Порой ответы на самые, казалось бы, простые детские вопросы требуют привлечения серьезных научных дисциплин. Почему небо голубое, почему желтеют листья и сколько на небе звезд, рассказывают ученые.

Почему падают звезды?

С научной точки зрения звездопад — это достаточно прозаичное явление: взаимодействие атмосферы Земли с остатками пылевого хвоста кометы. Но для наблюдателей это очень красивое и впечатляющее явление. Когда комета приближается к Солнцу, ее ядро, состоящее из смеси льда и пыли, разогревается, выделяя пыль и водяной пар. Молекулы воды разрушаются излучением Солнца, а вдоль всей траектории кометы остается разреженный пылевой шлейф. Когда Земля проходит через этот шлейф, мельчайшие частицы породы попадают в атмосферу и сгорают в ней, вспыхивая, как звезды. Эти сияющие следы сгоревшего вещества называют метеорами. Наиболее мощным метеорным потоком считается августовский поток Персеид, который связывают с кометой Свифта — Таттла. Хотя сама комета приближается к Земле раз в 135 лет, каждый год наша планета проходит через ее пылевой след. Создается впечатление, что все метеоры исходят из одной области небесной сферы — со стороны созвездия Персея. Пик активности Персеид приходится, как правило, на 12–14 августа, хотя увидеть метеоры можно в течение всего месяца.

Астрофизик Валерий Шематович о метеорных потоках

Почему люди дрожат от холода?

Для адекватного протекания биохимических реакций в организме млекопитающих должна непременно поддерживаться оптимальная температура. Существует два основных способа повышения температуры тела — сократительный и несократительный термогенез. Первый механизм теплопродукции сопряжен с сокращениями мышц тела и является главным у взрослого человека, второй связан с изменением интенсивности обмена веществ. Любое мышечное движение вызывает усиление продукции тепла: энергия химических связей специальных веществ преобразуется в механическую работу, а часть энергии выделяется в виде тепла. Интересно, что произвольные сокращения мышц, управляемые сознательным усилием воли, менее эффективно повышают температуру тела, чем дрожь.

В дрожи задействованы разные группы мышц, в том числе разгибательные мышцы и жевательная мускулатура. За запуск механизмов термогенеза отвечает нервный центр контроля температуры тела, который находится в гипоталамусе. Он отправляет сигналы в спинной мозг, из которого исходят нервы, непосредственно иннервирующие мышцы тела. Различные структуры головного и спинного мозга имеют тесные анатомические и функциональные взаимосвязи друг с другом, поэтому люди могут дрожать не только от холода, но и при сильном эмоциональном возбуждении.

Физиолог Павел Умрюхин о механизмах теплопродукции

Почему осенью желтеют листья?

За зеленый цвет, который преобладает в растениях весной и летом, отвечает хлорофилл — пигмент, содержащийся в хлоропластах. С его помощью происходит фотосинтез. Осенью растения стараются изъять из листьев все доступные питательные вещества: они превращаются во что-то растворимое и переносятся в стебли и корни, где и хранятся в течение зимы. Хлорофилл разрушается, и становятся видны другие группы пигментов, которые были замаскированы его зеленой окраской — каротиноиды и антоцианы, придающие листве желтую и красную окраску. Количество определенных пигментов в листьях зависит от вида и даже сорта деревьев: например, для березы красная окраска листвы нехарактерна, потому что в них не накапливаются антоцианы.

Пигменты обладают разнообразными функциями: каротиноиды участвуют в фотосинтезе, а антоцианы отпугивают насекомых, наносящих вред растению. Так как антоцианы — это фенольные соединения и вместе с ними растение может синтезировать другие, более токсичные вещества, тля, видя красную окраску листвы, инстинктивно опасается, что растение ядовито. Кроме того, накопление антоцианов может свидетельствовать о стрессе, которое испытывает растение при недостатке воды и минерального питания, избытке света, заморозках. Чем ярче светит солнце и суше осень, тем ярче будут красные краски.

Биолог Владимир Чуб о функциях растительных пигментов

Почему зебры полосатые?

По одной из версий, зебры таким образом маскируются. Черно-белые полосы — это «расчленяющая» окраска, которая позволяет разделить силуэт животного на части, и глаз хищника не воспринимает животное целиком. Полосатому животному гораздо легче спрятаться в траве; кроме того, при поднимающемся мареве от раскаленной земли вертикальные полоски начинают колебаться и расплываться, и зебра становится практически невидимой. По другой версии, на темные полоски хуже садятся кровососущие насекомые. И наконец, существует предположение, что контрастная окраска зебры — это природный кондиционер. Темноокрашенные и светлоокрашенные полосы нагреваются по-разному, и получается конвекция воздуха, поэтому кожа зебр на солнце нагревается меньше, чем кожа других копытных в этом же климате. Все эти версии взаимно дополняют друг друга.

Предки зебр, скорее всего, имели более однотонную темную окраску, а белый цвет появился вторично. Полосатость у зебр могла изначально проявиться в ходе мутации или работы скрытых генов, и эта особенность оказалась эволюционно выгодным адаптивным признаком для популяции, поэтому поколение за поколением контрастность и количество полос увеличивались.

Зоолог Наталья Спасская о преимуществах полосатости

Почему пингвины не летают?

Как и тюленям, пингвинам суша нужна лишь для продолжения рода. В угоду водному образу жизни пингвинам пришлось пожертвовать изяществом фигуры, быстротой и ловкостью передвижений по суше и льду, а главное, способностью к полету в воздухе. Но пингвины все равно умеют летать, правда в воде. Их укороченные крылья не бесполезные придатки, как у киви, казуаров или эму, а рабочий инструмент, прекрасно приспособленный для передвижения в более плотной среде, чем воздух. Плывущие пингвины способны развить скорость до 10–14 км/час (обычно 2–7 км/час), а при опасности, разогнавшись, выпрыгивают на берег или лед вертикально на 1,5–2 метра. Под водой крупные виды могут находиться более 18 минут, ныряя при этом на глубину до 260 метров.

Под водой пингвины производят взмахи подобно летающим птицам. Более того, пингвиньи крылья могут совершать и более сложные, почти винтообразные движения в плечевом суставе. Локтевой и кистевой суставы стали малоподвижными, а кости предплечья и кисти — уплощенными. Пояс передних конечностей пингвинов развит почти как у летающих птиц. Кость грудины несет высокий киль, к которому прикрепляются крупные грудные мышцы, которые могут составлять четверть массы пингвина, что значительно больше, чем у многих хороших летунов. Мышцы, отвечающие за опускание и подъем крыла, равны по мощности и массе, так как в воде оба движения требуют одинаковых усилий. Ноги используются под водой как рули глубины. По суше пингвины передвигаются в вертикальном положении и даже способны бегать и прыгать.

Орнитолог Евгений Коблик о водоплавающих птицах

Почему небо голубое?

Когда свет от Солнца падает на Землю, он проходит по межпланетному пространству, представляющему собой вакуум, входит в атмосферу и взаимодействует с неоднородностями воздуха, в состав которого входят атомы разных элементов: кислорода, азота, углерода. На этих неоднородностях происходит рассеяние света. Оно зависит от длины световой волны. Диапазон видимого излучения охватывает разные цвета: красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, фиолетовый. Красный имеет наибольшую длину волны, фиолетовый — наименьшую. Наше зрение менее чувствительно к фиолетовому, чем к синему. Свет с короткой длиной волны рассеивается наиболее эффективно. Поэтому синий свет заполняет все небо, и мы видим его голубым. Если бы самая короткая волна, которую способен зафиксировать человеческий глаз, соответствовала зеленому цвету, небо было бы для нас зеленым. Ночью небо темное, потому что Земля затмевает Солнце, и на ночной стороне земного шара мы видим только звезды. Соответственно, получаем очень мало рассеянного света.

Рекомендуем по этой теме:
19498
Почему слово вертится на языке?

Астроном Владимир Кузнецов о рассеивании солнечного света в атмосфере Земли

Сколько звезд на небе?

Конечно, астрономы хотели бы сосчитать, сколько звезд во всей Вселенной. Но пока это невозможно. Этим подсчетам препятствует космическая пыль, которая перехватывает свет далеких звезд. Приходится руководствоваться примерными расчетами, применимыми для обозримого участка Вселенной. В нашей Галактике примерно 200 миллиардов звезд. В обозримой области Вселенной около 100 миллиардов таких галактик, и, если перемножить эти два числа, получится 2•1022.

Если же подсчитывать, сколько звезд человек видит на ночном небе, то нужно учитывать, при каких обстоятельствах он наблюдает звездное небо. Считается, что невооруженным глазом можно увидеть около шести тысяч звезд, однако это зависит от условий наблюдения. В городах из-за засветки видно не более 200 звезд в ясную погоду — это самые яркие звезды, на которые ориентировались штурманы кораблей и самолетов. За городом на уровне моря можно увидеть до полутора тысяч звезд. А чтобы увидеть в два раза больше, нужно отправиться в высокогорную пустыню, где слой атмосферы тоньше, а воздух суше, и это наилучшие условия для наблюдений. Но и в этот раз над вами будет не шесть, а три тысячи звезд, потому что одна половина небосвода видна, а вторая скрыта земной поверхностью. Придется подождать достаточно долго, отъехать к экватору и дождаться, когда Земля повернется на пол-оборота — тогда можно увидеть остальные три тысячи звезд невооруженным глазом. Чтобы увидеть еще больше звезд, нужно воспользоваться телескопом. Чем больше диаметр объектива телескопа, тем менее яркие звезды видны. Наиболее зоркие телескопы — космические: им не мешает земная атмосфера.

Астроном Владимир Сурдин о попытках сосчитать все звезды Вселенной

Почему мы спим ночью?

В мозге человека в области гипоталамуса существует клеточное образование — ядро, которое выполняет функцию внутренних часов. Максимальная активность этого ядра приходится на дневное время, а минимальная — на ночное. С помощью различных нервных связей эти часы управляют деятельностью других отделов мозга, например дыхательного центра, другие отделы — так называемые вторичные ритмоводители — управляют деятельностью всего организма. Внутренние часы узнают о том, день сейчас или ночь, от сетчатки глаза, рецепторы которой воспринимают интенсивность светового потока. Когда на улице начинает темнеть, импульс приходит к внутренним часам и сигнализирует клеткам, что нужно замедлять обмен веществ, приспосабливаться к ночному времени. Периодичность хода наших внутренних часов не равна периоду вращения Земли, а обычно немного превышает его. И поэтому каждый день мы подстраиваем внутренние часы под вращение Земли.

После авиаперелетов, при которых человек пересекает несколько часовых поясов, внутренние и внешние часы рассинхронизируются: его организм продолжает работать по-старому, но вокруг уже другое освещение и другое астрономическое время. Примерно треть людей способна быстро приспосабливаться к новому циклу при смене часовых поясов. Слепые люди живут по собственным суткам, которые отличаются от 24-часового цикла. Если у них нет какой-то регулярной социальной активности, они начинают жить по собственному распорядку и чувствуют себя комфортно.

Сомнолог Михаил Полуэктов о внутренних часах человека

Почему язык прилипает к холодному металлу?

Язык прилипает зимой к холодному металлу потому, что он в нормальном своем состоянии теплый, а вот металл или лед зимой — холодные. При соприкосновении тепло начинает перетекать из горячего тела в холодное. Скорость этого процесса определяется двумя параметрами: теплоемкостью и теплопроводностью. Теплоемкость определяет, как много тепла нужно, чтобы нагреть тело на один градус, а теплопроводность — это способность тела проводить тепло от более нагретых частей тела к менее нагретым. Теплоемкость языка и железа на килограмм веса различается несильно. Правда, килограмм железа занимает на порядок меньший объем, чем килограмм языка. За счет большей массы железный столб качели требует гораздо больше тепла, чтобы нагреться на один градус, в отличие от языка. Зато теплопроводность у железа в несколько сот раз выше, чем у человеческого тела: железо отводит тепло от места контакта с языком гораздо быстрее, чем язык подводит тепло из тела человека. А благодаря большой массе крупные металлические конструкции способны поглотить огромное количество тепла, почти не нагревшись.

В итоге язык начинает очень быстро остывать, и первым замерзает слой воды на его поверхности. Лед и металл образуют превосходный контакт, а так как клетки языка по большей части состоят из воды, то, замерзая, они хорошо соединяются со льдом. В итоге язык прилипает к металлическому столбу задолго до того, как наступит равновесие между количеством тепла, подводимого человеком к языку и забираемого железом через замерзшую часть языка.

Физик Алексей Акимов о теплопроводности и теплоемкости

Когда погаснет Солнце?

Солнце — звезда третьего поколения: его вещество уже два раза побывало в других звездах. Из-за колебаний плотности вещества во Вселенной после Большого взрыва образовались уплотнения, которые стали сжиматься под действием самогравитации. В этих уплотнениях образовались галактики и звезды. Подобным образом родилась некая звезда, которая при взрыве выбросила свое вещество, а из этого вещества снова образовалась звезда, которая через какое-то время тоже взорвалась. Вещество снова было разбросано, и из него образовалось Солнце. При этом общий возраст Вселенной — примерно 10 миллиардов лет, а возраст Солнца — 4,5 миллиарда лет.

Солнце состоит из водорода (около 73%) и гелия (около 25%), на долю других элементов приходится примерно 2%. Сейчас в недрах звезды проходят ядерные реакции синтеза: водород превращается в гелий. Когда в ядре Солнца закончится водород, его горение будет перемещаться наружу, и радиус звезды увеличится. Она превратится в красный гигант, который поглотит и испепелит Меркурий, Венеру и Землю. После того как водород и гелий полностью выгорят, в ядре Солнца прекратятся ядерные реакции, и оно станет белым карликом — плотной и мертвой маленькой звездой, вокруг которой будут вращаться останки уцелевших Марса, Юпитера и Сатурна. Таким образом, постепенно Солнце закончит свое существование примерно через 5 миллиардов лет.

Астроном Владимир Кузнецов об эволюции Солнца