Друзья, поступают жалобы на тему того, что не получается подписаться на платный канал.

После того, как вы подаёте заявку, вам придёт сообщение с формой оплаты от бота @donate. Это вот как раз оно, там надо оплатить и вас автоматически добавит.

К сожалению, иногда что-то идёт не так: платёж не желает приниматься, зависает и т.п. Это глюки бота, к сожалению, они у него бывают. Если деньги у вас с карты не списались, то заявку можно отозвать и через какое-то время подать снова - может он прокашляется. Если списались, то надо просто обождать - между списанием и зачислением, которое увидит бот, тоже иногда проходит время.

Не слишком удобно, конечно, но пока ничего другого нет.

А в качестве благодарности - "синяя лава" вулкана Кавах Иджен в Индонезии. На самом деле это не лава, а горящие синим цветом сернистые вулканические газы (сольфатаны): синий цвет вообще характерен для горения как серы, так и её соединений.

​​#Простыевопросы: почему у вертолёта два винта?

Вертолёт летает благодаря по сути тому же механизму, что и самолёт: его лопасти представляют собой фактически крылья, которые рассекают воздушный поток. Причём благодаря форме (профилю) лопастей и крыльев, над ними скорость потока выше, чем под ними. А по закону Бернулли это значит, что давление этого воздуха на поверхность лопасти/крыла снизу больше, чем сверху. Разность давлений создаёт подъёмную силу, которая и держит летательный аппарат в воздухе.

Разница лишь в том, как именно крыло приводится в движение относительно воздушного потока: в самолёте оно движется вместе с самим летательным аппаратом, а в вертолёте его приводят в движение отдельно, вращая вокруг оси винта. Благодаря этому винт («крыло») вертолёта может создавать подъёмную силу даже тогда, когда сам аппарат движется с невысокой скоростью или даже стоит на месте, что и обеспечивает вертолётам их легендарную маневренность.

Однако возникает проблема: вращающийся винт обладает моментом импульса («количеством вращения»). А по закону сохранения момента импульса «количество вращения» системы стремится оставаться прежним. Проще говоря, если двигатель вертолёта раскручивает винт в одну сторону, то сам вертолёт при этом будет стремиться раскручиваться в другую – это называют реактивным моментом. Что, конечно, никуда не годится.

Именно для того, чтобы предотвратить это нежелательное вращение корпуса вертолёта, летательные аппараты и снабжают дополнительными винтами. Чаще всего встречается схема с меньшим по размерам рулевым винтом на конце. Рулевой винт создаёт тягу в плоскости, перпендикулярной плоскости вращения главного винта, тем самым компенсируя вращение, а заодно позволяя, как и следует из названия, поворачивать в горизонтальной плоскости.

Существуют и иные способы расположения второго винта для компенсации реактивного момента. Например, в американских вертолётах Boeing CH-47 Chinook или советских Ка-22 (хотя Ка-22, строго говоря, не вертолёт, а винтокрыл – гибрид вертолёта и самолёта) используются два несущих винта, которые создают реактивные моменты, направленные в противоположные стороны и компенсирующие друг друга. В вертолётах типа Ка-50 также используются два винта, но они расположены на одной оси и вращаются в противоположных направлениях, что также позволяет компенсировать реактивный момент.

Стоит добавить, что необходимость использования двух винтов неудобно и непрактично по очень многим соображениям: это утяжеляет машину, увеличивает расход топлива, а также создаёт определённые сложности аэродинамического плана. Поэтому конструкторы вертолётов время от времени предлагают различные способы уйти от использования двух винтов – к примеру, как в схеме NOTAR, о которой мы поговорим как-нибудь в другой раз.

Поддержать проект и его автора можно здесь

Глаз Сахары (Гальб-Эр-Ришат) уникальное геологическое образование на территории Западной Сахары близ посёлка Уадан в Мавритании. Природа его долгое время оставалась загадкой для геологов: сначала его считали результатом удара метеорита, позже - необычным вулканическим кратером.

Однако на самом деле он не является ни тем, ни другим. Сегодня считается, что Глаз Сахары получился в результате сочетания двух процессов: поднятия земной коры и эрозии почвы.

Грунты в районе Гальб-Эр-Ришат имеют слоистую структуру. Вспучившись горбом из-за поднятия почвы, эти грунты затем были "срезаны" эрозией, что и привело к образованию горизонтальной слоистой структуры.

Поддержать проект и его автора можно здесь. Кроме того, вы можете подписаться на платный канал "Физика для друзей".

​​#киноляпы: пыльные бури на Марсе

Пыльные бури Марса - реально существующее и достаточно эффектное явление, которое часто вдохновляет авторов научно-фантастических произведений. В их воображении попадание в такую бурю чревато для попавшего катастрофическими последствиями - например, в "Марсианине" такая буря даже заставила экипаж экспедиции экстренно покинуть планету, бросив там одного из своих товарищей.

В реальности марсианские песчаные бури действительно эффектны (они способны одновременно охватывать до четверти поверхности планеты), но далеко не столь опасны.

Во-первых, утверждения о том, что "скорость ветра в таких бурях может превышать 100 километров в час" смотрятся куда менее эффектно, если вспомнить, что 100 километров в час - это 27,8 метра в секунду, что соответствует пусть и сильному, но вполне заурядному земному шторму. В земных ураганах 5-й категории (как ураган Катрина в 2005-м) скорость ветра может превышать 70 метров в секунду (250 км/ч).

Во-вторых, атмосфера Марса примерно в 50 раз более разрежена, чем земная, а потому воздействие марсианских ветров куда слабее, чем воздействие ветров той же скорости на Земле.

Марсианские бури, впрочем, способны доставить неприятности исследователям. Например, тучи поднятой ветром пыли блокируют солнечный свет, затрудняя работу солнечных батарей марсоходов - если учесть, что бури могут длиться месяцами, это довольно неприятно. Кроме того, даже после прохождения бури техника может оказаться засорённой этой пылью, что неблагоприятно сказывается на её работе.

Однако столь драматических катастроф, как в "Марсианине" и других произведениях, пыльные бури вызвать, по всей видимости, не способны.

Поддержать проект и его автора можно здесь. Кроме того, вы можете подписаться на платный канал "Физика для друзей".

#киноляпы

И ещё о "Марсианине".

Чтобы вырастить свой первый урожай на Марсе, главный герой поджигает ракетное топливо. На самом деле, по всей видимости, воду можно было добыть куда проще: по современным данным, полученным американскими и китайскими марсоходами, вода в достаточных количествах (2-3 %) содержится просто в марсианском грунте в виде льда. Иными словами, главный герой "Марсианина" мог бы просто вытопить воду из почвы!

Однако этот ляп, по всей видимости, простителен. Дело в том, что фильм (2015 года) снят по книге фантаста Энди Уира 2011 года выпуска. Ну а тогда наличие в марсианском грунте водяного льда в больших количествах ещё не было доказано.

Поддержать проект и его автора можно здесь. Кроме того, вы можете подписаться на платный канал "Физика для друзей".

​​#Простыевопросы: что такое парниковый эффект?

Всю свою энергию Земля получает от Солнца, излучение которого примерно на 47 % состоит из видимого света, а на 44 % - из инфракрасного излучения (грубо говоря, тепла).

При этом около трети всего этого излучения Земля отражает в окружающий космос, а остальное "усваивает".

За счёт "усвоенного" излучения Земля нагревается и сама начинает светиться, а точнее, становится источником теплового излучения (его излучают все тела, температура которых выше абсолютного нуля). При этом так как Земля гораздо холоднее Солнца, её излучение полностью находится в инфракрасной части спектра (видимый свет, который исходит от Земли - это та часть солнечного, которую наша планета отражает). То есть, поверхность Земли превращает солнечный свет в тепло, которое по идее должно было бы улетучиваться в космос с тепловым излучением.

Но ещё у Земли есть атмосфера, которая поглощает часть излучения - как "входящего" солнечного, так и "исходящего" теплового. И вот дело в том, что газы земной атмосферы поглощают излучение в световой и инфракрасной области по-разному: для светового излучения атмосфера Земли почти прозрачна, а вот инфракрасное тепловое излучение она поглощает куда сильнее. Точнее, таким свойством обладают некоторые содержащиеся в земной атмосфере газы: водяной пар, углекислый газ, метан и т.п.

Получается, что земная атмосфера легко пропускает "входящий" солнечный свет, но задерживает излучаемое Землёй тепло, работая как своего рода тёплое одеяло, ну или как покрытие парника, что и дало название явлению. Из-за этого температура Земли оказывается существенно выше, чем должна была бы быть: если бы не парниковый эффект, средняя температура Земли должна была бы быть около -27 градусов Цельсия. Вероятно, в прошлом бывали периоды, когда "атмосферное одеяло" Земли становилось слишком тонким, и такие температуры действительно наблюдались - так, что даже в районе экватора царили ледники.

Так что жизнь на Земле возможна именно благодаря парниковому эффекту!

Проблема в том, что то же явление, которое "нагрело" нашу планету то обитаемого состояния способно и перегреть её, сделав необитаемой - слишком жаркой. Так случилось с Венерой, которая благодаря своей плотной атмосфере с большой концентрацией углекислого газа стала самой жаркой планетой Солнечной системы (в среднем 467 градусов Цельсия!).

Именно поэтому учёные мира с беспокойством взирают на рост концентраций углекислого газа в атмосфере и сопровождающий его рост температур ("атмосферное одеяло" становится всё более тёплым), именуемый глобальным потеплением.

Поддержать проект и его автора можно здесь. Кроме того, вы можете подписаться на платный канал "Физика для друзей".

​​Холодные течения - создатели пустынь

Задумывались ли вы когда-нибудь о том, как образуются пустыни? Ну, в смысле почему на Земле возникают места, где количество осадков иногда на порядки меньше, чем в соседних областях? К примеру, почему Калифорния, Невада или Аризона - пустыни, тогда как расположенные по сути на той же широте Луизиана и Миссисипи - очень влажные и болотистые регионы? Или взять Африку, где пустыни на Севере перемежаются джунглями в районе экватора с тем, чтобы снова смениться засушливыми районами Южной Африки?

Всё дело в течениях - а точнее, в соотношениях между температурами воды у того или иного берега и воздуха над этим берегом.

Теплые течения способствуют возникновению влажного, дождливого климата. Над тёплой морской/океанической поверхностью нагретый воздух активно поглощает водяной пар, а когда оказывается над более прохладной сушей, охлаждается и оказывается неспособен его удержать: идёт дождь.

В областях, омываемых холодными течениями, всё происходит наоборот: даже впитав в себя какое-то количество влаги, охладившийся над морской поверхностью воздух нагревается, оказавшись над более тёплой сушей. Его "влагоёмкость" увеличивается, и условия для конденсации водяных паров и, как следствие, выпадения осадков не возникают.

Карта океанических течений почти точно соответствует карте распределения сухих и влажных регионов Земли. Так, пустыни Северной Африки обязаны своим появлением холодному Канарскому течению (оно же делает относительно засушливыми регионы Юго-западной Европы, такие как Испания и Португалия). Засушливость Южной Африки определяется влиянием холодного Бенгальского течения, а также т.н. течения западных ветров к югу от Африки. Холодное Калифорнийское течение делает засушливым юго-запад США, тогда как влажный климат стран Карибского бассейна, юго-востока США и Центральной Америки определяется тёплыми Гольфстримом и Гвианским течением.

По той же причине восточный берег Южной Америки обладает влажным климатом и порос джунглями: этот эффект обеспечивает тёплое Бразильское течение. А вот восточный берег Южной Америки, вдоль которого течёт холодное Перуанское течение - преимущественно засушливый край.

Поддержать проект и его автора можно здесь. Кроме того, вы можете подписаться на платный канал "Физика для друзей".

Отличная иллюстрация закона Паскаля, который гласит, что давление, приложенное к жидкости, передаётся во всех направлениях без изменений!

Когда на резиновую крышку большой колбы нажимают, давление в жидкости растёт, и сжимает пузырьки воздуха в маленьких колбочках. Их объём уменьшается, высвободившееся место занимает вода, в результате чего суммарная плотность колбочек с водой и воздухом возрастает и они тонут.

Поддержать проект и его автора можно здесь. Кроме того, вы можете подписаться на платный канал "Физика для друзей".

​​#простыевопросы: почему небо синее?

Чтобы ответить на этот вопрос, надо прежде всего понять, почему небо вообще имеет цвет? Это происходит потому, что воздух земной атмосферы рассеивает свет Солнца: на Луне, где атмосферы нет, небо чёрное; ночью, когда нет Солнца и нечего рассеивать, земное небо тоже чёрное. Проще говоря, свет неба - это рассеянный земной атмосферой свет Солнца.

При этом солнечный свет близок к белому, то есть представляет собой "коктейль" из лучей различных цветов. И вот оказывается, что атмосфера рассеивает лучи разного цвета по-разному. Сильнее всего в ней рассеиваются лучи с малой длиной волны, соответствующие синей части спектра. Именно поэтому света таких цветов в свечении атмосферы больше всего. Теоретически фиолетовый свет должен рассеиваться ещё сильнее, но его в солнечном свете вообще мало, а тот, что есть, почти полностью поглощается озоновым слоем.

А в прямом солнечном свете лучей коротковолновой (синей) части спектра, соответственно, меньше: именно поэтому Солнце кажется нам желтоватым, а на закате, когда свет проходит через более толстый слой воздуха и рассеивается особенно сильно - красным.

Стоит добавить, что правило "чем меньше длина волны света, тем сильнее рассеивание" работает тогда, когда эта самая длина волны больше линейных размеров рассевающих объектов - говорят о т.н. рассеянии Рэлея. Когда длина волны сопоставима с размерами объектов, то имеет место более сложное рассеяние Ми. При нём в зависимости от размера частиц диаграмма рассеяния может иметь более сложный характер, и рассеивающая среда может окрашиваться в разные необычные цвета.

А если размеры частиц превышают длину волны света, то свет будет рассеиваться вне зависимости от длины волны, и рассеивающая среда будет окрашиваться белым. Именно поэтому белыми кажутся облака, состоящие из водяных капель, или, к примеру, молоко, в котором свет рассеивается на взвешенных коллоидных частицах-капельках жира и прочих веществ.

Поддержать проект и его автора можно здесь. Кроме того, вы можете подписаться на платный канал "Физика для друзей".

​​Титан - будущий дом человечества?

Титан, шестой спутник Юпитера, обладает атмосферой, весьма похожей на земную по своему составу – а точнее, на ту атмосферу, которой обладала Земля в тот период, когда на ней только собиралась зародиться жизнь.

Дело в том, что наиболее характерной особенностью атмосферы Земли является не наличие в ней кислорода или, скажем, воды, а большое (76 % по массе) содержание азота. Это почти уникально для Солнечной системы: атмосферы других планет (у которых они есть) состоят в основном из углекислого газа (Венера, Марс) или водорода (Юпитер, Сатурн, Уран). Азота там почти нет, и это даже большая проблема, чем отсутствие кислорода: последний (теоретически) могли бы произвести из углекислого газа фотосинтезирующие растения. Однако для их жизни также нужен азот, входящий в состав белков и других жизненно важных веществ. И если азота нет, то ничего не получится.

В этом смысле Титан является едва ли не единственной потенциально пригодной для жизни планетой – даже более пригодной, чем часто обсуждаемый в этом качестве Марс.
Правда, на наличии плотной азотной атмосферы плюсы Титана в смысле места для потенциальной колонизации практически заканчиваются.

Средняя температура на Титане составляет -180 градусов Цельсия, что означает, что в его атмосфере нет и не может быть не только воды, но даже и углекислого газа, который замерзает уже при -78 градусах. Так что помимо азота, атмосфера Титана состоит в основном из метана, этана и других углеводородов.

Под воздействием солнечного излучения в атмосфере Титана образуются различные токсичные газы типа дициана, пропина, диацетилена и прочих.

Облака Титана, покрывающие всю поверхность планеты, состоят в основном из метана, кроме того, метан может существовать на планете в жидкой фазе, образуя озёра, реки и даже моря – в общем, ведёт себя так, как ведёт себя вода на Земле. К слову, возможно, что благодаря этому Титан уже обитаем, обладая жизнью на основе метана вместо воды – правда, этой жизни пришлось бы как-то приспосабливаться к сверхнизким температурам на поверхности планеты, которые неблагоприятно влияют на скорость протекания химических реакций.

Колонизация Титана в будущем более чем возможна. Даже если не подвергать спутник Юпитера масштабному терраформированию, уже сейчас благодаря плотной (в 1,5 раза плотнее земной!) атмосфере человек может существовать на его поверхности без тяжёлых защитных скафандров, имея лишь некий костюм с подогревом и кислородную маску – то есть, пребывание на поверхности Титана сопряжено с меньшими сложностями, чем на поверхности Марса.

А уж если Титан удастся каким-то образом разогреть, то температур выше нуля по Цельсию (сделать это можно, к примеру, с помощью больших зеркал, перенаправляющих на поверхность Титана солнечный свет), то растаявшие вода и углекислый газ сделают возможным здесь существование растений земного типа, способных к фотосинтезу – и, как следствие, к насыщению атмосферы Титана кислородом.

Поддержать проект и его автора можно здесь. Кроме того, вы можете подписаться на платный канал "Физика для друзей".

В дополнение к предыдущему посту - пейзаж Титана с горами и метановыми озёрами в представлении учёных.

​​#простыевопросы: откуда берётся молния?

Общеизвестно, что молния – это электрический (искровой) разряд в атмосфере между облаком и землёй или различными частями самого облака. Но откуда в системе облако-земля вообще берутся электрические заряды?

Чтобы ответить на этот вопрос, следует помнить, что грозы возникают при столкновении потоков воздуха с различной температурой – чаще всего тогда, когда поток холодного воздуха оказывается над слоем относительно тёплого воздуха, образовавшегося над нагретой поверхностью земли. Тёплый воздух легче холодного и по закону Архимеда начинает подниматься вверх. Возникает конвекция – образуется мощный восходящий воздушный поток. Воздух этого потока, попадая в более холодную область, также охлаждается и оказывается неспособен удержать содержащиеся в нём водяные пары, которые конденсируются в виде водяных капель.

Так вот: электрический заряд в грозовом облаке образуется в результате трения восходящих воздушных потоков об эти самые водяные капли. При этом нижняя часть облака заряжается в основном отрицательно, а верхняя – преимущественно положительно. Процесс усиливается в случае, если существует также горизонтальный ветровой поток, перемещающий грозовой фронт.

Преимущественно отрицательно заряженная нижняя часть облака влияет на распределение зарядов в земной поверхности. Большая часть составляющих её молекул электрически нейтральна, но имеется и некоторое количество заряженных ионов. Так вот: положительно заряженные ионы притягиваются к тому месту, где над землёй нависла отрицательно заряженная нижняя кромка грозового облака, отрицательно заряженные же выталкиваются из этой области. Из-за этого перераспределения заряженных частиц получается так, что лежащая под грозовым облаком поверхность земли скапливает положительный заряд.

Таким образом между облаком и поверхностью земли образуется разность потенциалов. Когда она достигает определённой величины (то есть становится достаточно большой, чтобы «пробить» лежащий между облаком и землёй слой плохо проводящего электричество воздуха), возникает электрический разряд – молния.

Так как разница потенциалов существует не только между облаком и землёй, но и между частями облака, такие разряды направлены не только с неба в землю, но и происходят внутри самого грозового облака – более того, «внутриоблачные» молнии встречаются куда чаще тех, что бьют из облака в землю.

На самом деле вышеописанные процессы достаточно сложны с физической точки зрения, и учёные до сих пор не разобрались во всём этом досконально. Например, иногда получается так, что положительно заряженным оказывается облако, а отрицательный заряд, соответственно, скапливается на поверхности земли: в этом случае возникают «обращённые молнии», бьющие из земли в небо.

Мы ещё не раз поговорим о необычных аспектах работы атмосферного электричества, однако главный механизм образования молний в общих чертах выглядит именно так, как описано выше.

Поддержать проект и его автора можно здесь. Кроме того, вы можете подписаться на платный канал "Физика для друзей".

#знаетеливычто уран обладает довольно слабой радиоактивностью?

Парадоксально, но факт: элемент, являющийся главным топливом для ядерных реакторов и начинкой для ядерных бомб, уран, сам по себе не слишком-то радиоактивен.

Внутри урановых ядер заключена огромная энергия: 1 килограмм урана способен высвободить до 83 миллиардов джоулей энергии, что эквивалентно энергии сжигания 90 тысяч тонн угля. Однако обычно уран выделяет эту энергию очень неторопливо: период полураспада урана-238, из которого природный уран состоит на 99,3 %, составляет 4,4 миллиарда лет, а «топливного» урана-235 (0,7% в природном уране) – 700 миллионов лет. Иными словами, чистый уран-235 выделит половину запечатанной в нём энергии за 350 миллионов лет.

Можно посчитать и по-другому. В результате одного акта распада урана-235 выделяется энергия в 4,3 килоэлектронвольта, или примерно 7,5 на 10 в -13 степени джоуля. Каждую секунду в 1 килограмме урана происходит 80 миллионов распадов. Иными словами, мощность энерговыделения 1 килограмма урана составляет всего 0,000059 ватта.

Именно поэтому основная опасность урана – не его радиоактивность, а чисто химическая токсичность, как и у любого тяжёлого металла вроде ртути, свинца или мышьяка.

Стоит также помнить, что природная радиоактивность урана – выделение альфа-частиц, ядер атома гелия, состоящих из 2 протонов и двух нейтронов. Такие частицы массивны и обладают очень низкой проникающей способностью: по сути они не могут преодолеть даже внешний ороговевший слой человеческой кожи. Подробнее о видах радиоактивности и её опасности для человека мы говорили тут.

Так что изделия с небольшими примесями урана вполне безопасны - например, страхи, связанные с т.н. урановым стеклом, в основном беспочвенны, этот материал можно вполне безопасно хранить и использовать.

«Фишка» урана (а точнее, урана-235) в том, что существует способ заставить его отдавать энергию куда быстрее, вызвав т.н. вынужденное деление его ядер. Для этого в ядро атома урана надо «выстрелить» нейтроном. Поглотив его, ядро урана-235 почти мгновенно распадётся на два ядра-осколка, выделив энергию, которая почти в 100 раз больше энергии естественного распада, и, что главное – от 2 до 7 (в среднем 2,4) нейтрона, каждый из которых теоретически способен «взорвать» другое урановое ядро. Возникает цепная реакция, которая и обеспечивает выделение энергии в ядерном реакторе или ядерной бомбе. Уран, достаточно «пассивный» сам по себе, становится мощным источником энергии.

Но вернёмся к реакции вынужденного деления урана и получающимся в результате него осколкам. Вот они-то зачастую обладают очень существенной радиоактивностью. Например, йод-131, составляющий около 3 % от всех продуктов деления, имеет период полураспада около 8 суток: в 1 грамме этого вещества каждую секунду происходит около 5 квадриллионов (10 в 15 степени) распадов. Для сравнения вспомним, что в грамме урана-235 в секунду происходит лишь около 80 тысяч распадов.

Среди других значимых продуктов вынужденного деления урана можно назвать цезий-137 с периодом полураспада в 30 лет, в 1 грамме которого каждую секунду происходит 3 триллиона распадов (физики говорят, что активность этого элемента составляет 3 терабеккереля на грамм). Важную роль играет и стронций-90 с периодом полураспада в 29 лет и активностью в 5 терабеккерелей на грамм.

Собственно, авария на ЧАЭС имела такие тяжёлые последствия в том числе и потому, что произошла она в тот момент, когда уран в реакторе был уже практически выработан, превратившись в высокоактивные отходы: если бы реактор был заправлен «свежим» топливом, последствия были бы куда менее губительны (хотя приятного всё равно было бы мало).

Поддержать проект и его автора можно здесь. Кроме того, вы можете подписаться на платный канал "Физика для друзей".

​​#знаетеливычто клинообразный след за плывущим кораблём всегда расходится с углом в 39 градусов, который не зависит от скорости движения корабля?

Этот результат был получен ещё в XIX веке лордом Кельвином (Уильямом Томсоном).

Так происходит потому, что наблюдаемый клин является результатом двух видов волн, создаваемых кораблём: расходящихся от его носа и продольных, идущих от его кормы.

Точнее, говорить, что это явление наблюдается при любой скорости, не совсем верно: при очень малых скоростях движения волн не будет совсем, а при очень больших угол будет уменьшаться по мере роста скорости.

Однако при наблюдении за большинством реальных судов на поверхности воды 39-градусный клин всё-таки будет наблюдаться.

Поддержать проект и его автора можно здесь. Кроме того, вы можете подписаться на платный канал "Физика для друзей".

​​Чем отличаются ядерная и термоядерная бомбы?

Ядерная бомба использует для высвобождения энергии цепную реакцию вынужденного деления ядер атомов тяжёлых элементов (урана и плутония), в ходе которой за короткое время высвобождается значительная энергия. В термоядерной (водородной) бомбе применяется другое физическое явление: свойство ядер атомов лёгких элементов при определённых условиях сливаться, также выделяя энергию. Эта реакция называется реакцией ядерного (термоядерного) синтеза.

Но для того, чтобы реакция синтеза запустилась, нужны весьма специфические условия огромных давлений и температур. Чтобы создать такие условия, в термоядерной бомбе в качестве «взрывателя» используется ядерный заряд небольшой мощности.

«Взрывчаткой» для термоядерных бомб является вещество, называемое гидратом лития (LiH). Однако это не обычный гидрат лития: вместо обычного водорода в нём используется дейтерий, он же тяжёлый водород, ядро которого, помимо 1 протона, содержит также 1 нейтрон. Литий там тоже необычный: т.н. литий-6 (3 протона, 3 нейтрона. Поэтому правильнее называть «термоядерную взрывчатку» не гидратом лития, а дейтеридом лития-6.

После подрыва ядерного «взрывателя» (его ещё называют активатором) образуется мощный поток нейтронов, который пронизывает слой дейтерида лития. Поглощая нейтроны, ядра атомов лития-6 распадаются на ядра атомов гелия и ядра т.н. сверхтяжёлого водорода – трития (1 протон и 2 нейтрона). После чего в разогретом ядерным взрывом до состояния раскалённой плазмы веществе начинается основная реакция: слияние атомов дейтерия и трития с образованием гелия и выделением энергии.

Возникает логичный вопрос: зачем вообще нужны все эти сложности и почему не ограничиться куда более простой в техническом отношении реакцией деления ядер?

Во-первых, реакция термоядерного синтеза обладает большим энергетическим выходом на единицу массы «взрывчатки»: цепная реакция распада урана даёт в среднем 83 миллиарда джоулей на грамм прореагировавшего топлива, тогда как реакция синтеза гелия из дейтерия и трития – 170 миллиардов.
Проще говоря, термоядерная бомба будет обладать куда большей мощностью, чем ядерный заряд той же массы. Самая мощная американская ядерная бомба Ivy King имела мощность взрыва в 500 килотонн (0,5 мегатонны) при массе в 3,9 тонны. Для сравнения, знаменитая «Царь-бомба», она же АН602 при в 7 раз большей массе (26,5 тонны) имела мощность в 58,6 мегатонн, т.е. была 117 раз мощнее.

Но дело не только в возможности получить больший выход энергии на единицу массы бомбы, а и в самой принципиальной возможности получить устройство большой мощности. Создать ядерный заряд мощностью свыше 1 мегатонны невозможно: вы не можете просто бесконечно увеличивать массу ядерной «взрывчатки». У термоядерных бомб таких проблем нет. Так, в СССР изобрели т.н. «сахаровскую слойку», в которой слои дейтерида лития-6 перемежались слоями урана. Когда внутренний слой дейтерида лития вступал в реакцию, возникающие в результате нейтроны бомбардировали урановую оболочку, производя ещё большее число нейтронов, которые, в свою очередь, инициировали реакцию во внешнем слое дейтерида лития. Мощность такой бомбы в теории не ограничена вообще ничем, кроме здравого смысла.

И третье. Термоядерная бомба является куда более «чистой», чем просто ядерная. Деление ядер урана и плутония на выходе даёт значительное количество радиоактивных ядер-осколков, которые обусловливают радиационное заражение местности, где произошёл взрыв. Термоядерная реакция таких радиоактивных отходов не даёт: единственным источником «грязи» при термоядерном взрыве является ядерный активатор бомбы. Поэтому учёные ищут способы придумать другие способы инициирования взрыва для получения «чистой» (не дающей радиоактивного заражения) бомбы. Но пока не нашли.

Поддержать проект и его автора можно здесь. Кроме того, вы можете подписаться на платный канал "Физика для друзей".

​​Все звёзды нашей галактики движутся по ней со значительными скоростями. Например, наше Солнце каждую секунду пролетает 230 километров. Но есть звёзды, движущиеся намного, намного быстрее.

Их так и называют: гиперскоростные звёзды, и скорость их движения может достигать тысяч километров в секунду. Это не просто в десятки раз быстрее скорости движения Солнца, но и достаточно быстро для того, чтобы преодолеть притяжение Млечного пути и улететь в межгалактическое пространство.

Некоторые из гиперскоростных звёзд уже сделали это, например, звезда HE 0437-5439 уже покинула Млечный путь и сейчас продолжает удаляться от него со скоростью в 723 километра в секунду.

С другой стороны, по мнению астрономов, некоторые наблюдаемые гиперскоростные звёзды могут быть пришельцами из других галактик - например, галактик-спутников Млечного Пути, Большого и Малого Магеллановых облаков.

Но что разгоняет звёзды до таких огромных скоростей? Учёные полагают, что это происходит во время пролёта систем двойных звёзд вблизи чёрной дыры. Если при этом одна из звёзд системы поглощается чёрной дырой, то суммарный импульс системы должен был бы измениться. Но закон сохранения импульса запрещает это, и в итоге сила гравитационные силы перераспределяют импульс системы, придавая "выжившей" звезде колоссальную скорость. Это немного похоже на достаточно известный в космонавтике манёвр, который называют гравитационной пращой (о нём мы, кстати, обязательно ещё поговорим).

Вероятно, многие гиперскоростные звёзды стали таковыми в результате сближения с центром нашей галактикой: сверхмассивной чёрной дырой Стрелец А*.

Подобные события случаются нечасто: по расчётам астрономов, на сотни миллиардов звёзд в Млечном Пути приходится лишь около 1000 гиперскоростных.

Поддержать проект и его автора можно здесь. Кроме того, вы можете подписаться на платный канал "Физика для друзей".

​​Гравитационный манёвр, также известный как гравитационная праща - способ существенно изменить скорость космического аппарата без затрат топлива, который активно применяется уже сегодня при путешествиях по Солнечной системе.

Рассмотрим суть этого манёвра на примере системе тел, состоящей из космического аппарата, Земли и вращающейся вокруг неё Луны.

Направим космический аппарат к Луне так, чтобы он совершил её частичный облёт под действием её гравитации (как на картинке). При этом для наблюдателя, находящегося на поверхности Луны, скорость аппарата будет увеличиваться при приближении к ней и удаляться по мере отдаления, в сумме оставшись прежней.

Однако для наблюдателя на Земле ситуация будет иной: относительно него как космический аппарат, так и Луна, движутся. Получается, что гравитация Луны как бы увлекает аппарат за собой в своём движении по орбите. И если правильно подобрать параметры тракетории, то скорость аппарата относительно Земли вырастет.

Источником энергии для ускорения корабля является кинетическая энергия движения Луны по своей орбите, которая в результате немного уменьшается. Разумеется, так как массы Луны и любого вообразимого космического аппарата несопоставимы, этим уменьшением в целом можно пренебречь.

Можно поступить и наоборот: при других параметрах орбиты облёта планеты-пращи космический аппарат, увлекаемый её гравитацией, не разгонится, а, наоборот, затормозится.

Если гравитационный манёвр вокруг Луны можно использовать для разгона в системе Земля-Луна, то для разгона аппарата относительно Солнца можно использовать гравитационный манёвр вокруг самой Земли - или других планет Солнечной системы. При этом очевидно, что чем больше будут масса и собственная скорость тела, используемого в качестве пращи, то тем большим будет разгон. К примеру, если гравитационный манёвр вокруг Луны способен увеличить скорость аппарата на 2 километров в секунду, то Земля способна разогнать его до 8 километров в секунду, а самая большая планета Солнечной системы, Юпитер - до 43 километров в секунду.

Чтобы воспользоваться гравитационным манёвром, необходимо вполне конкретное относительное положение "пращи", "мишени" и "снаряда", и такие штуки требуют достаточно сложных астронавигационных расчётов, а также возможны далеко не в любой момент времени: чтобы воспользоваться гравитационной пращой, нужно тщательно подбирать время проведения экспедиции с учётом взаимного движения небесных тел Солнечной системы. Тем не менее, гравитационные манёвры активно используются на практике.

Теоретические основы гравитационных манёвров были разработаны советскими учёными Юрием Кондратюком и Фридрихом Цандером в 30-х годах.

На практике гравитационный манёвр впервые осуществил СССР в миссии Луна-3 в 1959-м. Позже, в 1973-м, американская межпланетная станция "Маринер-10" использовала гравитационную пращу Венеры для того, чтобы достичь Меркурия, а "Вояджер" сумел выйти за границы Солнечной системы, воспользовавшись гравитационными пращами планет-гигантов: Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна, которые тогда как раз располагались по соседству на своих орбитах.

Сегодня, когда наши космические аппараты сильно ограничены в возможностях для разгона и торможения в космическом пространстве, гравитационные манёвры являются едва ли не единственным способом придать космическим кораблям достаточные скорости для полёта к удалённым планетам Солнечной системы.

Поддержать проект и его автора можно здесь. Кроме того, вы можете подписаться на платный канал "Физика для друзей".

Подключили бота для обратной связи.

Будем рады предложениям читателей на тему того, о чём можно было бы написать, ну и вообще пожелания и предложения по ведению канала!