в вишлисте
Личная скидка {{ profile.personalDiscount.discount }}%
в корзине
на сумму
До бесплатной доставки
осталось
{{ cartCount }}
Корзина
Доставим в город {{ headerCity.name }}
сегодня за  бесплатно от {{ headerCity.estimatesMin }} до {{ headerCity.estimatesMax }}  бесплатно
В город {{ headerCity.name }}
пока не доставляем
Посмотрите
другие города
Город, населенный пункт
{{ city.region }}
Сюда пока не доставляем книги
Интересное
Загадки гравитации, или Как космические корабли преодолевают огромные расстояния во Вселенной
24 августа 2015 8302 просмотра
Интересное
Загадки гравитации, или Как космические корабли преодолевают огромные расстояния во Вселенной
24 августа 2015 8302 просмотра

Алена Лепилина
Алена Лепилина

Оказывается, люди уже научились совершать межзвездные перелеты на гигантские расстояния. Раньше считалось, что использовать гравитацию для скачков в пространстве могут только сверхразвитие цивилизации, ведь топливо всегда ограничено — невозможно взять с собой столько, сколько захочется. Однако наука шагнула далеко вперед. Не все знают о том, что свершилась настоящая космическая революция.

Этот принцип, перелеты при помощи гравитации, продемонстрирован в нашумевшем фильме «Интерстеллар». Подробнее об этом удивительном явлении рассказывает Кип Торн, физик-теоретик, консультант фильма (именно он придумывал все, что имеет отношение к науке) и автор книги «Интерстеллар. Наука за кадром».

Вид с корабля, совершающего гравитационную пращу

Хоть режиссер Кристофер Нолан и решил не показывать гравитационные пращи (маневры, о которых мы расскажем ниже) в «Интерстеллар», Кипу Торну было интересно, как бы их увидел Купер, главный герой, пилотируя «Рейнджер» к планете Миллер. Поэтому он, используя свои уравнения, смоделировал изображения для камеры, которая вела бы запись с «Рейнджера», совершающего маневр вокруг черной дыры перед посадкой на планету Миллер.

darkhole

Гравитационная праща вокруг дыры средней массы. Модель Кипа Торна, — иллюстрация из книги.

Средняя черная дыра захватывает лучи света, идущие от далеких звезд в направлении Гаргантюа, разворачивает их вокруг себя и выбрасывает в сторону камеры. Отсюда кольцо звездного света, которое окружает тень дыры средней массы. Хоть эта дыра и в тысячу раз меньше Гаргантюа, она находится гораздо ближе к «Рейнджеру» и потому не выглядит маленькой.

Жаль, но увидеть такое можно, лишь находясь поблизости от обеих черных дыр, а не с огромного удаления, на котором находится Земля.

Гравитационные пращи

Те, кто смотрел фильм «Интерстеллар», знают: космолет «Эндюранс» ожидал возвращения экипажа с планеты Миллер — той, где один час равен 7 земным годам. Чтобы космолет не затянуло в черную дыру Гаргантюа, он должен вращаться на ее орбите с огромной скоростью. Экипаж, отправляюсь с «Эндюранс» на модуле «Рейнджер», должен был сильно снизить скорость на 100 000 км/сек, чтобы гравитацией его потянуло к дыре — и планете Миллер. И чтобы он мог сблизиться с планетой, их скорости должны сравняться. Но как можно добиться таких резких изменений скорости?

Полет «Рейнджера» к планете Миллер, — иллюстрация из книги.

Полет «Рейнджера» к планете Миллер, — иллюстрация из книги.

Самые мощные из ракет, созданных на сегодняшний день людьми, способны развить скорость лишь до 15 километров в секунду, то есть в семь тысяч раз меньше, чем нужно. Возможно, самый быстрый космический корабль, который люди смогут построить в XXI веке, будет развивать скорость до 300 километров в секунду. Но этого все равно мало.

К счастью, природа все же дарит нам возможность совершать огромные скачки скоростей: гравитационные пращи вблизи черных дыр гораздо меньших размеров, чем Гаргантюа.

Полет через гравитационную пращу

Звезды и небольшие черные дыры собираются вокруг гигантских черных дыр вроде Гаргантюа. Купер и его команда разузнали обо всех небольших черных дырах, вращающихся вокруг Гаргантюа. Они нашли среди них дыру, положение которой подходит, чтобы ее гравитация отклонила «Рейнджер» от его почти круговой орбиты и направила его к планете Миллер. Такой маневр называется «гравитационной пращой», и NASA успела не раз применить его в Солнечной системе; правда, использовалась не черная дыра, а планетарная гравитация.

Слева: галактика Андромеды, в ядре которой скрывается черная дыра размером с Гаргантюа. Справа: динамическое трение, благодаря которому дыра средней массы замедляется и притягивается к гигантской черной дыре, — иллюстрация из книги.

Слева: галактика Андромеды, в ядре которой скрывается черная дыра размером с Гаргантюа. Справа: динамическое трение, благодаря которому дыра средней массы замедляется и притягивается к гигантской черной дыре, — иллюстрация из книги.

Считается, что порой дыры средней массы возникают в центре плотных скоплений звезд. Возьмем для примера галактику Андромеды, ближайшую к нашей крупную галактику, в ядре которой скрывается черная дыра размером с Гаргантюа, массой в 100 миллионов Солнц. К таким гигантским черным дырам стягивается огромное количество звезд. Когда дыра средней массы проходит через столь насыщенную область, она силой своей гравитации смещает звезды, оставляя за собой след повышенной звездной плотности. А след, в свою очередь, притягивает дыру средней массы, замедляя ее движение, — и ее затягивает ближе к гигантской черной дыре.

Этот маневр, гравитационная праща, не показан и не обсуждается в «Интерстеллар», но позже Купер говорит: «Смотри, я могу обогнуть эту нейтронную звезду, чтобы притормозить».

Гравитационные маневры NASA в Солнечной системе

Вернемся из мира вероятностей (то есть всего, что допускают законы физики) к реальным, без изысков, гравитационным пращам в уютных пределах нашей Солнечной системы (по состоянию на 2014 год). Возможно, вы слышали о космолете NASA «Кассини». Он был запущен с Земли 15 октября 1997 года и мог взять на борт слишком мало топлива, чтобы достичь своей цели — планеты Сатурн. С проблемой нехватки горючего удалось справиться за счет гравитационных пращей: праща вокруг Венеры, вокруг Земли и вокруг Юпитера.

Траектория полета «Кассини» от Земли до Сатурна, — иллюстрация из книги

Траектория полета «Кассини» от Земли до Сатурна, — иллюстрация из книги

Эти планеты не отклоняли траекторию космолета резко — у них слишком маленькая гравитация, а помогали ему скомпенсировать недостаток топлива. В каждом из случаев «Кассини» огибал отклоняющие его планеты под таким углом, чтобы планетарная гравитация оптимальным образом толкала «Кассини» вперед, увеличивая его скорость.

«Кассини» исследовал Сатурн и его спутники в течение последних 10 лет, отправляя на Землю потрясающие фотографии и данные — сущий клад для ученых.

Если вам интересно, как наука и фильм невероятным образом сплелись в одно целое, смело беритесь за «Интерстеллар. Наука за кадром». Это непередаваемое интеллектуальное удовольствие!

Рубрика
Интересное

Похожие статьи