Космос: Пространство и время

1/1

Ведущий Тайсон представляет зрителям «корабль воображения», один из элементов повествования в шоу, и при помощи него показывает настоящее, прошлое и возможное будущее Земли. Отправившись в полет на «корабле», Тайсон раскрывает зрителю т. н. «космический адрес» Земли, который начинается с названия самой планеты и заканчивается Сверхскоплением Девы и наблюдаемой Вселенной. Позже Тайсон объясняет, что человечество не всегда определяло «космический адрес» так, как сейчас, и описывает судьбу итальянского ученого эпохи Возрождения Джордана Бруно, которого преследовала церковь за идеи о вращении Земли вокруг Солнца. Тайсон вводит понятие Космического Календаря, еще одного регулярного элемента повествования, для рассмотрения всей истории наблюдаемой Вселенной от Большого взрыва до наших дней. Вся суть сводится к тому что эта история сжимается до одного календарного года, в котором Большой взрыв происходит в полночь 1 января, а вся человеческая история занимает последние 14 секунд последней минуты 31 декабря.

1/2

Тайсон рассказывает как об искусственном отборе путем разведения, используя пример одомашнивания волков и эволюции их в современных собак, так и о естественном отборе на примере эволюции белых медведей. Тайсон использует «корабль воображения», чтобы продемонстрировать зрителю ДНК, гены и процессы мутации, которые привели к тому многообразию видов, представленному Древом Жизни, какое мы знаем сейчас. Также объясняется каким образом мог развиться такой сложный орган, как глаз. Далее Тайсон рассуждает о вымирании многих видов, рассказывая о пяти катастрофах прошлого, которые привели к массовой гибели многих живых существ, а также о тихоходке, животном, пережившем все эти пять катастроф. Тайсон рассуждает о наличии жизни на других планетах, например, на спутнике Сатурна, Титане, а также о том, как абиогенез мог привести к появлению жизни на Земле.

1/3

Ведущий разъясняет, как распознавание образов помогло первым цивилизациям сделать первые шаги в астрономии и астрологии, чтобы предсказать смену времен года, а также впервые рассмотреть появление кометы как знамение. Также Тайсон добавил, что происхождение комет было объяснено лишь в XX веке теорией Яна Хендрика Оорта о наличии вокруг Солнечной системы облака Оорта, откуда и прилетают все кометы. Далее Тайсон описывает сотрудничество в Кембридже между Эдмундом Галлеем и Исааком Ньютоном в конце XVII века, которое привело к появлению на свет труда «Математические начала натуральной философии», описывающего физические законы в математических формулах. В третьей части эпизода Тайсон рассказывает, как Эдмунд Галлей взял за основу труд Ньютона и сделал свой собственный вклад в науку о мире: рассчитал расстояние от Земли до Солнца, открыл движение звезд, а также выдвинул теорию, что кометы тоже вращаются вокруг Солнца, и предсказал дату прилета одной из них, впоследствии названной в его честь. Тайсон сравнивает научные подходы, использованные Галлеем и Ньютоном, с теми, что использовались древними цивилизациями, и рассматривает их вклад как первые шаги человечества в исследовании Вселенной.

1/4

Тайсон начинает эпизод с объяснений понятия скорости света и обсуждения того факта, что свет множества звезд и галактик в наблюдаемой Вселенной доходит до нас через миллионы лет после того, как он начал свой путь. Далее раскрывается как современная астрономия использовала этот факт, известный как концепция глубокого времени, чтобы вычислить дату Большого взрыва и возраст наблюдаемой Вселенной. Тайсон продолжает рассказ повествованием о том, как труды Исаака Ньютона, Уильяма Гершеля, Майкла Фарадея и Джеймса Клерка Максвелла способствовали пониманию природы электромагнитных волн и гравитации, а также о том, как эти труды подтолкнули Альберта Эйнштейна к разработке Теории Относительности и пониманию света как фундаментальной константы вселенной, а гравитации – как искажения в пространстве-времени. Тайсон также описывает понятие темных звезд, которые, как утверждал Джон Мичелл, нельзя увидеть, но которые можно обнаружить по воздействию, которые они оказывают на другие, видимые, звезды, попавшие в их гравитационную ловушку. Этой идеей Уильям Гершель пользовался для обнаружения систем двойных звезд. Тайсон после этого описывает черные дыры, их природу, их гравитационные силы, способные притягивать даже свет, и способность испускать рентгеновские лучи, что позволит их обнаружить, как была обнаружена черная дыра Лебедь X-1 в созвездии Лебедя. Тайсон использует «корабль воображения», чтобы показать черную дыру вблизи и рассказать о деформации ткани пространства-времени и релятивистском замедлении времени, как о событиях вблизи горизонта событий черной дыры, и что это может привести к путешествию в другие точки пространства и даже стать способом путешествия во времени.

1/5

Эпизод посвящён волновой теории света, изученной человечеством. Изучение света стало частью научного прогресса начиная с таких ранних экспериментов в этой области, как создание 2000 лет назад китайским ученым Мо-цзы камеры-обскуры. Тайсон описывает работу арабского ученого XI века Ибн аль-Хайсама, который, как полагают, был первым исследователем в области оптики, что привело к появлению телескопа, а также одним из первых, кто начал применять научный метод. Тайсон переходит к открытиям, которые позволили человечеству понять природу света. Он рассказывает про работу Исаака Ньютона, который преломил свет при помощи призмы и продемонстрировал, что свет состоит из цветов видимого спектра, а также о Уильяме Гершеле, эксперименты которого позволили добавить к видимому спектру инфракрасные волны. Йозеф Фраунгофер кроме призмы использовал также телескоп, чтобы рассмотреть спектр крупным планом, и выяснил, что на цветовых полосах имеются продольные черные линии. Позже было выявлено, что эти линии Фраугофера вызваны поглощением света при перемещениях электронов в атомах вещества с одной орбитали на другую (в шоу использована боровская модель атома) при прохождении света сквозь эти атомы, при этом местоположение черных линий уникально для каждого химического элемента. Данное открытие впоследствии составило основы астроспектроскопии, основной метод исследования в котором заключается в изучении химического состава далеких звезд путем выявления их цветового спектра. Это позволило астрономам не только судить о составе звезд, планет и звездных скоплений, но и наблюдать движение звезд и расширение вселенной, а также выдвинуть гипотезу о существовании темной материи.

1/6

Эпизод посвящён рассмотрению космоса на микроскопическом и атомарном уровнях. Тайсон рассказывает о микроорганизмах, которые существуют внутри одной маленькой росинки, в том числе и об инфузориях и тихоходках. От этой темы он переходит к описанию того, как растения при помощи своих хлоропластов используют фотосинтез, чтобы преобразовать углекислый газ и воду в кислород и богатый энергией сахар. После Тайсон рассуждает о природе атомов и молекул и о том, каким образом это касается появления многообразия видов. В качестве примера он использует утверждение Чарльза Дарвина о существовании еще неизвестного в то время мотылька с самым длинным хоботком, Xanthopan morganii, основанное на том факте, что цветок орхидеи-кометы имеет длинную шпору с нектаром на дне. Далее он показывает, как запахи цветов стимулируют обонятельные центры мозга и каким образом это может вызвать различные воспоминания. Тайсон рассказывает о том, как древнегреческие философы Фалес и Демокрит распространяли учение о том, что вся материя состоит из атомов во всем многообразии их сочетаний и как углерод формирует основу жизни в силу уникальности своей химической природы. Тайсон объясняет на основе протонов, нейтронов и электронов процесс ядерного синтеза, происходящий в большинстве звезд, и как при этом преодолеваются силы электростатического отталкивания, не позволяющие атомам коснуться друг друга. От этих объяснений Тайсон переходит к рассказу о нейтрино, которые появляются во время процесса ядерного синтеза и способны проходить через любую материю, что практически лишает возможности их обнаружить. Тайсон объясняет, что на Земле созданы специальные резервуары с водой и датчиками, такие как детектор Super-Kamiokande, которые позволяют обнаруживать нейтрино в момент столкновения этих частиц с молекулами воды. Также Тайсон обращает внимание на тот факт, что нейтринные вспышки от взрыва сверхновой SN 1987A в Большом Магеллановом Облаке были зафиксированы за три часа до световой вспышки. Это объясняется тем, что излучение нейтрино происходит раньше самого коллапса звезды. Эпизод заканчивается упоминанием о нейтрино, оставшихся от Большого взрыва и еще существующих во вселенной. Однако из-за природы света часть событий, произошедших после Большого взрыва, скрыты «стеной бесконечности», заглянуть за которую в данный момент невозможно.

1/7

Эпизод посвящён тому, как научными методами был определен возраст Земли, и как Клэр Паттерсон, занимавшийся этим вопросом в середине XX века, боролся с глобальным загрязнением природы свинцом. Тайсон сначала описывает как из разрозненных кусков материи через несколько миллионов лет после рождения Солнца сформировалась Земля. Так как ученые при помощи геологических исследований горных пластов могут проследить лишь события последних нескольких миллионов лет, то в качестве исходного материала использовались обломки упавших метеоритов, таких как те, что были найдены в Аризонском метеоритном кратере. Ученые знали, что метеориты прилетели из пояса астероидов, который появился в то же время, что и Земля, поэтому посчитали метеориты идеальным материалом для определения возраста Земли. Тайсон в общих чертах обрисовывает работу Паттерсона как ученика Гаррисона Брауна, которая состояла в определении количества свинца в частицах циркона, взятых из метеорита в Аризонском кратере, в то время как Джордж Тилтон проделывал ту же работу, определяя количество урана; если бы удалось установить период полураспада радиоактивного урана в метеоритах, то можно было бы определить возраст Земли. Поняв, что не может получить правильный результат из-за загрязнения окружающей среды свинцом, что чрезмерно завышает этот результат, Паттерсон потребовал создание идеально чистого помещения, в котором он и определил возраст Земли в 4,5 млрд лет. Тайсон переходит к теме того, как Паттерсон, столкнувшись с загрязнением свинцом, решил привлечь внимание к этому факту широкую общественность. Тайсон объясняет, что свинца нет на поверхности, но его добычей из глубин земли с радостью занимались люди (начиная со времен Римской империи), и что свинец является токсичным. Паттерсон доказал факт загрязнения свинцом, исследовав глубины океана и антарктический лед, показывающие, что содержание свинца на поверхности не является естественным. Вскоре он обнаружил, что высокий уровень загрязнения свинцом обусловлен использованием тетраэтилсвинца в этилированном бензине, несмотря на то, что Роберт А. Кехо и другие упрямо настаивали на безопасности продукта. Паттерсон продолжил свою кампанию по борьбе с глобальным загрязнением свинцом, что в итоге привело к появлению закона об ограничении использования свинца.

1/8

Эпизод рассматривает состав, строение и эволюцию звезд. Тайсон начинает с описания попыток первых людей связать звезды в созвездия и объяснить появление этих созвездий при помощи различных мифов и легенд (например, мифа о Плеядах). Далее Тайсон продолжает повествование, обратившись к теме того, как Эдуард Чарлз Пикеринг работал над одновременным фиксированием спектра нескольких звезд, и того, как помощницы Пикеринга, учетчицы Гарварда (или «гарем Пикеринга»), каталогизировали все спектры этих звезд. Среди учетчиц были Энни Джамп Кэннон, которая создала и развила Гарвардскую спектральную классификацию звезд, и Генриетта Суон Ливитт, которая обнаружила способ определить расстояние от Земли до каталогизируемой звезды, а также выявить ее состав. Позже к ним присоединилась Сесилия Пейн, которая завязала крепкие дружеские отношения с Кэннон, а также определила, что классификация, созданная Кэннон, связана с составом и температурой звезд. Тайсон переходит к описанию жизненного цикла звезд, о котором можно судить по межзвездным облакам. Он объясняет, что звезды, подобные Солнцу, сохраняют свой размер за счет баланса между гравитацией, сжимающей все газы внутрь звезды, и ядерными процессами, наоборот выталкивающими эти газы наружу. Когда с возрастом Солнце станет более горячим и ярким, этот баланс нарушится и Солнце начнет расширяться до тех пор, пока не превратится в красного гиганта, а после не сожмется в белого карлика – прекращение жизненного цикла при ограниченных атомных силах. После Тайсон рассказывает о более разрушительных прекращениях жизненного цикла звезд, когда эти звезды превращаются в новые и сверхновые звезды – в зависимости от их размера – и впоследствии взрываются, становясь пульсарами. Крупные звезды также могут «схлопнуться» в черные дыры. Также Тайсон описывает, что звезды могут быть настолько большими (например, звезда Эта Киля, которую считают нестабильной двойной звездой массой в 120 и 30 Солнц для каждого компонента соответственно), что в относительно ближайшем будущем они могут превратиться в гиперновую звезду.