Телескоп Галілея — це тільки початок!

КОЛИ Галілео спрямував на небо свій недавно винайдений телескоп, то небачена картина постала перед його очима. Він міг побачити в десять разів більше зір, ніж будь-яка людина, яка коли-небудь жила. Молочний Шлях тепер виглядав не як однорідна маса, але як калейдоскоп безлічі великих і малих зір. Поверхня Місяця перетворилась перед його очима з блискучого фарфору в мозаїку гір, кратерів і безводного моря.

Через кілька місяців він відкрив чотири місяці Юпітера. Потім він побачив прекрасні кільця Сатурна. Навівши свій телескоп на Венеру, він помітив деякі фази планети, маленькі зміни в її освітленні та обрисах. Ці фази можна було б пояснити тільки при умові, що планета рухається навколо Сонця. Вчений зробив такий висновок: якщо одна планета рухається навколо Сонця, то й інші, включаючи Землю, повинні теж рухатись. Він мав рацію. Таким чином, у 1609 році Землю скинули з почесного п’єдесталу уявного центру всесвіту.

Але відмовитися від шанованих переконань було не так легко. Католицька церква постановила, що «погляд, що Земля не є центром всесвіту і що вона щоденно обертається є... принаймні помилковим». Галілео був притягнений до відповідальності перед інквізицією і провів останні роки свого життя під домашнім арештом. Але релігійний догматизм не міг стримати цікавість, яку викликало винайдення телескопу. Можливість розкрити таємниці Всесвіту приваблювала все більше і більше вчених.

Сьгодні, після майже чотирьох століть інтенсивних досліджень, наші знання про всесвіт разюче зросли. Було відкрито різні типи зір — червоні гіганти, білі карлики, пульсари. Недавно в космічному просторі було зареєстровано квазари — загадкові об’єкти, які випромінюють надзвичайну кількість енергії. Також вважають, що таємничі, надзвичайно могутні космічні вири — чорні діри — невидимо присутні в багатьох галактиках.

Потужні оптичні телескопи дають астрономам можливість заглядати далеко в простір і, таким чином, по суті, подорожувати в минуле на мільярди років, до самого краю видимого всесвіту. Було відкрито безліч зір і галактик, деякі з них розташовані так далеко, що, згідно з підрахунками, потрібно більше ніж 15 мільярдів років, щоб їхнє світло дійшло до насa.

Хоча звичайні зорі — це слабі джерела радіохвиль, інші небесні тіла, такі як пульсари і квазари, було відкрито, в основному, за допомогою радіотелескопів. Як можна здогадатися з назви, ці телескопи реагують не на світлові, а на радіохвилі. З 1961 року було виявлено сотні квазарів, багато з яких знаходяться в зовнішньому просторі відомого всесвіту.

Створити карту зоряного неба було важчим завданням, ніж Галілео міг собі уявити. Тільки в цьому столітті людина почала усвідомлювати грандіозність космосу, мільярди галактик, з яких він складається, і неймовірні відстані, що відділяють їх.

Щоб допомогти нам уявити космічні відстані, фізик Роберт Ястров запропонував таку аналогію. Уявіть собі Сонце, зменшене до розміру апельсина. Тоді Земля була б завбільшки з піщинку, яка крутиться по орбіті навколо Сонця на віддалі 9 метрів. Юпітер був би з кісточку вишні, яка оберталася б навколо апельсина на віддалі міського кварталу, а Плутон був би ще одною пісчинкою на відстані десяти кварталів від нашого уявного апельсина-Сонця. Найближчий сусід Сонця — Альфа Центавра — у цьому ж масштабі знаходилась би на відстані 2100 кілометрів, а ввесь Молочний Шлях був би окремим скупченням апельсинів, розташованих на відстані 3200 кілометрів один від одного, діаметром 30 мільйонів кілометрів. Навіть при дуже зменшеному масштабі, уявити собі ці відстані дуже важко.

Але вражають не тільки відстані. Коли вчені відхилили завісу деяких таємниць всесвіту, вони виявили надзвичайні феномени. Наприклад, існують нейтронні зорі, щільність матерії яких настільки велика, що чайна ложечка цієї матерії важила б стільки ж, скільки важать 20 мільйонів слонів. Існують теж маленькі зірки, так звані пульсари, кожна з яких блимає близько 600 разів на секунду. Ну і, звичайно, є теж ті загадкові чорні діри, відносно яких учені тільки роблять припущення. Самі діри побачити неможливо, але їхній ненаситний апетит до світла й матерії може видавати їхню таємну присутність.

Звичайно, багато чого все ще залишається таємницею, оповитою неосяжними відстанями і вічністю. Але чого вчені вже навчились про всесвіт? І чи їхні знання дають відповіді на запитання, як і чому існує всесвіт?

[Примітка]

[Ілюстрація на сторінці 4]

Телескоп Йодрел Банк, створений у 1957 році в Англії, був першим повністю керованим апаратом, пристроєм, приладом.

[Відомості про джерело]

З дозволу Jodrell Bank Radio Telescope

Всесвіт: деякі таємниці відкриваються

ЧЕТВЕРТОГО липня 1054 року Янґ Вей Те вдивлявся у ранкове небо. Як офіційний астроном при дворі китайського імператора, він скрупульозно слідкував за рухом зір, коли несподівано яскраве світло коло сузір’я Оріона привернуло його увагу.

З’явилася «зірка-гість», як назвали це рідкісне явище в древньому Китаї. Після шанобливого рапорту імператорові, Янґ помітив, що «зірка-гість» стала такою яскравою, що навіть затьмарила Венеру і кілька тижнів її можна було бачити навіть при повному денному світлі.

Дев’ять століть минуло, перш ніж було знайдене відповідне пояснення цього явища. Сьогодні вважається, що китайський астроном спостерігав за надновою зіркою та її катастрофічною передсмертною агонією. Причини такого надзвичайного феномену — це тільки деякі таємниці, які астрономія пробує розкрити. Нижче ми приводимо пояснення, старанно підготоване астрономами.

Хоча зірки, такі як наше сонце, можуть мати досить довге і стабільне життя, їхнє виникнення і смерть супроводжуються найбільш ефектним видовищем у небі. Вчені вважають, що історія зорі починається всередині галактичної туманності.

Туманність. Туманність — це назва міжзоряної газо-пилової хмари. Туманності — це одні з найкрасивіших об’єктів, які можна спостерігати на нічному небі. На обкладинці цього журналу зображено туманність, яку називають Потрійною (або туманність з трьома тріщинами). В її надрах народжуються нові зорі, які збуджують червонувате світіння туманності.

Очевидно, що зорі формуються в надрах туманності, коли під дією гравітаційної сили розсіяна матерія перетворюється в області стисненого газу. Ці величезні газові кулі стають стійкими, коли їхня температура досягає рівня, при якому в надрах хмари починаються ядерні реакції, що стримують подальше стиснення. Часто зоря народжується разом з іншими зорями, формуючи таким чином зоряні скупчення.

Зоряні скупчення. На фотографії, що на сторінці 8, зображено мале скупчення, яке називають Скарбницею. Вважають, що воно сформоване всього за кілька мільйонів років. Назву цьому скупченню дали завдяки словам Джона Гершеля, астронома XIX століття, який образно описав його як «шкатулку з різнокольоровим дорогоцінним камінням». Відомо, що тільки в одній нашій Галактиці є понад тисячу подібних скупчень.

Енергія зірок. Формування або розвиток зорі стабілізується, коли в її надрах виникає ядерне вогнище. Починається перетворення водню на гелій процесом синтезу, подібним на процес, що відбувається у водневій бомбі. Таким є склад звичайної, як наше Сонце, зірки, яка може спалювати своє ядерне пальне мільярдами років без виснаження запасів.

Але що стається, коли така зоря остаточно вичерпує свій запас пального? Ядро скорочується і температура піднімається, коли зоря вичерпує водень у цетральних областях. У той же час зовнішні шари розширюються і радіус зорі збільшується в 50 або й більше разів — зоря стає червоним гігантом.

Червоні гіганти. Червоний гігант — це зоря з відносно низькою температурою зовнішніх шарів. З цієї причини вони виглядають не білими чи жовтими, а скоріше червоними. Ця фаза життя зірки відносно коротка і її кінець — коли запас гелію вигоряє — проявляється небесним фейєрверком. Поки вигоряє гелій, зірка скидає з себе зовнішні шари, формуючи таким чином планетарну туманність, яка світиться завдяки енергії, отриманої від материнської зірки. Зрештою, зоря неймовірно скорочується і стає білим карликом, який слабо світиться.

Якщо початкова величина зорі досить велика, то в кінці кінців, зоря вибухає. Це і є наднова зоря.

Наднові зорі. Вибух наднової зорі — це вибух, що закінчує життя зірки, яка на початку була набагато більшою ніж наше Сонце. Величезна кількість газу й пилу викидається у простір зі швидкістю 10 000 кілометрів за секунду потужними ударними хвилями. Інтенсивне світло такого вибуху настільки яскраве, що затьмарює мільярди сонць, і це видовище нагадує променистий діамант у небі. Енергія, що звільняється з вибухом однієї наднової зірки, відповідає енергії, яку наше Сонце випромінювало б протягом 9 мільярдів років.

Дев’ять століть минуло з того часу, як Янґ спостерігав наднову зорю, а астрономи все ще можуть бачити розкидані уламки, що залишилися після цього вибуху; йдеться про структуру, яку називають Крабоподібною туманністю. Але після вибуху залишилась не тільки туманність. В її надрах учені відкрили щось інше,— маленький об’єкт, який обертається навколо своєї осі 33 рази за секунду — пульсар.

Пульсари та нейтронні зорі. Під назвою пульсар розуміють надгусте ядро матерії, яка залишилась після вибуху наднової зорі, масою не більше як три сонця. Тому в діаметрі вони мають менше ніж 30 кілометрів, оптичними телескопами їх помічають надзвичайно рідко. Але їх можна виявити за допомогою радіотелескопів, які фіксують радіосигнали, що утворюються внаслідок швидкого обертання пульсарів. Промінь радіохвилі обертається разом із зіркою, як промінь маяка; для спостерігача це виглядає, ніби пульсація. Звідси й ім’я — пульсар. Пульсари називаються теж нейтронними зорями, тому що складаються, в основному, зі щільно укладених нейтронів. Цим пояснюється їхня неймовірна густина — понад сто мільйонів тонн в одному кубічному сантиметрі.

Але що стається у випадку, якщо досить масивна зоря вибухає як наднова? За підрахунками астрономів, гравітаційний колапс буде продовжуватись після того, як зірка пройде стадію нейтронної зорі. Теоретично сила гравітації, яка стискуватиме ядро, буде такою великою, що може виникнути так звана чорна діра.

Чорні діри. Їх вважають гігантськими космічними вирами, від яких ніщо не може врятуватися. Внутрішнє тяжіння гравітації настільки сильне, що і світло, і матерія, які наближаються до чорної діри, невблаганно загарбуються нею.

Ще ніхто не бачив чорну діру безпосередньо: згідно з визначенням,— це неможливо. Але фізики надіються довести їхнє існування за допомогою впливу, який чорні діри мають на сусідні об’єкти. Можливо, для розкриття цієї таємниці буде необхідною нова техніка для наукових досліджень.

Таємниці галактик

Галактика — це космічна система, що утворюється з мільярдів зірок. У 1920 році було відкрито, що сонце не є центром нашої Галактики, як раніше припускали. Невдовзі після цього за допомогою потужніх телескопів було відкрито безліч інших галактик, і людство почало усвідомлювати, наскільки безмежний наш всесвіт.

Туманна пелена, яку ми називаємо Молочним Шляхом, в дійсності є частиною нашої Галактики. Якщо б ми могли побачити її здалека, вона здавалася б нам вогняним круговоротом. Її обриси схожі до двох підсмажених яєць, складених нижніми частинами, але, звичайно, у набагато більшому масштабі. Щоб пересікти нашу Галактику, потрібно було б подорожувати зі швидкістю світла 100 000 років. Сонцю, яке знаходиться на зовнішньому краю Галактики, потрібно 200 мільйонів років, щоб завершити орбіту навколо галактичного центру.

Галактики, як і зорі, все ще таять у собі багато таємниць, які інтригують вчених.

Квазари. У 1960 році було вловлено потужні радіосигнали, які походили від об’єктів, розташованих на великій віддалі від нашої групи галактик. Їх назвали квазарами (скорочена форма від англійського виразу «квазі-стеллар радіо сорсес», який означає «надзорі» — джерела радіовипромінювання) через їхню подібність до зірок. Але астрономів приголомшила надзвичайна кількість енергії, яку випромінюють квазари. Найсвітліші з них у десять тисяч разів яскравіші від Молочного Шляху, а найвіддаленіші з тих, яких вдалося помітити, знаходяться на віддалі більше десятьох мільярдів світлових років.

Після двох десятиліть скрупульозних досліджень астрономи прийшли до висновку, що ці далекі квазари є дуже активними ядрами віддалених галактик. Але які процеси проходять у надрах таких галактик, що звільняється така кількість енергії? Деякі вчені вважають, що енергія звільнюється, скоріше, внаслідок гравітаційних процесів, а не ядерних реакцій, як це стається із зорями. Згідно зі сучасною теорією, квазари пов’язуються з гігантськими чорними дірами. Поки що залишається невідомим, наскільки вірна ця теорія.

Квазари і чорні діри — це лише дві загадки, які чекають на своє розгадання. Можливо, деякі з цих таємниць назавжди залишаться за межами нашого розуміння. Але ті, що вже розкриті, можуть навчити нас речей, які далеко виходять за межі сфери астрономії.

[Ілюстрація на сторінці 7]

Спіральна галактика М83.

[Відомості про джерело]

Фото: D. F. Malin, з ласки Anglo-Australian Telescope Board

[Ілюстрації на сторінці 8]

Скарбниця.

Відкрита зоряна туманність, Плеяди в сузір’ї Тельця, М45.

[Відомості про джерело]

Фото: D. F. Malin, з ласки Anglo-Australian Telescope Board

[Ілюстрації на сторінці 8]

Туманність у сузір’ї Оріона; на вставці зображена туманність «Кінська голова».

[Відомості про джерело]

Фото: D. F. Malin, з ласки Anglo-Australian Telescope Board

Уроки, яких навчає всесвіт

«Я не претендую на розуміння всесвіту, він набагато більший за мене». Томас Карлейл (1795—1881).

СЬОГОДНІ, через сто років, ми ще краще усвідомлюємо наскільки більший від нас всесвіт. Хоча вчені розуміють тепер набагато більше ніж раніше, їх ситуація, за словами одного астронома, все ще подібна до ситуації «ботаніка у XVII столітті, який перебував у джунглях і знаходив нові квіти».

Незважаючи на обмеженість наших знань, можна все-таки зробити деякі висновки. І ці висновки стосуються найважливіших питань: як діє всесвіт і, передусім, як він виник?

Швидше порядок, ніж хаос

Вчення про природу всесвіту називають космологією. Термін цей походить від двох грецьких слів космос і логос, які означають «дослідження порядку або гармонії». Це дуже влучна назва, тому що порядок — це те, з чим астрономи, в основному, зустрічаються незалежно від того, чи досліджують рух небесних тіл, чи матерію, з якої складається космос.

Усе в нашому всесвіті знаходиться в русі, причому рух цей не хаотичний і піддається логічному поясненню. Планети, зорі і галактики рухаються в просторі згідно з точними фізичними законами, які дають можливість ученим передбачити деякі космічні феномени з надзвичайною точністю. Неймовірно, що чотири основні сили, які контролюють мікроскопічний атом, керують також могутніми галактиками.

Порядок видно теж у самій матерії, з якої збудовано всесвіт. «Матерія є... організованою на всіх рівнях: від найнижчого — аж до найвищого»,— пояснюється у праці «Кембріджський астрономічний атлас». Матерія розподілена далеко не безладно, вона організована впорядковано чи то електронним шляхом за допомогою зв’язків між протонами і нейтронами атомного ядра, чи за допомогою взаємного притягання галактичних скупчень.

Чому у всесвіті такий порядок і гармонія? Чому існують такі чудові закони, які керують ним? Поскільки ці закони повинні були існувати ще перед виникненням всесвіту — в іншому випадку вони не були б у стані контролювати ним — постає логічне питання: звідки вони взялись?

Відомий вчений Ісаак Ньютон зробив такий висновок: «Ця найпрекрасніша система, яка складається з Сонця, планет і комет, могла з’явитись тільки завдяки наміру і владі розумної і могутньої Істоти».

Фізик Фред Гойл сказав: «Виникнення всесвіту, як і складення кубика Рубика, вимагає розуму». На основі всього цього можна зробити висновок, що мусить існувати надприродний Законодавець, що і підтверджується нашим розумінням виникнення всесвіту.

Основне питання: як виник всесвіт

Вчений в галузі теоретичної фізики Хокінг пояснює: «Ранній всесвіт таїть в собі відповідь на найважливіше питання про виникнення всього, що існує сьогодні, включаючи життя». Якої ж точки зору притримується сьогоднішня наука по відношенню до раннього всесвіту?

У 1960-их роках учені зареєстрували слабкий радіоактивний фон в усіх ділянках неба. Цю радіацію вважали відгомоном первісного вибуху, що його астрономи називали великим. Вони говорять, що цей вибух був такий потужний, що вловлювати його ехо можна ще й сьогодні, через мільярди роківa.

Але якщо всесвіт раптово вибухнув 15—20 мільярдів років тому, як вважає зараз більшість учених (хоча інші гаряче заперечували це), постає критичне питання: звідки взялась початкова енергія? Іншими словами, що було перед великим вибухом?

Це питання, від якого багато астрономів ухиляються. Один з них визнав: «Вчені довели, що світ постав у результаті дії сил, які, здається, назавжди залишаться за межами наукового пояснення. Це непокоїть науку тому, що розходиться з релігією науки — релігією причини і наслідку, вірою, що кожен наслідок повинен мати причину. Тепер ми бачимо, що найбільший з усіх наслідків — народження всесвіту — порушує цю віру».

Один професор Оксфордського університету написав зрозуміліше: «Ми залишаємо читачеві можливість вписати першопричину всесвіту. Але без нього наша картина не повна». Але Біблія вияснює справу, ототожнюючи «першопричину» такими словами: «На початку Бог створив Небо та землю» (Буття 1:1).

Незначущість людини

Найпростіший урок, якого вчить нас всесвіт, і разом з тим найочевидніший, це урок, яким горді люди середньовіччя старалися ігнорувати, але який біблійні поети покірно визнавали тисячоліття назад,— урок про незначущість людини.

Недавні відкриття підтримують реалістичну оцінку царя Давида, який сказав: «Коли бачу Твої небеса — діло пальців Твоїх, місяця й зорі, що Ти встановив,— то що є людина, що Ти пам’ятаєш про неї, і син людський, про якого Ти згадуєш [яким ти турбуєшся, НС]»? (Псалом 8:4, 5).

Астрономія відхилила завісу над неосяжністю і величністю космосу: колосальні розміри зірок, відстані, які неможливо навіть уявити, безмежний час, що не піддається осмисленню, космічні вогнища, які створюють температуру в мільйони градусів, викиди такої кількості енергії, яка затьмарює вибух мільярдів ядерних бомб. Але все це добре описується в книзі Йова: «Таж це все — самі кінці дороги Його,— бо ми тільки слабе шепотіння чували про Нього, грім потуги ж Його — хто його зрозуміє?» (Йова 26:14). Чим більше ми навчаємось про всесвіт, тим обмеженішими виглядають наші знання, і наше власне місце у ньому стає меншим. Об’єктивних спостерігачів цей урок заставляє замислюватись.

Ісаак Ньютон погоджувався: «Здається, що я виглядаю хлопчиком, який грається на березі моря, і забавляюся, коли знаходжу гладший камінчик чи красивішу, ніж звичайно, черепашку, тоді як великий океан правди лежить невідкритим переді мною».

Покора, яку таке розуміння повинно викликати в нас, допоможе нам визнати, що існує Хтось, хто створив всесвіт; Хтось, хто встановив закони, які управляють ним; Хтось, хто є набагато більшим і мудрішим від нас. У книзі Йова нам нагадується: «Мудрість та сила — у Нього, Його рада та розум» (Йова 12:13). Це і є найважливіший урок.

Чим більше таємниць розкривається, тим більше з’являється нових. В одній з майбутніх статей будуть обговорюватися деякі з останніх відкриттів, які приводять астрономів у замішання і піднімають нові питання, що викликають серед космологів дебати.

[Примітки]

[Ілюстрація на сторінці 10]

Апарат для реєстрування радіаційного фону, джерелом якого вважають великий вибух.

[Відомості про джерело]

З дозволу Royal Greenwich Observatory and the Canary Islands Institute of Astrophysics