В поисках системы мира

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

Ещё до открытия Галилея  была высказана совершенно 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 звёзд Вселенной. Всего только одна из великого множества, а не центр всей Вселенной. Но тогда и любая другая звезда тоже вполне может обладать своей собственной планетной системой.

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

Идея Бруно породила немало поразительных следствий. Из неё вытекала оценка расстояний до звёзд. 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 и оно выглядело так, как, например, 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 раз дальше, чем Солнце.

Чтобы лучше представить, сколь велико расстояние до звезды, скажем, что луч света, пролетающий  за одну секунду 300 тысяч километров, затрачивает на путешествие от Сириуса к нам 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 световых минут.

Конечно, разные звезды отличаются друг от друга (это и учтено в современной оценке расстояние до Сириуса). Поэтому определение расстояний до них и сейчас часто остаётся очень трудной, а 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 решительным шагом к овладению тайными Вселенной. Благодаря этому границы наших знаний о мире сильно раздвинулись, они вышли за пределы Солнечной системы и достигли звёзд.

IX. 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 нацелены на то, чтобы узнать, каково полное число звёзд 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 звёзды. На равных правах со всеми входит в эту систему и наше Солнце, а с ним Земля и планеты. Причем располагаются они далеко не в её центре, а на её окраине.

Потребовались ещё многие десятилетия тщательных наблюдений и глубоких раздумий, прежде чем  перед астрономами раскрылось во всей полноте строение Галактики. Так стали называть звёздную систему, которую мы видим, - конечно, изнутри - как полосу Млечного Пути. (Слово «галактика» образовано от новогреческого «галактикос», что значит «млечный».)

Оказалось, что Галактика  имеет довольно правильное строение и форму, несмотря на видимую клочковатость Млечного Пути, на беспорядочность, с которой, как нам кажется, рассеяны звёзды 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 звёздами, которые внутри этого объема движутся по почти круговым орбитам вокруг центра Галактики.

Диаметр диска измерен - он составляет приблизительно 100 тысяч  световых лет. Это означает, что свету  потребуется сто тысяч лет, чтобы  пересечь диск из конца в конец по диаметру. Вот сколь огромна Галактика ! А число звёзд в диске - приблизительно сто миллиардов.

В гало содержится сравнимое  с этим число звёзд. (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 долее или менее равномерно.

Так устроена наша Галактика:

1 - сферическая составляющая; 2 - диск; 3 - ядро; 4 - слой газопылевых  облаков; 5 - корона

 

 

          1

 

                  5

 

          4

 

 

    

       2                           100 тыс. Световых лет

          3

 

 

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»? Да потому, что она невидима - из неё не исходит никакого света. Как же узнали тогда о ней астрономы?

Все тела в природе  создают тяготение и испытывают его действие. Об этом говорит Закон всемирного тяготения, открытый Ньютоном. Вот и о короне узнали не по свету, а по создаваемому ею тяготению. Оно действует на видимые звёзды, на излучающие свет облака газа. Наблюдая за движением этих тел, астрономы и заметили: на них кроме диска и гало действует что-то ещё.

Детальное изучение этого  «нечто» и позволило в конце  концов обнаружить корону, которая создаёт дополнительное тяготение. Она оказалась очень массивной - в несколько раз больше массы всех звёзд, входящих в диск и гало.

Таковы сведения, полученные советским астрономом Я. Эйнасто и его сотрудниками в Тартуской обсерватории.

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

Сейчас многие предполагают, что её масса складывается вовсе  не из звёзд, а из мельчайших элементарных частиц - нейтрино. Эти частицы известны физикам уже давно, но и сами по себе они тоже в значительной степени остаются загадочными. Неизвестно 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, а стоит на месте. Большинство элементарных частиц такую массу имеют.

Это, например, электрон, протон, нейтрон, из которых состоят  все атомы. А вот у фотона, кванта света, её 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 сейчас специальные  эксперименты, чтобы выяснить, есть ли у нейтрино масса покоя или нет. Возможно, именно физики и решат загадку невидимой короны.

X. Звездные миры.

 

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

Но вот в 20-е годы были построены новые крупные  телескопы, и перед астрономами открылись совершенно неожиданные горизонты. Оказалось, что за пределами Галактики мир не кончается. Миллиарды звёздных систем, галактик, похожих на нашу и отличающихся от неё, рассеяны тут и там по просторам Вселенной.

Фотографии галактик, сделанные с помощью самых  больших телескопов, поражают красотой и разнообразием форм: это и могучие вихри звёздных облаков, и правильные шары, а иные звёздные системы вообще не обнаруживают никаких определённых форм, они клочковаты и бесформенны. Все эти типы галактик - спиральные, эллиптические, неправильные, - получившие названия по своему виду на фотографиях, открыты американским астрономом Э. Хабблом в 20-30-е годы нашего века.

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

Исследования последних  лет показали, что многие крупные  спиральные галактики обладают - как и наша Галактика - протяжёнными и массивными невидимыми коронами. Это очень важно: ведь если так, то, значит, и вообще чуть ли не вся масса Вселенной (или, во всяком случае, подавляющая её часть) - это загадочная, невидимая, но тяготеющая «скрытая» масса.

Многие, а может быть, и почти все галактики собраны в различные коллективы, которые называют группами, скоплениями и сверхскоплениями, смотря по тому, сколько их там. В группу может входить всего три или четыре галактики, а в сверхскопление - до тысячи или  даже нескольких десятков тысяч. Наша Галактика, туманность Андромеды и ещё более тысячи таких же объектов входят в так называемое Местное сверхскопление. Оно не имеет четко очерченной формы.

Приблизительно так  же устроены и другие сверхскопления, лежащие далеко от нас, но довольно отчетливо различимые в современные крупные телескопы.

До недавнего времени  астрономы полагали, что эти объекты - самые крупные образования во Вселенной и что какие-либо ещё  большие системы отсутствуют. Но вот выяснилось, 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, которые выглядят здесь цепочками точек. Но что поразительнее всего, 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 размерами 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».

Ячейка - это предварительное, рабочее название для самого крупного образования во Вселенной. Более крупных систем в природе нет. Это показывает карта Вселенной. Астрономия достигла наконец завершения одной из самых грандиозных своих задач: вся последовательность, или, как ещё говорят, иерархия, астрономических систем теперь целиком известна. И всё же...

XI. Вселенная.

 

Больше всего на свете - сама Вселенная, охватывающая и включающая в себя все планеты, звёзды, галактики, скопления, сверхскопления и ячейки. Дальность действия современных телескопов достигает нескольких миллиардов световых лет.

Планеты, звёзды, галактики  поражают нас удивительным разнообразием  своих свойств, сложностью строения. А как устроена вся Вселенная, Вселенная в целом ?

Её главное свойство - однородность. Об этом можно сказать и точнее. Представим себе, что мы мысленно выделили во Вселенной очень большой кубический объем, с ребром в 500 миллионов световых лет. Подсчитаем, сколько в нем галактик. Произведём такие же подсчёты 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 подсчёте скоплений или даже ячеек.

Вселенная предстаёт  перед нами всюду одинаковой - «сплошной» и однородной. Проще устройства и не придумать. Нужно сказать, что об этом люди уже давно подозревали. Указывая из соображений максимальной простоты устройства на общую однородность мира, замечательный мыслитель Паскаль (1623-1662) говорил, что мир - это круг, центр которого везде, а окружность нигде. Так с помощью наглядного геометрического образа он утверждал однородность мира.

В однородном мире все  «места» равноправны и любое  из них может претендовать на, что оно - Центр мира. А если так, то, значит, никакого центра мира вовсе не существует.

У Вселенной есть и  ещё одно важнейшее свойство, но о нем никогда даже и не догадывались. Вселенная находиться в движении - она расширяется. Расстояние между скоплениями и сверхскоплениями постоянно возрастает. Они как бы разбегаются друг от друга. А сеть ячеистой структуры растягивается.

Во все времена люди предпочитали считать Вселенную  вечной и неизменной. Эта точка  зрения господствовала вплоть до 20-х годов нашего века. В то время считалось, что она ограничена размерами нашей Галактики. Пути могут рождаться и умирать, Галактика все равно остается все той же, как неизменным остается лес, в котором поколение за поколением сменяются деревья.

Настоящий переворот в науке о Вселенной произвели в 1922 - 1924 годах работы ленинградского математика и физика А. Фридмана. Опираясь на только что созданную тогда А. Эйнштейном общую теорию относительности, он математически доказал, что мир - это не нечто застывшее и неизменное. Как единое целое он живет своей динамической жизнью, изменяется во времени, расширяясь или сжимаясь по строго определённым законам.

Фридман открыл подвижность  звёздной Вселенной. Это было теоретическое  предсказание, а выбор между расширением и сжатием нужно сделать на основании астрономических наблюдений. Такие наблюдения в 1928 - 1929 годах удалось проделать Хабблу, известному уже нам исследователю галактик.

Он обнаружил, что далёкие  галактики и целые их коллективы движутся, удаляясь от нас во все стороны. Но так и должно выглядеть, в соответствии с предсказаниями Фридмана, общее расширение Вселенной.