Что скрывает Вселенная и почему человек знает о ней так мало

Вселенная окружает нас со всех сторон, однако большая её часть остаётся неизвестной. Люди научились определять химический состав далёких звёзд, фотографировать окрестности чёрных дыр и находить планеты возле других светил. При этом учёные до сих пор не знают, из чего состоит основная часть космоса.

Наблюдаемая Вселенная содержит огромное количество галактик. В каждой из них могут находиться миллиарды звёзд и планет. Но всё, что непосредственно видят телескопы, представляет лишь небольшую часть существующей реальности.

Мы наблюдаем только доступную часть космоса

Свет распространяется с конечной скоростью. Поэтому, рассматривая далёкий объект, астрономы видят его не таким, каким он является сейчас, а таким, каким он был в прошлом.

Солнечный свет достигает Земли примерно за восемь минут. Ближайшую к Солнцу звезду мы видим с задержкой более четырёх лет. Свет от наиболее удалённых наблюдаемых галактик путешествовал миллиарды лет.

Возраст Вселенной оценивается приблизительно в 13,8 миллиарда лет. Однако радиус её наблюдаемой части значительно превышает 13,8 миллиарда световых лет, поскольку пространство расширялось во время движения света.

За пределами космического горизонта могут находиться другие галактики и огромные структуры. Мы не видим их, потому что свет оттуда ещё не успел достичь Земли или никогда не достигнет нас из-за расширения пространства.

Обычное вещество составляет небольшую часть Вселенной

Звёзды, планеты, газ, пыль, люди и все знакомые предметы состоят из обычного вещества. Но на него приходится лишь около пяти процентов общего содержания современной Вселенной.

Примерно четверть связывают с тёмной материей. Она не излучает и не отражает свет, поэтому увидеть её обычным телескопом невозможно.

О существовании тёмной материи судят по её гравитационному воздействию. Звёзды на окраинах галактик движутся так, словно в галактиках присутствует намного больше массы, чем можно обнаружить по видимому веществу.

Дополнительная невидимая масса помогает объяснить движение галактик и образование крупных космических структур. Но из каких частиц состоит тёмная материя, пока неизвестно.

Учёные создают чувствительные подземные детекторы, изучают столкновения частиц и проводят астрономические наблюдения. Убедительного прямого обнаружения предполагаемых частиц тёмной материи пока нет.

Тёмная энергия остаётся ещё более непонятной

Наблюдения далёких сверхновых показали, что расширение Вселенной ускоряется. Для объяснения этого эффекта учёные используют понятие тёмной энергии.

Согласно стандартной космологической модели, на неё приходится около двух третей общего содержания Вселенной. Но название «тёмная энергия» не раскрывает природу явления — оно лишь обозначает неизвестную причину ускоренного расширения.

Тёмная энергия может быть свойством самого пространства. Возможно и другое объяснение: представления человечества о гравитации нуждаются в дополнении на огромных космических расстояниях.

Исследователи составляют трёхмерные карты миллионов галактик и изучают историю расширения космоса. Эти наблюдения должны показать, оставалась ли тёмная энергия постоянной или изменялась со временем.

Чёрные дыры скрывают пространство за горизонтом событий

.Чёрная дыра образуется, когда большое количество вещества оказывается сжатым в чрезвычайно малой области. Вокруг неё возникает граница, которую называют горизонтом событий.

После пересечения этой границы ни вещество, ни свет не могут вернуться наружу. Поэтому внешний наблюдатель не способен получить информацию о событиях, происходящих внутри.

Чёрную дыру нельзя увидеть непосредственно. Астрономы обнаруживают её по движению окружающих звёзд, нагретому веществу и гравитационным волнам, возникающим при слиянии подобных объектов.

Светящееся кольцо на изображениях обычно представляет не саму чёрную дыру, а раскалённое вещество вокруг неё. Газ в аккреционном диске движется с огромной скоростью, нагревается и испускает излучение. Центральная тёмная область связана с тенью чёрной дыры.

Неизвестно, что происходит в самом центре

Согласно общей теории относительности, в центре простой чёрной дыры должна находиться сингулярность — область, в которой привычные физические величины принимают экстремальные значения.

Однако появление сингулярности может означать не существование бесконечной плотности в буквальном смысле, а ограниченность используемой теории. Общая теория относительности хорошо описывает гравитацию, но не учитывает все квантовые эффекты.

Для полного понимания внутреннего устройства чёрных дыр необходима теория квантовой гравитации. Учёные пока не создали её окончательную и подтверждённую экспериментами версию.

Открытым остаётся и информационный парадокс. Квантовая механика предполагает, что информация не должна бесследно исчезать, но классическое описание чёрной дыры затрудняет объяснение того, что происходит с данными о попавшем внутрь веществе.

Туманности раскрывают историю рождения звёзд

Красочные космические облака называют туманностями. Они состоят из газа и пыли, а их размеры могут достигать многих световых лет.

Некоторые туманности возникают после гибели звёзд. Другие становятся огромными звёздными колыбелями. В наиболее плотных и холодных участках облака вещество постепенно сжимается под действием гравитации.

Когда в центре формирующегося объекта достигаются необходимые температура и давление, начинаются термоядерные реакции. Так загорается новая звезда.

Окружающий её диск из газа и пыли способен превратиться в планеты, спутники, астероиды и кометы. Поэтому изучение туманностей помогает понять, как миллиарды лет назад могла сформироваться Солнечная система.

Цвета на космических фотографиях не всегда полностью соответствуют тому, что увидел бы человеческий глаз. Телескопы регистрируют разные диапазоны излучения, а исследователи присваивают им видимые цвета, чтобы показать температуру, химический состав и структуру облаков.

Большинство планет невозможно рассмотреть напрямую

За пределами Солнечной системы обнаружены тысячи планет. Их называют экзопланетами. Но даже самые мощные телескопы обычно не позволяют увидеть поверхность таких миров.

Планеты намного тусклее своих звёзд и находятся очень близко к ним на небесном изображении. Поэтому чаще их обнаруживают косвенными методами.

Если планета проходит перед своей звездой, яркость светила немного уменьшается. По повторяющимся изменениям можно определить продолжительность орбиты и приблизительный размер планеты.

Другой метод основан на небольшом движении звезды под влиянием гравитации вращающейся рядом планеты. Анализируя спектр света, астрономы замечают это едва различимое покачивание.

Исследователи уже умеют изучать атмосферу некоторых экзопланет. Но обнаружение воды, кислорода или органических соединений ещё не является доказательством существования жизни — такие вещества могут возникать разными способами.

Жизнь за пределами Земли пока не обнаружена

В Солнечной системе есть несколько мест, где могут существовать подходящие для жизни условия. Особенно интересны Марс, спутник Юпитера Европа и спутник Сатурна Энцелад.

Под ледяной поверхностью Европы и Энцелада, вероятно, находятся океаны жидкой воды. Аппараты также обнаруживали выбросы вещества, которые могут помочь исследовать состав этих океанов без бурения многокилометрового льда.

На Марсе сохранились следы древних рек и озёр. Это показывает, что в далёком прошлом планета была более влажной. Однако достоверных следов существовавших там организмов пока не найдено.

Учёные ищут и искусственные радиосигналы от далёких цивилизаций. Отдельные необычные сигналы регистрировались неоднократно, но ни один из них не получил подтверждения как послание внеземного происхождения.

Неизвестно, как закончится история космоса

Будущее Вселенной зависит от свойств тёмной энергии и поведения расширяющегося пространства.

Если расширение продолжится, далёкие галактики будут постепенно удаляться друг от друга. Через чрезвычайно продолжительное время звёздообразование прекратится, существующие звёзды погаснут, а космос станет холоднее и темнее.

Существуют и другие гипотетические сценарии. Скорость расширения может измениться, а некоторые модели допускают разрыв крупных структур или последующее сжатие Вселенной.

Ни один из таких сценариев нельзя считать окончательно установленным. Чтобы предсказать далёкое будущее, необходимо сначала понять природу тёмной энергии.

Человечество изучило только космические окрестности

Самые далёкие автоматические аппараты находятся лишь на окраинах Солнечной системы. По космическим масштабам они удалились от Земли совсем ненамного.

Даже до ближайшей звезды современный аппарат летел бы десятки тысяч лет. Большую часть информации о космосе человек получает не во время непосредственных путешествий, а благодаря анализу света, радиоволн, частиц и гравитационных волн.

Каждый новый телескоп расширяет возможности наблюдений. Одни приборы исследуют видимый свет, другие работают в инфракрасном, рентгеновском или радиодиапазоне. Объединение результатов помогает увидеть процессы, которые невозможно обнаружить одним способом.

Вселенная не стала менее загадочной после появления мощных телескопов. Напротив, каждое открытие показало, насколько она сложна. Человек уже способен восстанавливать историю галактик и изучать миры возле других звёзд, но природа большей части космоса по-прежнему остаётся неизвестной.