неділю, 31 січня 2016 р.

Гори та каньйони Марсу

     Марс — це небесне тіло, про яке користується у людей чи не найбільшою увагою. Червона планета, на якій ми вперто продовжуємо шукати життя і від якої більше за все чекаємо сюрпризів. Щось там під тим піском точно має бути.


     Разом із тим цікаві речі на поверхні цієї планети можна побачити і дуже і дуже легко. Більше того, значна кількість марсіанських цікавинок зосереджена у одному регіоні. Зазвичай із усіх цих цікавинок люди згадують найвищу гору Сонячної системи — вулкан Олімп, але на тому зазвичай знання про найцікавішу місцевість на Марсі і обмежуються.
     Якщо подивитися на карту Марса, то провінція Тарсис або Фарсида опиниться майже точно на екваторі. Це велетенське плато площею утричі більше за Європу і піднесене на висоту у 10 кілометрів. Плато утворене підняттям магми і над цією висотою у 10 кілометрів здіймаються кілька справді височезних вулканів. Щоправда якби ми дивилися на ці вулкани урахування їхнього розміру, то вони могли б нам здатися похилими холмами. Справа у тому, що на Марсі, коли магма виривалася із його надер у стародавні часи, то вона намагалася розтектися рівним шаром по поверхні і утворювала так звані щитові вулкани, які за площею на землі могли б зійти за цілі гірські системи.


     Найяскравішим прикладом такої структури є найпівнічніший із гігантських вулканів — патера Альба, який при висоті у 6800 метрів (приблизно як найвища гора Південної Америки Аконкагуа) має площу у 5,7 мільйона квадратних кілометрів — приблизно таку саму, як площа США. При таких параметрах найбільший ухил на схилі цієї “гори” складає усього 0,5°. За звичайних умов ви б просто не зрозуміли б, що знаходитесь на схилі гори. Фактично цей вулкан формує власне нагір'я, лише частково пов'язане із нагір'ям Тарсіс. Крім того, Альба є найстарішим вулканом Фарсиди. Він сформувався від 3,2 до 3,6 мільярдів років тому, у часи, до яких на Землі відносять найстаріші гірські породи, у яких знаходять ознаки життя.

     Що ж стосується найвідомішого вулкану цього регіону, то 21-кілометровий Олімп відділений від решти плато навіть сильніше, ніж Альба і розташований на захід від основного масиву До речі він вже не є найвищою горою Сонячної системи. Тепер це звання перейшло до піку Реясильвія на Церері. Але усе одно його розміри вражають. Уявіть собі гору площею як уся Правобережна Україна і висотою удвічі вищою за ту, на якій літають авіалайнери. Ось це і є вулкан Олімп. Не намагайтеся собі уявити, як він виглядає із поверхні, бо побачити його із поверхні Марсу увесь одразу просто неможливо.


     Крім того, цей вулкан не такий плискатий, як може здатися. Нижній частині його схилів можуть позаздрити і більшість гір на Землі і підіймаються ці схили аж на 7 кілометрів, тобто вище, ніж гора Аконкагуа, яку вже згадували. А на вершині величезної гори розташована кальдера такого розміру, що у ній легко вмістяться Лондон або Париж із передмістями і глибша за Чорне море.

     На фоні Олімпу основні вулкани Тарсису виглядають не такими великими, хоча насправді вони також незвичайного розміру. Вони вишикувалися у одну лінію у напрямку із північного сходу на південний захід. Найпівнічніший із них зветься Аскарійською горою. Вона має висоту у 18 кілометрів і площу, більшу ніж Харківська, Полтавська, Дніпропетровська та Сумська області мають разом узяті. Середній із вулканів зветься горою Павича і має найменший серед великих вулканів розмір — висоту у 14 і поперек у 380 кілометрів. Не зважаючи на це він має кальдеру діаметром у 47 і глибиною у 5 кілометрів, у якій би могла повністю вміститися гора Казбек на Кавказі.

     Що стосується найпівденнішого із вулканів - гори Арсія, то вона цікава не тільки своєю висотою у 19 кілометрів, але і просто величезною кальдерою, в середині якої могла б, цілком уміститися Тернопільська область. Крім того на схилах цієї гори виявлено кілька надзвичайно глибоких колодязів. При діаметрах, що вимірюються десятками метрів деякі із них мають глибину принаймні у 200 метрів. Сказати точніше неможливо, бо орбітальні апарати просто не бачать їхнього дна. Також треба додати, що крім цих велетенських гір на Фарсиді розташована купа дрібніших вулканів, вищих за Говерлу та із площею приблизно як у Харкова.

     Але на цьому цікавинки цього регіону Марсу не закінчуються. Бо на південний схід від трьох вулканів Фарсиди розташоване менше, але вище плато, висота якого сягає 11 кілометрів. Тут немає вулканів, але внаслідок розтягування кори воно вкрилося мережею каньйонів, о мають зловісну назву Лабіринт Ночі. Хоча ці каньйони на знімках виглядають тонкою сіткою, насправді їх глибина може сягати кількох кілометрів.


     При цьому западини Лабіринту Ночі не йдуть ні у яке порівняння і є тією грандіозною системою каньйонів, яка бере свій початок на схід від них. Відома як долина Маринер, насправді вона складається із кількох каньонів, кожен із яких на землі вважався б природнім дивом. Розпочинається усе каньйонами Іо і Титон, що тягнуться із заходу на схід. Далі вони переходять у три паралельні каньйони Офір, Мелес та Кандор. У каньйоні Мелес розташована найнижча точка на поверхні Марсу, бо він має глибину у 11 кілометрів. Усі три каньйони з'єднуються між собою і далі на схід від них відходить широкий і вкритий наносами каньйон Копрат, який далі переходить спочатку у каньйони Еос і Ганг, а потім у рівнину Хриса. Треба відмітити, що ширина цих каньйонів така, що знаходячись на їхньому дні ви мабуть не завжди могли б бачити їхні багатокілометрові стіни. Також характерною особливістю марсіанських каньонів є те, що це одне із небагатьох місць на червоній планеті, над яким регулярно утворюються густі хмари.

     На Марсі є ще багато цікавинок, але ніде вони не сконцентровані так сильно, як поблизу нагір'я Тарсис. І саме це робить цей регіон таким цікавим для досліджень. Такий ось він — Марс. Планета про яку усі говорять, але мало хто про неї дійсно щось знає.

середу, 6 січня 2016 р.

Дисперсні системи

 
У школі усіх навчають, що у природі речовина може бути в одному із чотирьох агрегатних станів: твердому, рідкому, газоподібному та плазменному. Однак досить часто ми стикаємося із ситуаціями, коли агрегатний стан певної речовини ми визначити просто не можемо. Саме так і відбувається із хмарами, зубною пастою, глиною. Описати стан усіх цих речей можно словом “дисперсна система”.
 
Те, що здається нам якимось особливим станом речовини, насправді є їх поєднанням особливим чином. Однак для того, щоб зрозуміти, що ж таке є дисперсна система, треба почати із такої досить незвичної штуки, як термодинамічна фаза. Термодинамічна фаза — це певна кількість речовини, однорідна у хімічному та фізичному плані і відділена від іншої речовини поверхнею поділу фаз. Останнє уточнення здається дещо штучним, однак воно дуже важливе, оскільки саме на поверхні поділу фаз відбувається купа не дуже зрозумілих на перший погляд, але досить важливих для нас явищ.
Так от, дисперсна система — це така система, яка складається із двох чи більше термодинамічних фаз, причому одна фаза міститься всередині іншої. Та, що знаходиться всередині зветься дисперсною фазою, а та, яка її оточує — це дисперсійне середовище. При цьому ці дві фази не змішуються, але і не розділяються повністю. Якщо це відбувається ( наприклад якщо дисперсна фаза випадає у осад) то система руйнується.
 
При цьому треба зазначити, що і дисперсна фаза і дисперсійне середовище можуть знаходитися у будь-якому із трьох агрегатних станів (плазма у вільному стані на Землі зазвичай не зустрічається) і в залежності від цього дисперсійні системи можуть виглядати геть по-різному. Єдине, що не утворює дисперсійну систему — це газ із газом, бо молекули газів увесь час рухаються і легко перемішуються, тому поверхня розділу фаз між ними не утворюється. Ви могли б заперечити, що пара, яку ми бачимо над чашкою гарячої кави — це і є приклад такої системи, однак там у якості дисперсної фази виступає не газоподібний стан усім відомого оксиду водню, а його дрібні крапельки, що встигають конденсуватися у повітрі безпосередньо після того, як вода випаровується.
Системи, у яких дисперсійним середовищем є газ, а дисперсна фаза — рідка чи тверда називаються аерозолями. Зазвичай ми звикли до того, що аерозолі — це щось, що продається у балончиках та випускається у повітря за нашим бажанням. Насправді ж аерозолями є багато інших речей, починаючи від диму і туману і закінчуючи хмарами у небі. Тому аерозолі — це мабуть ті дисперсні системи, які відомі геть усім.
 
Однак дисперсні системи, у яких дисперсійним середовищем виступає рідина не менш важливі для нас. Бо сама наша кров є такою системою і дуже важливим є її підтримання у стані саме дисперсної системи. Взагалі дисперсні системи із рідким середовищем поділяються на три типи в залежності від того, у якому стані у них знаходиться дисперсна фаза. Суспензії, у яких дисперсна фаза є твердою є найрізноманітнішими. Сюди входять і людська кров, і томатна паста і мул у воді.
Що стосується емульсій, то це мабуть найнезвичайніший вид дисперсних систем, оскільки саме тут далеко не всі речовини можуть виступати у якості дисперсної фази. Для більшості речовин спроба отримати дисперсну систему типу “рідина у рідині” закінчується приблизно так само, як спроба отримати дисперсну систему із двох газів. Однак із речовин, які зазвичай вільно змішуються між собою все ж створюють емульсії. Для цього застосовують додаткові речовини, які називаються  емульгаторами. Зазвичай це якісь рідини, молекули яких мають полярну структуру і створюють захисну плівку навколо часток тієї рідини, що має виступати у якості дисперсної фази. Такий прийом зокрема дуже часто використовується у харчовій промисловості, коли треба замінити речовину, яка у певному середовищі утворює дисперсну систему природнім чином дуже схожою на неї, але такою, що зазвичай у даних умовах не диспергує.
 
Окремо слід сказати про випадок коли дисперсну систему із рідиною утворює газ. На перший погляд це виглядає досить екзотично, але насправді із подібними системами ми також зустрічаємося ледь не щодня. Бо найпоширенішим представником газових емульсій є усім нам звичні піни: піна для гоління, піна на пиві, монтажна піна. Утворюються піни тоді, коли газу у рідині більше, ніж його у ній може розчинитися. Чому такий газ просто не виходить із неї, як це зазвичай буває? Причиною є сила поверхневого натягу, яка саме і виникає на границі розподілу фаз. Сила ця може бути настільки великою, що вона врівноважує силу Архімеда і рідина просто не може виштовхнути із себе газ. Звичайно, що це переважно можливе у тих випадках, коли площа поверхні бульбашки достатньо велика у порівнянні із її об'ємом. Тож зазвичай такий фокус виходить тільки із невеликими бульбашками. До речи, умови рівноваги в усіх попередніх дисперсних системах також багато у чому визначаються саме силою поверхневого натягу. Наприклад форму хмар також багато в чому визначає саме вона.
Що ж стосується дисперсних систем із твердим дисперсійним середовищем, то їхньою цікавою особливістю є те, що у них у порівнянні із попередніми видами сила поверхневого натягу тут не грає такої великої ролі. Натомість дисперсна фаза може відносно легко змінюватися без руйнування структури матеріалу. Почати тут краще із ситуації, коли дисперсна фаза газоподібна. Це будь-яке пористе тіло. Прикладами тут можуть бути і пінопласт і губка у ванній кімнаті. Якщо останню намочити, то вона переходить із стану дисперсної системи із газоподібною дисперсною фазою до системи із рідкою фазою. А якщо таку губку просочити якоюсь речовиною, що може тверднути, то кінцевим результатом стане утворення системи типу “тверде тіло-тверде тіло” яку зазвичай називають композитним матеріалом.
 
Таким чином ми весь час у своєму житті зустрічаємося із дисперсними системами та їхніми незвичними властивостями, але зазвичай цього просто не усвідомлюємо. І якщо зрозуміти що собою являють такі системи, то багато того, що ми кожен день використовуємо не розуміючи стане більш зрозумілим, але від того не менш цікавим.

понеділок, 4 січня 2016 р.

Система небесних координат

     Система координат — це найточніший спосіб визначити взаємне положення двох чи більше точок на площині чи у просторі. У астрономії застосовується кілька систем координат, однак усі вони є сферичними, тобто описують небо як сферу. Є основна площина, яка перетинає цю сферу, утворюючи коло. Є пряма, перпендикулярна цій площині, що утворює два полюси.
     У якості прикладу можна узяти екваторіальну систему координат. У неї основною площиною є та, що проходить через небесний екватор, а північний полюс співпадає із напрямком на Полярну зорю. Перша координата називається  схиленням і являє собою кут між напрямком на небесний екватор та напрямком на об'єкт. Вимірюється у градусах і може бути від -90 до 90. При цьому -90 — напрямок на південний полюс, 0 — на екватор, 90 — на північний полюс. Друга координата називається прямим піднесенням і вона являє собою кут між небесним меридіаном весняного рівнодення та небесним меридіаном, на якому знаходиться зоря. Однак на відміну від схилення, пряме пі піднесення вимірюється у годинах, хвилинах і секундах.
 
     Така система координат може здатися досить дивною, однак для наземних спостережень вона була і ще довго буде залишатися основною. Бо небо над нашою головою змінюється в залежності від часу доби, пори року і положення спостерігача на земній кулі. Однак як би не змінювалося небо, кути між зірками завжди залишаються одними і тими ж самими і застосовуючи систему кутів легко можна робити перерахунки, визначаючи час і місце появи тієї чи іншої зорі у для конкретної точки спостереження досить неважко. Саме ця система дозволяє надійно ідентифікувати об'єкти у небі.
     Проблема полягає у тому, що наш всесвіт не є вогниками на темній сфері, а являє собою величезну тривимірну структуру. І якщо ми спробуємо достатньо точно хоча б невелику частину цієї структури собі уявити користуючись екваторіальною системою координат, то дуже швидко зрозуміємо, наскільки це важко. По перше до двох координат доведеться додати ще третю — відстань до об'єкту. По-друге, розуміння положення зірок це не дуже полегшує. Наприклад розглянемо досить просту задачу. У нас є три зірки із відомими прямими піднесеннями, схиленнями та відстанями до них. Треба визначити відстані між цими трьома зірками. Рішення такої задачі у сферичних координатах настільки складне із застосуванням тригонометричних функцій, що зазвичай її вирішують, просто переходячи до координат декартових, у яких вона вирішується за формулою D=sqrt((x2-x1)^2+(y2-y1)^2+(z2-z1)^2). Тобто усе що треба — це прямокутна система координат XYZ, знайома мабуть усім. Значно простіша у використанні і більш інтуїтивно зрозуміла, ніж сферична, однак абсолютно непридатна для ведення спостережень із Землі. У обсерваторіях нею користуватися абсолютно неможливо.
     Однак користуватися екваторіальною системою координат добре, коли ти сидиш біля її початку і нікуди не рухаєшся. Коли ж ти починаєш пересуватися простором, який цією системою координат описується, о швидко розумієш, яка вона незручна. Спробуйте поїздити Харковом, користуючись у якості координат азимутом на ваше місцезнаходження, узятим від Держпрома та відстанню до нього. Причому враховуйте, що їхати вам треба не до Держпрома, а, наприклад з Холодної Гори на Основу, причому найкоротшим шляхом. А тут воно ще у тривимірному просторі. І “азимутів” аж два штуки одночасно.
 
     Тому можна припустити, що у майбутньому, коли людство навчиться пересуватися між зорями основною буде саме декартова система координат, якою б невдалою для сучасних спостерігачів вона не була.