Rambler's Top100Astronet    
  по текстам   по ключевым словам   в глоссарии   по сайтам   перевод   по каталогу
 

Большая Вселенная Большая Вселенная
28.02.1993 15:16 | А. Д. Чернин/Вселенная и Мы

Звездное небо во все времена занимало воображение людей. Почему зажигаются звезды? Сколько их сияет в ночи? Далеко ли они от нас? Есть ли границы у звездной Вселенной? С глубокой древности человек задумывался над этим, стремился понять и осмыслить устройство того большого мира, в котором он живет.

Самые ранние представления людей о звездном мире сохранились в сказаниях и легендах. Прошли века и тысячелетия, прежде чем возникла и получила глубокое обоснование и развитие наука о Вселенной, раскрывшая нам замечательную простоту и удивительный порядок мироздания. Недаром в древней Греции Вселенная называлась Космосом: это слово первоначально означало порядок и красоту.

Картина мира

В древнеиндийской книге, которая называется "Ригведа", что означает "Книга гимнов", можно найти одно из самых первых в истории человечества описаний всей Вселенной как единого целого. В ней имеется прежде всего Земля. Она представляется безграничной плоской поверхностью - "обширным пространством". Эта поверхность покрыта сверху небом - голубым, усеянным звездами сводом. Между небом и Землей - "светящийся воздух".

Очень похожи на эту картину и ранние представления о мире у древних греков и римлян - тоже плоская Земля под куполом неба.

От науки это было очень далеко. Но важно здесь другое. Замечательна и грандиозна сама дерзкая цель - объять мыслью всю Вселенную. Отсюда берет начало наша уверенность в том, что человеческий разум способен осмыслить, понять, разгадать устройство Вселенной, создать в своем воображении полную картину мира.

Небесные сферы

Научная картина мира складывалась по мере того как шло накопление важнейших знаний о Земле, Солнце, Луне, планетах, звездах.

Еще в VI в. до н.э. великий математик и философ древности Пифагор учил, что Земля шарообразна. Доказательством этому служит, например, круглая тень нашей планеты, падающая на Луну во время лунных затмений.

Другой великий ученый античного мира, Аристотель, и всю Вселенную считал шарообразной, сферической. На эту мысль наводил не только округлый вид небосвода, но и круговые суточные движения светил. В центре своей картины Вселенной он помещал Землю. Вокруг нее расположились Солнце, Луна и известные тогда пять планет. Каждому из этих тел соответствовала своя сфера, обращающаяся вокруг нашей планеты. Тело "прикреплено" к своей сфере и поэтому тоже движется вокруг Земли. Самой удаленной сферой, охватывающей все остальные, считалась восьмая. К ней "прикреплены" звезды. Она тоже обращалась вокруг Земли в соответствии с наблюдаемым суточным движением неба.

Аристотель полагал, что небесные тела, как и их сферы, сделаны из особого "небесного" материала - эфира, который не имеет свойств тяжести и легкости и совершает вечное круговое движение в мировом пространстве.

Такая картина мира царила в умах людей на протяжении двух тысячелетий - вплоть до эпохи Коперника. Во II веке нашей эры эту картину усовершенствовал Птолемей, знаменитый астроном и географ, живший в Александрии. Он дал подробную математическую теорию движения планет. Птолемей мог точно вычислять видимые положения светил - где они находятся сейчас, где были раньше и где окажутся потом.

Правда, для воспроизведения всех тонких деталей движения планет по небу пяти сфер оказалось недостаточно. К пяти круговым движениям пришлось добавить новые, да и прежние перестроить. У Птолемея каждая планета участвовала в нескольких круговых движениях, а их сложение и давало видимое перемещение планет по небу.

Позднее, в средние века, учение Аристотеля о небесных сферах, ставшее тогда общепринятым, пытались развивать и в совсем другом направлении. Например, сферы предлагалось считать хрустальными. Почему? Потому, наверное, что хрусталь прозрачен и к тому же хрустальная сфера - это красиво! И все же такие добавления отнюдь не улучшали картину мироздания.

Вселенная в          
представлении древнеегипетской космологической          
традиции (с картины современного художника Хельмута Виммера).

Мир Коперника.

Книга Коперника, вышедшая в год его смерти (1543 г.), носила скромное название "Об обращениях небесных сфер". Но это было полное ниспровержение аристотелева взгляда на мир. Сложная махина полых прозрачных хрустальных сфер отходила в прошлое не сразу. С этого времени началась новая эпоха в нашем понимании Вселенной. Продолжается она и поныне.

Благодаря Копернику мы узнали, что Солнце занимает надлежащее ему положение в центре планетной системы. Земля же - не центр мира, а одна из рядовых планет, обращающихся вокруг Солнца. Так все стало на свои места. Строение Солнечной системы было, наконец, разгадано.

Дальнейшие открытия астрономов пополнили семью планет. Их девять: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. В таком порядке они занимают свои орбиты вокруг Солнца. Открыто множество малых тел Солнечной системы - астероидов и комет. Но это не изменило коперниковской картины мира. Напротив, все эти открытия только подтверждают и уточняют ее.

Теперь мы понимаем, что живем на небольшой планете, похожей по форме на шар. Земля вращается вокруг Солнца по орбите, не слишком отличающейся от окружности. Радиус этой орбиты близок к 150 миллионам километров.

Пифагор (с гравюры XVI века).

Расстояние от Солнца до Сатурна - самой дальней из известных во времена Коперника планет - приблизительно в десять раз больше радиуса земной орбиты. Это расстояние совершенно правильно определил еще Коперник. Расстояние от Солнца до самой далекой из известных планет (Плутона) еще почти в четыре раза больше и составляет приблизительно шесть миллиардов километров.

Такова картина Вселенной в нашем непосредственном окружении. Это и есть мир по Копернику.

Но Солнечная система - еще не вся Вселенная. Можно сказать, что это только наш малый мир. А как же далекие звезды? О них Коперник не рискнул высказать какого-либо мнения. Он просто оставил их на прежнем месте, на дальней сфере, где они были у Аристотеля, и лишь говорил - и совершенно правильно - что расстояние до них во много раз больше размеров планетных орбит. Как и античные ученые, он представлял Вселенную замкнутым пространством, ограниченным этой сферой.

Сколько звезд на небе?

На этот вопрос каждый ответит: о, очень много. Но все же сколько - сто или тысяча?

- Гораздо больше, миллион или миллиард.

Такой ответ можно услышать часто.

И правда, вид звездного неба создает у нас впечатление бесчисленности звезд. Как сказано у Ломоносова в знаменитом стихотворении: "Открылась бездна, звезд полна, звездам числа нет..."

Но в действительности число видимых простым глазом звезд вовсе не так уж велико. Если не поддаваться впечатлению, а попытаться пересчитать их, то окажется, что даже в ясную безлунную ночь, когда ничто не мешает наблюдению, человек с острым зрением увидит на небосводе не более двух- трех тысяч мерцающих точечек.

В списке, составленном во II веке до н.э. знаменитым древнегреческим астрономом Гиппархом и дополненном позднее Птолемеем, значится 1022 звезды. Гевелий же, последний астроном, производивший такие подсчеты без помощи телескопа, довел их число до 1533.

Но уже в древности подозревали о существовании большого числа звезд, невидимых простым глазом. Демокрит, великий ученый древности, говорил, что белесоватая полоса, протянувшаяся через все небо, которую мы называем Млечным Путем, есть в действительности соединение света множества невидимых по отдельности звезд. Споры о строении Млечного Пути продолжались веками. Решение - в пользу догадки Демокрита - пришло в 1610 году, когда Галилей сообщил о первых открытиях, сделанных на небе с помощью телескопа. Он писал с понятным волнением и гордостью, что теперь удалось "сделать доступными глазу звезды, которые раньше никогда не были видимыми и число которых по меньшей мере в десять раз больше числа звезд, известных издревле".

Солнце и звезды

Но и это великое открытие все еще оставляло мир звезд загадочным. Неужели все они, видимые и невидимые, действительно сосредоточены в тонком сферическом слое вокруг Солнца?

Еще до открытия Галилея была высказана неожиданная по тем временам замечательно смелая мысль. Она принадлежит Джордано Бруно, трагическая судьба которого всем известна. Бруно выдвинул идею о том, что наше Солнце - это одна из звезд Вселенной. Всего только одна из великого множества, а не центр Мироздания.

Если Коперник указал место Земле - отнюдь не в центре мира, то Бруно и Солнце лишил этой привилегии.

Идея Бруно породила немало поразительных следствий. Из нее вытекала оценка расстояний до звезд. Действительно, Солнце - это звезда, как и другие, но только самая близкая к нам. Поэтому-то оно такое большое и яркое. А на какое расстояние нужно отодвинуть светило, чтобы оно выглядело так, как, например, звезда Сириус? Ответ на этот вопрос дал голландский астроном Гюйгенс (1629-1695). Он сравнил блеск этих двух небесных тел, и вот что оказалось: Сириус находится от нас в сотни тысяч раз дальше, чем Солнце.

Чтобы лучше представить, сколь велико расстояние до звезды, скажем так: луч света, пролетающий за одну секунду триста тысяч километров, затрачивает на путешествие от нас к Сириусу несколько лет. Астрономы говорят в этом случае о расстоянии в несколько световых лет. По современным уточненным данным, расстояние до Сириуса 8,7 световых лет. А расстояние от нас до Солнца - всего 8 1/3 световых минут.

Конечно, разные звезды отличаются сами по себе от Солнца и друг от друга (это учтено в современной оценке расстояния до Сириуса). Поэтому определение растояний до них и сейчас часто остается трудной, иногда и просто неразрешимой задачей для астрономов, хотя со времени Гюйгенса придумано для этого немало новых способов.

Замечательная идея Бруно и основанный на ней расчет Гюйгенса стали очень важным шагом в науке о Вселенной. Благодаря этому границы наших знаний о мире сильно раздвинулись, они вышли за пределы Солнечной системы и достигли звезд.

Галактика

С XVII века важнейшей целью астрономов стало изучение Млечного Пути - этого гигантского собрания звезд, которые Галилей увидел в свой телескоп. Усилия многих поколений астрономов-наблюдателей были направлены на то, чтобы узнать, каково полное число звезд Млечного Пути, определить его действительную форму и границы, оценить размеры. Лишь в XIX веке удалось понять, что это единая система, заключающая в себе все видимые и множество еще и невидимых звезд. На равных правах со всеми входит в эту систему и наше Солнце, а с ним Земля и планеты. Причем располагаются они далеко не в центре, а на окраине системы Млечного Пути. Схема строения          
нашей Галактики.

Потребовались еще многие десятилетия тщательных наблюдений и глубоких раздумий, прежде чем удалось выяснить строение Галактики. Так стали называть звездную систему, которую мы видим изнутри как полосу Млечного Пути. (Слово "галактика" образовано из новогреческого "галактос", что означает "млечный").

Оказалось, что Галактика имеет довольно правильное строение и форму, несмотря на видимую клочковатость Млечного Пути, на беспорядочность, с которой, как нам кажется, рассеяны звезды по небу. Она состоит из диска, гало и короны. Как видно из схематического рисунка, диск представляет собой как бы две сложенные краями тарелки. Он образован звездами, которые внутри этого объема движутся по почти круговым орбитам вокруг центра Галактики.

Диаметр диска измерен - он составляет приблизительно сто тысяч световых лет. Это означает, что свету требуется сто тысяч лет, чтобы пересечь диск из конца в конец по диаметру. А число звезд в диске - приблизительно сто миллиардов.

В гало звезд раз в десять меньше. (Слово "гало" означает "круглый".) Они заполняют слегка сплюснутый сферический объем и движутся не по круговым, а по сильно вытянутым орбитам. Плоскости этих орбит проходят через центр Галактики. По разным направлениям они распределены более или менее равномерно.

Диск и окружающее его гало погружены в корону. Если радиусы диска и гало сравнимы между собой по величине, то радиус короны в пять, а может быть и в десять раз больше. Почему "может быть"? Потому, что корона невидима - из нее не исходит никакого света. Как же узнали тогда о ней астрономы?

Скрытая масса

Все тела в природе создают тяготение и испытывают его действие. Об этом говорит всем известный закон Ньютона. О короне узнали не по свету, а по тяготению, создаваемому ею. Оно действует на видимые звезды, на светящиеся облака газа. Наблюдая за движением этих тел, астрономы обнаружили, что на них кроме диска и гало действует еще что-то. Детальное изучение позволило в конце концов обнаружить корону, которая и создает дополнительное тяготение. Она оказалась очень массивной - в несколько раз больше общей массы всех звезд, входящих в диск и гало. Таковы сведения, полученные эстонским астрономом Я. Эйнасто и его сотрудниками в Тартуской обсерватории, а затем и другими астрономами.

Конечно, изучать невидимую корону трудно. Из-за этого пока и не слишком точны оценки ее размеров и массы. Но главная загадка короны в другом: мы не знаем, из чего она состоит. Мы не знаем, есть ли в ней звезды, пусть даже и какие-то необычные, совсем не излучающие свет.

Сейчас многие предполагают, что ее масса складывается вовсе не из звезд, а из элементарных частиц - например, нейтрино. Эти частицы известны физикам уже давно, но и сами по себе они тоже остаются загадочными. Не известно о них, можно сказать, самое главное: есть ли у них масса покоя, то есть такая масса, которой частица обладает в состоянии, когда она не движется. Многие элементарные частицы (электрон, протон, нейтрон), из которых состоят все атомы, такую массу имеют. А вот у фотона, частички света, ее нет. Фотоны существуют лишь в движении. Нейтрино могли бы служить материалом для короны, но лишь в том случае, если у них есть масса покоя.

Легко представить себе, с каким нетерпением ожидают астрономы вестей из физических лабораторий, где ставятся специальные эксперименты, чтобы выяснить, есть ли у нейтрино масса покоя. Физики-теоретики, между тем, обдумывают и другие варианты элементарных частиц, не обязательно только нейтрино, которые могли бы выступать в роли носителей скрытой массы.

Звездные миры.

К началу нашего века границы Вселенной раздвинулись настолько, что включили в себя Галактику. Многие, если не все, думали тогда, что эта огромная звездная система и есть вся Вселенная.

Но в двадцатые годы были построены первые крупные телескопы, и перед астрономами открылись новые неожиданные горизонты. Оказалось, что за пределами Галактики мир не кончается. Миллиарды звездных систем, галактик, и похожих на нашу, и отличающихся от нее, рассеяны тут и там по просторам Вселенной.

Фотографии галактик, сделанные с помощью самых больших телескопов, поражают красотой и разнообразием форм. Это и могучие вихри звездных облаков, и правильные шары или эллипсоиды; иные же звездные системы не обнаруживают правильного строения, они клочковаты и бесформенны. Все эти типы галактик - спиральные, эллиптические, неправильные, получившие название по своему виду на фотографиях, были обнаружены и описаны американским астрономом Эдвином Хабблом в 20-30-е годы нашего века.

Если бы мы могли увидеть нашу Галактику со стороны и издалека, то она предстала бы перед нами совсем не такой, как на схематическом рисунке, по которому мы знакомились с ее строением. Мы не увидели бы ни диска, ни гало, ни, естественно, короны, которая вообще невидима. С больших расстояний были бы видны лишь самые яркие звезды. А все они, как выяснилось, собраны в широкие полосы, которы дугами выходят из центральной области Галактики. Ярчайшие звезды образуют ее спиральный узор. Только этот узор и был бы различим издалека. Наша Галактика на снимке, сделанном астрономом из какой-то другой галактики, выглядела бы очень похожей на Туманность Андромеды, какой она представляется нам по фотографиям.

Исследования последних лет показали, что многие крупные галактики (не только наша) обладают протяженными и массивными невидимыми коронами. И это очень важно: ведь если так, то, значит, и вообще чуть ли не вся масса Вселенной или, во всяком случае, ее подавляющая часть - это загадочная, невидимая, но тяготеющая "скрытая" масса.

Цепочки и пустоты

Многие, а, может быть, и почти все галактики собраны в различные коллективы, которые называются группами, скоплениями и сверхскоплениями - смотря по тому, сколько их там. В группу может входить всего 3 или 4 галактики, а в сверхскопление - десятки тысяч. Наша Галактика, Туманность Андромеды и еще более тысячи таких же объектов входят в Местное Сверхскопление. Оно не имеет четко очерченной формы и в целом выглядит довольно уплощенным.

Приблизительно так же выглядят и другие сверхскопления, лежащие далеко от нас, но довольно отчетливо различимые с помощью современных крупных телескопов.

До недавнего времени астрономы полагали, что сверхскопления представляют собой самые крупные образования во Вселенной и что какие-либо еще большие системы просто отсутствуют. Выяснилось, однако, что это не так.

Несколько лет назад астрономы составили удивительную карту Вселенной. На ней каждая галактика представлена всего лишь точкой. На первый взгляд они рассеяны на карте хаотично. Если же приглядеться внимательно, то можно обнаружить группы, скопления и сверхскопления, причем последние представляются цепочками точек. Карта позволяет обнаружить, что некоторые такие цепочки соединяются и пересекаются, образуя какой-то сетчатый или ячеистый узор, напоминающий кружева или, может быть, пчелиные соты с размером ячеек в 100-300 миллионов световых лет.

Покрывают ли такие "сетки" всю Вселенную, еще предстоит выяснить. Но несколько отдельных ячеек, очерченных сверхскоплениями, удалось подробно изучить. Внутри них галактик почти нет, все они собраны в "стенки", ограничивающие огромные пустоты, которые называют сейчас "войдами" (т.е."пустотами").

Ячейка и войд - это предварительные рабочие названия для самого большого по размеру образования во Вселенной. Более крупные системы в природе нам неизвестны. Поэтому можно сказать, что ученые решили сейчас одну из самых грандиозных задач астрономии - вся последовательность или, как еще говорят, иерархия астрономических систем, теперь целиком известна.

Вселенная

Больше всего на свете - сама Вселенная, охватывающая и включающая в себя все планеты, звезды, галактики, скопления, сверхскопления и ячейки с войдами. Дальность действия современных телескопов достигает нескольких миллиардов световых лет. Это и есть размеры наблюдаемой Вселенной.

Все небесные тела и системы поражают разнообразием свойств, сложностью строения. А как устроена вся Вселенная, Вселенная как целое? Оказывется, она в высшей степени однообразна и проста!

Ее главное свойство - однородность. Об этом можно сказать и точнее. Представим себе, что мы мысленно выделили во Вселенной очень большой кубический объем с ребром, скажем, в пятьсот миллионов световых лет. Подсчитаем, сколько в нем галактик. Произведем такие же подсчеты для других, но столь же гигантских объемов, расположенных в различных частях Вселенной. Если все это проделать и сравнить результаты, то окажется, что в каждом из них, где бы их ни брать, содержится одинаковое число галактик. То же самое будет и при подсчете скоплений и даже ячеек.

Итак, если отвлечься от таких "деталей" как скопления, сверхскопления, ячейки, и взглянуть на Вселенную шире, мысленно охватив взглядом сразу все множество звездных миров, то она предстанет перед нами всюду одинаковой - "