Гаргантюа черная дыра, «Интерстеллар» с точки зрения науки
С появлением инфракрасных детекторов высокого разрешения стало возможным наблюдать в центральных областях галактики отдельные звёзды. Звёздный крейсер «Галактика»: две такие разные фантастические вселенные. Первое научно обоснованное изображение черной дыры получил французский астрофизик Жан-Пьер Люмине в году. А угловая микросекунда в миллиард раз меньше угловой секунды.
Куда выгоднее, чем выращивать кукурузу в Канзасе. Возможно, такие попытки были, но потерпели неудачу. Даже сейчас есть болезни, вакцины от которых до сих пор не нашли, хотя разработки ведутся уже лет тридцать.
Допустим, поначалу государства действительно тратили на поиски лекарства сотни миллионов, но затем поступления в казну прекратились, бюджеты иссякли, и финансирование пришлось отменить. Кислород в атмосфере в основном появляется благодаря фотосинтезу растений.
Если новый патоген повлияет именно на этот процесс, кислород перестанет быть возобновляемым ресурсом. Теперь посмотрим, как образуется углекислый газ: либо в процессе дыхания всех живых существ, либо в результате гниения органики, либо в виде промышленных выбросов предприятий и выхлопов автомобилей.
Даже если после голода и экономического кризиса сократится население и уменьшатся выбросы в атмосферу, погибающая растительность будет гнить на полях. По некоторым оценкам, в процессе гниения будет поглощено около процента от оставшихся запасов кислорода. На его место придет угарный газ, который затруднит дыхание чувствительным людям и поднимет температуру воздуха градусов на десять. Не смертельно, конечно, но приятного мало. Впрочем, надо признать, что подобный вариант развития событий маловероятен.
Он используется в фильме не как предсказание будущего, а как сюжетный поворот, призванный заставить персонажей отправиться в космос. Воспользовавшись удачно подвернувшейся кротовой норой, NASA снаряжает межзвездную экспедицию на корабле «Эндюранс» в поисках нового дома для человечества.
Хорошо, что возле Сатурна есть нора! Ведь в мире Купера путешествия со скоростью света невозможны, и к звёздам пришлось бы лететь тысячи лет. Неужели физики зарегистрировали хотя бы одну?
Нет, но наука допускает их существование или, по крайней мере, не отрицает его. А что не запрещено… В последнее время не без участия мистера Торна в космологии набирает популярность идея, что пространство — это не бескрайняя пустота, а своего рода материал, который поддается изменению, были бы нужные инструменты.
Но для поддержания норы в рабочем состоянии требуются немалые количества отрицательной или экзотической материи. Да и для открытия норы требуется источник огромной гравитации типа Гаргантюа, а появление подобного в Солнечной системе погрузило бы ее в хаос.
И даже если бы кротовая нора появилась — например, из-за влияния Гаргантюа — то была бы дорогой с односторонним движением. Для обратного путешествия потребовался бы аналогичный источник гравитации с другой стороны. Да, само появление норы — это необходимая вольность. В фильме герои предполагали, что кротовая нора была создана существами, живущими в пятимерном пространстве, чтобы указать нам путь к спасению.
Наука признаёт сам факт существования кротовых нор. Будут ли они достаточно большими и стабильными, чтобы ими можно было пользоваться для путешествий туда и обратно на огромные расстояния, — совсем другой вопрос. NASA разогнали за десять лет до начала фильма. То есть на протяжении сорока лет никто ничего не знал о появлении гравитационной аномалии в пределах Солнечной системы? Да толпы приверженцев теории струн выстроились бы очередями в Нобелевский комитет.
Это же новость века! С тех пор прошло полвека, о какой-то норе в космосе все успели забыть — проблем-то хватало. Помнит о ней только один сумасшедший дед, который живет под землей, косит под Кипа Торна и собирает космические корабли на коленке. Зачем ракета-носитель выводила его на орбиту, если ему оказалось под силу взлетать с планет Миллер и Манна?
Во-первых, на орбиту выходил «Эндюранс», а на планеты космонавты садились в «Рейнджере» — челноке, пристыкованном к «Эндюранс». Во-вторых, на пути от Земли до Гаргантюа заправок нет, так что топливо надо экономить. На такую дорогу его требуется очень много. Почему ни на одном кадре с «Эндюранс» мы не видим гигантских топливных баков?
А вы уверены, что камера показала все отсеки? Зачем, к примеру, показывать грузовые трюмы, где ничего не происходит? Кроме того, на пути к Сатурну члены экспедиции могли экономить топливо при помощи гравитационных манёвров — разгоняться, замедляться или менять направление полета под действием гравитации небесных тел.
Каждый такой маневр придавал зонду ускорение. Чтобы добраться от Земли до Сатурна за два года, «Эндюранс» должен преодолевать в среднем 20 километров в секунду. Кип Торн считает, что с помощью маневров и увеличения эффективности ракетного топлива к концу XXI века человечеству будет под силу достичь скорости в километров в секунду. Так что долететь до Сатурна за такое время вполне реально. Мощи корабельных носовых двигателей тут явно бы не хватило. Самих по себе, может, и не хватило бы, но с помощью очередных коррекций курса на орбите Сатурна — почему нет?
Кроме того, не стоить забывать о кротовой норе, которая вполне могла повлиять на расположение гравитационных полей. На съёмочной площадке Кип Торн сам писал на доске, принадлежащей героям, чтобы надписи были осмысленными.
Пройдя через кротовую нору, Купер и остальные попадают в конечную точку своего путешествия — планетную систему возле огромной черной дыры Гаргантюа. Это небесное тело — предмет особой гордости как Кипа Торна, так и мастеров по спецэффектам.
При изображении дыры использовались вычисления, сделанные Торном специально для фильма. Получившийся результат ошарашил самого Кипа. Он догадывался, как должны в реальности выглядеть черные дыры, но компьютерная анимация превзошла все его ожидания.
Откуда планеты Миллер, Эдмундса и Манна черпают тепло и свет? Из аккреционного диска. Притяжение Гаргантюа так велико, что способно захватить целую звезду.
Когда звезда движется прямо на черную дыру, ее судьба плачевна и предсказуема.
Если же её орбита пролегает рядом с Гаргантюа, то притяжение черной дыры попросту разрывает небесное тело на части, а большая часть материи, ранее составлявшей тело звезды, попадает на орбиту Гаргантюа и формирует аккреционный диск.
Он излучает свет, тепло и радиацию, так что вполне может заменить солнце. Как же экипаж «Эндюранс» не поджарился, просто пролетая мимо? Возможно, с момента, когда последняя звезда попала в гравитационные тиски Гаргантюа, прошло несколько миллионов лет. Тогда газ, составляющий диск, остыл до температуры в несколько тысяч градусов и уже не излучает такой сильной радиации, хотя продолжает давать достаточно света и тепла.
Низкой температурой объясняется и блеклость диска. Гаргантюа — самая достоверная чёрная дыра в истории кино. Но даже она отличается от реальной. Разве их не должно было засосать внутрь дыры? На самом деле наука допускает существование возле гигантских черных дыр зон обычного времени и пространства, даже целых планетных систем, которые вращаются вокруг центральной сингулярности по сложным, но замкнутым орбитам.
Он должен быть несколько сплющенным и несимметричным.
Кроме того, модель не учитывает эффект Допплера: один край диска должен отливать красным, другой — синим. Да, тут Кристофер Нолан специально пошел против истины, чтобы не смущать зрителей. А еще он специально занизил скорость вращения черной дыры.
Кроме того, учитывая расстояние от черной дыры до планеты Миллер, Гаргантюа должна занимать половину небосвода, а планета при таком раскладе находилась бы внутри аккреционного диска, так что он в основном был бы виден только с противоположной дыре стороны планеты.
Первым делом астронавты отправляются на планету Миллер. Время там идёт замедленно — один час на ее поверхности равен семи земным годам.
Но нужно находиться совсем рядом с дырой, практически над ее поверхностью. А стабильная орбита вокруг черной дыры должна превышать диаметр Гаргантюа как минимум трижды.
Иначе планету Миллер давно бы засосало внутрь. С учетом показанных в фильме кадров время на поверхности планеты должно течь медленнее, чем на Земле, всего процентов на двадцать. Это верно в отношении невращающихся черных дыр, но с Гаргантюа все обстоит по-другому. Гаргантюа — сверхмассивная вращающаяся черная дыра, что несколько меняет ее воздействие на окружающее пространство.
При определенных условиях, скажем, если она будет вращаться очень быстро, а планета Миллер — располагаться достаточно близко к циркулярной орбите Гаргантюа, такое замедление времени возможно.
Правда, у вращающихся черных дыр есть предел скорости вращения, причем максимума они, как правило, не достигают. Примерно полторы массы Солнца помещается внутри сферы радиусом всего в 12 километров, хотя радиусы нейтронных звезд пока измерены с не очень высокой точностью.
Обычное вещество будет полностью расплющено по поверхности такой звезды ее чудовищной гравитационной силой, примерно в миллиардов раз превышающей силу тяжести на Земле. Но не будем останавливаться — представим себе, что нам удалось сжать нейтронную звезду еще сильнее. Если мы доведем ее радиус до 4,5 километра, скорость убегания достигнет скорости света. Продолжим сжатие, и характер поля тяготения полностью изменится. Никакая форма материи уже не сможет преодолеть силу гравитации.
Двигаться во времени — будет означать неизбежно и бесповоротно стремиться внутрь сферы вдоль ее радиуса. Вырваться будет невозможно. Это и будет черная дыра. Дзен Статьи Гаргантюа Космос Что такое чёрная дыра? Гаргантюа Космос. Схематическое представление геометрии черной дыры. Концепция таких объектов связана с современным взглядом на гравитацию, общей теорией относительности Эйнштейна, и представлением тяготения в ней через искривление пространства-времени.
Это явление, предсказываемое общей теорией относительности Эйнштейна, никогда раньше не наблюдалось", - объясняет глава Научного совета EHT Хайно Фальке из университета Рэдбуд в Нидерландах. Именно она и позволила нам измерить гигантскую массу черной дыры в M Тень черной дыры - это наибольшее возможное приближение к изображению самой черной дыры, полностью темного объекта, который не выпускает из себя свет.
Чтобы исследовать окрестности сверхмассивных черных дыр они являются сравнительно маленькими астрономическими объектами в центрах каждой галактики, ученые направили сеть радиотелескопов на черную дыру в центре эллиптической галактики Messier 87 M87 в созвездии Девы, она находится на расстоянии 55 млн световых лет от Земли. По словам Хайно Фальке, ученые решили сосредоточиться на галактике M87, поскольку черная дыра в центре нашей Галактики двигается, а поле зрения телескопа ограниченно.
Как отмечает сайт Европейской южной обсерватории, благодаря своей огромной массе и относительной близости к Земле черная дыра в центре галактики M87 является для земного наблюдателя одной из крупнейших по своим угловым размерам, что и сделало ее идеальной мишенью для EHT.
Непрерывные наблюдения за черной дырой продолжались в течение 10 суток в апреле года. При этом астрофизикам сопутствовала удача: во всех точках Земли, где стоят телескопы, была ясная погода. Каждый из телескопов собрал по ТБ информации. На расшифровку и анализ полученных данных у ученых ушло два года. При изучении результатов наблюдений ученые прибегли к помощи суперкомпьютеров в обсерватории Хайстак Массачусетский технологический институт, США и Институте радиоастрономии имени Макса Планка в Бонне Германия.
