Телескоп Галилея — только начало!

КОГДА Галилео Галилей навел свой новоизобретенный телескоп на небо, ему открылся совершенно новый мир. Он мог видеть теперь в десять раз больше звезд, чем прежде. Млечный Путь не казался большой расплывчатой массой, а калейдоскопом бесчисленных звезд различной величины. Поверхность Луны превратилась перед его глазами из блестящего фарфора в мозаику из гор, кратеров и безводных морей.

Несколько месяцев спустя он обнаружил четыре из девяти спутников Юпитера. Затем он увидел великолепные кольца Сатурна. Направив свой телескоп на Венеру, он заметил различные фазы планеты — легкое изменение освещения и формы. Эти фазы можно было объяснить только вращением планеты вокруг Солнца. Но если одна планета вращалась вокруг Солнца, тогда, как он заключил, должны делать это также и другие — включая Землю. И он был прав. Таким образом, в 1609 году Земля была свергнута со своего почетного пьедестала как центр Вселенной.

Но отказаться от почитаемых убеждений было не так легко. Католическая церковь заявляла: «Мнение, что Земля не центр вселенной и даже ежедневно вращается, является... по меньшей мере лжеучением». Галилей был привлечен к ответу перед Инквизицией, и последние годы своей жизни он провел под домашним арестом. Религиозный догматизм не мог, однако, подавить любопытство, вызванное изобретением телескопа. Поставленное под вопрос раскрытие тайн вселенной притягивало возрастающее число ученых.

Теперь, после почти четырехсот лет интенсивного внимательного изучения, наше знание вселенной резко увеличилось. Были опознаны различные типы звезд, такие как красные гиганты, белые карлики и пульсары. В последнее время в космическом пространстве были обнаружены квазары — загадочные объекты, излучающие огромное количество энергии. И теперь думают, что во многих галактиках скрываются таинственные черные дыры, подобные космическим вихрям невообразимой силы.

Сильные оптические телескопы дают возможность астрономам смотреть далеко в космическое пространство и при этом фактически совершать путешествие на миллиарды лет в прошлое, вплоть до самого края видимой вселенной. Было открыто невероятное множество звезд и галактик, некоторые на таком расстоянии от нас, что их свету, согласно вычислениям, потребовалось более 15 миллиардов лет, чтобы дойти до насa.

Хотя звезды в общем являются слабыми радиоисточниками, но есть другие космические объекты, как пульсары и квазары, которые были открыты преимущественно благодаря радиотелескопам. Как показывает название, эти телескопы обнаруживают радиоволны вместо световых волн. С 1961 года были обнаружены сотни квазаров, многие из них на дальних краях известной вселенной.

Картографирование вселенной оказалось бо́льшим заданием, чем Галилей мог себе представить. Лишь только в нашем веке человек начал сознавать необъятность космоса с его миллиардами галактик и их поразительно большой отдаленностью.

Для лучшего представления космических расстояний физик Роберт Ястров дал следующее сравнение: представим себе Солнце, уменьшенное до размера апельсина. Тогда Земля была бы не больше песчинки, которая вращалась бы вокруг этого Солнца на расстоянии 9 метров. Юпитер, величиной с косточку вишни, вращался бы вокруг апельсина на расстоянии одного городского квартала, и Плуто был бы другой песчинкой, на расстоянии десяти кварталов от нашего солнца-апельсина. В том же масштабе ближайшая к Солнцу звезда Проксима Центавра находилась бы на расстоянии 2 100 километров, а весь Млечный Путь, как отдельное скопление апельсинов, каждый на расстояниях друг от друга приблизительно в 3 000 километров, был бы диаметром в 30 миллионов километров. Даже при сильно уменьшенном масштабе трудно справиться с такими числами.

Поражают не только дистанции. Раскрывая тайны вселенной, ученые натолкнулись на странные феномены. Были обнаружены нейтронные звезды с такой плотностью вещества, что полная чайная ложка его весит столько же, сколько весят 200 миллионов слонов. Имеются мельчайшие звезды, так называемые пульсары, одна из которых мигает около 600 раз в секунду. И, наконец, остаются еще загадочные черные дыры, о которых ученые высказывают лишь предположения. Сами черные дыры невидимы, но их неутолимый аппетит на свет и вещество выявляет возможность их таинственного существования.

Однако многое все еще остается тайной, прикрытой огромными расстояниями и временем вечности. Но что ученые открыли до сих пор во вселенной? И показывает ли то, что они знают, как и почему существует вселенная?

[Сноска]

[Иллюстрация, страница 4]

Радиотелескоп Джодрелл Бэнк, построенный в 1957 году в Англии, был первым полностью управляемым блоком.

[Сведения об источнике]

С любезного разрешения: Jodrell Bank Radio Telescope

Вселенная выдает некоторые тайны

РАННИМ утром 4 июля 1054 года Ян Вэй Те пристально вглядывался в небо. Будучи астрономом китайского императорского двора, он тщательно наблюдал движение звезд, как вдруг яркий свет вблизи созвездия Ориона привлек его внимание.

Появилась «Звезда-гость» — как китайцы в древности называли подобные редкие явления. После того как Ян, по долгу, осведомил об этом своего императора, он заметил, что «Звезда-гость» стала такой яркой, что затмила даже Венеру, и в течение многих недель ее можно было видеть при ясном дневном свете.

Прошло девять веков, пока это явление могло быть достаточно объяснено. Сегодня думают, что китайский астроном был свидетелем вспышки сверхновой звезды — катастрофической предсмертной агонии массивной звезды. «Как» и «почему» такого чрезвычайного феномена являются некоторыми из тайн, которые пытается раскрыть астрономия. Ниже следует одно объяснение, которое было с большими совместными усилиями разработано астрономами.

Хотя подобные нашему солнцу звезды могут иметь безмерно долгую и устойчивую жизнь, но их появление и исчезновение предлагает захватывающее зрелище на небе. Ученые думают, что история жизни звезды начинается в недрах туманности.

Туманность — название межзвездного облака из газа и пыли. Такие туманности считаются прекраснейшими объектами ночного неба. Туманность на титульной странице этого журнала носит название туманность Тройная (или Трехраздельная). В недрах этой туманности возникают новые звезды, что придает ей красноватый блеск.

По-видимому, звезды образовываются в туманности, когда рассеянное вещество под действием силы тяготения сгущается в богатые газом регионы, которые все больше уплотняются. Эти огромные газовые шары стабилизируются, как только достигают температуры, при которой в недрах облака начинается термоядерная реакция, препятствующая дальнейшему уплотнению. Так рождается звезда, часто вместе с дальнейшими звездами, образующими затем звездное скопление.

Звездные скопления. На снимке 8 страницы видно одно небольшое звездное скопление под названием Ювелирная шкатулка, которое возникло якобы только несколько миллионов лет назад. Название дано на основании наглядного описания астрономом Джоном Гершелем, жившим в XIX веке: «Шкатулка с разноцветными драгоценными камнями». В одной только нашей Галактике найдено больше тысячи подобных звездных скоплений.

Энергия звезд. Рождающаяся или развивающаяся звезда стабилизируется, когда в ее недрах зажигается ядерный огонь. Теперь начинается превращение водорода в гелий процессом слияния ядер, подобным тому, который происходит в водородной бомбе. Масса такой типичной звезды как Солнце настолько велика, что запаса ядерного горючего достаточно на миллиарды лет.

Но что происходит, когда такая звезда исчерпывает наконец запас водородного горючего? С уменьшением в центре запаса водорода ядро сжимается и его температура увеличивается. В то же самое время внешние оболочки сильно расширяются, так что радиус звезды увеличивается в 50 раз или больше: звезда становится красным гигантом.

Красные гиганты. Красный гигант — звезда, с относительно низкой температурой поверхности; поэтому она скорее кажется красной, чем белой или желтой. Эта фаза в жизни звезды сравнительно коротка, и когда бо́льшая часть запаса гелия исчерпывается, она заканчивается небесным фейерверком. Звезда с еще горящим гелием сбрасывает с себя наружные оболочки, которые образуют планетарную туманность; она светится, потому что получает энергию от своей звезды-матери. Рано или поздно звезда драматически сжимается, чтобы стать, наконец, слабо светящимся белым карликом.

Однако, если начальная звезда была достаточно массивна, она сама приходит к своему концу взрывом; это сверхновая звезда.

Сверхновые звезды. Взрывом сверхновой звезды кончается жизнь звезды, которая была намного массивнее солнца. Огромные количества пыли и газа ударными волнами выбрасываются в пространство со скоростью 10 000 километров в секунду. Интенсивный свет взрыва настолько ярок, что он превышает свет миллиарда солнц и появляется как сверкающий бриллиант в небе. Энергия, выделяемая при взрыве только одной сверхновой звезды, соответствует общей энергии, которую излучило бы наше солнце за девять миллиардов лет.

Сегодня, девятьсот лет после того как Ян наблюдал свою сверхновую звезду, астрономы все еще могут видеть рассеявшиеся остатки того взрыва в формации, называемой Крабовидная туманность. Однако эта туманность не была всем, что осталось. В ее центре они открыли еще что-то — маленький объект, вращающийся 33 раза в секунду, — он называется пульсаром.

Пульсары или нейтронные звезды. Под пульсаром понимается вращающееся ядро из материи очень высокой плотности, которое остается после взрыва сверхновой звезды, имевшей не более трех солнечных масс. Имея в диаметре менее 30 километров, пульсар едва может быть обнаружен оптическим телескопом. Но его можно опознать радиотелескопом, который обнаруживает радиосигналы, возникающие благодаря быстрому вращению пульсара. Конус радиоволн вращается со звездой, подобно световому конусу маяка, что наблюдателю кажется пульсацией. Поэтому и название — пульсар. Пульсары называются также нейтронными звездами, потому что они состоят главным образом из плотно упакованных нейтронов. Это причина их невероятной плотности — свыше ста миллионов тонн на кубический сантиметр.

Но что же случается, если звезда с еще большей массой превращается в сверхновую звезду? По расчетам астрономов, ядро может коллапсировать еще дальше, чем нейтронная звезда. Теоретически сила тяготения, сжимающая ядро, может быть настолько большой, что возможно образование так называемой черной дыры.

Черные дыры. Говорят, что они подобны гигантским космическим водоворотам, от которых ничто не может уйти. Внутренняя тяга гравитационной силы настолько велика, что как свет, так и материя, очень близко подходящие к ней, неумолимо засасываются.

До сих пор непосредственно не была наблюдаема ни одна черная дыра — что и невозможно ввиду ее дефиниции — хотя физики надеются доказать их существование влиянием, которое они оказывают на соседние объекты. Может быть, необходимы новые техники наблюдения, чтобы раскрыть эту особенную тайну.

Тайны галактик

Галактика — космическая система, состоящая из миллиардов звезд. В 1920 году было открыто, что Солнце не является центром нашей Галактики, как предполагали раньше. Вскоре после этого при помощи сильных телескопов было открыто множество других галактик, и люди стали понимать необъятность Вселенной.

Туманная пелена, которую мы называем Млечным Путем, в действительности является только частью нашей Галактики. Если бы мы могли видеть ее издалека, то она показалась бы нам гигантским огненным колесом. Ее форма была сравнена с двумя глазуньями, сложенными нижними частями вместе, но, конечно, в гораздо большем масштабе! Путешествуя со скоростью света, нам потребовалось бы 100 000 лет, чтобы пересечь нашу Галактику. Солнцу, которое расположено, скорее, на краю Млечного Пути, требуется 200 миллионов лет, чтобы полностью обойти центр Галактики.

Галактики, подобно звездам, все еще таят много тайн, которые интересуют общество ученых.

Квазары. В 1960-е годы были пойманы сильные радиосигналы объектов, лежащих далеко-далеко от наших местных галактик. Эти объекты получили название квазары — сокращение для «квазизвездные радиоисточники» — по причине их сходства со звездами. Но астрономы пришли в замешательство от необыкновенного количества энергии, излучаемой квазарами. Более светлые из них в несколько десятков тысяч раз светлее Млечного Пути, и самые далекие из открытых до сих пор отдалены больше, чем на десять миллиардов световых лет.

После двух десятилетий интенсивного исследования астрономы пришли к заключению, что эти отдаленные квазары являются высокоактивными ядрами далеких галактик. Но что же происходит в ядрах этих галактик, производящих такую огромную энергию? Некоторые ученые того мнения, что энергия испускается скорее благодаря процессам гравитации, чем слиянием ядер, как это происходит в звездах. Новейшие теории связывают квазары с гигантскими черными дырами. Правильно это или нет, еще точно не известно.

Квазары и черные дыры — это только лишь две загадки, которые следует разрешить. Да, некоторые тайны Вселенной, возможно, никогда не будут поняты нами. Однако исследованные нами до сих пор учат нас некоторым важным истинам, истинам, которые заходят далеко за пределы астрономии.

[Иллюстрация, страница 7]

Спиральная галактика М83

[Сведения об источнике]

Фото: D. F. Malin; с любезного разрешения: Anglo-Australian Telescope Board

[Иллюстрация, страница 8]

Ювелирная шкатулка

[Сведения об источнике]

Фото: D. F. Malin; с любезного разрешения: Anglo-Australian Telescope Board

[Иллюстрации, страница 8]

Открытое звездное скопление, Плеяды в созвездии Тельца, М45

Туманность Ориона, с вставленной туманностью «Конская голова»

[Сведения об источнике]

Фото: D. F. Malin; с любезного разрешения: Anglo-Australian Telescope Board

Чему нас учит Вселенная

«Я не претендую понять Вселенную — она значительно больше меня» (Томас Карлейль, 1795—1881).

СЕГОДНЯ, сто лет спустя, у нас имеется лучшее представление о том, насколько Вселенная действительно больше, чем мы. Хотя ученые сегодня понимают значительно больше чем прежде, их ситуация, как однажды ее описал один астроном, до сих пор подобна ситуации «ботаников XVIII века, которые в джунглях постоянно обнаруживают новые неизвестные цветы».

Несмотря на наши ограниченные знания, мы можем вывести определенные заключения. И эти заключения имеют дело с самыми важными вопросами: как функционирует Вселенная, и, прежде всего, как она возникла?

Порядок вместо хаоса

Учение о характере Вселенной называется космологией. Это понятие происходит от двух греческих слов космос и логос, означающих приблизительно «изучение порядка или гармонии». Такое обозначение уместно, потому что порядок является как раз тем, с чем астрономы неожиданно встречаются при исследовании движения небесных тел или материи, из которой состоит космос.

В нашей Вселенной все в движении, и это движение постоянно и может быть предсказано. Планеты, звезды и галактики движутся в пространстве согласно определенным физическим законам, которые дают возможность ученым предсказывать некоторые космические феномены с удивительной точностью. Как не невероятно, но четыре основные силы, которые управляют мельчайшими атомами, руководят также громадными галактиками.

Порядок ясно выявляется также в том, из чего построена Вселенная. «Материя... на всех ступенях организована — от самого малого до самого большого», — говорится в The Cambridge Atlas of Astronomy (Кембриджский атлас астрономии). Далеко от того, чтобы быть распределенной чисто случайно, материя устроена точно, будь то образ, каким связаны электроны с протонами и нейтронами атомного ядра, или взаимное притяжение, которым связаны вместе гигантские скопления галактик.

Почему Вселенная обнаруживает такой порядок и такую гармонию? Почему она управляется такими превосходными законами? Поскольку эти законы должны были существовать до появления Вселенной — иначе они не могли бы управлять ею, — возникает логичный вопрос: откуда они возникли?

Известный ученый Исаак Ньютон пришел к заключению: «Эта превосходная система из солнца, планет и комет могла произойти только по намерению и суверенному господству разумного и всемогущего Существа».

Фред Хойл, физик и лауреат Нобелевской премии, сказал: «Происхождение Вселенной, как и решение головоломки-кубика Рубика, требует ума». Вывод, что должен быть сверхчеловеческий Законодатель, поддерживается нашим пониманием о происхождении Вселенной.

Основной вопрос: Как возникла Вселенная?

Физик и математик Хокинг объясняет: «Первоначальная Вселенная таит в себе ответ на основной вопрос о происхождении всего того, что мы видим сегодня, включая жизнь». Каково же точно сегодня мнение ученых о начале Вселенной?

В 1960-е годы было обнаружено слабое фоновое излучение, исходящее со всех концов неба. Говорят, что это излучение является отражением первичного взрыва, которому астрономы дали название «большой взрыв». Взрыв был, как думают, настолько сильный, что его эхо можно еще обнаружить спустя миллиарды летa.

Но если Вселенная внезапно взорвалась, чтобы возникнуть 15—20 миллиардов лет тому назад, как думает сегодня большинство физиков (хотя эта теория и горячо оспаривается другими), то возникает решающий вопрос: откуда произошли исходные энергия и материя? Другими словами: что было до большого взрыва?

Большинство астрономов уклоняется от такого вопроса. Один из них признался: «Наукой установлено, что мир возник вследствие сил, которые, по всей вероятности, навсегда находятся вне пределов научного описания. Это беспокоит науку, так как это противоречит научной религии — религии причины и следствия, то есть вере в то, что каждое следствие имеет причину. Теперь мы установили, что самое большое следствие, возникновение Вселенной, нарушает эту догму веры».

Один профессор Оксфордского университета писал еще яснее: «Читателю самому предоставляется установить, кто или что является первопричиной Вселенной. Однако наша картина остается неполной без нее». Библия же ясно показывает, кто является «первопричиной», когда говорит: «В начале сотворил Бог небо и землю» (Бытие 1:1).

Незначительность человека

Простейшая истина, которой учит нас Вселенная, является и самой очевидной — это та, которая была отклонена гордыми мужами средневековья, но уже тысячелетиями до того со смирением признавалась библейскими поэтами — незначительность человека.

Новейшие открытия подтверждают реалистическую оценку, которую высказал царь Давид: «Когда взираю я на небеса Твои, — дело Твоих перстов, на луну и звезды, которые Ты поставил, то что есть человек, что Ты помнишь его, и сын человеческий, что Ты посещаешь его?» (Псалом 8:3, 4).

Астрономы вскрыли неизмеримость и величие космоса: звезды огромнейших размеров, расстояния вне нашего представления, промежутки времени, не поддающиеся нашему пониманию, космические реакторы, температуры которых достигают миллионы градусов, и вспышки энергии, затмевающие миллиарды ядерных бомб. Но все это точно описано в книге Иов: «Вот, это части путей Его; и как мало мы слышали о Нем! А гром могущества Его кто может уразуметь?» (Иов 26:14). Чем больше мы узнаем о Вселенной, тем скуднее представляются наши знания и тем незначительнее становится наше место в ней. Для объективных наблюдателей это отрезвляющий урок.

Исаак Ньютон заявил: «Мне кажется, что я был только, как мальчик, игравший на морском берегу и забавлявшийся тем, что находил время от времени гладенькую гальку или ракушку, красивее обычного, тогда как огромный океан истины лежал передо мной совсем неисследованным».

Смирение, которое должно вызывать в нас такое понимание, помогает нам признать, что существует Некто, кто создал Вселенную, Некто, кто издал законы, управляющие ею, Некто, кто намного больше и мудрее нас. В книге Иов говорится об этом: «У Него премудрость и сила; Его свет и разум» (Иов 12:13). И это самый важный урок из всех.

Чем больше тайн Вселенной открывается, тем бо́льшие загадки обнаруживаются. В будущей статье будут обсуждаться некоторые последние открытия, которые приводят в замешательство астрономов и вызывают новые вопросы, разжигающие дебаты космологов.

[Сноска]

[Иллюстрация, страница 10]

Прибор для обнаружения фонового излучения вследствие гипотетического большого взрыва.

[Сведения об источнике]

С любезного разрешения: Royal Greenwich Observatory, Canary Islands Institute of Astrophysics