В космосе преобладают невидимые электромагнитные силы и типы материи, которых нет на Земле. Исследователи Центра космических полетов имени Годдарда (NASA) перечислили пять явлений, которые могут показаться странными на нашей планете, но за ее пределами – совершенно обыденные. Их анализ дает ученым представление о сложных физических законах, лежащей в основе Вселенной.
На Земле материя обычно принимает одно из трех состояний: твердое, жидкое или газообразное. Но в космосе 99,9% нормального вещества находится в совершенно другой, четвертой, форме — плазме. Это вещество, состоящее из свободных ионов и электронов, пребывает в сверхзаряженном состоянии. Звезды на ночном небе, включая Солнце, в основном состоят из плазмы. Иногда она появляется и на Земле в виде молний.
Плазма проводит электричество и находится под влиянием электромагнитных полей, способных управлять движением заряженных частиц в плазме и создавать волны, которые разгоняют частицы до огромных скоростей. Космос наполнен магнитными полями, которые формируют траектории движения плазмы. Вокруг Земли то же магнитное поле направляет плазму через пространство мимо планеты. На Солнце магнитные поля вызывают солнечные вспышки и прямые выбросы плазмы, известные как солнечный ветер, которые перемещаются по Солнечной системе. Если они достигают Земли, могут возникать северные сияния и магнитные бури. Последние бывают достаточно сильными, чтобы вывести из строя спутники и телекоммуникации.
На Земле — широкий диапазон температур: от +57 до -89 градусов Цельсия. Но для космоса это ничто. На планетах без изолирующей атмосферы температура сильно колеблется в разное время. Например, на Меркурии днем бывает около +449, а ночью -171. Во время полетов в космосе некоторые космические корабли испытывают разницу температур в 33 градуса между солнечной и теневой сторонами. Зонд NASA Parker Solar Probe при максимальном приближении к Солнцу будет испытывать разницу более 2 тыс. градусов.
Костюмы космонавтов созданы, чтобы выдерживать температуры от -157 до +121. Они белые, чтобы отражать свет, а внутри размещены обогреватели.
В своем ядре Солнце сжимает водород в гелий. Этот процесс соединения атомов вместе под огромным давлением и температурой с образованием новых элементов называется ядерным синтезом. Когда только зародилась Вселенная, она содержала в основном водород и гелий, а также пару других легких элементов. Слияние звезд и сверхновых привело к появлению в космосе более 80 других элементов. Ядерный синтез также высвобождает огромное количество энергии и частиц света — фотонов. Им требуется около 250 тыс. лет, чтобы преодолеть 700 тыс. километров от солнечного ядра до видимой поверхности Солнца. После этого свету требуется 8 минут, чтобы добраться до Земли и пройти 150 млн км.
Каждую секунду Солнце сплавляет около 600 миллионов метрических тонн водорода. Согласно оценкам, это масса 102 пирамид Гизы, 1812 Эмпайр-стейт-билдинг или почти всей рыбы на Земле.
Вокруг нашей планеты постоянно происходят мощные невидимые взрывы. Когда солнечный ветер наталкивается на магнитную среду, которая защищает Землю — магнитосферу — он запутывает Солнце и магнитные поля Земли. Силовые линии магнитного поля ломаются и перестраиваются, «отстреливая» заряженные частицы. Это событие известно как магнитное пересоединение. Иногда некоторые из возмущенных частиц попадают в верхние слои атмосферы Земли и вызывают полярные сияния. Перезамыкание магнитных линий происходит повсюду во Вселенной, где есть скручивающиеся магнитные поля.
В отличие от Земли, в космическом пространстве частицы могут передавать энергию, даже не касаясь друг друга. Этот перенос происходит в невидимых структурах, известных как ударные волны. Во время этого процесса энергия передается через плазму, электрические и магнитные поля. Частицы ведут себя как стая птиц, которую подхватывает попутный ветер, заставляя лететь быстрее. Магнитное поле дает им толчок вперед. Ударные волны могут образовываться, когда объекты движутся со сверхзвуковой скоростью. Если сверхзвуковой поток наталкивается на неподвижный объект, образуется расходящаяся волна, — как волна у носа лодки, стоящей на якоре в стремительном потоке.
Ударные волны появляются вокруг активных сверхновых, выбрасывающих облака плазмы. На Земле — возникают, когда пуля или самолет летят быстрее скорости звука.