Такие вопросы как: «Кто мы?» и «Куда мы движемся?» занимали философов всех времён, но в таких формулировках, и с помощью философии, получить на них ответ лучше чем «42» вряд ли когда-нибудь получится. А вот астрономии уже удалось ответить на вопросы «что мы из себя представляем?» и «куда мы движемся?» буквально.
— Сорок два! — взвизгнул Лунккуоол. — И это всё, что ты можешь сказать после семи с половиной миллионов лет работы?
— Я всё очень тщательно проверил, — сказал компьютер, — и со всей определённостью заявляю, что это и есть ответ. Мне кажется, если уж быть с вами абсолютно честным, то всё дело в том, что вы сами не знали, в чём вопрос.
— Но это же великий вопрос! Окончательный вопрос жизни, Вселенной и всего такого! — почти завыл Лунккуоол.
— Да, — сказал компьютер голосом страдальца, просвещающего круглого дурака. — И что же это за вопрос?
Из книги Дугласа Адамса «Автостопом по галактике»
История вещества, из которого мы состоим
В процессе большого взрыва образовывались только самые лёгкие элементы: 75% – водород, около 25% гелий, около 0,01% дейтерия и гелия-3, 10-10 лития, и ничтожные доли других веществ.
Откуда могло взяться всё остальное, что нас окружает?
Химический состав Земли (не полный)
Ответ астрофизика Нила ДеГрасса Тайсона (Neil DeGrasse Tyson):
Более подробно:
Путей образования веществ было несколько, но большинство связаны с недрами древних звёзд:
Так что всё, что нас окружает — от нас самих, до листьев на деревьях, от воздуха, которым мы дышим до полезных ископаемых в недрах Земли — когда-то было частью древних звёзд, которые погибнув во взрывах сверхновых даровали тем самым нам жизнь. Наше Солнце относится уже к третьему поколению звёзд.
Наше движение в пространстве
Многие в курсе, что даже сидя на месте, мы движемся вместе с Землёй, многие смогут назвать 2 или 3 из этих составляющих движения, но на самом деле их целых 6:
1) Вращение Земли вокруг своей оси. Период — 1 звёздные сутки (23 ч 56 мин 4,1 сек).
Эта скорость зависит от широты той местности, на которой вы находитесь, и меняется от 1674 км/ч для экватора до нуля для географических полюсов (магнитные — немного от них отличаются). Однако даже находясь на полюсе, вы будете совершать вращательное движение:
Фотография с длительной выдержкой, обсерватория Ла-Силья
Такая «медленная» по нашим меркам скорость вращения для такой планеты как Земля вполне заметна — отклонение от сферичности составляет 21,3 км. Вместе с самим вращением это создаёт интересный эффект — ускорение свободного падения g на полюсах составляет 9,832 м/с², а на экваторе — 9,78 м/с² (при стандартном значении используемом для расчётов 9,80665м/с² ), так что на экваторе вы будете весить на 0,5% меньше, чем на полюсе. Эти, казалось бы незначительные отличия имеют огромное значение для ракет — ракетоноситель «Союз» с космодрома Куру (5° северной широты) может выводить на 25-30% полезной нагрузки больше, чем с космодрома Байконур (45° северной широты), а ведь есть космодромы, которые находятся ещё севернее.
Длительность суток постепенно увеличивается со скоростью 1 секунда в 50 тысяч лет. Поэтому от привязки к Земным суткам в измерении времени отказались ещё в 1967 — теперь секунда определена как интервал времени, за которое атом цезия-133 переходит между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния 9 192 631 770 раз. Кстати метр тоже с 1983 года не привязан к эталонам — теперь он определён как 1 / 299 792 458 часть расстояния, которое свет преодолевает за одну секунду. Возможно к собранию 2018 года Международного комитета мер и весов мы сможем отказаться от последнего анахронизма — эталона веса (его хотят выразить из постоянной Планка равной 6,62606x, где значение x будет определено комитетом CODATA).
2) Следующая составляющая — вращение Земли вокруг Солнца. Период — 1 сидерический год (365,2564 суток)
Земля двигается со скоростью 29,78 км/с, эта скорость незначительно увеличивается с 3 января до 3 июля, а затем снижается до прежнего уровня. Орбита Земли очень близка к круговой, благодаря чему на Земле совсем небольшие (по космическим меркам) перепады температур.
Чтобы определить, куда мы в данный момент движемся, необходимо отложить от текущего положения Солнца 90° вправо (для жителей южного полушария — откладывать придётся влево).
Движение Солнца по созвездиям:
3) Движение Солнечной системы относительно звёздных соседей. Период — 66 миллионов лет.
Эта составляющая равняется 19,4 км/с, и направлена (в данный момент) в направлении созвездия Геркулеса, на границе с созвездием Лиры, направление — α = 270°, β = +30° (здесь и далее направление задаётся относительно галактики). Эта составляющая интересна тем, что она направлена перпендикулярно плоскости Млечного пути, и Солнце то поднимается над галактическим диском, то опускается под него, пересекая его каждые 33 миллиона лет.
4) Движение Солнца вокруг цента галактики. Период — 225-250 миллионов лет.
Солнце вращается вокруг цента Млечного пути с огромной скоростью — около 220 км/с, однако из-за ещё более гигантского радиуса — 27 200 световых лет, это очень медленный процесс. Для сравнения — приматы появились всего 80 млн лет назад, и за это время прошла лишь треть от «галактического года». Вся наша история, от первых наскальных рисунков 40 тысяч лет назад, до выхода человека в космос — прошли за 0,06 градуса ( 3,5 угловых минуты) этого оборота.
5) Движение местной группы галактик.
Мы движемся относительно местной группы со скоростью ≈ 115 км/с, в направлении α ≈ 87°, β ≈ 69°. Период обращения тут уже сложно определить — для этого необходимо вычислять центр масс наших галактик, что невероятно сложно. А затем высчитывать движения всех галактик относительно друг друга — что тоже простотой не отличается…
6) Остаётся последнее, и самое фундаментальное движение — движение нашей галактики относительно самого пространства, как же его измерить? Теория относительности постулировала то, что мы не сможем определить скорость своего движения, находясь в инерциальной системе отсчёта.
И способов решения этой задачи не было, вплоть до 1969 года, когда в реликтовом излучении не была выявлена дипольная составляющая:
Реликтовое излучение должно было быть анизотропно по всем направлениям, однако в направлении созвездия Гидры это излучение было «теплее», а в обратном направлении — «холоднее». Это — и было ответом на этот вопрос, мы смогли измерить последнюю составляющую нашего движения!
За это время был пройден огромный путь, в изучении реликтового излучения, для его изучения NASA последовательно отправила два космических телескопа:
А после этого свой телескоп Planck отправила и ESA:
Данные с этих телескопов позволили оценить скорость и направление движения местного скопления как 627±22 км/с в направлении l = 276±3° долготы, и b = 30±3° широты. Это также позволило измерить составляющие тёмной энергии, тёмной материи и обычного вещества с точностью до десятых долей %. Позволило узнать время рождения Вселенной — 13,799 млрд лет с точностью в ±210 млн лет.
