С какой скоростью движется Земля во Вселенной? [Космос 2024]

Как известно, движение – это жизнь. И наша планета Земля, и мы вместе с ней, постоянно находимся в движении. Даже когда вы сидите на своем любимом диване и смотрите это видео. Наша планета непрерывно вращается вокруг своей оси, совершая полный оборот на 360 градусов примерно раз в сутки. Вращаясь вокруг своей оси, мы также вращаемся вокруг Солнца, преодолевая почти 1 миллиард километров каждый год. Более того, вся наша Солнечная система, все планеты, спутники, астероиды и, конечно же, Солнце – все движется через галактику Млечный Путь, вращаясь вокруг галактического центра в масштабах времени, намного превышающие существование человечества. Но и это еще не все. Сама галактика Млечный Путь тоже движется внутри местной группы, а та, в свою очередь, перемещается в межгалактическом пространстве. В зависимости от того, относительно чего измеряется движение, можно количественно определить, насколько быстро планета Земля движется во Вселенной. Здесь, на Земле, это движение едва заметно, проводить эксперименты, в общем-то, бесполезно. Но у нас есть космос, который позволяет нам точно узнать, как мы движемся в каждом этом масштабе. Вы на канале «Это интересно», и сегодня у нас новое увлекательное космическое путешествие. Этот вопрос может показаться простым, но на самом деле он имеет разные ответы в зависимости от того, где именно вы находитесь на поверхности нашей планеты. Земля представляет собой твердое тело, а это означает, что массы остаются относительно постоянными по отношению друг к другу с течением времени. Поскольку Земля вращается вокруг своей оси, практически каждая точка на ее поверхности совершает полный оборот чуть менее, чем за 24 часа. 23 часа, 56 минут и 4,09 секунды, если быть точным. Причина, по которой мы приписываем суткам лишние почти 4 минуты, заключается в том, что наше планетарное движение вокруг Солнца изменяет наше положение в пространстве относительно того, где мы были, когда начался предыдущий день. Это дополнительное движение означает, что нашей планете необходимо повернуться чуть больше, чем на 360 градусов, чтобы перейти от восхода к восходу или от заката к закату. Часто говорят, что наша планета имеет радиус около 6371 километра. Но это только в среднем. На самом деле у нас есть не только местные топографические особенности, такие как горы, долины, океаны, но и планета в целом, так сказать, выпячивается на экваторе и несколько сжимается на полюсах. Спящий вулкан Чимбуарасо является самой удаленной точкой от центра Земли на высоте 6384,4 километра. А уровень моря на Северном полюсе находится всего в 6356 километрах от центра Земли. Тем не менее вся наша планета совершает один оборот на 360 градусов за этот временной интервал, чуть менее 24 часов. А это означает, что кто-то на самом большом расстоянии от центра Земли, расположенном на экваторе, 0 градусов широты, движется со скоростью 1676 километров в час. Но чем выше ваша широта, тем медленнее вы движетесь из-за вращения Земли. Тот, кто находится на широте 45 градусов, движется со скоростью всего 1183 километров в час. А тот, кто находится на Северном или Южном полюсе, вообще не будет двигаться. Они просто завершали бы оборот, всегда оставаясь на географическом полюсе Земли. Тот факт, что Земля – это планета, вращающаяся вокруг своей оси, связан с некоторыми интересными последствиями. Во-первых, ускорение под действием силы тяжести намного сильнее в более высоких широтах, так как близость к центру Земли означает более сильное ускорение. В целом, на полюсах вы будете ускоряться примерно на полпроцента быстрее, чем на экваторе. Во-вторых, более быстрое вращение Земли на экваторе означает, что запуск объекта в космос требует меньше энергии. Именно поэтому запуски наземных ракет происходят почти исключительно в тропиках. Ну и в-третьих, тот факт, что у нас есть приливы от Луны и Солнца, означает, что Земля со временем испытывает небольшой тормозящий эффект. С каждым уходящим годом день становится примерно на 14 наносекунд длиннее, чем в предыдущем году. Если мы перенесемся назад примерно на 4 миллиарда лет, в совсем юную Солнечную систему, то мы увидим, что наша планета вращалась тогда в 3-4 раза быстрее. А это означает, что тогда в сутках было всего от 6 до 8 часов, а не 24, как сейчас. Вращение Земли придает скорость самой быстрой точки на поверхности нашей планеты 1676 километров в час, что соответствует примерно 0,47 километров в секунду. Но по сравнению со скоростью, с которой Земля вращается вокруг Солнца, наше вращательное движение ничтожно мало. Наше расстояние до Солнца примерно 150 миллионов километров. И именно масса Солнца определяет, как быстро планета или любой спутник, если на то пошло, должна двигаться, чтобы оставаться в стабильном, почти круговом состоянии. Эта скорость составляет в среднем чуть меньше 30 километров в секунду, при этом фактическая скорость нашей планеты меняется в течение года, когда наша планета движется от ближайшей к Солнцу точки, Перигелий, до самой дальней, Офелий. Самая высокая скорость Земли вокруг Солнца 30,29 километров в секунду, а самая медленная всего 29,29 километров в секунду. Разница, как видите, составляет около 3%. В нашей системе внутренние планеты вращаются быстрее. Например, Меркурий движется быстрее всего со скоростью около 47 километров в секунду. И причем каждая планета вращается медленнее, чем дальше она отдаляется от звезды, вплоть до Нептуна. У него скорость всего 5,4 километра в секунду. Но точно так же, как вращательное движение Земли вокруг Солнца значительно превосходит вращение нашей планеты вокруг собственной оси, существуют и другие космические скорости, которые намного опережают движение Земли вокруг Солнца. Если бы наша звезда была более массивной, планетам нужно было бы быстрее вращаться по орбите, чтобы сохранить свое текущее положение. Такова природа гравитации. Но сама галактика Млечный Путь содержит сотни миллиардов звезд. И даже на нашем значительном расстоянии от ее центра, почти 27 тысяч световых лет, Солнце и другие звезды в нашем районе вытягиваются по эллиптическим орбитам вокруг галактики. Чтобы совершить полный оборот вокруг Млечного Пути требуется невероятно много времени. Около 220-250 миллионов лет. А это означает, что в последний раз, когда мы находились в таком положении относительно Млечного Пути, первые динозавры только-только начинали появляться. А путем совсем несложных математических подсчетов мы можем посчитать, сколько всего таких оборотов совершила наша система. Около 19 раз. То есть столько раз Земля и вся наша система праздновали Галактический Новый Год. Подсчитано, что скорость нашей звезды вокруг Млечного Пути составляет где-то 220 км в секунду. Примерно в 7 раз больше скорости движения нашей планеты вокруг Солнца. В этом числе есть погрешность около 20 км в секунду. Мы знаем только, как быстро мы движемся по Млечному Пути с точностью около 10%. Это значение, примерно 20 км в секунду, также соответствует скорости, с которой наблюдаемые нами ближайшие звезды движутся относительно нас. Из всех возможных способов движения Земли, будучи частью Солнечной системы во Вселенной, наше движение по Млечному Пути является компонентом с наибольшей неопределенностью. Также стоит отметить, что движение планет вокруг Солнца не совсем совпадает с движением Солнца из Солнечной системы через галактику. В то время как Солнечная система вращается примерно в плоскости Млечного Пути, диаметром немногим более 100 тысяч световых лет, но толщиной всего около 2000 световых лет, плоскость, в которой сами планеты вращаются вокруг Солнца, наклонена примерно на 60 градусов относительно нашего движения по галактике. В результате наше кумулятивное движение на Земле через Млечный Путь может варьироваться от 208 км в секунду до 237 км в секунду. А в зависимости от того, движется ли Земля в том же направлении, что и вся Солнечная система, через галактику или в обратном направлении, это меняется в течение года. Хотя сама Солнечная система без сомнения движется по эллипсу вокруг центра Млечного Пути, мы не можем точно определить, насколько эксцентрична орбита. То есть насколько отличается ближайшее приближение от наиболее удаленного приближения к галактическому центру. Хотя это, вероятно, немногим меньше 10%, факт в том, что близкие подходы к другим звёздам, которые происходят случайным образом несколько раз за миллион лет, постоянно меняют параметры наших орбит в галактике. В такой грязной обстановке, как эта, явно применима старая датская пословица. Трудно делать предсказания. Особенно в отношении будущего. Гравитационные силы между двумя массивными объектами определяют, насколько быстро они ускоряются друг к другу под их взаимным влиянием. И это ускорение со временем приводит к быстрому перемещению этих масс в пространстве. Даже когда Земля вращается вокруг своей оси и вокруг Солнца, а оно, в свою очередь, со всей нашей системой вращается вокруг Млечного пути, в это же время происходят и более крупные космические движения. Это я имею в виду местную группу галактик, в которой состоит наш Млечный путь и где она является второй по величине из примерно 60 отдельных, связанных вместе галактик. Самая большая и самая массивная галактика здесь – это Андромеда, расположенная примерно в двух с половиной миллионах световых лет от нас и обладающая массой, возможно, вдвое превышающей Млечный путь. Андромеда находится слишком далеко, чтобы мы могли точно измерить, как её положение меняется с течением времени. По крайней мере, в масштабах человеческого времени. Но мы можем измерить её скорость вдоль линии нашего обзора. Основываясь на наблюдаемом нами космическом синем смещении спектральных линий, мы можем сказать, что Андромеда движется к нашему Солнцу со скоростью 301 километр в секунду. Когда мы учитываем направление и скорость, с которой Солнце движется через Млечный путь, мы можем определить, что Млечный путь и Андромеда движутся навстречу друг другу со скоростью 109 километров в секунду. Мы находимся на пути столкновения, кульминацией которого должно стать великое галактическое слияние, которое начнётся примерно через 4 миллиарда лет. На этом изображении мы видим слияние Млечного пути и Андромеды, и то, как наше небо будет выглядеть, когда это произойдёт. Естественно, это в представлении художника. Когда эти две галактики сольются, их сверхмассивные чёрные дыры, как ожидается, тоже сольются вместе. Наконец, мы подошли к самым грандиозным масштабам. Эти масштабы мы исследовать только после того, как наметим полный набор групп галактик, скоплений, сверхскоплений и даже более крупных структур во Вселенной. Все другие массивные объекты в космосе притягивают нас, в то время как области с низкой плотностью, те, которые отдали материю, которая они когда-то обладали, в более плотные области вокруг них, притягивают нас с силой, которая намного ниже космического значения. Большая часть силы притяжения вокруг нашей местной группы исходит от сверхскопления Девы, которая притягивает нас к себе со скоростью около 300 км в секунду относительно остального нашего космического движения. Однако на другой стороне неба, напротив центра скопления Девы, находится значительно менее плотная область космоса. В то время как массивные области известны как скопления, области с низкой плотностью известны как пустоты. И пустота, которая у нас есть, эффективно отталкивает нас от нее также со скоростью около 300 км в секунду. С большим массивным скоплением с одной стороны от нас и разреженной, бедной на материю пустотой с противоположной стороны, силы притяжения и отталкивания направлены в одном направлении, что приводит к суммарному движению нашей местной группы со скоростью около 600 км в секунду. А вот для этого нам необходимо сложить все движения вместе. Земля вращается вокруг своей оси, Земля вращается вокруг Солнца, Солнце движется через галактику, Млечный путь направляется к Андромеде и местная группа, притягиваемая к близлежащим областям с повышенной плотностью и отталкиваемая соседними областями с низкой плотностью. Так вот, сложив все это вместе, мы получаем значение того, насколько быстро мы на самом деле движемся по Вселенной прямо сейчас. В целом наше общее движение в пространстве составляет около 368 км в секунду. Движемся мы в определенном направлении – к созвездию Льва. В течение года скорость может варьироваться примерно на 30 км в секунду, это в основном из-за изменяющегося движения Земли вокруг Солнца. Это подтверждается измерениями космического микроволнового фонового излучения, которое окажется более горячим в направлении, в котором мы движемся – ко Льву, и преимущественно более холодным в направлении, противоположном нашему движению – а это созвездие Водолея. Также мы можем определить, что Солнце движется относительно космического микроволнового фона со скоростью 368 км в секунду, с погрешностью всего плюс-минус 2 км в секунду. При использовании полного набора проведенных нами измерений мы можем рассчитать движение местной группы по отношению к окружающей крупномасштабной структуре Вселенной. Это 627 плюс-минус 22 км в секунду. Движение в направлении созвездия Центавр. Неопределённость этой цифры, составляющая плюс-минус 22 км в секунду, почти полностью связана с неопределённостью движения Солнца вокруг галактического центра – самой трудной для измерения составляющей. Давайте подытожим. Во всей Вселенной нет ничего статичного, стационарного и изолированного. Всё находится в движении. Сегодня мы узнали, как Земля движется по Вселенной во всех масштабах. В будущем, когда у нас будет более совершенная карта нашей собственной галактики, мы, возможно, сможем предсказать наше будущее движение в космосе с точностью, которую трудно себе представить в настоящее время. Что ж, надеюсь, вам понравилось это космическое путешествие. Не забывайте отметить это видео хорошим таким жирным пальцем вверх, подписывайтесь на канал, если вы не с нами, и помните, космос – это интересно!