С древнейших времен и до наших дней человечество стремится покорять новые высоты, возводя гигантские конструкции, символизирующие технологический прогресс и культурное величие. В истории мы найдем немало легенд о великих башнях прошлого, и у многих из них есть реальные основания. Так, например, прототипом легендарной Вавилонской башни считается зиккурат Этеменанки, достигавший высоты 91 метра.  А первой в истории башней, высота которой была более 100 метров, был, по-видимому, не сохранившийся до нашего времени Александрийский маяк, входящий в список Семи чудес древнего мира. На протяжении почти 1 000 лет он служил ориентиром для кораблей у побережья Египта.

В широком смысле башней является любое сооружение, высота которого существенно преобладает над длиной или диаметром основания. И в современном мире подобные конструкции строят не только ради архитектурного украшения ландшафта, но и с вполне практическими целями: зачастую они становятся градообразующими центрами деловой и общественной жизни, а также выполняют полезные технические функции, например, передачу сигналов телерадиовещания. И в этой статье мы расскажем о самых высоких башнях в разных регионах мира. Оговоримся, что в основной текст статьи не вошли коммуникационные вышки и глубоководные платформы, в которых не оборудованы внутренние помещения. Но с краткими описаниями наиболее выдающихся примеров таких сооружений вы тоже сможете ознакомиться в конце статьи.

Топ-3 самых высоких башен Азии

Азия — это не только крупнейшая часть света, но и регион с рекордным количеством грандиозных башен высотой более 500 метров. И если к концу XX века «страной небоскребов» в Азии считалась Япония, то в наши дни за это звание борются Китай, Южная Корея, а также ряд стран Ближнего Востока и Юго-Восточной Азии.

• Бурдж-Халифа

Самой высокой башней Азии и всего мира является Бурдж-Халифа. Этот небоскреб расположен в Дубае — крупнейшем городе Объединенных Арабских Эмиратов. Общая высота здания составляет 829,8 метра — на 22% больше, чем у занимающей второе место в списке Merdeka 118. При этом важно отметить, что значительную часть высоты башни Бурдж-Халифа составляет 244-метровый шпиль, лишь малая часть которого имеет полезный функционал, будучи оснащенной небольшим комплексом телекоммуникационного оборудования. Поэтому гигантский шпиль дубайского небоскреба нередко называют «высотой тщеславия».

Строительство башни началось в 2004 году, а уже в 2010-м она была введена в эксплуатацию, став ключевым элементом делового района Даунтаун. Она названа ы честь шейха Халифы ибн Заида Аль Нахайяна, во время правления которого с 2004 по 2022 годы страна развивалась особенно быстрыми темпами и с арабского языка название небоскреба переводится как «Башня Халифы».

Дизайн Бурдж-Халифа сочетает черты неофутуризма и традиционной исламской архитектуры. Концепция со спиральными Y-образными блоками одновременно позволяет распределять нагрузку на несущие конструкции и является отсылкой к минарету мечети в Самарре (Ирак), построенной еще в IX веке.

• Merdeka 118

Вторая по высоте башня Азии и мира находится в столице Малайзии Куала-Лумпуре. В переводе с малайского «merdeka» означает «независимость», а 118 — это количество этажей небоскреба.

Merdeka 118 строили с 2014 по 2023 годы. Общая высота здания составила 678,9 метра. Необходимость возведения столь масштабного сооружения вызывала споры — общественные деятели настаивали на том, что разумнее было бы направить средства на развитие малайзийских систем здравоохранения и образования. Стоимость возведения составила около $1 млрд, или 5% от бюджета, выделенного на развитие страны. Однако теперь можно констатировать, что этот многофункциональный комплекс с торговым центром, жилыми, гостиничными и офисными помещениями немало поспособствовал развитию экономики столицы Малайзии и стал одной из главных туристических достопримечательностей страны.

Дизайн-концепция с ромбовидными стеклянными фасадами выглядит очень современно, а между тем она основана на орнаментах традиционной ткани сонгкет, которую начали изготавливать в Юго-Восточной Азии около II века до нашей эры. В ночное время рельефы здания подчеркивают светодиодные ленты общей протяженностью более 8 километров, расположенные по граням блоков. Хотя башня Merdeka 118 официально введена в эксплуатацию, открытие смотровых площадок на высоте 510 и 568 метров запланировано только на вторую половину 2025 года.

• Tokyo Skytree

Тройку самых высоких зданий Азии и всего мира замыкает телевизионная башня, расположенная в центральной части японской столицы Токио. Все ключевые работы по строительству были выполнены с 2008 по 2012 годы. Tokyo Skytree имеет высоту 634 метра. После введения в эксплуатацию к ней перешли функции прежней 330-метровой телебашни, которая больше не могла обеспечивать достаточную зону покрытия цифрового телевидения. Название «Небесное дерево» было выбрано в ходе общенационального голосования. Оно ассоциируется с традиционным дизайном сооружения и одновременно отражает важную роль деревьев как символов культуры Японии.

Архитекторы Tokyo Skytree уделили особое внимание стойкости конструкции к землетрясениям. Для этого они спроектировали внутреннюю стальную колонну. Ближе к основанию она жестко соединена с внешними элементами, а на высоте более 125 метров используется система амортизаторов, поглощающих значительную часть подземных толчков. Высота башни была выбрана неслучайным образом, она имеет важное символическое значение. Последовательность цифр 6, 3 и 4 в японском языке произносится как «му-са-си». Мусаси — это историческое название провинции, в которой расположен Токио.

Топ-3 самых высоких башен Америки

В этом разделе мы поговорим о самых высоких башнях Северной Америки, так как ни одно из сооружений, расположенных в Южной Америке, не достигает в высоту даже 250 метров. Впечатляющие небоскребы являются визитной карточкой мегаполисов США, однако самая высокая башня Америки находится в другой стране.

• Си-Эн Тауэр

На рубеже XX и XXI веков телевизионная башня высотой 553 метра, расположенная в канадском городе Торонто, была самым высоким сооружением мира, но в наши дни она находится в нижней части топ-10 глобального рейтинга. Строительство телебашни в Торонто проходило в крайне сжатые сроки — с 1973 по 1975 годы. Первоначально здание принадлежало Канадской национальной железнодорожной компании, биржевым кодом которой является аббревиатура CN, а название на английском — Canadian National Railway. Когда башня была передана в государственную собственность, было решено оставить ее историческое название, которое расшифровывается теперь как Canada's National Tower (Национальная башня Канады).

Конструкция башни Си-Эн Тауэр состоит из 3 основных элементов. Ее полая основная часть, достигающая высоты 342 метров, полностью отведена под лифтовые шахты, лестничные пролеты, водопроводные и электрические коммуникации. Помимо оборудования ТВ- и радиокомпаний, в башне функционируют несколько смотровых площадок и вращающийся ресторан с панорамным видом. В 2010 году был открыт экстремальный аттракцион «Прогулка по краю». Летом в хорошую погоду посетители, пристегнутые к подвесной конструкции длиной 150 метров, могут за полчаса полностью обойти башню по крыше главного модуля, расположенного на высоте 356 метров.

• Всемирный торговый центр 1

Всемирный торговый центр в Нью-Йорке (США) был построен на том же месте, где стояли печально известные башни-близнецы, разрушенные в результате теракта 11 сентября 2001 года. Небоскреб, строившийся с 2006 по 2012 годы, достиг высоты 546,2 метра и, превзойдя легендарный небоскреб 1930-х, 443-метровый Эмпайр-стейт-билдинг, стал самой высокой башней как самого Нью-Йорка, так и всей страны. Цифра 1 в названии означает, что башня является главным зданием комплекса из 6 небоскребов. Кроме того, числовое обозначение упрощает ее идентификацию.

При проектировании Всемирного торгового центра архитекторы сделали акцент на его безопасности. Основание высотой 56 метров выполнено из бетона и надежно защищено от атак на уровне земли. Верхние элементы здания усилены толстыми железобетонными стенами, а каждый лестничный пролет оснащен системой принудительной вентиляции, призванной обеспечить безопасную эвакуацию при пожаре. Грани фасада ВТЦ выполнены в виде 8 вытянутых равнобедренных треугольников, формирующих квадратную антипризму и воплощающих новаторский подход к архитектуре.

• Уиллис-тауэр

Небоскреб, расположенный в американском городе Чикаго, строили с 1970 по 1973 годы. Здание общей высотой 527 метров представляет собой офисный центр, а также выполняет коммуникационную функцию. Комплекс антенн на крыше, некоторые из которых имеют высоту более 80 метров, обеспечивает вещание десятков FM- и AM-радиостанций, цифровых и аналоговых телеканалов. До 2009 года небоскреб назывался Сирс-тауэр, так как был главной штаб-квартирой ритейлера «Sears». Долгое время новым владельцам не разрешали менять историческое название. Однако когда страховой холдинг «Willis Group» арендовал почти все помещения на верхних этажах, пустовавшие из-за опасений терактов, он все же получил право на переименование башни.

Уиллис-тауэр имеет конструкцию из 9 прямоугольных труб — вертикальных колонн, жестко соединенных поперечными балками. Отсутствие внутренних опор позволило создать просторные офисные пространства. Небоскреб рассчитан на одновременную работу 12 000 человек. Кроме того, в него ежедневно заходят порядка 13 000 клиентов и туристов, посещающих смотровые площадки, рестораны и бары. Для эффективного распределения потоков в небоскребе функционируют 104 скоростных лифта, а потому очереди возникают только в пиковые дни — например, во время праздников. Трубчатая конструкция, позволяющая экономично распределять пространство, оказала большое влияние на тенденции строительства небоскребов. В частности, позже она была использована при проектировании Бурдж-Халифа.

Топ-3 самых высоких башен России

По состоянию на май 2025 года три из четырех самых высоких башен Европы находятся в России, поэтому об архитектурных достижениях нашей страны мы расскажем отдельно. В Российской империи наиболее высокими зданиями были храмы и колокольни, а при СССР пальму первенства перехватили знаменитые сталинские высотки. В постсоветский период с укреплением экономики в России начали реализовывать проекты современных многофункциональных башен.

Останкинская башня

Главная телевизионная башня страны, расположенная в московском районе Останкино, имеет высоту 540,1 метра. Одним из руководителей проекта был советский инженер Николай Никитин, который ранее работал над такими грандиозными сооружениями, как главное здание МГУ и стадион «Лужники». Построенная с 1960 по 1967 годы, Останкинская башня стала первым в мире сооружением высотой более 500 метров. В качестве главной московской телебашни она заменила 160-метровую каркасную Шуховскую башню, которая уже не могла удовлетворять растущие потребности советской телевизионной и радиовещательной сети.

Останкинская башня имеет коническое основание диаметром 65 метров. По рассказам Николая Никитина, система из 10 опор, визуально напоминающих космическую ракету, символизирует перевернутый цветок лилии, который он увидел во сне. Устойчивость сооружения во многом обеспечивает полая 385-метровая конструкция из бетона, которая отвечает за грамотное распределение веса. На высоте от 328 до 334 метров работает трехэтажный вращающийся ресторан «Седьмое небо», который долгое время оставался одним из самых престижных ресторанных заведений в СССР. После 33 лет непрерывной работы ресторан был закрыт из-за пожара, случившегося в Останкинской телебашне 27 августа 2000 года. Однако в 2016 году он возобновил свою работу. Смотровая площадка над рестораном оснащена прозрачными окнами в полу, выполненными из особо прочного стекла.

• Лахта-центр

Самый высокий небоскреб России и Европы находится в Санкт-Петербурге и имеет высоту 462 метра. Его строительство продолжалось с 2012 по 2018 годы, а стоимость возведения превысила 150 млрд рублей, что сделало Лахта-центр самым дорогостоящим архитектурным проектом в истории современной России. В башне находятся многочисленные офисы штаб-квартиры компании «Газпром», планетарий, панорамный ресторан и смотровая площадка, оборудованная телескопами. Изюминкой здания является зал вместимостью 500 человек, форму которого можно трансформировать под потребности того или иного мероприятия.

Дизайн Лахта-центра был разработан британским архитектурным бюро RMJM. Закручивающаяся спиралеобразная конструкция является отсылкой к языкам пламени — главному графическому символу на логотипе «Газпрома». Лахта-центр является одним из самых экологичных небоскребов мира, что подтверждает соответствующий международный сертификат LEED. Избыточное тепло, которое генерирует оборудование, используется для обогрева внутренних помещений. Системы сбора и очистки дождевой воды позволяют использовать ее для технических нужд и полива растений, снижая нагрузку на городские водопроводные сети.

• Башня Федерация Восток

Комплекс Федерация — ключевой элемент делового центра Москва-сити, состоящий из 2 небоскребов, расположенных на одном стилобате, то есть имеющих общий цокольный этаж. Башня Восток строилась с 2003 по 2017 годы. Столь продолжительное время строительства было связано с многочисленными изменениями проекта, связанными с недостатками финансирования. Тем не менее, в итоге проект удалось реализовать в полном объеме, и финальная высота башни Восток составила 373,7 метра. Второй по высоте небоскреб России и Европы совмещает в себе жилые и офисные помещения.

При возведении первой фундаментной плиты башни Восток было залито 14 000 м³ бетона, что стало новым мировым рекордом. Архитектурный облик небоскреба выделяется плавными гранями, контрастирующими с заостренными переходами 242-метровой башни Запад. Особенностью конструкции являются аутригерные этажи — мощные металлические кольца, установленные с интервалом 95-120 метров, которые удерживают форму здания в горизонтальной плоскости.

Топ-3 самых высоких башен Европы

В Европе при планировании городского устройства предпочтение отдается малоэтажной застройке, поэтому строительство небоскребов в странах Старого света развито не так сильно. Весь топ-3 рейтинга представлен телевизионными башнями, две из которых находятся в странах, ранее входивших в состав СССР, а третья – на территории страны бывшего социалистического содружества.

• Киевская телебашня

Телевизионная башня в Киеве строилась с 1968 по 1973 годы, а ее итоговая высота составила 385 метров. В отличие от описанных выше телекоммуникационных сооружений Киевская телебашня имеет решетчатую конструкцию и является самым высоким в мире сооружением этого типа. Изначально этот проект планировали реализовать в Москве, однако советские власти сделали выбор в пользу монолитной конструкции Николая Никитина. Киевская телебашня считается уникальным инженерным достижением, так как не имеет ни одного болтового или заклепочного соединения — это первая в мире цельносварная башня.

• Рижская телебашня

Рижская телебашня, построенная с 1979 по 1986 годы, имеет высоту 368,5 метра, что делает ее самым высоким сооружением на территории Евросоюза. Она находится на островке посреди Западной Двины и уже много лет является доминирующим архитектурным элементом центральной части столицы Латвии — Риги. Визуальную легкость конструкции придает использование всего трех опор, в двух из которых находятся наклонные скоростные лифты, ведущие к техническим и офисным помещениям. К интересным особенностям Рижской телебашни относится цветовой контраст между кремово-рыжими опорами и молочно-шоколадными центральными секциями.

• Берлинская телебашня

Одной из главных достопримечательностей немецкой столицы является телебашня, построенная в 1965 – 1969 годах, когда восточная часть Германии еще носила название ГДР. Благодаря высоте 368 метров и тщательно выверенному расположению самое высокое сооружение Германии можно увидеть даже из отдаленных пригородов столицы. Главной отличительной особенностью Берлинской телебашни является сфера, расположенная на высоте 203-235 метров. Внутри нее находится обзорная площадка с панорамным полом и вращающийся ресторан. Во время чемпионата мира по футболу 2006 года шар украсили правильными пятиугольниками, повторяющими дизайн классического футбольного мяча.

Топ-10 самых высоких башен мира

В этой статье мы рассказали о 5 из 10 самых высоких башен мира. Сооружения, занимающие с 4 по 8 строчку рейтинга, находятся на территории Азии. Таким образом, список 10 самых высоких башен мира выглядит следующим образом:

• Бурдж-Халифа — ОАЭ, Дубай, 829,8 м;
• Merdeka 118 — Малайзия, Куала-Лумпур, 678,9 м;
• Tokyo Skytree — Токио, Япония, 634 м;
• Шанхайская башня — Китай, Шанхай, 632 м;
• Телебашня Гуанчжоу — Китай, Гуанчжоу, 604 м;
• Королевская часовая башня — Саудовская Аравия, Мекка, 601 м;
• Финансовый центр Ping An — Китай, Шэньчжэнь, 599 м;
• Lotte World — Южная Корея, Сеул, 555,7 м;
• Си-Эн Тауэр — Канада, Торонто, 553 м;
• Всемирный торговый центр 1 — США, Нью-Йорк, 546,2 м.

Топ-5 башен мира, не вошедших в основные списки

В начале статьи мы упоминали о телекоммуникационных вышках без оборудованных внутренних помещений — телерадиомачтах, которые также попадают под определение башен. Кроме того, башнями считаются и вышки буровых платформ, значительная часть которых скрыта под водой. Так что в конце статьи мы решили привести еще один  рейтинг, охватывающий крупнейшие сооружения двух этих типов.

• Башня платформы Петрониус — Мексиканский залив, 640 м.
• Башня KRDK-TV — США, Гейлсберг, 627,8 м.
• Башня KXTV / KOVR — США, Уолнат-Гров, 624,5 м.
• Башня KCAU-TV — США, Су-Сити, 609,6 м.
• Башня KCCI — США, Аллеман, 609,6 м.

***

И в заключение надо отметить, что хотя в 2025 году самой высокой башней в мире является Бурдж-Халифа, есть все основания полагать, что в ближайшем будущем рейтинг претерпит изменения: Бурдж-Джидда — небоскреб в Саудовской Аравии, который собираются достроить к 2028 году, должен впервые в истории преодолеть отметку высоты в 1 километр. Еще одним километровым небоскребом может стать Oblisco Capitale, который планируют построить в столице Египта — Каире. Таким образом, люди продолжают стремиться возвести все более высокие башни, однако фокус при их проектировании смещается с демонстрации технологического превосходства на экологичность и функциональность.

Иван Стефанов

Изображение на обложке: Wikimedia Commons

Вселенная — это бескрайнее пространство. Она наполнена самыми разными небесными телами, которые взаимодействуют друг с другом и объединяются в системы. Любые материальные сущности, которые можно наблюдать в космосе непосредственно или по косвенным признакам, являются астрономическими объектами. Они могут быть одиночными, как звезды и планеты, или же масштабными, как звездные системы, галактики, скопления и сверхскопления, облака пыли и газа и многое другое. В этой статье мы сосредоточимся на основных астрономических объектах — выделим особенности разных типов и расскажем о методах изучения, которыми пользуются астрономы и астрофизики.

Основные типы одиночных астрономических объектов

• Звезды

Звезды можно назвать «алхимиками» Вселенной, которые преобразуют материю в свет и тепло. Они формируются из облаков газа и пыли диаметром порядка 100 световых лет. Для сравнения: расстояние от Солнца до Нептуна, самой отдаленной планеты Солнечной системы, составляет лишь несколько десятитысячных долей от одного светового года. Молекулы газов в облаках постепенно начинают сжиматься под воздействием гравитации, и в результате возникает такое явление, как гравитационный коллапс. Потенциальная энергия сжатия преобразуется в тепловую, и когда раскаленный шар набирает достаточно высокую массу, в его недрах начинают происходить термоядерные реакции. Так рождается новая звезда.

Астрономы используют различные классификации звезд, упорядочивая их по таким параметрам, как масса, температура или светимость. Большую часть информации о звезде можно получить, исходя из ее спектрального класса. Каждой звезде присваивается буквенное обозначение: O, B, A, F, G, K или M, — где O соответствует наиболее холодным «красным» звездам, а M — самым горячим «голубым» гигантам. Чтобы запомнить эти классы, в английском языке используют забавную фразу: «Oh, Be A Fine Girl / Guy, Kiss Me» («О, будь хорошей девушкой / хорошим парнем, поцелуй меня»). А российские студенты с той же целью пользуются другой шутливой формулой, посвященной советскому ученому, астроному и педагогу, автору ряда учебников по астрономии Борису Воронцову-Вельяминову: «О, Борис Александрович, Физики Ждут Конца Мучений».

• Планеты

Планеты — это сферические небесные объекты, которые в большинстве случаев обращаются по орбите вокруг своих родительских звезд. Ученые до сих пор не имеют полного представления о том, как именно формируются планеты. Преобладающей является аккреционная теория, согласно которой планеты формируются из того же облака, что и звезды. Аккреция — это процесс, при котором пылевые частицы слипаются друг с другом, постепенно накапливая массу. В какой-то момент вещества, составляющие протопланету, разогреваются до высоких температур и становятся достаточно пластичными для принятия сферической формы. Иными словами, гравитация «сглаживает» все неровности будущей планеты.

Планеты Солнечной системы делятся на три основных типа. Каменные — это так называемые «планеты земной группы» (Меркурий, Венера, Земля, Марс), газовые гиганты (Юпитер и Сатурн) и ледяные гиганты (Уран и Нептун). Первые формировались в непосредственной близости к Солнцу, где было представлено достаточно много твердых материалов. В более отдаленных областях преобладали газы и различные химические соединения, которые стали основой для остальных планет.

Планеты, которые находятся в других звездных системах, называют экзопланетами. По состоянию на март 2025 года ученые открыли немногим менее 6 000 экзопланет в 4 400 системах. В основном они классифицируются так же, как планеты Солнечной системы, но среди них встречаются и довольно необычные варианты. Например, существуют миры с лавовыми океанами, дождями из стекла и мощнейшими магнитными полями, вызывающими полярные сияния даже на родительских звездах.

• Коричневые карлики

Коричневые карлики — это астрономические объекты переходного типа. Они слишком велики для того чтобы считаться планетами, но их массы не хватает для запуска термоядерных реакций, поэтому коричневые карлики также нельзя отнести и к звездам. При этом коричневые карлики излучают небольшое количество света. Их название было образовано именно из-за тусклой светимости. Настоящий цвет коричневых карликов зависит от их температуры и варьируется от черного и темно-пурпурного до оранжевого или красного. Большинство коричневых карликов совсем ненамного превосходят по размеру Юпитер, но из-за высокой плотности они в 50 – 80 раз массивнее крупнейшей планеты Солнечной системы.

• Карликовые планеты

Карликовые планеты относятся к промежуточному типу между обычными планетами и малыми небесными телами. Во время формирования они накопили достаточную массу, чтобы принять округлую форму. Но этой массы не хватило для того, чтобы достичь орбитального доминирования. Это означает, что карликовые планеты делят свои орбиты вокруг звезд с сопоставимыми по размеру и массе объектами, не оказывая на них никакого гравитационного воздействия. Прототипом для категории карликовых планет стал Плутон, который до 2006 года считался обычной планетой, но потерял этот статус. Ученые считают, что в отдаленных областях Солнечной системы могут существовать сотни или даже тысячи неоткрытых карликовых планет.

• Спутники

Естественные спутники, которые также называют лунами, не имеют стабильных гелиоцентрических орбит, а обращаются вокруг других астрономических объектов, чаще всего — планет или карликовых планет. Считается, что спутники, как и планеты, формируются в процессе аккреции, после чего захватываются гравитационным притяжением более массивных небесных тел. Кроме того, выход на орбиту может быть спровоцирован столкновением. По распространенной гипотезе, в ранней Солнечной системе Земля столкнулась с другой протопланетой, из обломков которой сформировалась Луна.

Спутники могут существенно различаться по своим физическим характеристикам. Наиболее массивные из них принимают сферическую форму, могут обладать атмосферой и магнитным полем, а также проявлять геологическую активность. Небольшие естественные спутники имеют неправильные причудливые формы, достаточно однородную структуру и состоят из каменных пород с вкраплениями льда. В Солнечной системе рекордсменом по количеству спутников является Сатурн — в марте 2025 года астрономы открыли 128 новых спутников, и их общее количество выросло до 274.

• Малые тела Солнечной системы

Эта широкая категория астрономических объектов была определена Международным астрономическим союзом в 2006 году. В нее вошли все небесные тела, которые обращаются вокруг Солнца, но не являются планетами или карликовыми планетами. К ним относятся кометы, содержащие в своем ядре множество летучих веществ, из которых формируются хвосты колоссальных размеров. Также в эту группу входят астероиды и метеороиды — каменные тела, которые отличаются исключительно своими размерами. Принадлежность к типу малых тел Солнечной системы является предметом дискуссий, в результате которых некоторые из них иногда меняют свой статус. Например, Церера традиционно считалась астероидом, но была переклассифицирована в карликовую планету.

• Нейтронные звезды

На заключительных этапах существования массивных звезд-сверхгигантов происходит красочное явление, известное как взрыв сверхновой. Когда в ядре звезды заканчивается водород, термоядерные реакции останавливаются и больше не могут компенсировать силу гравитационного сжатия. В результате коллапса возникает ударная волна, внешние слои звезды на огромной скорости выбрасываются в космическое пространство, а ядро сжимается и приобретает очень высокую плотность. При экстремально высоком давлении атомы вещества сжимаются настолько, что их протоны и электроны сливаются в нейтроны, откуда и происходит название «нейтронная звезда».

Нейтронные звезды имеют диаметр порядка 10 километров, но при этом их масса составляет от 1 до 2 масс Солнца. Всего одна чайная ложка вещества нейтронной звезды весила бы почти в 1 000 раз больше пирамиды Хеопса в Гизе. Однако при текущем уровне развития технологий ученые не могут создать материю с хотя бы отдаленно похожими физическими характеристиками.

Астрофизики выделяют два специфичных типа нейтронных звезд.

• Магнетары. Нейтронные звезды этого типа обладают чрезвычайно мощным магнитным полем. Плотность исходящего от них магнитного потока в 1 000 раз превышает аналогичный показатель у средней нейтронной звезды, и в несколько миллиардов раз — силу магнитного поля в солнечных пятнах. В настоящее время в Млечном пути открыто всего 30 магнетаров.
• Пульсары. Эти нейтронные звезды примечательны тем, что они с огромной скоростью вращаются вокруг своей оси. Всего за одну секунду пульсары могут совершать до нескольких десятков тысяч оборотов. Благодаря этой особенности пульсары с определенной периодичностью создают направленные высокоэнергетические импульсы, выполняя функцию «космических маяков». В нашей галактике было обнаружено свыше 2 800 пульсаров.

• Черные дыры

Черные дыры — это самые загадочные астрономические объекты во Вселенной. Вероятно, они формируются так же, как нейтронные звезды, — в результате гравитационного коллапса. При этом звездное вещество сжимается в крошечную область пространства и достигает невероятно высокой плотности. Из-за этого их гравитация становится настолько сильной, что даже фотоны, элементарные частицы света, не могут покинуть гравитационное поле черной дыры. Границу этого поля называют горизонтом событий. Пересечение горизонта событий можно упрощенно сравнить с лодкой, которая приближается к водопаду. В какой-то момент течение становится слишком сильным и лишает гребцов возможности отплыть назад.

По современным представлениям, в самом центре черной дыры возникает гравитационная сингулярность. В этом состоянии сила гравитации становится настолько сильной, что разрушает сам пространственно-временной континуум. При этом все известные физические законы перестают работать, а такие вопросы, как «где?» и «когда?», попросту теряют свой смысл. Сингулярность является одной из самых сложных загадок для человечества. Ученым еще только предстоит ответить на вопрос, как что-либо может иметь нулевой объем и бесконечную плотность.

• Галактики

Галактики являются одними из главных структурных единиц во Вселенной. Внутри них могут находиться миллиарды или даже триллионы звезд. Все они движутся по орбитам вокруг массивного ядра, которое во многих случаях представлено черной дырой. Важной структурной единицей галактики является гало, то есть оболочка из темной материи. Эта неизвестная сущность буквально сковывает галактику, не позволяя звездам, облакам газа и пыли разлетаться под воздействием центробежной силы.

По современным представлениям, галактики проходят примерно одинаковый эволюционный путь. Они формируются из газовых облаков, которые сжимаются из-за гравитации и принимают форму диска. Сперва образуются спиральные галактики с перемычками — вытянутыми центральными мостами, которые поддерживают звездообразование. Затем перемычки и спиральные рукава разрушаются, и галактики принимают линзовидную форму. В результате слияния с другими галактиками или естественного истощения газа структура галактики нарушается, и звезды выходят на нестабильные орбиты. Так галактики становятся эллиптическими и постепенно затухают.

• Звездные скопления

К звездным скоплениям относятся группы звезд, гравитационно взаимодействующих друг с другом. В одном скоплении может находиться от нескольких сотен до миллионов звезд. Астрономы выделяют два основных типа скоплений.

• Шаровые. Имеют сферическую форму и состоят преимущественно из старых звезд, которые сформировались на ранних этапах эволюции Вселенной. Они находятся в непосредственной близости от галактик и часто поглощаются ими.
• Рассеянные. Эти скопления имеют хаотичную форму. Они представлены молодыми звездами, чаще всего расположенными внутри спиральных рукавов дисковых галактик. В отличие от шаровых скоплений рассеянные являются гораздо менее гравитационно устойчивыми структурами и со временем разрушаются.

• Скопления и сверхскопления галактик

Подобно звездам, галактики также образуют гравитационно связанные структуры, которые называют скоплениями. В большинстве известных скоплений находится от 100 до 1 000 галактик различных типов. Если не принимать во внимание темную материю, порядка 90% массы скоплений приходится на межгалактический газ. Это кажется невероятным с учетом того факта, что плотность вещества в межгалактическом пространстве не превышает 1 атома на литр, но позволяет хотя бы приблизительно понять колоссальные размеры таких структур.

В отличие от скоплений, сверхскопления галактик не являются гравитационно взаимосвязанными объектами. По большому счету, этот термин используется для определения координат объекта в наблюдаемой Вселенной, в которой насчитывается около 10 млн сверхскоплений галактик. На большом масштабе эти структуры формируют галактические нити, разделенные огромными пустыми пространствами — войдами.

• Туманности

До XX века астрономы называли туманностями другие галактики, но в наши дни этот термин имеет иное значение. Туманности представляют собой области пространства, состоящие из ионизированного или нейтрального газа, а также космической пыли.

Одним из самых визуально красивых типов туманностей являются остатки взрывов сверхновых звезд. На заключительном этапе своей эволюции гигантские звезды коллапсируют и под воздействием мощнейшей ударной волны сбрасывают внешние слои. Красочные газовые облака существуют в течение примерно миллиона лет, после чего растворяются в окружающем пространстве.

Методы изучения астрономических объектов

• Наблюдение астрономических объектов

Астрономия — одна из немногих наук, в которой значительную роль всегда играли исследователи-любители. Даже с помощью простых инструментов они зачастую делают удивительные открытия. Например, российский астроном-любитель Геннадий Борисов в 2024 году обнаружил 68 ранее неизвестных астероидов, а итальянец Джузеппе Донателло годом ранее открыл сразу 3 галактики.

Главным инструментом современной наблюдательной астрономии являются телескопы. Благодаря многократному увеличению они позволяют разглядеть отдаленные или тусклые объекты, которые не видны невооруженным глазом или в бинокль.

Методы оптической астрономии позволяют наблюдать объекты в видимом для человеческого глаза свете. В данном случае ученые ограничены длинами волн от 380 до 780 нанометров, что соответствует участку спектра от красного до фиолетового цветов.

Принцип работы оптических телескопов основан на использовании систем линз и зеркал, которые фокусируют свет от удаленного объекта и формируют реальное изображение. Исходя из принципов оптики, вогнутые линзы перекрещивают поступающие световые лучи, поэтому изображение получается перевернутым на 180° как сверху вниз, так и слева направо. Поэтому во многие телескопы устанавливают корректирующие призмы, которые позволяют видеть правильно ориентированные объекты.

В наши дни наиболее совершенным инструментом оптической астрономии являются космические телескопы, такие как «Хаббл» и «Джеймс Уэбб». Обращаясь по земной орбите, они не сталкиваются с проблемой атмосферных искажений. Космические телескопы оснащают зеркалами диаметром в несколько метров, что позволяет наблюдать объекты, удаленные на миллионы и даже миллиарды световых лет от Земли.

• Обнаружение радиоволн

Значительная часть астрономических объектов испускает излучение в виде радиоволн, поэтому для их обнаружения удобно использовать специализированные радиотелескопы. Как правило, они представляют собой параболические (тарелочные) антенны с радиоприемниками. Крупнейшим в мире радиотелескопом является РАТАН-600, принадлежащий Российской академии наук. Диаметр его принимающего устройства составляет 576 метров — почти как 6 футбольных полей.

• Анализ спектров астрономических объектов

Спектроскопия является частью наблюдательной астрономии, однако она предоставляет более широкие возможности для исследований. Спектрографы измеряют электромагнитное излучение не только в видимом диапазоне, но также охватывают инфракрасные, ультрафиолетовые, радио, рентгеновские и гамма-волны, исходящие от различных астрономических объектов.

Оптические спектрографы разделяют видимый свет по длинам волн посредством дифракционных решеток. Основу их структуры составляют параллельно ориентированные щели. В зависимости от своей длины волны света, попадающие на решетку, огибают ее под разным углом и раскладываются на полосы спектра, соответствующие цветам радуги. В физике это явление называют дифракцией.

Похожим образом работают инфракрасные, ультрафиолетовые, рентгеновские и другие спектрографы, но с той лишь разницей, что они настроены на другие диапазоны электромагнитных волн. Специальные детекторы фиксируют линии спектра и передают данные компьютеру, который в автоматическом режиме определяет параметры наблюдаемых объектов, среди которых:

• химический состав;
• температура;
• масса;
• светимость;
• расстояние до объекта;
• скорость и направление движения;
• наличие и сила магнитных полей.

• Компьютерное моделирование астрономических объектов

С помощью оптических наблюдений и спектроскопии астрономы могут изучать звезды, планеты и туманности, однако этих методов не хватает для обнаружения и изучения черных дыр. Проблема заключается в том, что эти объекты не видны человеческому глазу и испускают лишь очень слабый поток фотонов — излучение Хокинга, которое невозможно наблюдать напрямую. В этом случае астрофизикам приходит на помощь компьютерное моделирование, при котором одновременно анализируется сразу множество различных параметров.

Обнаружить черную дыру можно по косвенным признакам, а именно по характеру взаимодействия с окружающими ее объектами. Компьютерные модели позволяют достичь настолько высокого уровня детализации, который не может обеспечить ни один современный телескоп или спектрограф. В случае с черными дырами используется комплекс из следующих основных методов.

• Обработка большого количества данных позволяет находить аномалии в орбитальных характеристиках звезд, которые как будто обращаются вокруг невидимых массивных объектов. Обнаружение такой аномалии является свидетельством наличия черной дыры.
• Если между земным наблюдателем и удаленной галактикой проходит черная дыра, свет кратковременно искажается под воздействием гравитационного поля, что называется гравитационным линзированием.
• Вокруг черной дыры формируется аккреционный диск — структура из раскаленного газа, наличие которой удалось установить с помощью компьютерной модели. Понимание параметров аккреционных дисков позволило идентифицировать их в космическом пространстве.

Вопрос-Ответ

Чем звезды отличаются от планет, и какие бывают типы каждого из этих объектов?

Звезды — это огромные сферы из раскаленной плазмы, тогда как планеты представляют собой небольшие шарообразные объекты, вращающиеся вокруг звезд. В основной классификации звезды делятся на спектральные классы по возрастанию температуры: O, B, A, F, G, K и M. Планеты, в свою очередь, подразделяются на каменные, подобные нашей Земле, а также газовые и ледяные гиганты, как Юпитер и Уран.

Как астрономы обнаруживают и исследуют черные дыры, если они невидимы?

Долгое время черные дыры имели лишь теоретическое описание, однако компьютерные модели, фиксирующие орбитальные аномалии звезд, искажения света от далеких галактик и характеристики аккреционных дисков позволили обнаруживать и изучать эти объекты.

Какие методы используются для поиска экзопланет и насколько это сложная задача?

Для поиска экзопланет используется два основных метода:

• Транзитный — во время прохождения планеты между звездой и наблюдателем светимость звезды на короткое время падает. Транзитный метод позволяет определить размер и орбиту экзопланеты.
• Метод Доплера — спектр электромагнитных волн, излучаемых звездой, меняется при гравитационном воздействии гравитации. Характер этих изменений позволяет узнать массу, а иногда и химический состав экзопланеты.

Какое значение имеет изучение космического микроволнового фона для понимания происхождения Вселенной?

Космический микроволновый фон, также известный как реликтовое излучение, возник спустя 380 000 лет после Большого взрыва. Его исследование позволяет расширять понимание процессов эволюции Вселенной на ранних этапах.

Какие технологические достижения последних лет позволили сделать значительные открытия в астрономии?

К главным технологическим достижениям последних лет относятся:

• космические телескопы, способные в высоком разрешении определять структуру галактик, излучение которых шло до Земли в течение многих миллиардов лет;
• высокочувствительные спектрографы позволили изучать Вселенную в рентгеновском и гамма-диапазоне, что привело к пониманию состава планет, звезд и даже целых галактик;
• роботизированные космические аппараты изучают планеты и спутники Солнечной системы с близкого расстояния, а иногда и высаживаются на их поверхность;
• радиотелескопы, объединенные в единые глобальные сети, способны анализировать колоссальные массивы данных. С помощью такой сети в 2019 году ученые получили первое в истории изображение черной дыры.

Какое значение астрономические объекты имеют для человечества?

С древнейших времен наблюдение за астрономическими объектами формировало у людей тягу к познанию окружающего мира. Благодаря современным исследованиям космического пространства человечество расширило понимание фундаментальных физических законов, что способствовало развитию технологий. Без астрономических исследований у нас не было бы навигационных систем, аппаратов МРТ, теплозащитных материалов нового поколения, компактных электронных датчиков и многого другого.

Иван Стефанов

Изображение на обложке: Y. Beletsky (LCO)/ESO