво представлява черната дупка? Едно от решенията на уравненията на Общата Теория на Относителността, описващо гравитационното поле на точкова маса. По-просто

казано, компактен обект с достатъчно малки размери, че дори светлината да не може да го напусне. Защо черна дупка? Тя е не само следствие от теоретични разсъждения, но и крайният етап от живота на най-масивните звезди. Първият оптичен спектър на активна галактика е получен преди повече от 100 г. Едуард Фат обръща внимание на силните емисионни линии в спектъра на NGC 1068 (Фиг. 22), считана по това време, разбира се, за „мъглявина“. Едва през 40те години на миналия век Карл Сийфърт обособява клас нискосветими активни галактики (наречен по-късно на негово име – Сийфъртови галактики). През 1963 г. Маартен Шмит разбулва мистерията на квазарите високосветими активни галактични ядра, като разпознава водородните емисионни линии в спектъра на квазара 3C 273, отместени към червения край с необичайно голямо за тогава червено отместване. Явно тези обекти не са звезди, а звездоподобни източници с огромна светимост. Приема се, че квазарите са ядра на галактики, недетектирани при първите наблюдения. Първият открит и видимо найяркият квазар е 3C 273 (Фиг. 23). Отдалечен е от нас на 2 милиарда светлинни години. Само година след откриването на квазарите Солпитър предлага акреция върху черна дупка като механизъм на излъчването им. Изненадващо, десетилетия покъсно се оказва, че свръхмасивни черни дупки съществуват в центъра на повечето галактики, и „нормални“, и активни. Нещо повече, има солидни аргументи за наличието на свръхмасивна черна дупка в центъра на Млечния път. Дори още по-неочаквано е откритието за връзка между 2017

Българска наука 17

масата на черната дупка и свойствата на родителската ѝ галактика. Това е ярко свидетелство, че еволюцията на черната дупка и на галактиката ѝ са тясно свързани, както при активните, така и при „нормалните“ галактики. Интуитивното очакване наличието на свръхмасивна черна дупка в централните области на активните галактики да е отличаващата ги черта от „нормалните“ се оказва безпочвено. На дневен ред излизат въпросите кое прави една галактика активна и какви механизми пренасят газ до активното ядро, където да послужи за гориво. Механизмите, които могат да захранят ядрото, трябва да са в състояние да пренесат газа до обсега му. Числени симулации показват, че галактичният бар и взаимодействията с други галактики са в състояние да породят нужните газови потоци към ядрените области. За да до достигнат те до обсега на централния източник, са нужни и допълнителни механизми в ядрените области. През последните десетилетия множество изследвания са търсели връзка между тези механизми и активността. Наблюдавана е корелация между квазарите и сливанията на галактики със съизмерими маси (Фиг. 24). Един от подходите за изучаване на механизмите на захранване на ядрената активност е изследване на галактики с идентични параметри, отличаващи се единствено по активността на ядрата им. Mrk 766 и UGC 6520 са примери на галактики-„двойници“ - първата с активно, а втората със спокойно ядро. Целта е да изследваме в коя от тях има поизявени механизми на захранване на ядрената активност. Отново интуитивните ни очаквания са това да е активната галактика. Оказва се, че и двете имат

18 Българска наука 2017

бар, при това, изненадващо, в активната галактика той е по-слаб. Още по-неочаквано е, че спътник има само „нормалната“ галактика. Тези резултати са представителни за Сийфъртовите галактики. При тях не е забелязана поголяма честота на срещане на барове или взаимодействия с други галактики спрямо „нормалните“ галактики. Какво е обяснението? При сливанията на галактики със съизмерими маси могат да се породят потоци газ, достатъчни да обезпечат високата светимост на квазарите.

Фиг. 24: Квазърът PKS 2349 – свидетелство за сливане с галактика-спътник. заснета от Космическия телескоп Хъбъл

При по-нискосветимите активни галактики нужните за акрецията количества газ са налични в централните области или поне дотам могат да ги пренесат механизми, по-слаби от изследваните. Поради това не се наблюдават повече барове и спътници при Сийфъртовите галактики. Активните галактични ядра са най-мощните дълговременни източници на енергия във Вселената. Най-отдалеченото наблюдавано активно галактично ядро за момента е квазар с червено отместване над 7 (макар това да не е найдалечният обект наблюдаван във Вселената). Вижда се както е изглеждал едва 770 милиона години след Големия Взрив (Фиг.

27). Нашият малък урок е, че интуицията, която е толкова ценна в нашия живот, в науката не е синоним на професионализъм, а по-скоро - на предубеденост.

22 април 1995 г. Отново сме в Смитсонианския природонаучен музей, Вашингтон. 75 години след Великия Дебат. Дебатът този път е за разстоянията до източниците на гама избухвания. По-известен е като «Диамантения Юбилей на Великия Дебат». Доналд Лам застъпва тезата, че източниците на гама избухвания

Фиг. 25: Mrk 766. Изображението е от Sloan Digital Sky Survey (http://www.sdss. org/).

Фиг. 26: UGC 6520. Изображението е от Sloan Digital Sky Survey (http://www.sdss. org/).

www.nauka.bg admin@nauka.bg

АСТ РОН ОМ ИЯ

„Най-голямата загадка на науката или Парадоксът на Ферми” Фиг. 27: ULAS J1120+0641 - най-отдалеченият (засега) квазар (ограден) на около 12.9 милиарда светлинни години от нас по посока на съзвездието Лъв. Съвместно изображение от Ливърпулския телескоп и Британския Инфрачервен телескоп.

населяват Галактичното хало, а Богдан Пачински счита, че са на космологични разстояния. Кой е прав? Не това е най-важното. Рано или късно разстоянията до тях са щели да бъдат измерени. И, наистина, мистерията е разрешена само 3 години покъсно. Колко учени, обаче, дръзват да заложат името си, изказвайки хипотеза преди недвусмислените факти да излязат наяве? Те са достойните участници във велики дебати. Остана още една мистерия. За какво ще е дебатът през април 2070??

Институт по астрономия, с Национална астрономическа обсерватория, БАН

доц. Валери Голев

Що е благо? Знанието. Що е зло? Незнанието. Който е умен и изкусен, той според обстоятелствата едно ще отхвърли, а друго ще избере. Но ако душата му е висока и непобедима, той няма да се бои от това, което е отхвърлил, и не ще се възхищава от това, което е избрал.” Сенека „Здравата интерпретация на фактите дава възможност да се предположи, че във физиката, а също в химията и биологията, е експериментирал „свръхинтелект“, и че в природата няма слепи сили, заслужаващи доверие” Фред Хойл „По-рано ми се струваше, че ще получим сигнали от Космоса след година или две, три... Годините минават и аз изпитвам все поголеми съмнения, почва да ми се струва, че тук се крие някаква голяма тайна...” Станислав Лем „Вечното мълчание на тези безкрайни пространства ме ужасява.” Блез Паскал

П

рез 2009 г., годината на астрономията, тихомълком се навършиха 50 години от началото на научното изследване на проблема за извънземните цивилизации – през 1959 г. в най-престижното научно списание „Нейчър“ е отпечатана историческата статия на ядрените физици Дж. Кокони и Ф. Морисън „Търсене на междузвездни съобщения“ („Searching for Interstellar Communication“). В нея за първи път се разглежда от научна гледна точка възможността 2017

Българска наука 19

за търсене на радиосигнали от извънземни цивилизации. А сега, през 2012 г., отбелязваме половинвековния юбилей на книгата на известния астрофизик от СССР Йосиф Шкловски „Вселена, живот, разум” („Вселенная, жизнь, разум“). Тя изиграва изключителна роля в развитието на SETI (съкращение от Search for Exstraterrestrial Intelligence или „търсене на извънземен разум“) в целия свят. В разширен вариант и в съавторство с великия американски астроном Карл Сейгън книгата се появява през 1966 г. и на английски език под името „Разумният живот във Вселената” („Intelligent Life in the Universe“). Тези класически текстове са библията на специалистите по SETI и досега. Преди половин век в Националната радиоастрономическа обсерватория на САЩ се подготвят за прием на радиосигнали, изпратени от извънземен разум (Exstraterrestrial Intelligence или ETI). Проектът бил наречен OZMA по името на принцесата от една детска книжка за вълшебната Страна Оз. Към пролетта на 1960 г. група под ръководството на радиоастронома Френсиз Дрейк започва да търси изкуствен радиосигнал от две звезди от слънчев тип – τ от Кит и ε от Еридан, които се намират на разстояние около 11 светлинни години от Слънцето. Наблюденията на тези звезди продължили четири месеца и, както е добре известно, резултатът бил отрицателен. Казват, че готвейки се за среща с колегите си, за да обсъди с тях вероятността за съществуване

20 Българска наука 2017

на извънземен разум, Дрейк извежда прословутата формула, носеща неговото име, която ще го направи знаменит. Телескопът на националната радиообсерватория в Грийн Банк, САЩ, използван за проекта OZMA. Приемникът му бил настроен на дължина на вълната 1.42 GHz (или 21 cm), съответстваща на излъчването на междузвездния водород. Тогава се е предполагало, че тази честота

би трябвало да е универсален стандарт и ориентир за ETI, които се опитват да установят междузвездна връзка. В същата обсерватория от 1973 до 1976 г. се провежда и втори експеримент, наречен OZMA II. Изследвани били над 650 от найблизките до Слънцето звезди, норезултатът отново бил отрицателен.

Тя дава оценка на броя N на развитите цивилизации в нашата Галактика:Където N*е

броят на звездите в Млечния път, fp е частта от звездите, които имат планетни системи, fe е частта от планетите, на които съществуват приемливи физични условия за съществуване на живот, flе вероятността на една планета с благоприятни условия да възникне живот, fr е вероятността възникналият живот да развие в рамките на еволюцията си видове, надарени с разум, fc е вероятността разумът да развие цивилизация с напреднала технология, която е в състояние да търси връзка с други цивилизации, TL е времето на активен живот на цивилизацията, и TGе продължителността на съществуване на нашата Галактика.Тук нямаме за задача да дискутираме това уравнение поподробно. Ще споменем само, че оценките на N от формулата на Дрейк варират от „една“ (само нашата Земя) до милиарди ETI в зависимост от оптимизма на изследователя.

Пак през 1960 г. друго голямо име във физиката – Фриймън Дайсън, се включва „в играта“. Дайсън по право се смята за един от създателите на съвременната квантова електродинамика заедно с нобеловите лауреати Швингер, Фaйнман и Томонагa. Известни са достиженията му във физиката на твърдото тяло, ядрената техника и астрофизиката. Той пише кратка статия в другото най-престижно научно списание „Сайънс“, озаглавена „Търсене на изкуствени звездни източници на инфрачервено излъчване“(„Search for Artificial Stellar Sources of Infrared Radiation“), в която се излага концепцията за т.нар. „сфера на Дайсън“.

www.nauka.bg admin@nauka.bg Тя представлява хипотетично астро инженерно съоръжение – тънка сферична обвивка с голям радиус (от порядъка на радиусите на планетните орбити), като звездата е в нейния център. Идеята за такава сфера той взима от книгата „Създателят на звезди“ на фантаста Олаф Степълдън, написана още през 1937 г. Предполага се, че една развита ETI може да използва сфера на Дайсън за пълна утилизация на енергията на своята централна звезда и/ или за решаване на евентуални проблеми със жизненото си пространство. За построяването на такава тънка сфера ще е необходимо вещество, колкото има в Юпитер.

на „дифузията” на една развита цивилизация от звезда към звезда, тя би се разпространявала от своята родителска планета навън подобно на сферична вълна. Ако най-близките до родителската планета звезди (разположени, да кажем, на разстояние 10 светлинни години от нея), се колонизират например за 10 000 години (т.е скоростта на „дифузията” е 0.001 с, Френсиз Дрейк(р. 1930) с една от формите на където с е скоростта своето уравнение. на светлината), то за десетина милиона години цялата Галактика ще бъде усвоена от въпросната цивилизация. Това всъщност е КРАТКО време – ако възрастта на Вселената е еквивалентна на 24 часа, то 10 милиона години ще са еквивалентни само на ЕДНА МИНУТА. Търсенето на сфери на А в Млечния път има Дайсън е перспективно стотици милиарди направление в SETI. звезди,които са поСъоръжения с такива стари от Слънцето ... мащаби могат да Тъй като възрастта на се засекат със нашата Галактика е над Сфера на Дайсън съществуващите в 1000 пъти по-голяма, момента инструменти неизбежно възниква по тяхното въпросът „Къде са Те?”. инфрачервено излъчване Защо не наблюдаваме следи от „парадокс на Ферми”.Той звучи с нетипично спектрално тази експанзия на въпросната така: разпределение. Но до момента високоразвита извънземна Ако във Вселената има много на човечеството не са известни цивилизация тук на Земята? А цивилизации, някои от тях такива източници, нито ако в Галактиката има не една, трябва да са много развити пък способи за практическа а много високоразвити ETI, то и да са колонизирали вече реализация на сфера на Дайсън процесът на колонизация трябва нашата Галактика, както и около нашето Слънце. да е значително по-интензивен... Земята в частност. Тогава Но още през 1950 г.един от къде са те и защо не виждаме гениите на физиката формулира Така се сблъскваме с „парадокса следи от тяхната дейност? това, което мнозина смятат на Ферми“ и в неговата основа за най-голямата загадка на лежи отсъствието на следи Наистина, само за няколко науката. Тогава от проблема от извънземни цивилизации милиона години за ВСЯКА за разума във Вселената се на Земята. Ако ETI наистина цивилизация, която се развива заинтересувал знаменитият съществуват, то даже в технологично с НАШИЯ днешен нобелов лауреат Енрико Ферми. границите на нашата Слънчева темп, ще стане достъпна Той някак мимоходом формулирал система ТРЯБВА да има явни ЦЯЛАТА Галактика. Благодарение идеята, наречена впоследствие признаци на присъствието им.

2017

Българска наука 21

Е, къде са ТЕ тогава? Мълвата говори, че въпросът „Къде са Те тогава?” бил зададен от Ферми по време на закуска с колеги от лабораторията Лос Аламос през лятото на 1950 г. и така се появил парадоксът, носещ неговото име. Оттогава насам в различни страни са извършени стотици наблюдения в радиодиапазона и в другите диапазони на електромагнитния спектър, използвани са многообразни стратегии и методи за търсене, но резултати продължава да няма – липсват каквито и да са признаци за активност от ETI. Всички наблюдавани явления и обекти на небето сякаш по определение имат естествена природа. Единственият за момента достоверен факт в проблематиката на SETI е фактът за НАШЕТО собствено съществуване. Този прост и очевиден за всеки факт има обаче огромно значение – по същия начин, както найголямата тайна на атомната бомба е била просто в това, че тя МОЖЕ да бъде направена... Разумът МОЖЕ да съществува във Вселената. Нека да отворим скоба и без да даваме дефиниции, да отбележим, че тук разбираме понятието „разум“ като СОЦИАЛНО явление. Един напълно откъснат от социума индивид НЕ СЕ ДЪРЖИ като разумно существо и това е добре известно от многобройните факти около феномена „Маугли“. Затова като единична проява на разум тук ще разбираме действията на цивилизацията КАТО ЦЯЛО. Е, възможен е и контра примерът, разгледан във великолепния роман на Станислав Лем „Соларис“, но нека не се задълбаваме... Защото НЕ ПО_ МАЛКО достоверен е и фактът, че признаци за съществуването

22 Българска наука 2017

Ето някои от тях, тривиални и нечак толкова.

Енрико Ферми (1901–1954), виден италиански физик с огромен принос в развитието на съвременната теоретична и експериментална физика, един от основоположниците на квантовата физика, лауреат на Нобелова награда за физика през 1938 г.

на извънземен разум в момента ОТСЪСТВАТ. Този факт наричаме „Мълчанието на Вселената”. Мълчанието на Вселената е централният въпрос на SETI. Възможностите на съвременната радиоастрономия са такива, че човечеството и сега е способно по принцип да регистрира сигнали от цивилизации, намиращи се на същото технологично ниво като нашата, в пределите на почти цялата Галактика с нейните стотици милиарди звезди. По силата на парадокса на Ферми, ако ETI съществуват, то огромното мнозинство от тях трябва да са хиляди пъти по-стари от човечеството и неимоверно по-развити от нас. Защо не регистрираме никакви сигнали? Предложени са над 20 възможни обяснения на парадокса на Ферми и на свързаното с него мълчание на Вселената и вероятно е трудно да се измислят нови.

1)Човечеството е уникално във Вселената.Най-простото обяснение е това, че ТЯХ просто ги няма. Обаче това обяснение нито е достатъчно строго, нито достатъчно естествено. То противоречи на наблюдаемата еднородност и изотропност на Вселената, която сега е извън съмнение. Невероятно е възникването само на една цивилизация в една еднородна и изотропна като цяло Вселена, в една с нищо незабележима галактика, около една найобикновена жълта звезда (в Млечния път има поне 1 млрд. такива звезди, а галактиките са поне 100 млрд.). Към края на живота си обаче Шкловски става защитник именно на тази хипотеза.

2) Нашата цивилизация не е единствена, но е найразвитата във Вселената.Това в известен смисъл е вариант на предната хипотеза и подобна гледна точка представлява краен израз на антропоцентризъм.

3) Не виждаме следи от ETI, защото възможностите на нашите съвременни наблюдателни инструменти са недостатъчни. Мощността на сигналите на ETI може би е малка, може би те излъчват сигнали от насочен тип и Земята просто не попада по техния път, може би технологиите на ETI за връзка са други, и пр. Тази хипотеза е достатъчно оптимистична за бъдещето на SETI и е защитавана активно от Сейгън до края на живота му.

4) Небето все още не е достатъчно добре изучено и трябва просто да се наблюдава повече и по-дълго. Това е вариант на оптимистичната хипотеза, описана по-горе.

www.nauka.bg admin@nauka.bg 5) Извънземните цивилизации са много, но те не са „дълготрайни” (имат кратко време на живот). Наистина, отсъствието на видими прояви на дейност от ETI не е еквивалентно на отсъствие на самите ETI. Ако извънземните цивилизации са много, но са недълговечни, те най-вероятно не достигат такова ниво на развитие, при което тяхната активност би се наблюдавала от Земята.

6)Технологично развити свръхцивилизации просто не се появяват („Задънената улица” на Шкловски). Това е „силен” вариант на предната хипотеза. В последната преди смъртта си статия Шкловски се отказва от идеята за уникалност на земната цивилизация и предлага нещо още по-неутешително – хипотезата за „задънената улица”. Известно е, че нашата Земя всъщност е „гробище на видовете“. Имало е поне две масови екстинкции (т.е. изчезвания) на видовете и животът на планетата е висял на косъм. По оценки на биолозите и палеонтолозите от възникването на живота на Земята досега са се изредили около един милиард биологични видове, а в момента те са само два милиона. Възможно е разумът (който е биологически най-мощният приспособителен механизъм на вида, наречен „homo sapiens”, т.е. на човека) да е хипертрофирана функция, водеща до неизбежна гибел (като голямото тегло при динозаврите или големите зъби на саблезъбия тигър). Тогава разумът е всъщност поредното неудачно изобретение на природата или поредната “задънена улица” в еволюцията.

7) ETI имат кратко време на живот, защото причина за гибелта на разума може да

Карл Сейгън (1934–1996), световно известен американски астроном и популяризатор на науката. Пионер на астробиологията и на SETI.

Йосиф Шкловски (1916– 1985), астрофизик от СССР с фундаментален принос както в SETI, така и в множество други направления на съвременната астрофизика.

бъде загубата на основната му функция – функцията на познанието. Това е още един „силен” и нетривиален вариант на хипотеза 5. Както споменахме вече, не сме в състояние да дефинираме добре понятието „разум”, но тук е достатъчно е да се ограничим с простия тезис, че разумният живот се характеризира със стремеж да разбере и обясни протичащите наоколо явления. Възникващите при това интерес и любопитство са крайно неустойчиви. Интересът към разбраното вече явление пропада практически мигновено. Никакви „интересни практически приложения” на стари закони не могат да заменят търсенето на нови. Загубата на интерес към изследване на новото ще доведе не само до невъзможност да се развиват нови технологии (които биха спасили нашите потомци от предизвикателствата на бъдещето), но рано или късно и до невъзможност да се поддържат и възпроизвеждат вече съществуващите технологии,

което води до неизбежна гибел. Разумът „вехне” без принципно нови и още необяснени явления. Както казва видният французин Анри Поанкаре, „В съдбата на всяка научна истина има само един миг на тържество, попадащ между безкрая, когато я смятат за невярна, и безкрая, когато я възприемат като тривиална”. Безкрайно сложен обект е непознаваем по принцип (това е следствие от великата теоремата на Гьодел). Разумът просто не би могъл да възникне в една безкрайно сложна Вселена. Наблюдаваното отсъствие на свръхцивилизации свидетелства, че нашата Вселена е “прекалено проста” за разума. Бързо опознавайки нейните закони (напр.за няколко хилядолетия), разумният живот изчерпва всички свои възможности и изчезва. Парадоксално, но факт: разумът възниква и загива по една и съща причина – поради простотата на устройството на нашия свят.

8)„Неортоеволюционно” развитие на ETI.Великият полски 2017

Българска наука 23

писател-фантаст и мислител Станислав Лем предлага друго нетривиално решение на парадокса. Може би цивилизациите са много и живеят дълго, но се развиват неортоеволюционно. „Може би,пише той,- високоорганизираната цивилизация въобще не се характеризира с огромни енергии на потребление, а с найдобро регулиране“. Ако това е така, нямаме основания да очакваме, че ще можем да наблюдаваме проявите на такава цивилизация.

земен тип също са достатъчно разпространени във Вселената. Тогава животът, както и разумът, са ОБИКНОВЕНИ ФОРМИ на структурната организация на материята във Вселената. Ако това е така, пред нас се открива впечатляващата картина на прехода на Вселената през поредица от качествено различни стъпала (напр. термоядреният синтез на елементите в звездните

антропоцентризма („човекът е най-висшето същество“ едва ли звучи по-разумно от „Земята е център на Вселената“). Нищо не пречи да се разгледа явлението „разум“ като междинно, а не завършващо звено в процеса на самоорганизацията на Вселената.

12) Сигналите от ETI отдавна „заливат” Земята, но мощността на културната традиция, в рамките на която ние ги интерпретираме, и нашият „познавателен хоризонт”, не са 9) Космическият разум достатъчни за се държи не така, осъзнаването на както ние очакваме. изкуствената им Разумът, който се природа. Станислав Лем опитваме да открием смята, че съществува във Вселената, найявление, което можем да вероятно много наречем ПОЗНАВАТЕЛЕН силно се различава ХОРИЗОНТ за от нашите представи всякацивилизация. за него. Не можем да В рамките на този забележим неговото хоризонт се намира присъствие не защото всичко, което го няма, а защото той Станислав Лем (1921—2006), световно известен цивилизацията е не се държи така, както опознала и което умее полски писател-фантаст и мислител. очакваме. да прави, в това число и такива явления, за 10) „Зоохипотеза”. Съгласно ядра, до биологичната еволюция които тя е в състояние поне тази доста популярна хипотеза на органичните молекули в да построи теоретичен модел на Дж. Бол от Харвардския междузвездните молекулярни (както ние сега строим модели университета ние се намираме в газово-прахови комплекси и например на„черни дупки“). нещо като резерват, поддържан пр.) към все по-високо ниво на от високоразвити ETI, които не самоорганизация. Отвъд този хоризонт се намира се намесват в нашето развитие всичко, което цивилизацията не и ни изучават незабележимо, Засега ни се струва, че върхът знае и за което даже не може да като умишлено крият от нас на тази самоорганизация е се досети на основата на сумата съществуването си. разумът. А ако екстраполираме от всичките си знания и умения. тази тенденция в бъдещето? Ще Как би изглеждало пред дадена 11) Разумът като междинно се яви ли СЛЕД разума някаква цивилизация някое грандиозно звено в еволюцията на структура, качествено различна явление, което тя може да Вселената. Ядреният физик от него, която да го превъзхожда наблюдава, но което се намира А. Д. Панов от Московския по нивото си на организация? ОТВЪД нейния познавателен университет разглежда и тази Така, както живата материя се хоризонт? Ами – ще й изглежда възможност. Наистина, нашето отличава от неживата и така, като ЕСТЕСТВЕНО ЯВЛЕНИЕ, Слънце с нищо особено не се както разумният живот се макар и загадъчно. Например, отличава от други като него отличава от „просто“ живота? всеки сериозен учен от средата милиарди звезди в нашия Млечен Нямаме в момента никакви на XIX век би възприел гъбата път и в милиардите други логични причини да отхвърлим на печално добре познатия на галактики. Естествено е да тази възможност, защото бихме нашето поколение ядрен взрив предположим, че планетите от изпаднали в поредната клопка на като резултат от действието

24 Българска наука 2017

www.nauka.bg admin@nauka.bg Носителят на земния живот и на нашия разум – въглеродът.

Спектрален отпечатък на най-далечната вода във Вселената. Вижда се радиоемисията от водни мазери в далечния квазар MG J0414+0534. Като фон служи инфрачервеното изображение на самия квазар. Квазарът изглежда разкъсан на 4 компонента от сивия дифузен обект в центъра. Това е по-близка галактика, действаща като гравитационна леща, която е усилила сигнала от квазара 35 пъти. Вложеното долу вдясно изображение на огромната активна галактика M87 в съзвездието Дева илюстрира как би изглеждал квазарът от поблизко разстояние.

на неизвестни и необясними природни сили. Лем се придържа към мнението, че способността да се установи разлика между някакво естествено и изкуствено явление е функция от знанията на този, който установява тази разлика. Затова нашите шансове да открием някое „космическо чудо“ще нарастват, даже ако не отделяме специално внимание на неговото търсене. Как би изглеждала евентуална енергетика на ETI с мощността на Слънцето, на какви разстояния

бихме забелязали нейните ефекти и какви варианти са възможни — всичко това ще узнаем, когато НИЕ САМИТЕ овладеем енергетика със звездна мощност. А сега засега, разширявайки познавателния си хоризонт, можем само да дискутираме темата „братя по разум“, напипвайки бавно същината на проблема. Мълчанието на Космоса поставя пред нас принципния въпрос за пределите на земното знание. Поредната революция в науката свидетелства поскоро за това, че от върха на

всеки връх, превзет от науката, ще виждаме следващия – още по-висок и още непревзет връх. В полза на това говори и следствието от теоремата на Гьодел, че решението на всяка нетривиална научна задача води до появата на не по-малко от две нови задачи. Така евентуалната космическа експанзия на цивилизациите, проникването във Вселената и нейното „засяване” с разумен живот ще дава безгранични възможности за развитие на познанието.

2017

Българска наука 25

Тогава просто е трудно и даже невъзможно да си представим какви биха били възможностите на по-старите, например със стотина милиона години, цивилизации.Те биха могли да управляват движението на звездите, да сътворяват нови галактики и даже нови вселени... И защо не, след като дори в рамките на нашата съвременна физика можем вече да кажем каква трябва да е енергията на две сблъскващи се елементарни частици, за да може резултантната черна дупка да започне да се разширява в друго пространство като НОВА вселена. Kакто казва американският космолог Харисън, възможността да се създават вселени (и нашата в частност), би могла да обясни антропния принцип, т.е. че параметрите на нашата Вселена са изключително подходящи за нашето съществуване. Вселената от следващото поколение се създава от наши предшественици именно с такива параметри и в крайна сметка протича нещо като естествен подбор на вселени. Тогава можем да приемем, че множество явления, които ние смятаме за естествени, в действителност са резултат (или отпадък...) от дейността на свръх могъщи стари цивилизации. Трудно е да се каже къде именно се намира сега постоянно отдалечаващият се хоризонт на знанието и на какво ниво е „културната традиция” на нашата цивилизация. Затова свалянето на проблема с мълчанието на Вселената не е никак просто и така или иначе, парадоксът на Ферми и досега си остава нерешен. Видяхме, че това е проблем не само на астрономията, но и въобще на науката като цяло. При всички случаи от самия факт затова мълчание вече следват важниизводи за съдбата на

26 Българска наука 2017

човешката цивилизация и за степента на нашата способност даси обясняваме мирозданието.

- топка за ръгби).Макар все още непотвърдена, има информация и за откриването на такива сложни съединения в междузвездната среда като аминокиселината H2NCH2COOH (т.е. глицина) и дихидроксиацетона.

В същото време става все по-ясно, че самият живот на Земята е възникнал от Космоса. Старата (от началото на Има всички условия тези молекули миналия век) и дълго отхвърляна да дадат начало на найхипотеза на шведския простите биологични учен Сванте Арениус структури, а за панспермията, кометите и получава все повече м ете ори ти те подкрепа от са способни да съвременните доставят тези наблюдения. структури Търсенето на и на вече „братя“ не само образуваните по разум, но планети. Има и по биохимия всички основания и физическа навсякъде във о р г а н и з а ц и я Вселената да изглеждат все посъществува живот, обосновани. На фона на построен на основата казаното по-горе Фулерен С60 на въглерода. само такова търсене в момента би имало Главният носител на земния шансове за успех в обозримото живот и на нашия разум – бъдеще. въглеродът, има изключителни свойства. Химиците знаят Без да влизаме в големи още от миналия век, че подробности, астрономията способността на въглерода да през последните двадесетина се съединява в дълги вериги и години ни позволява да направим пръстени с атомите на други важен извод. Наблюдаваме елементи му дава възможност молекулите на водата навсякъде да формира СТОТИЦИ ХИЛЯДИ във Вселената, включително различни съединения, докато и на разстояние 11 милиарда броят на съединенията на светлинни години, когато ВСИЧКИ ДРУГИ елементи, взети Вселената е била много млада. заедно (включително силиция, който е другият кандидат за Възникването на доста сложни основа на извънземен живот), ОРГАНИЧНИ СЪЕДИНЕНИЯ не надвишава 20 000. Така че в Космоса е закономерна и НЕ Е НЕВЪЗМОЖНО една част неотменна част от самия от извънземните разумни процес на раждане на звездите същества да не се отличават и планетите. Наблюдаваме и биологически чак толкова въглеродни съединения в много от нас...Tрябва да си газовите облаци навсякъде във дадем истинска сметка за Вселената. Към август 2012 са тясната връзка между нас и известни общо около 170 молекули Космоса. Вселената – тази в нашия Млечен път, и те са единна и много сложна система главно органични. Най-големи от най-различни компоненти, от тях (с повече от 12 атома) връзки и взаимодействия, се са антраценът и пиренът, 60управлява от родените заедно с и 70-фулерените С60 и С70 (C60 нея природни закони. В процеса напомня футболна топка, а С70

www.nauka.bg admin@nauka.bg

на дългата си еволюция тя е породила в себе си живата материя. А на определен и все още неясен етап от нейното развитие се появява и разумът. Дълбоко съм убеден, че разумът било то тук на Земята, било то някъде другаде сред звездите, играе ролята на инструмент, с който самата Вселена опознава себе си. Средата, която ще обитава човечеството в бъдеще неминуемо ще се разшири далеч извън пределите на Земята. Кой знае, може да е прав споменатият по-горе физик и първопроходец на SETI Фриймън Дайсън, който казва: „Възможно е нашата съдба като цивилизация да се състои именно в това – да направим жизнеспособните планети обитаеми. Веднъж да се разпространи животът извън пределите на нашата малка планета, нищо няма да е в състояние да спре неговото развитие”. Дайсън смята, че същността на живота е свързана с организацията, а не със субстанцията и за достатъчно време животът би се приспособил към всякаква околна среда. Необходим е само достатъчен запас вещество и енергия, което в Галактиката не е проблем. Може би в далечното бъдеще, когато се научат свободно да пътешестват сред звездите, нашите потомци ще започнат да гледат не само на Земята, но и на Млечния път като на естествена среда за обитаване на човешкия род.

доц. Валери Голев e Зам. декан на Физическия факултет, катедра „Астрономия“, при СУ „Св. Климент Охридски“

АСТ РОНОМ ИЯ

Плутон има синьо небе! На планетата има и воден лед! Светослав Александров

Т

ази снимка, направена от цветната камера MVIC на автоматичната станция «Ню Хърайзънс“, показва изненадващ син цвят на атмосферните мъгли на планетата. Credit : NASA/JHUAPL/SwRI

Eто го голямото откритие, направено от автоматичната междупланетна станция «Ню Хърайзънс“ на Плутон! Даже има не едно, а две открития. Първите цветни снимки на атмосферните мъгли, които бяха изпратени от «Ню Хърайзънс“ през последната седмица, показват, че те са със син цвят. Кой би очаквал синьо небе на тяло от пояса на Куйпер? Разкошно е!“, вълнува се ръководителят на мисията Алан Стърн. Най-невероятното е, че самите индивидуални частички, които изграждат мъглите, са със сивкав или червен цвят, но начинът, по който те разсейват синята светлина, е приковал вниманието на учените от екипа на „Ню Хърайзънс“. „Този забележителен синкав оттенък ни разкрива какъв е размерът и съставът на частичките“, споделя Карли Хоует. „Синьото небе често пъти е резултат от разсейването на слънчевата светлина от много малки частички. На Земята тези частички са много малки азотни молекули. На Плутон частичките изглежда да са малко по-големи, но все още с относително малък размер. Това 2017

Българска наука 27

са частички, подобни на сажди, които наричаме толини“. Учените вярват, че толиновите частички се формират в най-високите слоеве на атмосферата, където ултравиолетовото лъчение разкъсва и йонизира азота и метана и така те могат да реагират едни с други, за да се формират по-комплексни отрицателно и положително заредени йони. Когато те рекомбинират, се получават много сложни макромолекули. Този процес е наблюдаван за пръв път на луната на Сатурн – Титан. Именно толините са виновни за червения цвят на повърхността на Плутон. Второто голямо откритие е свързано с наличието на воден лед. По-точно - намерени са множество малки, но оголени региони от воден лед на Плутон. Откритието е направено от инструмента Ralph. На по-големите ширини обаче не е засечено наличието на воден лед. „Очевидно той е маскиран от присъствието на други ледове, съставени от летливи съединения, които покриват поголямата част на планетата. Защо водата се появява точно там, където е, а не на други места, е предизвикателство, върху което се опитваме да се задълбочим“, съобщава Джейсън Куук. Най-интересното е, че ледът се намира в тези региони, които са светлочервени. Учените поясняват, че все още не са наясно с взаимодействията между водата на Плутон и толиновите частички.

Източник:http://www. cosmos.1.bg/

28 Българска наука 2017

1 Снимки на повърхността на Венера от мисиите «Венера 9» и «Венера 10» - АН СССР.

АСТ РОНОМ ИЯ

История на наблюденията и полетите до Венера Светослав Александров

В

енера - планетата, кръстена на римската богиня на любовта и красотата. Венера планетата, считана за сестра на нашата Земя. Както Венера, така и Земята са се формирали от един и същ прахов регион на протопланетарния диск, довел до създаването на Слънчевата система. Те имат еднакъв размер, маса, плътност и обем. Но защо двете планети са толкова различни във всяко едно друго отношение? Земята - покрита с океани и изобилстваща от живот. Венера - самото превъплъщение на ада. Покрита е с облаци, съставени от сярна киселина. Няма океани, а атмосферата е толкова плътна, че задържа топлината до степен, до която температурите на повърхността достигат до над 400 °C. Човечеството започва да прави открития относно Венера с

изобретяването на галилеевия телескоп. През 1610 година Галилео Галилей установява, че подобно на Луната, Венера също има фази. През 1761 година наблюденията на Михаил Ломоносов по време на транзит - когато Венера преминава през диска на Слънцето, доказват, че планетата има атмосфера. През 19-ти век астрономът Джовани Скиапарели пръв установява, че Венера има доста бавно околоосно въртене. Но до началото на радиоастрономичните наблюдения през 60-те години на миналия век мнозина считат, че Венера има биосфера, вероятно съставена главно от горещи джунгли поради близостта на Слънцето. Това предположение е опровергано напълно, когато започват роботизираните полети към планетата - пак през 60-те години. СССР успява да победи САЩ в надпреварата за изпращането на първия изкуствен спътник и първия човек в космоса.

www.nauka.bg admin@nauka.bg

Американците обаче са първите, които осъществяват първия полет до друга планета. През 1962 година автоматичната станция на НАСА „Маринър 2“ прелита край Венера и изпраща важни научни данни. „Маринър 2“ открива екстремно високи температури на повърхостта, богата на въглероден диоксид атмосфера и плътно облачно покривало. Сбогом, джунгли! Сбогом, екзотична флора и фауна! Човечеството бързо се разделя с романтичните си представи за най-близката до нас планета. На 1-ви март 1966 година съветската сонда „Венера 3“ се разбива на повърхността на Венера. За съжаление на учените комуникационната система се поврежда преди падането и тя така и не успява да предаде никаква научна информация. За сметка на това на 18 октомври 1967 година „Венера 4“ успешно навлиза в атмосферата на планетата, превръщайки се в първия земен апарат, който успява да оцелее през навлизането на чуждоземна атмосфера и да предаде научни данни. „Венера 4“ успява да разгърне парашут и да прати информация за състава за атмосферата (основно въглероден двуокис), но не оцелява докато достигне повърхността. През същата тази година край Венера прелита и американската автоматична станция „Маринър 5“, която успява да изпрати ценна информация за ултравиолетовите емисии от атмосферата. Комбинираните резултати от съветските и американските космически апарати, посетили Венера през 60-те години, показват, че атмосферното налягане е много по-голямо от първоначално очакваното - между 75 и 100 атмосфери. През 1969 година „Венера 5“ и „Венера 6“ откриват наличието на азот и кислород в малки

2 Снимка: АН СССР количества, но все още нито един от тези апарати не успява да достигне до венерианската повърхност безпрепятствено. Това е постигнато едва през 1970 година, на 15 декември, когато „Венера 7“ осъществява първото успешно кацане на Венера и първото успешно кацане на друга планета въобще! Автоматичната станция е в контакт със Земята след кацането си за 23 минути истински рекорд за това време. Измерва температура на повърхността от 475 °C. На 22 юли 1972 година каца „Венера 8“. Тази автоматична станция успява да измери скоростта на ветровете - на височина 48 километра над повърхността скоростта надхвърля 100 метра/секунда, а падайки под 10 километра скоростта стихва до 1 метър/секунда. Интересното е, че всички тези мисии до този момент не предават снимки от Венера! Първите снимки от планетата отбизо са предадени към Земята през 1974 година, когато американската автоматична станция „Маринър 10“ прелита край нея. По-късно СССР също успява да заснеме планетата през 1975 година в орбита около Венера влизат орбиталните отсеци на „Венера 9“ и „Венера 10“ (които стават първи изкуствени спътници на планетата). А пък спускаемите отсеци на

„Венера 9“ и „Венера 10“ успяват да направят първи снимки от самата повърхност. Кацанията на Венера и фотографирането на повърхността на планетата и до този момент остава найсериозното руско постижение до ден днешен. Снимките на „Венера 9“ и „Венера 10“ са чернобели. На 20 май 1978 година НАСА изстрелва много амбициозните мисии „Пайъниър Винъс“ 1 и 2. „Пайъниър 1“ е орбитална мисия, която влиза в орбита около планетата на 4 декември 1978 година. Това е първата мисия, която с радар успява да картографира цялостно повърхността на Венера! Станцията открива, че повърхността е доста гладка, а най-високата планина е кръстена Максуел и е висока 11 километра. Орбиталният апарат успява да работи и да изпраща научни данни от Венера до август 1992 година. Автоматичната станция на „Пайъниър 2“ (известна още като Мултисонда) се състои от цилиндричен бъс с диаметър 2.5 метра. Към бъса са прикрепени една голяма и три малки атмосферни сонди, чиято цел е да направят измервания на атмосферата. Сондите не са оборудвани с камери и освен това не са конструирани със замисъла да оцелеят след кацането си само да направят атмосферни 2017

Българска наука 29

измервания. Изненадващо обаче една от сондите успява да достигне повърхността успешно и да предава сигнали от там в продължение на повече от час! Това е първото американско кацане на Венера.

1978 година обаче е малшанс за СССР - тогава „Венера 11“ и „Венера 12“ кацат на повърхността с цветни камери, но и двете не успяват да изпратят никакви снимки поради производствен дефект - защитните покрития на камерите не се отделят след кацането. Въпреки това мисиите не са изцяло провалени - другите инструменти успяват за пръв път да открият гръмотевици и светкавици! Пикът на венерианските изследвания и големият триумф за съветските учени е през 1981 година, когато „Венера 13“ за пръв път успява да изпрати цветна снимка от повърхността на планетата!

2 Снимка: АН СССР „Венера 13“ и „Венера 14“, поради висококачествените снимки, са вероятно най-успешните мисии на СССР до друга планета. През 1984 година СССР изстрелва и сондите „Вега 1“ и „Вега 2“, които успяват да разгърнат на Венера спускаеми апарати и въздушни балони. Благодарение на тези мисии са измерени силни ветрове със скорост 240 километра/час. Спускаемите апарати успяват да измерят много детайлно температурите в различните атмосферни слоеве. „Вега 1“ и „Вега 2“, които по-късно успяха да изучат и Халеевата комета и да направят около 1500 снимки на нея, заедно с мисията „Фобос 2“ до Марс, са и последните междупланетни мисии на СССР изобщо. През 90-те години СССР се разпада и оттогава досега Русия не е успяла да проведе

30 Българска наука 2017

Снимка от автоматичната междупланетна станция НАСА «Месинджър» през 2007 г.

междупланетна мисия. Изучаването на Венера през 90те години е продължено само от САЩ. На 10 август 1990 година в орбита около планетата пристига „Магелан“. Мисията успява да картографира много детайлно планетата със своя радар. Над 98% от Венера е картографирана с резолюция от 100 метра/пиксел. На 14 октомври 1994 година мисията приключва. На 11 април 2006 година в орбита около Венера пристига европейската автоматична станция „Винъс Експрес“. Тя работи до януари тази година и е изключително успешна. Успява да открие озонов слой. Изненадващо е открит и много студен слой високо на височина 125 километра в атмосферата, с температури от -175 °C. Независимо от горещите температури на повърхността,

в рамките на този висок слой би могло да се наблюдава дори снеговалеж. „Винъс Експрес“ успява да установи, че в рамките на милиарди години Венера е загубила огромно количество вода. Каква тъжна съдба има тази планета! Макар че през последните няколко години САЩ не са имали мисия, посветена специално върху изследванията на Венера, няколко автоматични станции успяват да я посетят транзитно. През 1998 и 1999 г. „Касини“ посещава Венера на път към Сатурн. Също така през 2006 и 2007 година „Месинджър“ двукратно успява да посети Венера на път към Меркурий - вторият от които едва на разстояние от 325 километра от облачните слоеве. И така, стигаме до последната мисия - „Акатсуки“. Тя бе изстреляна към Венера през 2010 година, но тогава не успя да

www.nauka.bg admin@nauka.bg

влезе в орбита. На 7-ми декември има свой втори шанс и ако всичко е наред, ще се превърне в поредния земен изследовател на планетата. А бъдещето? Различни държави имат проекти за изучаване на Венера. Русия проучва мисията „Венера-Д“. Тя бе отлагана многократно. Щеше да лети в началото на това десетилетие, но поради различни причини, на които няма да се спираме в тази статия, полетът е отложен минимум до 2024 година. Индия също планира в периода 20172018 година да изстреля мисия към Венера. НАСА може да одобри нова венерианска мисия догодина, която ще бъде изстреляна в началото на 20-те години. Макар и пренебрегвана и считана за скучна, Венера може би все още има вълнуващи тайни, които предстои да разкрие пред човечеството.

Акатсуки пристига около Венера на 7-ми декември!

3 Така изглежда Венера в своя истински, естествен цвят. Снимката е направена от автоматичната междупланетна станция на НАСА «Месинджър» през 2007 година с помощта на червен, син и зелен филтър. Не е направена никаква допълнителна обработка - точно така изглежда би изглеждала Венера за човешкото око. Credit : NASA/ JHUAPL/Gordan Ugarkovic Венера, дори и сред учените, се счита за скучна планета. А пък

за останалите хора - съвсем. Толкова е скучна, че практически всяка една снимка на Венера, която ще видите по вестници, списания или в уебсайтовете, или ще представлява радарно изображение, взето от американската мисия «Магелан», или пък ще е обработена допълнително за подчертаването на детайлите, които не се виждат на пръв поглед. Истински снимки в естествен цвят (като тази по-горе) ще намерите рядко. Да, Венера изглежда доста безинтересна. Ако един астронавт прелети край планетата, тя ще бъде почти непоносимо ярка за неговите очи, освен ако не носи тъмни очила. Може би това е причината, поради която човечеството изстрелва доста рядко мисии към Венера. Не просто няма кой знае какво да се види там, но и научно погледнато не търсим живот поради адските температури, надхвърлящи стотици целзиеви градуси на повърхността. Въпреки предположенията, че високо в атмосферата температурата би била достатъчно ниска (като стайната), за да съществуват хипотетично аеробионти - летящи живи организми, никой не се е заел сериозно с тяхното търсене. И макар че преди разпадането на СССР се провеждаха доста мисии до Венера - включително и такива с кацане (тук са големите руски успехи, а не на Марс), през последното едно десетилетие само два космически апарата посетиха тази най-близка до нас планета. Това бяха европейската «Винъс експрес» и по път за Меркурий - американската «Месинджър». През 2010 година японската автоматична станция «Акатсуки» трябваше да влезе

в орбита около Венера. За съжаление при предвидената маневра се повреди главният двигател и автоматичната станция продължи по хелиоцентрична орбита. Днес, пет години по-късно, след дълго криволичене около Слънцето, «Акатсуки» има своя втори шанс! Дано е успешен, защото след края на европейската мисия «Винъс Експрес», която приключи в началото на тази година, няма да има нов шанс да посетим Венера в скоро време. Поради повредата на главния двигател, «Акатсуки» ще разчита за влизането в орбита на малките двигателчета за контрол на ориентацията. Те ще трябва да работят в продължение на 20 минути - много повече, отколкото е предвидено да издържат. Маневрата е много рискова - но все пак никой не е предвидил такава сериозна авария на главния двигател, така че ръководителите на полета нямат друг вариант. Стискат си палци и се надяват, че на 7-ми декември двигателчетата ще издържат да работят цели 20 минути. Поради факта, че осигуряват по-малка тяга, няма да бъде постигната планираната първоначално 30 часова орбита. Ако всичко мине наред, «Акатсуки» ще обикаля около Венера по яйцевидна орбита, завършвайки една пълна обиколка за цели 15 дни! Така «Акатсуки» ще се превърне в единствената мисия, която ще изучава Венера в близките няколко години (освен ако Индия не ни изненада междувременно с изпращането на автоматична станция). Ако маневрата е неуспешна и «Акатсуки» не навлезе в орбита около Венера, планирано е три от общо петте камери да се включат и да направят снимки веднага. Така част от науката 2017

Българска наука 31

ще бъде спасена и ние ще разполагаме с нови снимки на планетата. Както вече споменах, понеже няма кой знае какво да се види на снимки във видимия спектър, «Акатсуки» е екипирана с ултравиолетова камера и камера, работеща в далечния инфрачервен диапазон. При тези дължини на вълните се виджат облаците в горната част на атмосферата. Затова и другото име на «Акатсуки» е «Венериански Климатичен Орбитър» - основната й задача е да изучава местния климат.

Да се надяваме, че всичко е успешно! Япония по традиция няма голям успех с междупланетните мисии. Най-успешната японска мисия е «Кагуя», която летя до Луната в периода между 2007 и 2009 година. Успешно беше завършена възвращаемата мисия до астероида Итокава с взимане на проби, известна под името «Хаябуса» или още «Мюзес-С». През 90-те години е имало и още една успешна мисия до Луната - «Хитен», а през 80те години две мисии - «Суисеи» и «Сакигаке» са изучили Халеевата комета. Но Япония все още не е имала щастието да се нареди сред

АСТРОНОМИ Я

Астробиологията и парадоксът на Ферми: наистина ли сме сами във Вселената? д-р Владимир Божилов

В

наблюдаемата Вселена има стотици милиарди галактики, всяка от тях населена с милиарди и милиарди звезди. Възможно ли е около нито една от тях да няма подходяща планета, върху която да се е развил живот или дори цивилизация? Ако животът на Земята не е създаден от свръхестествена сила и не е просто случайност в еволюцията, то би трябвало Космосът да бъде препълнен с живот, а защо не и с други разумни видове и технологични цивилизации. Такива обаче сякаш

32 Българска наука 2017

липсват. Този проблем, известен като парадокс на Ферми, може би намира своя отговор в съвременната наука за живота и звездите – астробиологията, и с помощта на съвременните изчислителни центрове и суперкомпютрите...

В последните две години търсенето на планети около други звезди извън Слънчевата система, т.нар. екзопланети, доведе до откриването на вече над 1800 обекта. Значителен успех е мисията Кеплер, изстреляна през август 2009 г. Повечето от откритите до момента тела попадат в категорията на т.нар. „свръхземите“

държавите, успешно провели мисия до друга планета. В края на 90-те и в началото на новото хилядолетие «Нозоми» не успя да влезе в орбита около Марс, а през 2010 година и «Акатсуки» не влезе в орбита около Венера. Дано най-накрая късметът се усмихне на японците - след толкова много мъки и усилия, те го заслужават.

http://www.space-bg.org/ http://www.cosmos.1.bg/

(SuperEarths), поради голямата си маса – близка по-скоро до тази на Юпитер, отколкото на Земята. Въпрос само на време е да открием земеподобна екзопланета в диапазона 0.8-1.2 Земни маси. Такава планета дори може да попада в т.нар. зоната на обитаемост за съответната звезда т.е. да е на такова разстояние от звездата, че да има температура, подходяща за да поддържа вода в течно състояние. Което е основното условие за съществуване на живот от земен тип. Подобно откритие би било огромен успех за науката, защото един от основните въпроси е дали животът, какъвто се е случил на Земята, е уникален и дали ние сме сами във Вселената. В крайна сметка, както твърди Карл Сейгън, би било огромна загуба на пространство, ако в Космоса сме само ние, нали така? Все по-голяма част от учените са сигурни, че в нетолкова далечно бъдеще ще открием планета с микробиологичен живот. Но въпросът за сложните форми на живот и възможността за съществуване на други разумни

www.nauka.bg admin@nauka.bg

видове в Космоса е неясен и труден. Проблемът е, че ние познаваме само един-единствен разумен вид, който е възникнал и е създал технологична цивилизация – самите ние. Макар всички наши логични очаквания да са за наличие и на друг разумен живот в Космоса – такъв засега или няма, или може би просто не контактува с нас.

Ако има други технологични цивилизации някъде в междузвездното пространство, каква е причината за подобно “мълчание”? Един от отговорите е, че последните може да са на много по-ниско или на много по-високо еволюционно ниво от нас. Възможно е също така евентуалните космически цивилизации да имат кратко време на живот и да се самоунищожават бързо, правопропорционално на развитието на технологията – нещо, от което ние самите определено не сме много далече. От друга гледна точка, съгласно антропният принцип и неговите вариации, съществува идеята, че “Вселената е такава, каквато е, за да може да ни има нас, интелигентните наблюдатели”. Сравнително лесно е да предположим, че условията за развитие на сложен живот са трудни и е малко вероятно подобно нещо да се случи повече от веднъж. Следователно шансът да възникне друг разумен вид извън Земята клони към...нула. Такава хипотеза, известна като хипотеза за уникалната Земя, е много близка до антропния принцип. Подобен подход обаче е прекалено центриран в човека като висша

форма на съзиданието и ни лишава от възможността да предлагаме други по-обосновани обяснения за видимата липса на други технологични цивилизации. А такива не липсват. Астробиологията е нова интердисциплинарна наука, която, както подсказва името й, съчетава астрофизика с биология. Нейна цел е изследването на закономерностите и условията за възникване на живот, подобен или различен от този на Земята, на други планети в Космоса. Повечето разработки и мисии са концентрирани основно върху търсенето на земеподобен живот, тъй като сме сигурни, че единствено земните условия са довели до възникване на живот и на технологична цивилизация. Други форми на живот, например на базата на метан, са възможни. Може би точно такива ще открием на спътника на Сатурн – Титан. Но от научна и практична гледна точка не е обосновано да търсим форми на живот, които не знаем дали изобщо и при какви условия биха могли да съществуват. Това е причината в тази статия и в анализа на проблема за обитаемост на планетите, да се търсят максимално подобни на земните условия. Затова ще говорим за търсене на живот от земен тип. Разбира се, наличието на подходящи условия на дадена планета съвсем не гарантира задължително и наличието на живот. Всъщност в момента науката няма яснота как възниква животът първоначално, както и какви са условията и причините за възникване на разумен вид впоследствие. Възможно е например животът да се предава в Космоса от една планета на друга чрез метеориди, подобно на вирус. Това е т.нар. модел на панспермията. В този случай е достатъчно животът да възникне веднъж, след което

той би се разпространил лесно. Как обаче можем да обясним наличието на разумни форми на живот, като нас самите, от гледна точка на еволюцията на живота?

По всички закони на Дарвин, човешкият вид не би трябвало да е оцелял, тъй като не е нито достатъчно силен физически, нито достатъчно конкурентен. Разумът и вродената в него иновативност е онова, което ни е направило доминантен вид и ни е позволило да променяме света на практика. Основният въпрос тогава е дали разумът е случайност или един вид грешка в еволюцията, или пък може да е естествено еволюционно стъпало? Предложени са няколко варианта. Ентропийната хипотеза разглежда последната възможност и я обосновава чрез приложението на принципа за нарастване на ентропията в еволюцията. Какво означава това? Най-общо казано, ентропия наричаме физичната величина, която представлява мярка за подредеността в дадена система. Ентропията в една затворена система може само да нараства. Колкото по-подредена е тази система, толкова повече енергия изисква тя, за да съществува. В този смисъл, животът е изключително силно анти-ентропиен поради факта, че живите форми, особено сложните, са много, много подредени. Този факт е показан още от Нобеловия лауреат Ървин Шрьодингер през средата на миналия век. Днес знаем, че енергийният обмен е основен за еволюцията и разбирането на процесите в дадена екосистема. Стремежът на всяка система към състояния с минимална енергия всъщност 2017

Българска наука 33

означава, че се предпочитат състоянията с максимална ентропия, т.е. с максимален хаос. Еволюцията може да се опише като “оцеляване на най-добрия репликатор” - оцеляват онези организми, които са максимално ефективни в консумацията на наличната свободна енергия в системата. Това обаче са именно онези видове, които максимално бързо и ефективно увеличават нейната ентропия. Ако погледнем на действието, което ние като вид сме оказали върху нашата планета, изглежда, че технологичните цивилизации са изключително ефективни в консумирането на свободната енергия за минимално време. Следователно ние сме изключително добри в консумацията на ресурсите и наличната енергия и в увеличаването на ентропията на системата чрез нашите технологии и средства за масово унищожение.

Тогава възникването на разумния вид може да се разглежда като естествена стъпка в еволюцията, която има за цел да обезпечи закона за нарастване на ентропията т.е. максимално увеличение на хаоса за минимално кратко време. Следователно би трябвало разумните видове да възникват естествено и да развиват технология, ако, разбира се, са налични подходящите условия за еволюция на сложни форми на живот. Но съдбата на подобни технологични цивилизации, определена от принципа на ентропията, най-вероятно е...

самоунищожение. Ето защо Вселената може би “мълчи”, т.е. нямаме получени сигнали от други цивилизации. Простата причина е, че повечето от тези цивилизации възникват, развиват се и приключват своя жизнен път в относително кратки времеви интервали. Може би такава съдба очаква и нас самите? Все пак, логично е да се запитаме, не е ли възможно част от тези видове да оцелеят и да избегнат самоунищожението. Ако такива има, то защо и от тях нямаме сигнал? В крайна сметка, самите ние излъчваме електромагнитни сигнали, които могат да бъдат засечени от потенциална цивилизация в Космоса. Защо да не можем да прихванем такъв “изтекъл” електромагнитен извънземен шум? Именно това е идеята на проекта SETI (Search for ExtraTerrestrial Intelligence – Търсене на извънземни разумни форми на живот ), чиито автор и популяризатор е известният учен Карл Сейгън. За съжаление, проектът до момента не е довел до открити извънземни цивилизации. Може би защото дадена извънземна свръхцивилизация не би искала да общува с нас, тъй като след няколко хиляди години нас найвероятно няма да ни има и само ще изхабят ресурси за комуникацията. Интересно събитие в търсенето на сигнали от Космоса се случва през 1960-те години, когато започва еуфорията със случаите на отвлечените от НЛО.

За кратко учените наистина смятат, че са засекли друга цивилизация, излъчваща радиосигнали. Причината е, че били получени

34 Българска наука 2017

сигнали с голям интензитет и поразителна регулярност. Сякаш друга цивилизация изпращала кодирано съобщение! Оказало се обаче, че причината за тези радиосигнали са нов вид звездни обекти, т. нар. пулсари. Пулсарите са бързовъртящи се неутронни звезди, които равномерно на определен интервал, изхвърлят силен поток енергия. Ето затова те напомнят на комуникация, идваща от извънземен интелигентен източник. Но уви, не. Въпреки това идеята да излъчим или да прихванем сигнал от Космоса далеч не е изоставена. През 2022 г. се очаква да заработи проектът за гигантския радиотелескоп SKA (Square Kilometer Array). Всъщност той ще представлява множество радиочинии, които ще работят синхронизирано и ще отговарят сумарно на радиотелескоп с диаметър от един квадратен километър. С такъв телескоп може да бъде изпратен сигнал с достатъчно сила, който, евентуално, би могъл да бъде прихванат. Освен това с него бихме могли и да “чуем” дали има някой на други планети, стига този „някой“ да използва подобна на нашата технология. А последното съвсем не е задължително.

Степента на развитие на дадена цивилизация може да се разгледа в зависимостта от енергията, която тя може да контролира. Това е т.нар. скала на Кардашев. Цивилизациите от първи тип могат да контролират и да използват енергията на своята планета. Ние почти сме достигнали този етап.

www.nauka.bg admin@nauka.bg

Цивилизация от втори тип би могла да използва енергията на цялата Слънчева система, а от трети тип – енергията на цялата галактика. Ако има други цивилизации и те използват технология, различна от нашата (примерно комуникация с неутрино), то ние не бихме могли да ги открием чрез електромагнитно “подслушване”. Просто трябва да отидем и да ги видим пряко. Ето защо в момента учените активно търсят подходящи земеподобни планети, към които да насочат своите усилия в тази насока. Дотогава обаче освен да чакаме, можем да използваме един друг инструмент, с който науката се сдоби сравнително скоро – суперкомпютрите. Чрез помощта на множество свързани процесори е възможно да се извършват много бързо изключително сложни изчисления, които само допреди десетилетие бяха невъзможни. Могат да бъдат разработени много точни физични модели на различни процеси, от които да черпим информация. При това, без да се налага практически да извършваме експеримента пряко. Методът е много полезен, тъй като има обекти, които просто не можем да вкараме в лаборатория, като например модел на нашата Галактика. И наистина – можем да направим компютърен модел, който отговаря максимално точно на нашата Галактика и се управлява от физичните закони, които познаваме. След което можем да „населим“ модела със звезди и планети на базата на наблюдаваното им разпределение по маса и разстояние, което познаваме от астрофизиката. После можем да еволюираме живот на планетите, които отговарят на определени условия, съгласно

Към 2022 г. се очаква да заработи проектът за гигантския радиотелескоп SKA (Square Kilometer Array)

биологичните нужди. В зависимост от параметрите за възникване и еволюция на живот, можем да тестваме най-различни хипотези. По този начин можем да проверим колко цивилизации биха могли да съществуват, съгласно ентропийната хипотеза, и доколко е възможна комуникацията между тях. Такова изследване е направено от автора и д-р Дънкан Форган от Института за астрономия към Университета в Единбург и е публикувано в бр. 3 (Юли) от 2010г. в сп. The International Journal of Astrobiology. Популярно подробно описание е публикувано в книгата на автора и доц. д-р Камен Нам „Живот и Вселена“ (изд. Магоарт, 2010 г.). Съвсем накратко ще представя получените резултати, тъй като те дават добра представа за научния подход към проблема.

Използваният компютърен модел генерира галактика на базата на наблюденията за масата и разпределението на звездите и планетите в нашия Млечен път. В този смисъл, това е компютърна симулация на Млечния път. След което правим извадка и избираме само онези планети, които попадат в съответна зона на обитаемост за дадена звезда от модела. Върху всяка една от тези планети еволюираме живот на базата на стохастични уравнения. Използваме различни параметри, които отговарят на дадена хипотеза (за панспермията, за ентропията или просто контролна хипотеза). След това за всяка планета се генерира индекс на обитаемост, означен с „I“. Той описва историята на еволюцията на живота. Накрая получаваме числени данни, които можем да сравним. Смисълът на

2017

Българска наука 35

индекса I е следния: Имаме нужда още и от базисна (контролна) хипотеза за сравнение. Затова ще приемем простичкия модел, че микроживот възниква ако планетата е в звездната зона на обитаемост и ако температурата е в границите [0, 100°C]. За сложен живот е достатъчно само температурата да е в интервала [4,50°C]. Ще сравним тази хипотеза с ентропийната. При нея след достигане на определен интервал от време, вероятността за самоунищожение рязко нараства, правопропорционално с развитието на технологията на дадена цивилизация. Резултатите са показани на фигура 1. Важното от графиката е да забележим, че независимо от хипотезата

технологичната цивилизация е сравнително кратък еволюционен етап. Всъщност именно това е важния отговор, който получаваме. При почти всички съвременни теории излиза, че живот в Космоса трябва да има. С напредъка на новата интердисциплинарна наука астробиология разбираме, че дори раждането на технологична цивилизация може да е естествена еволюционна стъпка. Но разумът, изглежда, идва с определена цена – опасността от самоунищожение и жаждата за максимална консумация на околната среда.

Homo sapiens изпълнява активно и доста добре този принцип. Ние не на шега се доближаваме до момента, в който технологиите ни могат да бъдат използвани за масово (себе)изтребване на вида, дори вследствие на техническа грешка или авария. Но ако това поведение е част от природния еволюционен механизъм, то ние имаме нелеката задача да променим драстично начина, по който действаме към околната среда. И то наистина бързо.

– базовата или ентропийната, много от планетите изобщо не са обитаеми (т.е. С индекс I = -1 и 0). Върху значителна част от онези, на които все пак възниква живот, той е под формата на бактерии. А ако все пак възникне цивилизация, то тя най-често се самоунищожава (I=3). Въпреки това и при двата сценария се появят около 100 технологични цивилизации с индекс 2, т.е. на нашето технологично ниво. Дори възникват и цивилизации с по-развита технология (I=4), които могат евентуално да увеличават ентропията на системата дори по-бързо от нас, може би повличайки цели планетни системи по време на гибелта си. И все пак, резултатите показват, че, изглежда, не сме сами във Вселената... тогава защо тези цивилизации не комуникират помежду си? Или може би не комуникират само с нас? За да изследваме възможността за контакт в модела, въвеждаме т.нар. фактор за контакт. Той показва доколко е възможно да бъдат обменени успешно сигнали със скоростта на светлината между две цивилизации в зависимост от физичното разстояние между тях. За съжаление, броят на успешните сигнали в компютърната симулация клони към нула, тъй като разстоянията между две цивилизации са огромни спрямо средното им време на живот. Това на практика означава, че Вселената наистина може да е пълна с живот, но

36 Българска наука 2017

Произходът на живота все още е забулен в тайна. Възможно ли е да има планети с друга биохимия, довела до алтернативна биология?

www.nauka.bg admin@nauka.bg

За да има на дадена планета живот, какъвто го познаваме, тя трябва да може да поддържа течна вода на повърхността си т.е. да се намира в съответната “зона на обитаемост”

“Накратко”: Парадоксът на Ферми или защо няма извънземни? “Космосът е много по-голям от всичко, което сме си представяли. Ако сме сами в него, не е ли това ужасна загуба на пространство?” Това казва Карл Сейгън и поставя един от основните въпроси в науката: “Сами ли сме?”. С думите си атакува антропния принцип. Физикът Енрико Ферми излага парадокса, станал известен в историята на науката като парадокс на Ферми, “Ако Вселената е пълна с живот, то къде е той? Защо не виждаме никого и Вселената мълчи?” Това е един от основните крайъгълни камъни на съвременната наука, който засега няма еднозначен отговор. Развитието на еволюционната теория показва, че живот би трябвало да възниква навсякъде, където има подходящи условия. В астрономичен аспект, вече са открити голям брой езкопланети, по-тежки от Земята - т.нар. свръхземи. Въпрос на време е да се намери подходяща планета със земна маса, подходяща температура и с такива условия, че да можем да търсим земеподобен живот на нея. Новата наука за живота извън Земята, астробиологията, вече борави с редица инструменти, за да провери дали сме сами в Космоса. Дали наистина сме просто уникално, или по-скоро случайно следствие в еволюцията? А може би Вселената е “мълчалива”, защото други

цивилизации са се развили преди нас, но са се самоунищожили, точно както ние почти успешно се опитваме да направим през последните десетилетия? Предложени са различни теории за възникване на живота – че е случайно и уникално събитие (хипотеза за „Рядката Земя“), или пък че се разпространява като вирус в Космоса (теория за панспермията). Нещо повече, връзката между еволюцията и енергийния обмен в дадена система доведе до ново разбиране, което може да обясни появата на разума и еволюцията на технологична цивилизация като следствие от принципа за нарастване на ентропията в дадена система. На помощ и за проверка на тази идея идват мощните суперкомпютърни изчислителни центрове, чрез които можем да създадем компютърен модел на нашата Галактика и да проверим колко извънземни цивилизации биха могли да възникнат в нея и възможна ли е въобще комуникацията между тях.

2017

Българска наука 37

свободната енергия информационната теория биологията.

и в

Август 2009 г. - Изстреляна е мисията Кеплер, която търси земеподобни екзопланети. До момента има открити над 1800 такива тела.

Никола Тесла първи предлага идеята, че може да влезем в контакт с извънземни цивилизации, благодарение на радиовълните

Благодарение на мисията Кеплер на НАСА открихме стотици екзопланети, а още хиляди чакат потвърждене

Линия на времето: Търсене на живот в Космоса 1896 г. - Физикът Никола Тесла предлага, че радиовълните могат да се използват за контакт с извънземни цивилизации 1944 г.– Излиза книгата на Нобеловия Лауреат Ервин Шрьодингер “Какво е живот?” В нея се показва връзката между живота и ентропията. Животът е силно антриентропиен, тъй като живите организми са много подредени.

1950 г. - Физикът Енрико Ферми излага известния си парадокс: ако има безброй много цивилизации в Космоса, то къде са те? Защо изглежда, че в Космоса няма никой друг?

1960 г. - Франк Дрейк от университета в Корнел насочва 26-метров радиотелескоп в търсене на сигнали от космоса. На него дължим известното “уравнение на Дрейк” за потенциалния брой на извънземните цивилизации в комоса.

1961 г. - Първа конференция за проекта SETI. 1980 г. - Карл Сейгън и други колеги основават Американското планетарно дружество. (U.S. Planetary Society) 1999 г. - Стартира проекта SETI@Home, при който доброволци от цял свят участват със своите компютри в анализа на данни от радиотелескопите.

2003 г. - Започва да се осъзнава връзката между ентропията,

38 Българска наука 2017

2009 г. - Появяват се редица компютърни модели, които симулират различни теории за възникване и развитие на технологични цивилизации в Космоса. Ентропийната хипотеза за развитие на разума е тествана с помощта на суперкомпютър, научната работа е публикувана през 2010 г.

“Речник на жаргона” Екзопланети – планети извън Слънчевата система, обикалящи в орбита около други звезди. Повечето от тях са няколко пъти по-масивни от Земята и са открити, благодарение на мисията Кеплер. Зона на обитаемост – Област от дадена звезда, в която ако се намира дадена планета, тя може да поддържа вода в течно състояние на повърхността. Например Земята се намира в зоната на обитаемост за Слънцето. Ако бяхме на мястото на Меркурий, щеше да е невъзможно наличието на течна вода, което е основна предпоставка за живота такъв, какъвто го познаваме. Ентропия – Ентропията е мярка за хаоса в една система. Колкото по-подредена е една система, толкова повече енергия изисква тя, за да съществува. Всяка система се стреми към състояние с минимална енергия

www.nauka.bg admin@nauka.bg

т.е. с максимална ентропия. Ентропията в една затворена система може само да нараства.

“Ентропийната хипотеза” Еволюцията може да се разглежда като оцеляване на най-добрия репликатор, т.е. оцеляване на организмите, които максимално бързо и максимално ефективно ще могат да консумират наличната свободна енергия в дадена система. Това е основата на въвеждането принципа на ентропията в еволюционната теория. Видовете, които консумират повече, увеличават по-ефективно ентропията т.е. хаоса на система. Макар животът да е силно антиентропиен, действието им към околната среда (т.е. консумацията) увеличава ентропията. Видовете, които максимализират ентропията най-ефективно за най-кратко време, имат еволюционно предимство. В този смисъл разумният вид може да се разглежда като естествено стъпало в еволюцията, тъй като той може да увеличи ентропията на системата в глобален аспект най-ефективно и то за минимално време, чрез консумацията на средата и самоунищожението си. От тази гледна точка, разумните видове биха могли да възникват там, където има всички необходими условия за възникване на сложни форми на живот, но техният жизнен път е доста кратък и, най-вероятно, обречен на самоунищожение, в изпълнение на принципа на ентропията. Това не е никак

добра перспектива за нас самите и показва, че може би самоунищожението е вродено в нашата природа. Може би и затова не виждаме никой друг разум в наблюдаемия космос – просто животът на една технологична цивилизация може би е прекалено кратък етап в еволюцията. Един от методите за наблюдение на екзопланета, е като наблюдавате нейния „пасаж“ пред съответната звезда

Библиография: Bozhilov, V., Forgan D.H., ‘The Entropy Principle, and the Influence of Sociological Pressures on SETI’, IJA, (2010), 9, pp 175-181 Carter B., 2008, International Journal of Astrobiology, 7, 177 Dawkins R., 1990, The Selfish Gene.

Oxford University Press, USA Forgan D.H., ‘A Numerical Testbed for Hypotheses of Extraterrestrial Life and Intelligence’, IJA, (2009), 8, pp 121-131 Forgan D.H., Rice W.K.M., ‘Numerical Testing of the Rare Earth Hypothesis using Monte Carlo Realisation Techniques’, IJA, (2010a), 9, pp 7380 Forgan D.H., Nichol R.C., ‘A Failure of Serendipity: the Square Kilometre Array will struggle to eavesdrop on Human-like ETI’, IJA, (2010b) Jaakkola,Salla El-Showk,Sedeer Annila,Arto 2008, eprint arXiv:0807.0892 Jaakkola,Salla Sharma,Vivek Annila,Arto 2009, eprint arXiv:0906.0254 Kaila V. R., Annila A., 2008, Proceedings of the Royal Society A:Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 464, 3055 Kardashev,N.S. 1964, Soviet Astronomy, 8 Nam K., Bozhilov V., 2009, in Proceedings, Fifth International

Conference Global Changes: Vulnerability,Mitigation And Adaptation Intelligence and Evolutionary Mechanisms: Origin and Influence on the Ecosystems. pp 156–159 Vogt, Steven S.; Butler, R. Paul; Rivera, Eugenio J.; Haghighipour, Nader; Henry, Gregory W.; Williamson, Michael H., 2010. „The Lick-Carnegie Exoplanet Survey: A 3.1 M_Earth Planet in the Habitable Zone of the Nearby M3V Star Gliese 581“.

Ward P., Brownlee D., 2000, Rare Earth : Why Complex Life is Uncommon in the Universe Würtz P., Annila A., 2008, Journal of biophysics, 2008, 654

Владимир Божилов е доктор по астрофизика и астрономия, катедра Астрономия, на Физически Факултет, СУ , съавтор заедно с Камен Нам на книгата „Живот и Вселена“ и научен редактор на сп. ВВС ЗНАНИЕ. Вариант на тази статия е публикувана в брой 1 8 на сп. ВВС ЗНАНИЕ.

2017

Българска наука 39

Бъз Олдрин и Нийл Армстронг на лунната повърхност. Credit: NASA

АСТРОНОМИ Я

Лунната конспирация и ефектът на Дънинг-Крюгер Светослав Александров

В

сички сме невежи в някои области от живота! Даже ако трябва да сме по-конкретни, всички хора сме невежи за повечето неща от живота, тъй като е много трудно да учиш и да се ограмотяваш по повече от един предмет. Въпросът е да желаеш да се ограмотяваш и да се учиш. Но какво правим в случая, когато човек отказва да промени възгледите си по даден предмет, независимо от доказателствата, които му показват, че той греши? Вече доста читатели на сайта (бел. ред. - www.cosmos.1.bg) са запознати с ефекта на Дънинг-Крюгер покрай статията на Ваня Милева, публикувана в „Наука Офнюз“. Накратко казано, ефектът на Дънинг-Крюгер е когнитивна склонност, при която необразованите хора стигат до погрешни изводи, но тяхната некомпетентност им пречи на метакогнитивната способност да осъзнават грешките си. Казано с още по-прости думи: невежите и необразовани хора имат склонност да надценяват своето ниво на компетентност и опит, докато експертите и наистина образованите имат склонност да подценяват своето ниво на компетентност и опит. Макар че за

40 Българска наука 2017

това се знае от столетия, още отпреди времената на Шекспир и Бъртранд Ръсел, за пръв път е формулирано като научен труд през 1999 година от психолозите Джъстин Крюгър и Дейвид Дънинг от Корнелския университет. Ефектът стана особено популярен през последните няколко години, покрай развитието на Интернет, форумите и социалните мрежи и тревожното наблюдение, че голяма част от наличната информация в мрежата е невярна, а същевременно повечето от интернет потребителите са предубедени и търсят само тази информация, която потвърждава възгледите им. Твърде много хора отричат доказани научни факти. Крайни фундаменталисти отричат еволюцията, ГМО, ваксините..., а на фона на всичко това се нарежда и конспиративната теория, че човек не е бил на Луната. Най-интересното е, че привържениците на такъв тип теории започват да се обединяват във фейсбук групи, в научни форуми и така

www.nauka.bg admin@nauka.bg

добиват самочувствието, че са много и имат смелост да налагат мнението си. Но това, че вярваш в погрешна теория и намираш други хора, които вярват в същата теория, не прави самата погрешна теория по-малко погрешна и повече вярна. То означава единствено, че си намерил последователи, които вярват като теб. Но погрешното си остава погрешно и събирането на последователи не го правят по-малко погрешно. По отношение на лунната конспирация, аз съм забелязал нещо много характерно – всички вярващи в нея отричат и изобщо не обсъждат някои от найкатегоричните доказателства, че човек наистина е бил на Луната. Тези доказателства включват: свидетелства на излитанията на ракетите, астрономи (включително аматьори), които са проследявали орбиталното движение на космическите кораби, обсерватории, които са прослушвали сигнала, излъчени от корабите, свидетели на запалването на транслунните степени, свидетели, които са видели завръщането на космическите кораби „Аполо“ от морските екипи за прибиране на капсулите, огромното количество лунни скали, донесени на Земята, подслушването от страна на СССР, съветските опити да бъде прихванат сигнала и дори да бъде декодирана картината от Луната... Всичко това няма значение за тези, които отричат кацането на Луната. Те просто не обсъждат тези доказателства, които изобличават тяхното невежество. Ефектът на Дънинг-Крюгер работи по следния начин: невежите обикновено нямат никакъв научен опит, не са вършили през живота си каквато и да е научна работа, нямат научни степени и звания... Въпреки това те никога не биха признали, че тяхното мнение би

могло да бъде погрешно и с пониска степен на точност от това на експертите. Именно това е самият ефект – да имаш висока самооценка на собствената си преценка, която не ти позволява да признаеш, че грешиш! Много от тези хора имат изграден светоглед. Например те са убедени, че американците са зли, гадни колониалисти и никога не биха били в състояние да признаят, че може пък от Америка да е излязло случайно и нещо добро. Имах един такъв случай с едно момиче, което не вярваше, че човек е бил на Луната. Когато аз я попитах – добре де, ама какво ще кажеш за това, че е имало много свидетели и независими астрономи, които са проследявали всяка една мисия на път към Луната? Е, на това тя ми отговори по умопомрачителен начин: „Виж, аз разбирам, че според науката ти приемаш, че човек е бил на Луната, но аз никога няма да повярвам, защото мразя американците.“ Привържениците на конспиративната теория правят следното – те приемат, че конспирацията за фалшифицирането на мисиите е самата истина. След като приемат това, започват да рационализират и се опитват да съпоставят нещата, които не могат да си обяснят – примерно някакви необичайни находки на лунните снимки. Те започват да си обясняват как всяка една снимка е била фалшифицирана, защото не отговаря на техните очаквания и измислят куп небивалици, които изобщо не могат да бъдат доказани – примерно огромни балони, които са привързани към скафандрите, за да могат астронавтите да подскачат и да се движат уж в лунна гравитация, кулокранове, които спускат луноходите на филмовата площадка по начин, по който не оставя следи от гумите. Реквизити, обозначени

с буквата „С“ (имаше такава скала с уж изписана такава буква), без конспиративните автори изобщо да са наясно, че реквизитите не се описват по такъв начин във филмовото изкуство, нито номерацията се лепи отстрани. Най-често такава изобщо не се използва, а когато се използва, се поставя от долната част на реквизита, изобщо не се отбелязва с еднаединствена буква, тъй като това те ограничава до 26 реквизита, колкото са буквите на английската азбука. Няма значение това за привържениците на конспиративни теории! Те никога не биха допуснали едно много просто обяснение защо снимките изглеждат странно. Благодарение на ефекта на Дънинг-Крюгер те си мислят, че знаят много, че знаят дори повече от експертите, защото са назубрили купища небивалици за балони, кулокранове, филмови ленти, радиация и т.н., и т.н. И никога не биха признали, че снимките изглеждат странно, понеже... са снимани на самата Луна!!! Ефектът на Дънинг-Крюгер ни разкрива как невежите са твърде невежи, за да разберат, че са невежи. Тези хора обаче си мислят точно обратното, че са просветени, много попросветени от другите. От една страна е разбираемо. Кой би искал да си признае, че греши и че е невежа? Но привържениците на конспиративни теории стигат дори до по-далеч. Те казват: „Навремето е имало доста велики мислители и учени, които са били отхвърляни, но историята е доказала, че са прави – като Галилео Галилей.“ Логиката е направо убийствена, ако се разгледа по-детайлно: привърженик на конспиративната теория се сравнява с Галилей и смята, че не му вярват по същата причина, поради която на Галилей не са вярвали и понеже Галилей е излязъл прав, значи и конспиративните теории са прави. Никой обаче не обръща внимание на следния факт – 2017

Българска наука 41

Галилео Галилей е бил отречен единствено от църквата, но същевременно неговите идеи са били тествани, потвърдени и приемани от много от неговите колеги-учени по онова време! По отношение на лунната конспирация не е така – цялата научна общност е единодушна, че лунните кацания са истина, а неверниците са извън тази общност. Преди няколко дни се случи нещо много любопитно. Има една псевдонаучна теория, според която ваксините причиняват аутизъм. Тази теория среща широка подкрепа сред недотам образовани хора, които обаче настояват пред политиците да отменят задължителното ваксиниране. Та... група от такива хора под името SafeMinds реши да спонсорира проучване, което да докаже веднъж завинаги връзката между аутизъм и ваксините. Изненадата беше огромна, когато спонсорираното от тях научното проучване излезе и доказа, че няма никаква връзка. Това накара ли хората, стоящи зад SafeMinds да променят мнението си и да признаят, че ваксините не причиняват аутизъм? Категорично не! Ето и становището: „SafeMinds, неправителствената организация, която финансираше проучването, не е щастлива от резултатите. SafeMinds вярва, че екипът, които стои зад новото проучване, може да си е подбрал удобните за него данни“. Ха-ха. Единственото, което доказва всичко това, е резултата от ефекта на Дънинг-Крюгер! Че невежите никога не биха признали, че са невежи! Преди няколко дни руски екип събра средства за реализирането на руска мисия, която трябва да заснеме останките от мисиите „Аполо“ до Луната. Ръководителят на мисията сам не вярва в конспирацията, но смята, че с подобно усилие ще сложи край на конспиративната теория. Как ли

42 Българска наука 2017

пък не. През 2008 година учени от японската мисия „Кагуя“ потвърдиха, че мисията е заснела ореола от действието на лунния двигател на „Аполо 15“, както и това, че снимковият материал „Кагуя“ съвпада напълно със снимковия материал, направен от астронавтите на „Аполо“. Индия също засне регионите от „Аполо“ и потвърди, че мисиите са били реални. Привържениците на конспиративната теория не вярват нито на Индия, нито на Япония. Какво ви кара да си мислите, че ще повярват на някакви си руски специалисти, които най-вероятно са платени? Уви, привържениците на конспиративните теории са толкова задълбали в невежеството си, че дори и да бъдат натикани в ракета и изстреляни към Луната, за да видят с очите си останките от кацанията на „Аполо“, те пак не биха повярвали! Те биха казали, че останките са оставени по-късно от съвременни мисии, когато технологията е напреднала достатъчно, или че са оставени от роботизирани сонди. Как бихме могли да се справим с преодоляването на ефекта на Дънинг-Крюгер?За съжаление трябва да признаем, че за повечето от вярващите в конспиративната теория, каузата е загубена. Един човек, който не иска да се научи, не може да бъде научен! Поне все още не е измислен начин, който да налее знания в главата на някой, който не желае това. Има обаче една малка група недостатъчно обучени, но същевременно непредубедени хора. Имах такъв случай – студент по физика, който се съмняваше в лунните кацания. Той разгледа всички възможни доказателства, нещо повече – отиде в космическия институт на БАН и там разговаряше с хора, които са участвали в космически проекти по време на надпреварата между САЩ и СССР. Той успя да промени мнението

си и да се убеди, че кацанията на Луната са истина. Именно такива хора имат потенциала да прогледнат и да се поинтересуват от реалната наука, а не от конспиративни измишльотини.

Източник: http://www. cosmos.1.bg/

www.nauka.bg admin@nauka.bg

Звездите като Бетелгейзе са червени гиганти и свръхгиганти. Температурата на излъчващата им повърхност е 2-3 000º. Такава е температурата и на звездите червени джуджета – студени и малки звезди. Синьо-белите гигантски звезди като Ригел от Орион имат температура на повърхността си от порядъка на десетки хиляди градуса. Повърхностната температура на Слънцето е приблизително 6000º. Максимумът на излъчването му във видимия диапазон е при жълто-зелената част на спектъра и това определя цвета му. И тъй като е неголяма звезда, нарежда се сред звездите жълти джуджета. Обикновена по характеристиките си, Слънцето е най-важната за нас звезда – нашата звезда, благодарение на чиято енергия ние живеем.

АСТРОНОМИ Я

НАШАТА ЗВЕЗДА СЛЪНЦЕТО Надя Кискинова

С

лънцето е една от стотиците милиарди звезди в нашия звезден остров Галактиката, наричан Млечен път. То не е нито много голямо, нито много малко; нито много горещо, нито много студено. Астрономите го причисляват към звездите жълти джуджета от спектрален клас G2 V.

Съществуват звезди бели джуджета, като спътника на най-ярката звезда на небето – Сириус от съзвездието Голямо куче. Той е милион пъти по-малък от Слънцето или е с размерите Възраст на Земята. Има и звезди Радиус свръхгиганти Маса като Бетелгейзе Средна плътност от съзвездието Централна плътност Орион, които са Гравитационно ускорение почти 50 млн. Светимост пъти по-големи Скорост на загуба на маса по обем от Ефективна температура Слънцето.

Спектрален клас

Хората са наблюдавали и обожествявали Слънцето в течение на хилядолетия, но едва през ХІХ век се докосват до природата му. Няколко века преди това френският академик Лаир изказал предположението, че Слънцето е огромна капка течност, в която плават малки тъмни тела – откритите от Галилей слънчеви петна. По-голямата част от астрономите, обаче мислели, че Слънцето има твърда повърхност, а петната 4,5.109 years 696 000 km 1,99.1033 g 1,4 g/сm3 140-180 g/cm3 274 m/s.s 3,86.1026 W 1012 g/s 5785 К G2 V 2017

Българска наука 43

Фиг.1 – слънчев спектър

са кратери или вулкани. Яркостта на дневното ни светило се дължала на особени светещи облаци. И Нютон, и Хершел допускали, че под тези облаци върху твърдата повърхност на звездата ни живеят разумни същества! Първите оценки за температурата на Слънцето, обаче разколебават вярата в съществуването на слънчеви жители. Американският астрофизик Лейн през 1869 г. изчислява, че тя е 30 000º. Фламарион я намалява на 2 500-3 000º. Едва след оценката на слънчевото греене и прилагането на закона на излъчване на абсолютно черно тяло показало, че ефективната температура на Слънцето е приблизително 6 000º по Целзий. Преди да се стигне до оценка на температурата на излъчващата повърхност на Слънцето, обаче, е нужно да се знае размера му. Видимият размер на дневното ни светило върху небето е половин дъгов градус. Затова древногръцкият философ Хераклит (544-470 г.пр.н.е.) считал, че Слънцето е голямо колкото… човешка крачка. Аристарх Самоски определя радиуса му на 7 пъти повече от земния. Днес знаем, че диаметърът на Слънцето възлиза на 1 392 000 km или той е около 109 пъти е поголям от земния.

Фиг.2 – схематичен на Слънцето

строеж

44 Българска наука 2017

От ХІХ век астрономите започват да използват нов метод - спектралния анализ. Разлагайки оскъдната

светлина на далечните звезди чрез триъгълна призма, поставена в телескопа, астрономите снимали спектрите им и забелязали на фона на цветните ивици множество тъмни линии. Така изглежда и слънчевия спектър. Чрез спектрален анализ бил установен химичния състав на Слънцето и звездите, състоянието на веществото им, околоосното въртене и редица други характеристики. От повече от 30 000 спектрални линии в слънчевия спектър, установено било наличието на 72 химични елемента в състава на слънчевото вещество. Най-голям е делът на водорода – 70%, после на хелия – 29% и само 1% се пада на всички останали елементи. Подобно е и при звездите. Поради огромната температура, звездното вещество е плазма – четвъртото агрегатно състояние, което при земни условия рядко се среща. Ние можем да наблюдаваме само светещата повърхност на Слънцето – фотосферата (от гръцки – “фото” и “сфера” – блестящо, светещо кълбо). Фотосферата дава представата, че Слънцето е сферична симетрия от плазма и всички характеристики– размери, маса, светимост и др. от таблицата, се отнасят до тази представа. Защо фотосферата е толкова гореща? На какво се дължи излъчването на Слънцето? На изгарянето на въглища, на падането на множество комети или метеорити? Преди 2 века Хелмхолц и лорд Келвин предполагат, че Слънцето свети за сметка на гравитационното си свиване. Под действие на свиването наистина се повишава температурата и налягането в недрата на формиращите се звезди. Изчисленията показват, че ако

www.nauka.bg admin@nauka.bg

Слънцето свива радиуса си с 40 m годишно, то отделената енергия ще е достатъчна да обясни излъчването, но такова свиване би траяло само 50 милиона години! Геологичната история на нашата планета сочи много по-значима възраст. Звездният енергиен източник е разкрит едва в първата половина на ХХ век, когато през 1938 г. цяла плеяда ядрени физици разработват теорията на термоядрения синтез. Това са реакции на сливане на ядра на леки елементи и образуване на по-тежки химически елементи. Това, което алхимиците от Средновековието жадували да постигнат, за да получат злато, от милиарди години се осъществява в звездните недра. Там злато и диаманти няма, но става нещо, което все още не сме успели да постигнем при земни условия – термоядрен синтез. Той би разрешил проблемите на енергетиката „докато свят светува“ или поне докато има човечество. При чудовищна температура от над десет милиони градуса и невъобразимо налягане ядрата на водорода преодоляват електростатичното

отблъскване, сливат се и образуват ядра на хелия. При етапите на превъплъщения на елементарните частици, се отделя енергия. Изчислено е, че при всяка такава реакция се отделят 26,2 MeV. Което означава, че от всеки килограм водород, който се превръща в хелий в процеса на протонпротонната термоярена реакция, 0,007 кг се превръщат в енергия. С други думи, всяка секунда 594 млн. тона водород се превръщат в 590 млн. тона хелий. Разликата от 4 млн. тона осигуряват излъчването на нашата звезда. Всяка секунда Слънцето излъчва толкова енергия в околното пространство, колкото човечеството е употребило през цялата си история! До малката ни планета, отдалечена на 150 милиона km от Слънцето, достига една двумилиардна част от тази енергия. Невъобразимо разхищение? Да, според нашите представи. Но дори да е така, запасите от водород на Слънцето ще стигнат за още известно време или поне милиард години. Звезди като Слънцето съществуват сравнително устойчиво около

конвективна зона Турбулентен пласт с дебелина само 200 000 км, където енергията отдолу се пренася към външните видими пластове чрез движение на потоци вещество.

Фотосферата като цяло пулсира с период 5 минути, със скорост на издигане и спущане 500 m/s, като променя височината си с 25 km.

зоната на лъчисто пренасяне Най-обширната зона от обема на Слънцето. Тук енергията се пренася навън чрез лъчение.

10-тина милиарда години. Достатъчно време, за да възникне живот на някоя планета около тях и той да се развие до по-висши форми. Фотосферата е с дебелина само от порядъка на няколкостотин километра (според някои оценки едва 300 km), а плътността й е колкото тази на земната екзосфера или число със 7 нули след десетичната запетая в единици грама в кубичен сантиметър. Фотосферата е непрозрачна. Това, което се разиграва само на няколко километра под видимата повърхност, се постига с метода на моделирането. Задавайки стойности на температурата и плътността в недрата чрез числени методи и физични формули, слой след слой се достига до параметрите им за наблюдаемата фотосфера. Така при температура от 15 милиона градуса и плътност 150 грама в кубичен сантиметър в центъра на сферичната симетрия с радиуса на Слънцето, се получава следната представа за структурата му в дълбочина: Фиг.2 – схематичен строеж на Слънцето

Ядро Ядрото заема само 1/50 част от обема на звездата ни, но там е около половината от масата. Това е мястото, където основно се осъществяват термоядрените реакции.

Какво поддържа пулса на Слънцето? Отговор се очаква от сравнително новата област в слънчевите изследвания, наречена хелиосеизмология.

Основополагащата идея тук е, че съществуват вълни, които се разпространяват във вътрешността на звездата и са силно повлияни 2017

Българска наука 45

от характеристиките на средата (температура, плътност). Тези вълни се наблюдават и на повърхността, където в повечето случаи се разпространяват като акустични вълни. Сондирането

на вътрешността на Слънцето може да стане и чрез други, различни от акустичните вълни, наречени g-моди. Амплитудите им на повърхността обаче са слаби, което прави регистрирането им трудно.

Фиг.3 – фотосферна гранулация

Фиг. 4 - спикули

Блестящата във видими лъчи фотосфера не е еднородна. Състои се от светли области с характерен размер около 1000 km, обкръжени с явно по-студен газ.

46 Българска наука 2017

Светлите области, наречени гранули, не са статични. Те съществуват 5-8 минути, изчезват и на тяхно място се появяват нови. Картината в динамика прилича на вряща каша грис.

Гранулите са с 10% по-ярки от тъмните промеждутъци. Интерпретират се като върхове на конвективните потоци, издигащи се отдолу със скорост от около 400 m/s. Изстивайки, те се разливат от центъра на гранулата към периферията, а изстиналият газ потича обратно надолу в междуградулното пространство. Фиг.3 – фотосферна гранулация Фотосферната гранулация се наблюдава в много по-голям мащаб като схръхгранули, които също са резултат от конвективните потоци в зоната под фотосферата. Движението на плазмата в тях е хоризонтално – от центъра на свръхгранулите с големина от 30 000 km към краищата им. Всяка такава свръхгранула съществува около денонощие. Наблюдава се като светло нишковидно образувание, наречено факел. Факелите се съединяват и преплитат, образувайки фотосферна мрежа, която особено добре личи по края на слънчевия диск, където се проявява ефекта на потъмняване. Тази мрежа се наблюдава и в по-външния слой над фотосферата, хромосферата. Наблюдавана в линиите на CaII, тук тя се нарича хромосферна мрежа. Прието е фотосферата, хромосферата и още по-външния слой – короната, да се наричат слънчева атмосфера. Хромосферата е слоят над фотосферата с дебелина около 15 000 км. Наблюдава се като тънък розов овал в близост до краищата на затъмненото Слънце при пълно слънчево затъмнение или с помощта на коронографи. Оттам идва наименованието „хромо“, гр. – цвят. Слоят не е еднороден и по стойностите на температурата на газа, процесите които се разиграват и други особености, може да се раздели на подслоеве: долна хромосфера, простираща се до

www.nauka.bg admin@nauka.bg

височина 500 km и температура 5 000º над фотосферата, средна – от 500 до 2 000 km. Оттук температурата започва плавно да нараства до 25 000º. Фотосферните гранули и свръхгранули имат своето продължение в структурата на хромосферата. Тук те се наричат спикули, които се наблюдават в ултравиолета като светли лъчи по краищата на слънчевия диск. Тези горещи и по-плътни от околния газ потоци слънчева плазва са дълги до 1215 000 km. Съществуват 10-15 минути. Фиг. 4 - спикули Спикулите, наблюдавани в линиите на излъчване на H и К на CaII се наричат флокули. Някои извити флокули с поголяма дължина се наблюдават проектирани върху диска на Слънцето като тъмни влакна. Фиг.5 - хромосфера Слоят над средната хромосфера или от 2 000 до 3 000 km е преходна зона между хромосферата и короната. Тук температурата рязко нараства и достига милион градуса. Всъщност спикулите – структурните елементи на хромосферата, проникват на много по-голяма височина в короната. Короналната плазма, с температура около 100 пъти по-висока от хромосферната, прониква в по-ниските слоеве на хромосферата между спикулите и предава част от енергията си. В резултат на това хромосферата свети. Дори най-ярката част на короната е милион пъти по-слаба по яркост от фотосферата и може да се сравни със светенето на пълната Луна. На фона на ярката фотосфера, тези два външни слоя от слънчевата атмосфера остават невидими. Слънчевата корона е найпротяжната част от Слънцето. Формата на вътрешната й по-

ярка част се мени от сферична до изтеглена по направление на слънчевия екватор. Слънчевата корона като цяло е с много динамични елементи. Наблюдава се с помощта на коронографи в професионалните обсерватории

или със специални космически апарати. Пълните слънчеви затъмнения са тези природни феномени, които от хилядолетия са давали възможност на хората да надникнат в невидимото. Точно в такива кратки моменти

Фиг.5 - хромосфера

Фиг. 6 – свръхкорона

слънчевата корона се разкрива в пълната си красота. К-короната се простира до 1,3 слънчеви радиуса. Тук излъчването е повече за сметка на дължини на вълните от

електромагнитния спектър повече от метър, което е в областта на радиовълните. Т.е. короната излъчва найинтензивно в радиодиапазона. На

няколко 2017

слънчеви

радиуса

Българска наука 47

е праховата F-компонента на короната и Е-короната, която свети за сметка на отражението на светлината от атоми на метали с няколкостепенна йонизация, предимно желязо в междупланетното пространство. Това е външната корона.

Фиг. 6 – свръхкорона Свръхкороната всъщност очертава границите на Слънчевата система – хелиопаузата. Това е мястото, където слънчевите частици влизат във взаимодействие с галактичните частици. Счита

Фиг.7 – „Вояджър-1“

Фиг. 8 – слънчева корона

се, че е на разстояние 100-110 пъти повече от разстоянието Слънце-Земя или астрономически единици (а.е.). Преди хелиопаузата има междинна област, наричана хелиосфера, простираща се до 75-90 а.е. Това

48 Българска наука 2017

е мястото, където скоростта на слънчевите частици става сравнима с тази на скоростта на звука за плътността на пространството тук. Фиг.7 – „Вояджър-1“

Наличието на хелиосфера и хелиопауза трябваше да се потвърди от сондата „Вояджър-1“. Тя и нейната сондаблизнак „Вояджър-2“ стартираха през 1977 г. Изпълниха основната си мисия, преминавайки през системата от спътници и пръстени на планетите-гиганти Юпитер и Сатурн, предавайки хиляди изображения. След това „Вояджър-2“ бе препрограмиран и се отправи за близка среща с другите две още по-далечни планети-гиганти Уран и Нептун. Траекторията на „Вояджър-1“ трябваше по-рано да го изведе извън Слънчевата система. От отдалечилата на 15 трилиона километра сонда сигналът, движещ се със скоростта на светлината, преодолява разстоянието за 17 часа. И той дойде. За първи път през 2004 година. На самата сонда няма сензори за детектиране на очакваните явления, доказващи достигане границите на Слънчевата система. Затова учените очакваха подходящо мощно слънчево избухване и свръхскоростни потоци електрони и протони от слънчевата плазма, към онова място, където е сондата „Вояджър-1“. И то се случи през март 2012 г. 13 месеца по-късно слънчевата радиация връхлетя сондата и през април 2013 г. тя регистрира вибрации. Подобно на трептящи струни на цигулка, слънчевите сгъстявания взаимодействаха с галактични частици. Това бе неопровержимо доказателство, че средата, в която е сондата е именно хелиосферата. Преглеждайки предишни данни, учените откриха подобни осцилации още през октомври и ноември 2012 г., предизвикани от преминаване на сондата през други слънчеви ускорени потоци плазма. Така, те изчислиха, че поне от август 2012 г. „Вояджър-1“ вече е навлязъл в хелиосферата.

www.nauka.bg admin@nauka.bg

слънчеви процеси, т.н. слънчева активност. Магнитното поле на Слънцето е с интензитет едва 1 Гаус. Диференцираното околоосно въртене на слоевете слънчева плазма успоредни на екватора, както и преноса на вещество и енергия под фотосферата от полюсите към екватора напречно на конвективните потоци вероятно водят до локално усукване на магнитните силови линии и хилядократно увеличение на интензитета. Така възникват активните образувания в слънчевата атмосфера, чрез които се освобождава електромагнитна енергия и/или ускорени потоци слънчева плазма. Те се ускоряват като в скоростни тунели – места в короната с по-ниска плътност от средата и с отворени магнитни силови линии. Движението им води до понижаване на температурата и тези тунели изпъкват в рентгеновия диапазон като тъмни образувания, наричани коронални дупки.

В динамика короната всъщност е постоянно изтичаща плазма в околното пространство, наричана слънчев (за звездите респективно – звезден) вятър. Скоростта му на разстоянието, на което е Земята от Слънцето е от порядъка на 200-300 km/s, но нараства при мощни

плазма със скорости от 100 до 1 000 km/s. Фиг.10- активен протуберанс Едни от най-мощните активни процеси са избухванията и изхвърлянията на коронална маса или СМЕ – Coronal Mass Ejecton.

Фиг. 9 –спокоен протуберанс

Фиг. 8 – слънчева корона В долната корона има коронални кондензации с температура надвишаваща с 500º газовете, нагрети до милион градуса и с плътност, надвишаваща 3 пъти тази на околната среда. Затова се наблюдават като арки в линиите на Fe XIV. А в рентгеновата област изпъкват като по-светли структури както по краищата на слънчевия диск, така и на диска. Образуват се в области със силно магнитно поле, но със затворени, притискащи отгоре магнитни силови линии, които ограничават преноса на енергия. В проекция отстрани на слънчевия диск са добре видими огромни езици вплътнена до 100 пъти повече от средата

Фиг.10- активен протуберанс

по-студена слънчева плазма. Спокойните протуберанси са във вид на дъги, мостове, съществуващи месеци наред, дори година. Издигат се на 1-200 000 km или 0,3 слънчеви радиуса.

Фиг. 9 –спокоен протуберанс Активните протуберанси са с бързо променяща се форма и се издигат на по-голяма височина. Съществуват доста по-кратко време и изхвърлят хромосферна 2017

Българска наука 49

Избухванията стават в неголяма област от порядъка на 10 000 km в долната хромосферата и представляват бързо освобождаване на енергия, сравнима с едновременното избухване на хиляди атомни бомби. Пълната мощност на

слънчевото излъчване нараства от 0,001 до 10% и то в целия електромагнитен спектър, като 20% от тях са в оптичната част. Обикновено избухванията са „видими“ в радиодиапазона и само най-мощните от тях могат да се доловят във

Фиг.11 – сонди, презназначени за изучаване на активните слънчеви процеси и отражението им върху Земята.

Фиг. 12 –слънчево петно

видими лъчи или в т.н. бяла светлина. Освен излъчване, при избухванията потичат потоци ускорени електрони и протони. Сред частиците в тези потоци са идентифицирани

50 Българска наука 2017

деутерий и тритий, които липсват в спокойната слънчева атмосфера. Това означава, че по време на избухванията вероятно се осъществяват термоядрени реакции – температурата в

местата с избухвания е от порядъка на 1-2 милиона градуса. СМЕ – изхвърлянето на коронална маса е изменение на короналната структура, което става за минути до няколко часа. Електрони, протони, йони на хелия и желязото заедно с издигащи се магнитни силови линии във формата на огромен балон, се откъсват и със скорост, достигаща до 2 000 km/s се втурват в околопланетното пространство. Наблюдават се с коронографи в бяла светлина от 70-те години на миналия век. За първи от американската космическа станция „Скайлаб“, а после системно се изучават от коронаграфите на специализираните космически апарати като SoHO (Solar and Heliospheric Observatory), SDO (Solar Dinamic Observatoty) и др. космически слънчеви обсерватории. Фиг. 11 – сонди, презназначени за изучаване на активните слънчеви процеси и отражението им върху Земята. Активните образувания във фотосферата са слънчевите петна. Малкото тъмно междугранулно пространство, разширено до 1 000 km, наречено пора, може да изчезне до час, но може и да се разрасне често не в едно, а в цяла група слънчеви петна. В тях температурата е с 1500-2000° по-ниска от тази на фотосферните гранули. Сгъстените магнитни силови линии подтискат конвективните потоци от вътрешността, които личат и в най-тъмната част на петното. Фиг.12 – слънчево петно Добре оформените слънчеви петна се състоят от сянка или ядро и междинна област – полусянка, която има влакнеста структура. От сянката към полусянката по тъмните влакна

www.nauka.bg admin@nauka.bg

изтича хоризонтално по-студена плазма, докато горещата плазма се движи бавно навътре, втичайки се от големи височини в петното. Петната са обкръжени от фотосферни факели. Средно петната са с големина до 10 000 km (почти с диаметъра на Земята) и съществуват от няколко седмици до месеци. Наймощните групи петна са 15-20 пъти по-големи и могат да се наблюдават половин година. Броят на отделните петна може да надхвърли 100. Такива огромни тъмни области на слънчевия диск са видими и с просто око. При системни наблюдения на група петна се забелязва динамиката вътре в групата – изчезват и се появяват нови петна и пори с различно време на живот, променят взаимното си разположение, големина, форма. Фиг.13-мощна група слънчеви петна от 3 ноември 2015 г. Фиг.14 – Слънцето на 3 ноември 2015

направил случайно аптекарят Хенрих Швабе през 1843 г. Той бил завладян от идеята за наличието на планета Вулкан, намираща се още по-близо до Слънцето от Меркурий. С надеждата да зърне тайнсвения Вулкан, преминаващ на фона на слънчевия диск, Швабе

Фиг.13

нанасял стриктно слънчевите петна върху своите зарисовки.

15 години по-късно той така и не станал откривател на нова планета. Затова пък открил 11-годишните слънчеви цикли по изменение броя на слънчевите петна.

– мощна група слънчеви петна от 3 ноември 2015 г.

Съществуват униполярни петна – единични петна или малка група слънчеви петна с еднаква магнитна полярност, но по-често срещани са мултиполярните групи. Една такава група може да се състои само от две петна, но те да са с различна полярност. Интензитета на магнитното поле в петната е хиляди пъти повече от средния за Слънцето. Официално откритието на слънчевите петна се приписва на Галилей и първите му телескопи. Достигналите до нас древни хроники обаче свидетелстват, че петната са били известни на хората много по-отдавна. Някои са виждали най-големите групи с просто око. Други вероятно са ги следели системно чрез отражение на слънчевия диск в дълбоки кладенци. Поредното откритие обаче, свързано с петната на Слънцето

Фиг. 14–Слънцето на 3 ноември 2015

Слънчевите петна били обект на системно изучаване и от професионалните астрономи. След публикацията, в която Швабе обърнал внимание на

особеностите в поведението на петната за времето на неговите наблюдения, в Цюрих били преразгледани архивни данни от 1749 г. и било потвърдено наличието на 11-годишните 2017

Българска наука 51

цикли. В Цюрихската обсерватория въвели номерация на циклите, а директорът на Бернската обсерватория Рудолф

Волф въвел индекс за броя на петната – използваното и днес Волфово число.

на диска на Слънцето няма петна или те са много малко. Максимумите на циклите са различни - този на цикъла от 1954 г. е най-висок. Дължината на циклите варира средно около 11 години, но има доста къси цикли от 9 години и доста протяжни – до 13,5 години. Фиг.15 – 11-годишни слънчеви цикли

Фиг.15 – 11-годишни слънчеви цикли

Фиг. 16 – XX Triangulum

Цикъл номер 1, според номерацията, въведена в Цюрих, е този, започнал през март 1755 г. Наблюдаваните 150 години преди него 11-годишни слънчеви цикли са с отрицателни

52 Българска наука 2017

номера, а настоящият е 24ти поред. Прието е за начало на 11-годишните цикли да е моментът на минимум на слънчевата активност, когато

Каква е причината за наличието на такива слънчеви цикли на активност? Отговорът може би ще дойде от другите звезди. Установена е подобна звездна активност. Съвременните наблюдателни средства позволяват да се установи петнообразувателна дейно ст на звездите, видими като точки дори с най-големите телескопи. Една от последните публикации в тази връзка е на екип астрономи от Потсдамския астрофизичен институт от юни т.г. относно резултатите от наблюдението на звездата червен гигант XX Triangulum на 520 светлинни години от нас. Изследването на магнитното поле на тази звезда показва 26-годишна цикличност, което е повече от два 11-годишни слънчеви цикли. По-важното в това изследване е приложението на нов спектрален метод за установяване на магнитна цикличност на звездите, което ще ускори получаването на данни за тяхната астивност. Фиг.16 - XX Triangulum Сега се знае, че два поредни 11-годишни цикъла образуват един физически 22-годишен цикъл, съдейки по смяната на магнитната полярност на петната в мултиполярните групи. Това дава основание да се счита, че циклите възникват в резултат на динамо ефект под фотосферата, водещ до превключване от една на протиположната магнитна полярност на Слънцето.

www.nauka.bg admin@nauka.bg

Всъщност на този етап няма работеща теория за наличието на наблюдаваните слънчеви цикли. Ако 11 и 22-годишните цикли са сравнително добре изучени с техните особености, поради натрупания наблюдателен материал, то има много неясноти относно т.н. векови и хилядолетни цикли. Ясно е, че те всички се наслагват и взаимно влияят по един или друг начин на всичко, ставащо в Слънчевата система. В частност, изяснена е ролята на вековия слънчев цикъл върху промяната на земния климат. Изучавайки архивите на слънчевите наблюдения, Маундер установява, че между 1645 и 1715 г. слънчеви петна много рядко са регистрирани. Всъщност, оказва се, че личат максимумите на 11-годишните цикли, но те са с много малка амплитуда. Те са „потопени“, притиснати от минимум на дългопериодичен цикъл. Така нареченият Маундеровият минимум съвпада с настъпването на малък ледников период по това време. През 1887 г. Шпрьорер прави изследване на появата на северни сияния през Средновековието между 1460-1550 г. и прави откритие на друг такъв продължителен минимум, когато също е имало продължително застудяване. Нещо повече, съдейки по особеностите на отминаващия вече 24-ти 11-годишен слънчев цикъл и редица други съображения, вероятно сме пред прага на предстоящ малък ледников период от типа на Далтоновия. Фиг.17-Маундеров минимум Слънчевите петна са едни от индикаторите на 11-годишните слънчеви цикли. Активните процеси са взаимообвързани, макар че някои като изхвърлянията на коронална маса не винаги стават върху

смутени със слънчеви петна области и дори не винаги се наблюдават заедно със слънчевите избухвания. Понякога

те са взаимообвързани с короналните дупки в короната. Избухванията и СМЕ достигат до Земята и огъват нейната

Фиг.17 – Маундеров минимум

Фиг. 18 – Двадесет и четвърти цикъл

магнитосфера. Потоците ускорена слънчева плазма се приплъзва по протежение на земните магнитни силови линии, но част се завръща в приполярните области, където

възникват полярните сияния. В дните между 28 август и 2 септември 1859 г. на Слънцето имало много петна. На 1 септември любителят на 2017

Българска наука 53

астрономията Ричард Керингтън правел поредното си наблюдение от собствения си телескоп. Копирайки слънчевите петна на лист хартия, забелязал появата на две много ярки изригвания в бяла светлина посред много голяма група петна. Минути по-късно магнитомерът в лондонската обсерватория Кю реагирал, а на следващия ден небето било озарено от полярно сияние чак до Хаваите, Панама , Карибите – доста на юг, което не е характерно за тези места. Светлината на сиянието била толкова ярка, че можело да се чете нощем без изкуствено осветление. Златотърсачи в Скалистите планини се събудили в 1 часа през нощта и започнали да си приготвят закуска, приемайки сиянието за изгрев. Наблюдаваното от Керингтън изригване известило слънчева свръхбуря - огромен електромагнитен взрив, който запратил към Земята милиарди тонове заредени частици. Невидимата вълна се сблъскала с магнитното поле на планетата и предизвикала протичането на електрически ток по телеграфните жици. За първи път била направена причинноследствена връзка между слънчевите и земни процеси и се поставя началото на нов клон в науката – слънчевоземните въздействия. След 1859 г. не е имало толкова мощна слънчева свръхбуря. Но какви биха били последиците днес? Някаква представа дава спирането на тока в Квебек на 13 март 1989 г., когато доста по-слаба слънчева буря изважда от строя енергийната мрежа, обслужваща над 6 милиона души. Буря с мащабите на тази от преди век и половина би могла да остави за месеци наред милиони хора без светлина, питейна вода, канализация, отопление, климатик, гориво, телефон

54 Българска наука 2017

и медицинско обслужване. Според доклад на Националната академия на науките на САЩ подобна свръхбуря би могла да нанесе материални щети на стойност между 1 и 2 трилиона долара само през първата година, а възстановяването би продължило цяло десетилетие. Статистическата вероятност за такива катастрофи, предизвикани от Слънцето са веднъж на 500 години. Днес, когато битът ни все повече зависи от спътниковата информация, цялата ни енергийна система, комуникациите и интернет, особено е наложителен мониторинг на земните магнитни бури. Малко се знае за влиянието на слънчевата активност върху биосферата. Но са правени изследвания и съпоставки. Установено е например, че дебелината на годишните пръстени на дърветата се изменя с 11-годишен период, като широките пръстени съответстват на годините на максимум на слънчева активност. Епидемиите от чума, холера, скарлатина и дифтерит преди са възниквали в годините на максимална слънчева активност. Статистическите данни сочат, че честотата на обостряне на сърдечно-съдовите атаки при хроничноболни нарастват при слънчеви избухвания. Несъмнено проблемът за биологическата активност на слънчевата активност е от особена важност за безопасността на астронавтите на Международната космическа станция и още повече за далечни космически полети извън защитата на земната магнитосфера – до Луната, Марс. Мониторингът на космическото време, както се наложи този термин, става наложително подобно на метеорологичните

прогнози. Наблюдавано слънчево избухване от мощен тип, както изхвърляне на коронална маса по посока на Земята са спътниковата информация, въз основа на която може да се прогнозира геомагнитна буря от определен тип през следващите три дни. Тази информация вече може редовно да се следи на сайта на Центъра за Прогнози на Космическото Време и Космическия Климат, създаден по решение на Института за космически и слънчево-земни изследвания към БАН от 27 януари 2011 г. http://www.space. bas.bg/SpaceWeather/links.html и на сайта на Центъра за слънчев и слънчево-земен мониторинг при Народна астрономическа обсерватория „Юрий Гагарин“, Стара Загора http://heliotaraxy. com/ .

Народна обсерватория Стара Загора

астрономическа “Ю. Гагарин”,

Източници: /5/ “Спокойното и активно Слънце”, Вл. Дерменджиев, Академично издателство “Проф. Марин Дринов”, София, 1997 /6/ Астрономия, Н. Николов, В. Радева, Е. Илиева, Педагог 6, 2003 /7/ Астрофизика, Диана Кюркчиева, Университетско издателство “Епископ Константин Преславски”, Шумен 2004 г. /8/ “Циклите на Слънцето, климата и цивилизацията”, Борис Комитов, Алфамаркет, Ст. Загора, 2001 h ttp ://www.s kya n d tele s c op e. com/ http://www.nasa.gov/voyager http://sidc.oma.be http://www.phys.uni-sofia.bg

www.nauka.bg admin@nauka.bg

АСТРОНОМИ Я

СЛЕДЕТЕ ЗА ТЪРСЕНЕ НА ПЛАНЕТИ В РЕАЛНО ВРЕМЕ Даден e Стартът на Просветителската Кампания Pa l e Re d D o t

Превод: Надя Кискинова, астроном в НАОп „Ю. Гагарин“, Стара Загора

О

т 15 януари 2016 г. започна уникална популяризаторска кампания, чрез която всеки желаещ може да бъде в течение на търсенето на земеподобна планета в системата на найблизката до нас звезда Проксима от Центавър. Наблюденията ще се провеждат от януари до април 2016 г., след което в продължение на няколко месеца ще се обработват и анализират, а накрая ще се публикуват в научни списания като окончателен резултат. Целият процес може да бъде следен в реално време чрез блогове и социалните мрежи. Съзвездието Центавър (от лат. Centaurus) заема голяма площ от южното небе. В него може да се изброят около 150 звезди с невъоръжено око, но най-ярките от тях, както и голяма част от съзвездието е недостъпно от нашата географска ширина. Наричат го още Кентавър – същество, което е наполовина човек, наполовина кон от древногръцката митология. Така са навързвали във фигура ярките му звезди в древните звездни карти. Най-ярката звезда – Алфа от Центавър, наричат я още Толиман, е четвърта по яркост на цялото небе. Тя се състои от две звезди подобни на Слънцето на разстояние една от друта 23 пъти повече от разстоянието Земя-Слънце (150 милиона километра). На съществено по-голямо разстояние от тях – 13 000 пъти разстоянието Земя-Слънце е

слабата, невидима с просто око по-малка звезда от типа на червените джуджета. Тя именно е Проксима (Proxima Centauri). Гравитационно свързаната звездна система на Алфа Центавър е открита през 1839 г., но поради това, че се слива с фона от неярки звезди и е отдалечена от двете звезди на Алфа Центавър, едва през 1917 г. е установено, че Проксима е третата компонента на системата. Разстоянието от нас до нея е 4,22 светлинни години. Досега наблюденията на тази слаба червеникава звездичка показват сякаш наличие на помалко тяло, въртящо се около нея. В хода на кампанията ще бъдат направени прецизни измервания на отклоненията в положението на звездата, които може да се дължат на гравитационни смущения на планета с размерите на Земята! Наблюденията са чрез приемника 2017

Българска наука 55

HARPS (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher) на 3,6-метровия телескоп на Европейската южна обсерватория в Ла Сила. Данните от този приемник ще се допълват от данни на допълнително включени към проекта роботизирани телескопи от цял свят от мрежата BOOTES (Burst Optical Observer and Transient Exploring System) и LCOGT (Las Cumbres Observatory Съзвездието Центавър Global Telescope Network). Тези роботизирани телескопи ще измерват яркостта на звездата в продължение на двата месеца и половина наблюдения всяка нощ. Тези техни данни ще позволят да се установи дали регистрираните отклонения в положението на звездата са случайно и свързани евентуално с турбулентност на повърхността й или те наистина сочат присъствието на екзопланета. Системата на Алфа Центавър Просветителската кампания Pale Red Dot (което може да се можем да гадаем какво точно преведе като Малка или бледа ни сочат те. Това ще стане червена точица) не само дава ясно едва като дойде време възможност на всеки да следи да публикуваме статията наблюденията и резултатите си, а е напълно възможно по проекта. Всеки ще може резултатите да сочат, че няма да види как се прави наука, доказателство за наличие на как работи една съвременна планета около Проксима. Но обсерватория, как астрономите, самият факт, че ние можем да специализирали се в различни търсим толкова малки обекти направления обединяват е поразително постижение.“, усилията си, как събират, казва Гелем Англада-Ескуде анализират и интерпретират (Guillem Anglada-Escude), данните. координаторът на проекта и „Ние поемаме риска да добавя: „Ние искаме да споделим привлечем вниманието на с хората страхотното широката публика към нашите чувство на възторг от наблюдения без да знаем научното търсене. Ние предварително към какво искаме да покажем „кухнята“ могат да ни изведат те. на научните изследвания, Докато трупаме данни, ние не детайлите на процеса, пътят

56 Българска наука 2017

на пробите и грешките, усилията, стоящи зад всеки получен резултат в новините на деня. Правейки това, ние се надяваме да привлечем повече хора към образованието и науката изобщо.“ В рамките на кампанията Pale Red Dot обикновено незабелязващите се детайли в научното търсене ще бъдат изнасяни в серия от статии и в социалните мрежи. Астрономи, учени и инженери от ESO, участващи в кампанията, писатели-популяризатори на науката, наблюдатели и други експерти ще публикуват множество постове в блогове на всякакви теми, ще разказват за методите за търсене на екзопланети, както и за строящия се най-голям телескоп E-ELT (European Extremely Large Telescope), за звездите. В социалните медии ще се появяват ежедневни съобщения за хода на наблюденията и за всичко, свързано с кампанията. Всеки може да се абонира за тях. Откъде идва наименованието на кампанията? Когато през 1990 г. сондата „Вояджър-1“ (Voyager 1), следвайки своя път към покрайнините на Слънчевата система, се обръща към Слънцето и снима близките до него скалисти планети, сред които е Земята, някой възкликва за нея „малка (бледа) синя точица“. По-късно известният астроном и популяризатор на науката Карл Сейгън (Carl Sagan) заимства този израз за заглавие на свое есе Pale Blue Dot: A Vision of the Human Future in Space. Тъй като Проксима от Центавър е червена малка звезда, то предполага

www.nauka.bg admin@nauka.bg

се, че предполагаемата планета около нея, отразявайки светлината на звездата си, също ще е червениката – затова по аналогия е избрано наименованието Pale Red Dot. И така, кампанията вече започна на 15 януари и се предполага, че до края на тази 2016 година ще приключи с някакъв резултат, свидетел на който всеки, който поиска може да стане.

Условно изображение на две черни дупки – голяма и по-малка, които взаимодействат помежду си според ОТО и кръжат една около друга, представлявайки сами по себе си изкривявания на празното пространство, в което няма никаква материя. Тук за нагледност пространството е представено като двумерна крива повърхнина, а цветовете съответстват на силата на гравитационното поле на черните дупки.

Нещо повече за Европейската южна обсерватория – ESO, The European Southern Observatory Това е водеща световна европейска астрономическа организация, в която участват 16 държави: Австрия, Белгия, Бразилия, Великобритания, Германия, Дания, Испания, Италия, Нидерландия, Полша, Португалия, Финландия, Франция, Република Чехия, Швейцария и Швеция, а също Чили, на чиято територия се разполагат комплексите от най-големите телескопи в света. Те са в планините Ла Сила, Паранал и Чахнантор. На Паранал е Много големият телескоп на ESO (The Very Large Telescope, VLT) и два широкоъгълни телескопа с голямо зрително поле: инфрачервеният VISTA и Обзорният телескоп VLT (VLT Survey Telescope) във видимата светлина.

ESO е европейският партньор на най-големия в света астрономически проект ALMA, представляващ система от радиотелескопи, работещи в милиметровия и субмилиметровия диапазон от дължини на вълните. На планината Серо Армазонес, недалеч от Паранал, ESO строи E-ELT (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope) – 39-метров оптически и инфрачервен телескоп.

http://www.eso.org/

ФИ ЗИ К А

Малки, тъмни и тежки. Но дали това са наистина черни дупки? Вярвай, но проверявай! Доц. Пламен Физев

Т

ова дълго заглавие е компилация от заглавията на две научни статии, публикувани в реномирани научни списания.

Авторът на първата статия e Мат Висер. Той e известен теоретик в областта на съвременната теория на гравитацията, сънародник и ученик на знаменития новозенландец Рой Кер – откривателят на носещите

неговото име точни решения на уравненията на Айнщайн. Много учени предполагат, че решенията на Кер биха могли да oписват въртящи се черни дупки. В статията си Мат Висер отбелязва, че невинният въпрос дали черните дупки съществуват реално в Природата е доста по-сложен, отколкото може да се очаква. Особено ако съдим за това по не особено компетентните, а често и откровенно преднамерени коментари на средствата за масова информация. Понякога в посока на необосновано опростяване на проблемите 2017

Българска наука 57

по общата теория на относителността (ОТО), или като специалист по теоретична физика – наука, призована да търси законите на Природата на базата на постиженията на експерименталната и наблюдателната физика и астрофизика.

Мат Висер:Малки, тъмни и тежки.. Но дали това са наистина черни дупки?

Рой Кер, откривателят на точните математически решения на уравненията на Айнщайн, описващи гравитационното поле на някои въртящи се обекти

Алберт Айнщайн През двадесетте години на XX век той създава Общата теория на относителността (ОТО). Това е съвършено нова за времето си теория на гравитацията със силно математичен и геометричен характер. Тя използва неримановата геометрия за да опише изкривяването на пространство-времето от телата.

Джон Уилър (09.06.191113.04.2008) На 29 декември 1967 г. в западната бална зала на хотел Хилтън в Ню Йорк, по време на популярна лекция по случай Новогодишния бал на физиците той използва за пръв път публично термина „черна дупка“. Тази дата се приема за рождена дата на черните дупки.

работят и някои специалисти.

от това, дали разсъждавате като астроном наблюдател, като математик - специалист

Отговорът зависи съществено

58 Българска наука 2017

Астрономите, без съмнение, наблюдават стотици малки, тъмни, компактни обекти с необикновено големи за размерите си маси и силни гравитационни полета.

• Хоризонтът на събитията притежава малко странното на пръв поглед свойство да пропуска физични сигнали и обекти само навътре в черната дупка, без да позволява на никакви, намиращи се вътре обекти или физични сигнали да излязат навън, където, слава Богу, се намираме ние. Оттам и названието „черна дупка“, предложено на масовата публика като „търговска марка“ в края на 1967 г. и популяризирано в течение на десетилетия от Джон Уилър. Неговият авторитет, опит и огромно влияние в САЩ, където преди това ръководи теоретичните отдели и на двете успешни американски програми по създаване и на атомната, и на водородната бомба, изиграват решаваща роля и за успешната многогодишна професионална пропагандна кампания в полза на черните дупки.

• Ако попитате обаче един физик-теоретик, какъвто е и авторът на настоящата статия, той ще ви каже, че самото понятие „черна дупка“ крие множество вътрешни противоречия и теоретични трудности, които и до днес не са преодоляни, а заедно с това и ред противоречия с добре установените закони на физиката. Освен това до

www.nauka.bg admin@nauka.bg

момента ние не разполагаме с безспорни и достоверни факти и доказателства за това, че наблюдаваните от астрономите обекти наистина могат да се описват чрез намерените от математиците решения на уравненията на Айнщайн от ОТО. Вярата в такава, чисто теоретична възможност е необоснована. Известни са редица случаи на съществуващи решения на уравненията на много по-прости от ОТО математични теории, които нямат физичен смисъл и се отхвърлят от физиката като несъответстващи на законите на Природата. Добре известен пример се дава от уравненията Максуел, описващи с голяма точност наблюдаваните електромагнитни явления. На някои решения на тези уравнения се базира целият ни съвременен живот, който не можем да си представим без електричество и електроника. Независимо от това, повечето решения на уравненията на Максуел не удовлетворяват изискванията на физиката и се отхвърлят като нефизични. Както казва един известен математик, чудото се състои в това, че въобще съществуват решения, които имат физичен смисъл и приложения. Така че не е никакъв аргумент фактът, че някои математични решения на уравненията на Айнщайн са способни да опишат части от реалността с голяма точност. Изискванията към физически смислените решения на уравненията на която и да е добре проверена теория, като ОТО, са много по-сериозни и разнообразни от простия математичен факт, че сме решили някаква, макар и сложна математическа задача. Само сравнението с ДОСТАТЪЧНО ТОЧНИ експерименти, както и наличието на РЕШАВАЩИ тестове и наблюдения, могат

«Религията борави с вяра, науката – със съмнение.».

Скот Хю: „Вярвай, но проверявай“

Ричард Файнман Нобелист по физика за 1965, докторант на Джон Уилър

Семьон

Герштейн

да ни покажат дали дадени математични решения имат връзка с реалността и представляват приемлив математичен модел на Природата, или са просто поредният математичен куриоз, несъществен и неинтересен за физиката. Оттук и заглавието „Вярвай, но проверявай“ на статията на известния млад американски

Анатолий Логунов

физик теоретик Скот Хю от Масачузетския технологичен институт. Поради горните съображения коректните учени, и в частност, прецизните астрономи, наричат наблюдаваните тежки, компактни и тъмни обекти „кандидати за черни дупки“. Самият наскоро

Рой Кер в излезлия сборник от научни

2017

Българска наука 59

статии, посветени на 50тата годишнина на неговото знаменито математическо откритие, казва:„...решението на Крускъл за невъртящи се черни дупки няма отношение към реалността. Същото се отнася и до решението на Кер...“То има два хоризонта – външен и вътрешен. Именно вътрешният хоризонт е един от източниците на физическа несъстоятелност на черните дупки на Кер. Доказани са доста математични теореми за съществуване на математичните черни дупки, обаче в техните доказателства се правят предположения, които могат да се окажат неверни, продължава Кер. Самият аз, пише той през 2007 г., вярвам, че е по-вероятно вътрешен хоризонт да не може да се образува никога. Но това означава несъстоятелност на цялото решение на Кер, или поне на онази му част, която описва вътрешността на „черната дупка на Кер“. А в същото време разполагаме с теорема, че това е единствената възможна незаредена черна дупка на ОТО. Приема се, че е възможно да се образуват черни дупки на Кер в резултат от гравитационния колапс на извървелите до края еволюционния си път достатъчно тежки (над 40 слънчеви маси) звезди. Причината е, че когато изтощят напълно енергийните си запаси, тежките звезди губят способността си да се съпротивляват на гравитационната сила, която се стреми да ги свие безгранично, и тогава започва неудържим процес на гравитационно свиване на веществото на звездите, наречен гравитационен колапс. По някакъв неясен начин веществото на звездата трябва да изчезне, като се преобразува в чисто изкривяване на самото пространство-време, загубвайки почти всичките известни на физиката свойства.

60 Българска наука 2017

Математичните черни дупки, като специален вид изкривено ПРАЗНО пространство-време, в което няма материя, могат да притежават само три от известните ни характеристики на веществото: маса, механичен момент на въртене и електричен заряд. Всички други характеристики, известни на физиката, например барионен заряд, лептонен заряд и т.н., трябва тайнствено да изчезнат в хода на хипотетичния процес на гравитационен колапс. От друга стана, всички експерименти във физиката на елементарните частици с огромна точност демонстрират запазване на тези основни характеристики на материята. Така че имаме две алтернативни възможности: или да се откажем от тези добре проверени физични закони в името на идеята за образуването на черните дупки, или да кажем, че образуването на черни дупки противоречи на добре установените физични факти и следователно е невъзможно.Тази малко позабравена алтернатива се е обсъждала, без да се намери решение, през 60-те и 70-те

години на XX век от много изследователи. Въпросът беше повдигнат наскоро отново от руските учени Анатолий Логунов, Мариан Мествиришвили и Семьон Герштейн, които застъпват непопулярната в момента теза, че образуването на черни дупки, описвани от решенията на уравненията на ОТО, е физически невъзможно. Забавно е, че горната алтернатива не беше отчитана при обсъждане на очевидно нефизичната идея за раждане на мини-черни дупки на LHC в CERN. Нейната физическа несъстоятелност е ясна: При изследването на космични лъчи се наблюдават частици с енергии милиард пъти поголеми от планираните енергии на частиците в LHC. Знаем добре, че тези лъчи, идващи от космоса, не раждат черни дупки. Независимо от това, раздуханата от средствата за масова информация и други заинтересовани среди истерия по „опасността за поглъщане на Земята от създадена в LHC мини-черна дупка“ доведе до смехотворното обсъждане на въпроса, дали да се

www.nauka.bg admin@nauka.bg

разреши пускането на LHC, от Европейския съд в Страсбург. Е, LHC заработи, макар засега с половината от планираната мощ поради технически проблеми, а Земята си е цяла и невредима, както е била през последните около 4,5 млрд. години, т.е. от момента на образуването си, въпреки че през цялото това време е била облъчвана от космоса с много, много повече от произведените в LHC частици, и то с много, много по-високи енергии, които ще си останат съвършено непостижими за земните ускорители, дори и в произволно далечно бъдеще. При това прецизните измервания показаха ясно, че мини-черни дупки не се образуват, а законите за запазване на физичните характеристики на елементарните частици продължават да се спазват с голяма точност при достигнатите досега от LHC високи енергии. И ето тук е „вратичката за измъкване по терлици“ на любителите на черните дупки: а дали те не се раждат само при още по-високи енергии? Или, както казваше един мой бивш докторант, направил кариера с черните дупки, когото ми се наложи да изгоня от кабинета си заради редица «блестящи изпълнения» от този род: „Един добър специалист винаги може да замота нещата така, че да не могат да го хванат“... Но да се върнем към сериозната наука, която като всяка човешка дейност неизбежно се преплита със спекулациите. Често се посочва, че идеята за съществуване на невидими много тежки обекти, които се откриват САМО по силното им гравитационно поле, е много стара и е изказана независимо от английския учен Джон Митчел през 1783 г. и от по-известния

Какво е черна дупка? Изглежда днес всеки вече знае! Непозната жена каза в трамвая: „Не разбирам нищо, но смятам, че това е адът. Влезеш ли вътре, няма връщане назад...“ френски учен Пиер-Симон Лаплас през 1793 г. И двамата отбелязват, че ако светлината се състои от частици, които, макар и извънредно леки, все пак имат малка маса, то би могло да съществуват свръх звезди с достатъчно голяма маса M от НОРМАЛНА МАТЕРИЯ, гравитационното поле на които е толкова силно, че дори светлината да не може да се измъкне от него. На малко по-строг език това

означава, че изстреляни от повърхността на звезда с радиус в радиално направление частици със скорост, по-малка от т.нар. втора космическа скорост, не могат да се отдалечават произволно далече, а само до някакво разстояние . До това заключение се стига на базата на Нютоновата теория на гравитацията с гравитационна константа G. За достатъчно тежки свръхзвезди втората космическа скорост може да се

Пиер-Симон Лаплас

Джон Митчел 2017

Българска наука 61

терминология!) на четири окаже по-голяма от скоростта на самия Шварцшилд, е само основни типа: първични черни на светлината –c. При това подвеждаща и повърхностна дупки, родени по време на Големия за светлинните частици = / спекулация. взрив и възможно изпарили се (1-),където = 2GM/ , е т.нар. радиус Шварцшилд, въведен от Естествено възниква въпросът, и вече изчезнали; черни дупки със звездни маси от около 4÷25 него през 1916 г. в рамките на ОТО. а не са ли наблюдаваните слънчеви маси; междинни черни И понеже светлинните частици от астрономите обекти, дупки с маси около 100÷10 000 се движат с максималната наричани напоследък често слънчеви маси и свръхмасивни съществуваща в Природата и «астрофизични черни черни дупки с маси от няколко скорост, то никакви обекти, дупки», по-скоро нещо помилиона до 10÷20 дори и светлината, не милиарда слънчеви могат да се измъкнат маси, които се от гравитационното намират в центъра поле на свръхзвездата на болшинството, а на разстояния, поможе би и на всички големи от (вж. галактики. (Защо фигурата по-долу). В не, щом вече сме класическата физика тръгнали по този не е изключено път, да стигнем до радиусът на звездата края, пък там ще да е по-малък от видим...) радиуса на Шварцшилд , макар че за известните ни реални • От тела това не е така. астрофизичните В оригиналния модел наблюдения знаем с на Карл Шварцшилд голяма точност, че въобще не става дума първичните черни за черни дупки, а за дупки, ако въобще Схема на свръхзвзвезда на Митчел-Лаплас. гравитационното поле са съществували в Излъчената от повърхността на звездата светлина на нормалните тела началото, т.е. при не достига по-далеч от радиуса от . Заради това в пространството, самото възникването по-далеч от него свръхзвездата е невидима и може извън самите тях. на Вселената, трябва да се открие само по създаденото от нея силно Днес този модел да са били толкова гравитационно поле. е добре проверен малко, че тяхното и потвърден присъствие да не се експериментално с добра близко до свръхзвездите на забелязва. Иначе отдавна бихме точност. Свръхзвездите Митчел-Лаплас, отколкото до ги открили. на Митчел-Лаплас са също интерпретацията на Джон Уилър нормални тела и нямат нищо на математичните решения • Обекти с 4÷25 слънчеви общо с «дупки» в пространствона Шварцшилд и Кер? Груба маси се наблюдават наистина, времето. грешка, корените на която са в но тяхната връзка с някои недостатъчно коректно математичните черни дупки не Както вече беше посочено, написани учебници и статии, е да е доказана по безспорен начин. черните дупки са предложени се смесват тези два съвършено Всъщност астрономите, след от Джон Уилър едва в края 1967 различни физични модела на години на натиск от страна г. като нова интерпретация наблюда-ваните в Природата на математични теоретицина оригиналното решението обекти. гравитационисти, приеха да на Шварцшилд, която самият считат за черни дупки всички Шварцшилд е отхвърлял Приемащите хипотезата за обекти с маси, по-големи от 4 в анализите си. Така че съществуването на черни дупки слънчеви маси, за които е ясно, сравняването на свръхзвездите в Природата (разбирай матемаче не са обикновени звезди, на Митчел-Лаплас с черните тичните черни дупки!) разделят вървящи по пътя на добре дупки от ОТО, които наблюдаваните астрофизични изучената нормална звездна представляват изкривено черни дупки (Колко объркваща еволюция. ПРАЗНО пространство, и не за непосветените хора е съответстват на представите тази неслучайно избрана

62 Българска наука 2017

www.nauka.bg admin@nauka.bg

След приключване на звездния им цикъл за нормалните звезди са ни известни няколко варианта на финал в зависимост от тяхната маса. Най-леките преживяват сравнително слаб гравитационен колапс и се превръщат в бели джуджета с малки маси. По-тежките започват да колабират, но експлодират като свръхнови и ако началните им маси са до 20÷30 слънчеви маси, те образуват бързо въртящи се неутронни звезди с маса около 1,4 слънчеви маси, като изхвърлят останалото вещество в околното пространство. До скоро се считаше, че ако началната маса на „умиращата звезда“ е над 30÷40 слънчеви маси, в резултат от гравитационния колапс тя задължително образува въртяща се черна дупка. Като основна причина за неизбежното образуване на черна дупка се приемаше, че не познаваме други свръхкомпактни обекти, освен неутронните звезди, а при определени допълнителни математични предположения от ОТО следва, че тяхната маса не може да е много голяма. И досега не знаем каква е евентуалната горна граница на масата на неутронните звезди, но изглеждаше, че няма как тя да е над 2-3 слънчеви маси. Поради това астрономите лекаполека свикнаха да наричат „астрофизични черни дупки“ всички остатъци от загинали звезди, които имат маса над 4 слънчеви маси. При това НИКОГА не сме разполагали с доказателство, че тези обекти наистина притежават хоризонт на събитията, което е ЕДИНСТВЕНИЯТ безспорен признак за черна дупка. Формалният и не много убедителен критерий за маса, по-голяма от 4 слънчеви маси, възниква и заради това, че по неясни засега причини не се

Георг Чаплин и Ричард Файнман „Черни дупки не съществуват! Тези мистериозни обекти са звезди от тъмна енергия“ -- Георг Чаплин Nature, 31март 2005 година

наблюдават никакви остатъци от колабирали нормални звезди с маси в интервала от 3 до 4 слънчеви маси. Така се оформи „обществено мнение“, приело на вяра, че групата наблюдавани обекти с маси в интервала от 4 до около 20-25 слънчеви маси няма какво друго да бъде освен черни дупки, без да имаме сериозни доказателства за това. Достоверността на това мнение става все по-съмнителна, поради нови наблюдателни факти от последните години, а също и поради конструирането на нови теоретични модели на наблюдаваните тежки, компактни и тъмни обекти.

I. Част от новооткритите теоретични възможности са: 1. Нов модел т.нар. гравазвезди. Това са компактни обекти, изградени от „тъмна енергия“, съществуването на която се подсказва от космологични данни, свързани с ускоряващото се разширяване

на Вселената. Тези нови обекти биха изглеждали отвън точно като черните дупки, но нямат хоризонт на събитията. Те са една съвременна версия на свръхзвездите на МитчелЛаплас.

2. Модел на нов тип кваркови звезди, подобни на неутронните, но съставени директно от кварки. Ако искаме по-детайлно разбиране, трябва да си представим неутронните звезди като едно гигантско атомно ядро, съставено от неутрони, колкото има в нормална звезда, а кварковите звезди - като един-единствен гигантски неутрон от кварки, колкото има в цяла нормална звезда. Масите на кварковите звезди са в диапазона до 20-25 слънчеви маси, т.е. точно в областта на наблюдаваните обекти, считани за черни дупки със звездни маси. Това също са обекти от типа на свръхзвездите на МитчелЛаплас.

2017

Българска наука 63

Стивън Хоукинг

Роджер Пенроуз

Засега теорията на такива обекти не е разработена толкова детайлно, колкото теорията на черните дупки, обмисляна повече от 40 години от много специалисти. Освен тези, са предложени и се разработват цели класове от други модели на материални тела, притежаващи външните свойства на черните дупки, но без мистериозния хоризонт на събитията и без дупка в пространство-времето.

прикрие съществените физични затруднения при третирането на вътрешността на черните дупки, и в частност, забелязаното от Хоукинг още през 1972 г. нарушаване на почти всички известни физични закони там, особено в близост до така наречената сингулярност, задължителното съществуване на която двамата доказват математически. „Изходът“ от тези ФИЗИЧНИ трудности, предложен от Пенроуз,е показателен за един математик: да ги представим като невидими за реалната физика, като предположим, че в хода на гравитационния колапс ЗАДЪЛЖИТЕЛНО възниква хоризонт на събитията, зад който на нас ни е все едно какво

Все пак астрономите, вече посвикнали с модела на черните дупки, го приемат като една от възможните хипотези, нуждаеща се от сериозна проверка. А новите модели често наричат „имитатори на черни дупки“, макар че по-естествено и исторически обосновано би било черните дупки да се наричат „имитатори на свръхзвездите на Митчел-Лаплас“.

3. Съществено ново развитие получи теорията на гравитационния колапс. В частност, беше опровергана хипотезата на известния английски математик Роджер Пенроуз за така наречения „космически цензор“ – ключов елемент от теорията на черните дупки, разработвана активно от него и Стивън Хокинг през сдемдесетте години. Тази

хипотеза има за цел да

64 Българска наука 2017

Панкай Джоши

става – и без това физиката не може да го изследва и провери ПО ДЕФИНИЦИЯ. Ако такъв хоризонт не се образува, ще трябва да говорим за „гола сингулярност“ – нещо недопустимо от гледна точка на нормалната физика, понеже това ще направи видимо нарушаването на известните физични закони. Математическото изследване на тази хипотеза се оказа трудна задача и едва през последните няколко години се получиха убедителни ОБЩИ примери за нейната несъстоятелност, главно от индийския учен Панкай Джоши, работил и в Оксфорд, както и от няколко други независими учени. Тези изследвания легитимираха голите сингулярности – пренебрегван преди това подклас решения на Кер, допълнителен към черните дупки, и поставиха на дневен ред въпроса за сериозното им изследване като потенциално интересни за физиката, възможно дори поинтересни от черните дупки. Резултатите на Джоши поставят под сериозно съмнение и развиваната дълги години т.нар. „термодинамика на черните дупки“, базираща се съществено на хипотезата на Пенроуз. Показателна и леко учудваща е реакцията на хората, занимаващи се с математичната теория на черните дупки: те заеха позицията на щрауса, заровил глава в пясъка, въпреки че резултатите са публикувани в най-реномираните физични списания и в монография, издадена от издателството на университета в Оксфорд ... Освен това сходни и много близки резултати са получени и публикувани в най-реномирани физични списания и от редица други автори.

II. От новите наблюдателни факти, получени през

www.nauka.bg admin@nauka.bg последните години и засягащи въпроса за съществуването на черните дупки, ще посочим няколко: 1. Активното наблюдение чрез множество космически апарати на т.нар. гама-избухвания – една от големите загадки на съвременната астрофизика, показа убедително, че реалният гравитационен колапс не протича съгласно учебниците от шестдесетте и седемдесетте години на миналия век, а представлява доста по-сложно явление, в което присъствието на черни дупки е твърде съмнително. Вместо тях беше въведен терминът „централен двигател“, природата на който е напълно неизвестна, но за разлика от черните дупки се проявява чрез многократни избухвания, свързани и с образуването на космически струи със сложна динамика.

2. Феноменът Уестерлунд 1. Това е млад звезден куп в южното полукълбо, в който един млад астроном найнеочаквано откри неутронна звезда, посочена със стрелка на снимката. Какво от това? Работата е там, че звездите извървяват жизнения си път със скорост, пропорционална на тяхната масата. За да се получи неутронна звезда в толкова млад звезден куп, е необходимо създалата тази звезда свръхнова да има над 40 слънчеви маси. Но в такъв случай старата теория за гравитационния колапс твърди, че ще се получи черна дупка, а не неутронна звезда. Така че самото присъствие на неутронна звезда в такъв звезден куп поставя под въпрос теорията за гравитационния колапс на масивните звезди до черна дупка.

3. Схема и истинска снимка на CygnusX-1: двойна система, възможно съдържаща черна дупка (или със сигурност – поне

Многократна активност на централния двигател.

Обща картина на гама избухване.

тежък, тъмен и свръхкомпактен обект): По данни от 2009 г. малкият компактен обект, считан за една от първите установени черни дупки със звездна маса, се върти прекалено бавно за такава.

Може би е получен в резултат на твърде необикновен колапс? Не се знае със сигурност... А има и по-нови данни за по-бързо въртене на свръхкомпактния обект. Все пак това са само косвени признаци.

2017

Българска наука 65

разпределение изискват присъствие на централно тяло с маса от 100 до 10 000 слънчеви маси. И понеже няма други предложения, не ни остава нищо друго, освен да се съгласим, че там трябва да има астрофизична черна дупка. За каквито и да е други доказателства или признаци, и в частност, за доказателство за съществуване на хоризонт на събития на предполагаемия централен обект, изобщо и дума не може да става.

Феноменът Уестерлунд

• Накрая да скицираме ситуацията с „най-безспорните“ черни дупки – свръхмасивните черни дупки в центъра на галактиките или в квазарите. Там наистина се наблюдават свръхкомпактни и свръх-масивни обекти с маси от няколко милиона до десетина милиарда слънчеви маси.

CygnusX-1

Схема и истинска снимка на CygnusX-1: двойна система, възможно съдържаща черна дупка (или със сигурност – поне тежък, тъмен и свръхкомпактен обект):

• Измежду предполагаемите астрофизични черни дупки с междинни маси няма нито една, която да е пряко наблюдавана поне като видим компактен обект. Хипотезата за тяхното 66 Българска наука 2017

съществуване е основана само на измерването на скоростите на движение на видимите звезди в някои звездни купове. От резултатите се прави изводът, че наблюдаваните скорости и пространственото

Големият въпрос е: КАКВО Е ТОВА? Работната хипотеза–отговор: Ами какво друго, ако не черна дупка. Друго не можем да си представим, или по-точно, някои други възможности, като огромни бозонни звезди (друг вид съвременни хипотетични модели на обекти от типа на свръхзвездите на Митчел-Лаплас) или куп от близки неутронни звезди, не удовлетворяват данните. Например времето на живот на такива хипотетични образувания е недостатъчно в сравнение с живота на галактиките. Какво пък, може и да са черни дупки. Само че никой не може да си представи как са възникнали, каква е еволюцията им, защо масите им са такива, каквито ги наблюдаваме, и няма още по-големи, какви са връзките им с нормалните звезди от дадената галактика. Няма отговори и на още куп въпроси

www.nauka.bg admin@nauka.bg

за наблюдаваните различни излъчвания от тези обекти, образуването на огромни космически струи, излизащи от тях и т.н. Не че няма опити за построяване на модели... Липсват приемливи решения! Аргументи в полза на хипотезата за черни дупки в центъра на галактиките и против нея: 1.Огромни компактни маси:

• Най-добри са данните за свръхмасивния обект в центъра на нашата Галактика, получени през последното десетилетие, благодарение на развитието на рентгеновата астрономия. С нейна помощ се наблюдава движението на двадесетина близки до центъра на Галактиката звезди (наречени S-звезди) и се получава следната впечатляваща картина. Напълно основателно и не без гордост учените, поучили тези резултати, ги коментират като аналог на опитите на Ръдърфорд, довели до откриването на атомното ядро. Само че да не се увличаме. Резултатите не доказват, че в центъра на нашата Галактика наистина има черна дупка, въпреки че почти всички в един глас го твърдят и повтарят многократно.

• Днес разполагаме и с голямо количество приблизителни данни за масите на откритите в центъра на над сто други галактики свръхтежки и свръхкомпактни обекти. Тези маси са в интервала от милиони до почти 10 милиарда слънчеви маси.

Два звездни купа, за които се прави извод, че може би съдържат тежък централен компактен обект, ако се съди по разпределението на видимите звезди и разпределението на техните скорости.

• За известна част от тези обекти е определено и тяхното въртене. Те наистина се въртят. Това показва, че ако това са черни дупки, може да става дума само за математическите черни дупки на Кер. Но в никакъв случай

CygnusX-1 - най-старият и най-знаменит кандидат за черна дупка.

2017

Българска наука 67

информация. Теорията показва, че гравитационното поле на произволно тяло се задава чрез безброй много характеристики, определени от неговата истинска природа. Това са така наречените мултиполни моменти. За решенията на Кер те са пресметнати. Резултата не е сложен, но няма да го привеждаме тук, за да не претрупваме текста с детайли. Така че ако искате да се уверите, че имаме работа с решението на Кер, не е достатъчно да измерите масата и въртенето на обекта. Трябва да измерите и безкрайно голям брой допълнителни характеристики. Това е практически невъзможно.

Картина на орбитите на няколко наблюдавани чрез рентгенова астрономия звезди, движещи се около централния обект с неизвестна природа в центъра на нашата Галактика. По пара-метрите на тези траектории се определя с добра точност масата на обекта: М = 4,31 ± 0,38 милиона слънчеви маси.

Миналата година, по данни от асрономически наблюдения на квазар, натрупани за повече от сто години, беше определено, че третият параметър на неговото гравитационно поле е вероятно близък до предсказания за решението на Кер:

Специфичен анализ на Волфганг Кунд, ученик на един от създателите на квантовата теория, Паскуал Йордан, и многогодишен ръководител на проекти в NASA. Ако активните галактични ядра, показани на графиката, бяха наистина черни дупки, кривите трябваше да минават през тъмната област. Той пише в публикациите си с малко тъга: 40 години търсех доказателство, че това са черни дупки, а накрая показах точно обратното...

не го доказва. Всяка свръхзвезда от типа на тези, за които вече стана дума, би могла да има същите параметри – маса и въртене. Какво още ни трябва, за да сме сигурни, че имаме наистина работа с решенията

68 Българска наука 2017

на Кер?

• За съжаление, ако вървим по този път на търсене на доказателство ще ни е необходима буквално безкрайно много допълнителна

На графиката е показана вероятността за дадена стойност на третия мултиполен момент на гравитационното поле на квазара OJ 287, влизащ в състава на двойна система на тела с маси 100 милиона и 18 милиарда слънчеви маси. Ако това е черна дупка на Кер, стойността на показания параметър трябва да е точно 1. Това е доста вероятно, но не е сигурно. А и да беше точно 1, пак не е доказателство за черна дупка на Кер, а само подкрепа на това предположение.

www.nauka.bg admin@nauka.bg

• Чрез внимателен анализ на данните може да се стигне и до извода, че тези обекти не са черни дупки: В отделна публикация Кундт привежда 5 други аргумента, твърдейки, че централният обект в нашата Галактика не може да бъде черна дупка. В интрес на истината трябва да се каже, че доста изследователи пренебрегват тези аргументи, без да казват защо...

2. Компактността на централните обекти на галактиките. За нашата галактика знаем, че централният обект има размер, не по-голям от 8-10 радиуса на Шварцшилд, т.е. от размера, който би имал, ако е наистина черна дупка. Дори да има точно необходимия размер, това също не е доказателство. Например, грава звездите имат същия размер, като черните дупки, но нямат хоризонт на събитията.

3. Малкото излъчване, наблюдавано да идва от централните обекти на галактиките, изключва някои от моделите. Ако имаме работа с черна дупка, то се обяснява не с излъчване от нея самата, а с излъчването на падащото в нея вещество, поради което тя не изглежда съвсем черна, обратно на наивните очаквания на художниците, някои от които дори са от NASA.

Как всъщност трябва да изглежда една черна дупка? Отговорът се дава от следната компютърна симулация на светлинни лъчи, минаващи край черна дупка (отляво): Отдясно е показана снимка на истинска галактика, в центъра на която има нещо подобно. Обаче разделителната способност на телескопа е недостатъчна, за да се види дали има две малки черни петънца, както на компютърната симулация отляво, показваща „истинското лице“ на черна дупка. То изглежда така заради изкривяване на светлинните лъчи от силното гравитационно поле. Наскоро започнаха работа няколко космически мисии, руска и на NASA, които в различни диапазони на електромагнитния спектър биха могли да видят действителния образ на черната дупка. Чакаме с нетърпение резултата! Както става ясно, в изучаването на тежките компактни и тъмни

обекти през последните години има сериозен напредък, но неясните въпроси са повече от известните добри отговори. Ние все още не знаем какво представляват тези обекти и трябва да сме готови за всякакви изненади. Не е възможно да се отмине още един много сериозен и важен проблем, свързан с черните дупки – гравитационните вълни, предсказани от теорията на Айнщайн като разпространяващи се изкривявания на пространствовремето (схематично показани отляво), за регистрирането на които днес работят в синхрон 6 много скъпи (по около 1 милиард долара всеки) детектора (снимката отдясно) в разни страни на света (два в САЩ, два в Европа, по един в Япония и Австралия, а се строят и други). Може да се смята, гравитационните вълни открити косвено още 2017

че са при

Българска наука 69

тъмни компактни обекти в нашата Галактика са наистина черни дупки, трябва да наблюдаваме и техни сливания, констатирайки мощни гравитационни вълни. Броят на такива кандидат-черни дупки в нашата Галактика се оценява на около 10 милиона. Може да се оцени честотата на техните сливания. Чувствителността на съвременните гравитационни детектори позволява да се регистрират такива сигнали, идващи от разстояние до около 25-27 мегапарсека. В този обхват влизат хиляди галактики като нашата. Поради това се очакваше, че гравитационни вълни, получени от описаните сливания, ще се наблюдават достатъчно често – поне по едно-две на месец, или в най-лошия случай – по едно-две годишно. Обаче след 6 години безупречна работа на 6-те детектора досега не е наблюдавано НИТО ЕДНО такова събитие.

На графиката отдясно е показано прекрасното съвпадение с предсказанията на ОТО на измерените енергетични загуби от двойната система на пулсара на Хълс-Тейлър заради излъчване на гравитационни вълни. Това може да се разглежда като косвено потвърждение на съществуването на гравитационни вълни.

Най-смущаващото е, че се наблюдават десетки къси гама избухвания, моделът за които беше сливане на две черни дупки или поглъщане на неутронна звезда от черна дупка. Някои от тях изглеждат много близки – имаше едно в М31 (мъглявината Андромеда – най-близката до нас съседна галактика, само на 2,5 милиона светлинни години), но детекторите не регистрираха никакви сигнали от гравитационни вълни.

пулсара на Хълс-Тейлър

наблюденията на пулсара на ХълсТейлър (отляво), за което беше дадена Нобелова награда през 1993 г. Теорията предсказва, че наймощните гравитационни вълни

70 Българска наука 2017

се биха излъчили при сливане на две черни дупки или при поглъщане на някаква звезда (неутронна, бяло джудже или обикновена) от черна дупка. Ако

заподозрените

тежки

Детекторът на равитационни вълни LIGO, Ханфорд, САЩ

www.nauka.bg admin@nauka.bg

Загадката е пълна, както и разочарованието на хората, р а б о т е щ и за ПРЯКО наблюдаване на гравитационни вълни. Каква е причината да не ги виждаме въпреки прогнозите? Засега не е ясно. Н а й - п р о с т а т а Отляво : Гравитационни вълни, получени от сблъскване на две черни би могла да дупки чрез компютърни симулации от групата на Джоан Центрела, бъде липсата NASA. на очакваните Отдясно : Заснети две взаимодействащи си „черни дупки“ в центъра на реална източници на галактика – „танц на индианците“. такива вълни, т.е. на черните дупки, с които свързвахме досегашните надежди да наблюдаваме директно гравитационни вълни. Дали е така? Никой не знае... Но проблемът се изостри почти до крайност! В близките няколко години се планира десетократно увеличаване на чувствителността на детекторите. Тогава очакваме да видим със сигурност гравитационни вълни от други източници. Може пък да се разбере и още нещо за съществуването на черните дупки... Орехът излезе много костелив. Има ли начин да решим проблема? Как да видим невидимите по дефиниция хоризонти на черните дупки? А може би последната дума в гравитацията няма да е на Айнщайн? Това е заглавието на публикация на известни в гравитационната физика хора: Бернард Шутц – един от директорите на института по гравитационна физика „Алберт Айнщайн“ в Голм, Джоан Центрела – NASA, Курт Кълтер – MIT и NASA, и Скот Хю – MIT. В нея те задават много въпроси, между които: „Дали

М31 (Андромеда)

наистина централните обекти в галактиките са черни дупки на Кер?“, „Могат ли да се образуват голи сингулярности?“, „Къде в края на краищата ще се провали теорията на Айнщайн?“ и т.н. Ако видим гравитационни вълни, бихме могли да получим ясен отговор на някои от тези въпроси. С тяхна помощ може да „видим“ невидимия по дефиниция хоризонт на събитията на черните дупки, разбира се, ако те наистина съществуват.

Как така??? Принципът е прост. Теоретичните изследвания (в това число и на автора) показаха, че в зависимост от наличието или отсъствието на хоризонт на събитията гравитационните вълни имат определени спектри! Това е „отпечатъкът от пръст“, по който черните дупки могат безпогрешно да бъдат идентифицирани! Остава само малко да почакаме, докато видим гравитационните вълни от съмнителните тежки, 2017

Българска наука 71

въпросът: Ама как така? Може ли толкова много образовани и опитни хора да излъжат сами себе си, а заедно с това да подведат и останалите. Би ли могло да се окаже изведнъж, че няма черни дупки?!? Не е за вярване, нали? Но да си припомним добре известната история на „откриването на Америка” от Христофор Колумб.

Компютърна симулация на поглъщане на неутронна звезда от черна дупка. Ако кандидатите за черни дупки са наистина такива, годишно трябва да наблюдаваме от 1 до 100 такива събития в нашата Галактика. За 6 години наблюдения няма регистрирано нито едно!

Запитвали ли сте се защо континентът не се казва „Христофория“, а Америка. Ами Колумб просто не е разбрал какво е открил, търсейки път за Индия! Като образован за времето си човек, той е искал да използва неевклидовата геометрия, т.е. това, че Земята е кръгла и че от Европа до Индия може да се стигне, пътувайки на запад, а не на изток! Направил необходимите пресмятания, организирал експедицията си и открил наистина нещо, което приел погрешно заедно с останалите хора за Индия! Един от резултатите на неговата експедиция е, че и до ден-днешен наричаме „индианци“ хора, които никога през живота си не са виждали Индия! Истината е открита от скромния картограф Америко Веспучи след упорит многогодишен труд и две експедиции. Той пръв е разбрал, че не става дума за Индия, а за нещо МНОГО ПО-ГОЛЯМО – нов континент – АМЕРИКА, и даже два – Северна и Южна !!!

Наблюдаваното в М31 гама избухване в електромагнитния диапазон. Сигнал от гравитационни вълни няма!

Дали тази историята няма да се повтори и с „черните дупки“ ?

компактни и тъмни обекти! А това се планира да стане до няколко години!

и повече работа! Чакат ни изключително интересни времена!

По ирония на съдбата те също са родени от неевклидовата геометрия! А работата с нея е коварна и не влиза в ежедневните ни навици.

Така че - още малко търпение

Естествено

Ще видим...

72 Българска наука 2017

възниква

и

www.nauka.bg admin@nauka.bg

АСТРОНОМИ Я

ДА ВИЖДАШ ЧЕРНИ ДУПКИ С ТЕЛЕСКОП ЗА ДОМАШНО ПОЛЗВАНЕ

Е

Елена Кьосева кип учени съобщава, че действието на черните дупки може да бъде наблюдавано с помощта на видими лъчи. Всичко, което ти е необходимо, е 20-сантиметров телескоп, за да наблюдаваш отблизо активна черна дупка. Международен екип от учени съобщава, че действието на

черните дупки може да бъде наблюдавано като видима светлина по време на взривове и тази мигаща светлина, излизаща от газовете, обграждащи черните дупки, е директен индикатор за това… Резултатите на екипа посочват, че и оптичните лъчи, не само рентгеновите осигуряват надеждна база данни за наблюдения на черните дупки и тяхното действие.

видима светлина по време на взривове и тази мигаща светлина, излизаща от газовете, обграждащи черните дупки е директен индикатор за това.

1. Всичко, което ти е необходимо, е 20-сантиметров телескоп, за да наблюдаваш отблизо активна черна дупка.

Действието на черните дупки може да бъде наблюдавано като 2017

Българска наука 73

Международен екип от учени съобщава, че действието на подобен феномен може да бъде наблюдавано като видима светлина по време на взривове и тази мигаща светлина, излизаща от газовете, обграждащи черните дупки, е директен индикатор за това. Резултатите на екипа, публикувани в списание Nature, че и оптичните лъчи, а не само рентгеновите, о с и г ур я в а т н а д е ж д н а база данни за наблюдения на черните дупки и тяхното действие.

„Сега знаем, че можем да правим наблюдения, с помощта на оптични лъчи – видима светлина, – и това, че черните дупки могат да бъдат наблюдавани без специални телескопи с рентгенови или гама лъчи“, обяснява водещият автор на изследването Марико Кимура, студент магистър в университет Киото. Веднъж на няколко десетилетия някои черни дупки избухват и огромни количества енергия (включително рентгенови лъчи) се излъчват от веществата, които попадат в черната дупка. Черните дупки най-често са обградени от диск. Те обикновено се наблюдават с помощта на рентгенови лъчи, генерирани във вътрешните части на техните дискове, където температурите достигат 10 милиона градуса по Келвин или дори повече.

74 Българска наука 2017

V404Cygni, черна дупка, за която се счита, че е най-близо до Земята, се „събуди“ на 15 юни 2015 г. след 26 години на латентност. Воден от астрономи от университета в Киото, екипът

лъчи и по този начин става видим за човешкото око. Изследователите споделят, че наблюденията на взривовете на черни дупки са плод на сътрудничество между различни държави в различни часови пояси.

„Звездите могат да се наблюдават, когато е тъмно и затова времето е ограничено, но когато правим наблюденията си от различни места по света, ние можем да получим по-изчерпателни данни“, казва успя да получи безпрецедентни количества данни от V404Cygni, улавяйки повтарящи се модели със срок от няколко минути до няколко часа. Оптичните модели, които екипът намери, са съпоставени с тези на рентгеновите лъчи. Въз основа на получените данни от наблюдения на оптични и рентгенови лъчи, астрономите от Киото и техните сътрудници от националната космическа агенция JAXA, национална лаборатория RIKEN и университет Хирошима показват, че светлината произхожда от рентгенови лъчи, идващи от най-вътрешната област на диска, обграждащ черната дупка. Тези рентгенови лъчи облъчват и нагряват външната област на диска, карайки го да излъчва оптични

съавтора в Дайсаку Ногами.

изследването

„Много сме щастливи от факта, че нашата международна мрежа от наблюдения е в състояние да се обедини и документира това рядко събитие.“ Проучването също разкрива, че нарастващият процент на масата не е главния фактор, който задейства повтарящата се актовност около черните дупки, а всъщност дължината на орбиталните цикли е това, което е от значение.

Източник: Университет Киото http://www.sciencedaily.com/

www.nauka.bg admin@nauka.bg

2017

Българска наука 75