Bol'shaya Vselennaya
28.02.1993 14:16 | A. D. Chernin/Vselennaya i My

Zvezdnoe nebo vo vse vremena zanimalo voobrazhenie lyudei. Pochemu zazhigayutsya zvezdy? Skol'ko ih siyaet v nochi? Daleko li oni ot nas? Est' li granicy u zvezdnoi Vselennoi? S glubokoi drevnosti chelovek zadumyvalsya nad etim, stremilsya ponyat' i osmyslit' ustroistvo togo bol'shogo mira, v kotorom on zhivet.

Samye rannie predstavleniya lyudei o zvezdnom mire sohranilis' v skazaniyah i legendah. Proshli veka i tysyacheletiya, prezhde chem voznikla i poluchila glubokoe obosnovanie i razvitie nauka o Vselennoi, raskryvshaya nam zamechatel'nuyu prostotu i udivitel'nyi poryadok mirozdaniya. Nedarom v drevnei Grecii Vselennaya nazyvalas' Kosmosom: eto slovo pervonachal'no oznachalo poryadok i krasotu.

Kartina mira

V drevneindiiskoi knige, kotoraya nazyvaetsya "Rigveda", chto oznachaet "Kniga gimnov", mozhno naiti odno iz samyh pervyh v istorii chelovechestva opisanii vsei Vselennoi kak edinogo celogo. V nei imeetsya prezhde vsego Zemlya. Ona predstavlyaetsya bezgranichnoi ploskoi poverhnost'yu - "obshirnym prostranstvom". Eta poverhnost' pokryta sverhu nebom - golubym, useyannym zvezdami svodom. Mezhdu nebom i Zemlei - "svetyashiisya vozduh".

Ochen' pohozhi na etu kartinu i rannie predstavleniya o mire u drevnih grekov i rimlyan - tozhe ploskaya Zemlya pod kupolom neba.

Ot nauki eto bylo ochen' daleko. No vazhno zdes' drugoe. Zamechatel'na i grandiozna sama derzkaya cel' - ob'yat' mysl'yu vsyu Vselennuyu. Otsyuda beret nachalo nasha uverennost' v tom, chto chelovecheskii razum sposoben osmyslit', ponyat', razgadat' ustroistvo Vselennoi, sozdat' v svoem voobrazhenii polnuyu kartinu mira.

Nebesnye sfery

Nauchnaya kartina mira skladyvalas' po mere togo kak shlo nakoplenie vazhneishih znanii o Zemle, Solnce, Lune, planetah, zvezdah.

Eshe v VI v. do n.e. velikii matematik i filosof drevnosti Pifagor uchil, chto Zemlya sharoobrazna. Dokazatel'stvom etomu sluzhit, naprimer, kruglaya ten' nashei planety, padayushaya na Lunu vo vremya lunnyh zatmenii.

Drugoi velikii uchenyi antichnogo mira, Aristotel', i vsyu Vselennuyu schital sharoobraznoi, sfericheskoi. Na etu mysl' navodil ne tol'ko okruglyi vid nebosvoda, no i krugovye sutochnye dvizheniya svetil. V centre svoei kartiny Vselennoi on pomeshal Zemlyu. Vokrug nee raspolozhilis' Solnce, Luna i izvestnye togda pyat' planet. Kazhdomu iz etih tel sootvetstvovala svoya sfera, obrashayushayasya vokrug nashei planety. Telo "prikrepleno" k svoei sfere i poetomu tozhe dvizhetsya vokrug Zemli. Samoi udalennoi sferoi, ohvatyvayushei vse ostal'nye, schitalas' vos'maya. K nei "prikrepleny" zvezdy. Ona tozhe obrashalas' vokrug Zemli v sootvetstvii s nablyudaemym sutochnym dvizheniem neba.

Aristotel' polagal, chto nebesnye tela, kak i ih sfery, sdelany iz osobogo "nebesnogo" materiala - efira, kotoryi ne imeet svoistv tyazhesti i legkosti i sovershaet vechnoe krugovoe dvizhenie v mirovom prostranstve.

Takaya kartina mira carila v umah lyudei na protyazhenii dvuh tysyacheletii - vplot' do epohi Kopernika. Vo II veke nashei ery etu kartinu usovershenstvoval Ptolemei, znamenityi astronom i geograf, zhivshii v Aleksandrii. On dal podrobnuyu matematicheskuyu teoriyu dvizheniya planet. Ptolemei mog tochno vychislyat' vidimye polozheniya svetil - gde oni nahodyatsya seichas, gde byli ran'she i gde okazhutsya potom.

Pravda, dlya vosproizvedeniya vseh tonkih detalei dvizheniya planet po nebu pyati sfer okazalos' nedostatochno. K pyati krugovym dvizheniyam prishlos' dobavit' novye, da i prezhnie perestroit'. U Ptolemeya kazhdaya planeta uchastvovala v neskol'kih krugovyh dvizheniyah, a ih slozhenie i davalo vidimoe peremeshenie planet po nebu.

Pozdnee, v srednie veka, uchenie Aristotelya o nebesnyh sferah, stavshee togda obsheprinyatym, pytalis' razvivat' i v sovsem drugom napravlenii. Naprimer, sfery predlagalos' schitat' hrustal'nymi. Pochemu? Potomu, navernoe, chto hrustal' prozrachen i k tomu zhe hrustal'naya sfera - eto krasivo! I vse zhe takie dobavleniya otnyud' ne uluchshali kartinu mirozdaniya.

Mir Kopernika.

Kniga Kopernika, vyshedshaya v god ego smerti (1543 g.), nosila skromnoe nazvanie "Ob obrasheniyah nebesnyh sfer". No eto bylo polnoe nisproverzhenie aristoteleva vzglyada na mir. Slozhnaya mahina polyh prozrachnyh hrustal'nyh sfer othodila v proshloe ne srazu. S etogo vremeni nachalas' novaya epoha v nashem ponimanii Vselennoi. Prodolzhaetsya ona i ponyne.

Blagodarya Koperniku my uznali, chto Solnce zanimaet nadlezhashee emu polozhenie v centre planetnoi sistemy. Zemlya zhe - ne centr mira, a odna iz ryadovyh planet, obrashayushihsya vokrug Solnca. Tak vse stalo na svoi mesta. Stroenie Solnechnoi sistemy bylo, nakonec, razgadano.

Dal'neishie otkrytiya astronomov popolnili sem'yu planet. Ih devyat': Merkurii, Venera, Zemlya, Mars, Yupiter, Saturn, Uran, Neptun i Pluton. V takom poryadke oni zanimayut svoi orbity vokrug Solnca. Otkryto mnozhestvo malyh tel Solnechnoi sistemy - asteroidov i komet. No eto ne izmenilo kopernikovskoi kartiny mira. Naprotiv, vse eti otkrytiya tol'ko podtverzhdayut i utochnyayut ee.

Teper' my ponimaem, chto zhivem na nebol'shoi planete, pohozhei po forme na shar. Zemlya vrashaetsya vokrug Solnca po orbite, ne slishkom otlichayusheisya ot okruzhnosti. Radius etoi orbity blizok k 150 millionam kilometrov.

Rasstoyanie ot Solnca do Saturna - samoi dal'nei iz izvestnyh vo vremena Kopernika planet - priblizitel'no v desyat' raz bol'she radiusa zemnoi orbity. Eto rasstoyanie sovershenno pravil'no opredelil eshe Kopernik. Rasstoyanie ot Solnca do samoi dalekoi iz izvestnyh planet (Plutona) eshe pochti v chetyre raza bol'she i sostavlyaet priblizitel'no shest' milliardov kilometrov.

Takova kartina Vselennoi v nashem neposredstvennom okruzhenii. Eto i est' mir po Koperniku.

No Solnechnaya sistema - eshe ne vsya Vselennaya. Mozhno skazat', chto eto tol'ko nash malyi mir. A kak zhe dalekie zvezdy? O nih Kopernik ne risknul vyskazat' kakogo-libo mneniya. On prosto ostavil ih na prezhnem meste, na dal'nei sfere, gde oni byli u Aristotelya, i lish' govoril - i sovershenno pravil'no - chto rasstoyanie do nih vo mnogo raz bol'she razmerov planetnyh orbit. Kak i antichnye uchenye, on predstavlyal Vselennuyu zamknutym prostranstvom, ogranichennym etoi sferoi.

Skol'ko zvezd na nebe?

Na etot vopros kazhdyi otvetit: o, ochen' mnogo. No vse zhe skol'ko - sto ili tysyacha?

- Gorazdo bol'she, million ili milliard.

Takoi otvet mozhno uslyshat' chasto.

I pravda, vid zvezdnogo neba sozdaet u nas vpechatlenie beschislennosti zvezd. Kak skazano u Lomonosova v znamenitom stihotvorenii: "Otkrylas' bezdna, zvezd polna, zvezdam chisla net..."

No v deistvitel'nosti chislo vidimyh prostym glazom zvezd vovse ne tak uzh veliko. Esli ne poddavat'sya vpechatleniyu, a popytat'sya pereschitat' ih, to okazhetsya, chto dazhe v yasnuyu bezlunnuyu noch', kogda nichto ne meshaet nablyudeniyu, chelovek s ostrym zreniem uvidit na nebosvode ne bolee dvuh- treh tysyach mercayushih tochechek.

V spiske, sostavlennom vo II veke do n.e. znamenitym drevnegrecheskim astronomom Gipparhom i dopolnennom pozdnee Ptolemeem, znachitsya 1022 zvezdy. Gevelii zhe, poslednii astronom, proizvodivshii takie podschety bez pomoshi teleskopa, dovel ih chislo do 1533.

No uzhe v drevnosti podozrevali o sushestvovanii bol'shogo chisla zvezd, nevidimyh prostym glazom. Demokrit, velikii uchenyi drevnosti, govoril, chto belesovataya polosa, protyanuvshayasya cherez vse nebo, kotoruyu my nazyvaem Mlechnym Putem, est' v deistvitel'nosti soedinenie sveta mnozhestva nevidimyh po otdel'nosti zvezd. Spory o stroenii Mlechnogo Puti prodolzhalis' vekami. Reshenie - v pol'zu dogadki Demokrita - prishlo v 1610 godu, kogda Galilei soobshil o pervyh otkrytiyah, sdelannyh na nebe s pomosh'yu teleskopa. On pisal s ponyatnym volneniem i gordost'yu, chto teper' udalos' "sdelat' dostupnymi glazu zvezdy, kotorye ran'she nikogda ne byli vidimymi i chislo kotoryh po men'shei mere v desyat' raz bol'she chisla zvezd, izvestnyh izdrevle".

Solnce i zvezdy

No i eto velikoe otkrytie vse eshe ostavlyalo mir zvezd zagadochnym. Neuzheli vse oni, vidimye i nevidimye, deistvitel'no sosredotocheny v tonkom sfericheskom sloe vokrug Solnca?

Eshe do otkrytiya Galileya byla vyskazana neozhidannaya po tem vremenam zamechatel'no smelaya mysl'. Ona prinadlezhit Dzhordano Bruno, tragicheskaya sud'ba kotorogo vsem izvestna. Bruno vydvinul ideyu o tom, chto nashe Solnce - eto odna iz zvezd Vselennoi. Vsego tol'ko odna iz velikogo mnozhestva, a ne centr Mirozdaniya.

Esli Kopernik ukazal mesto Zemle - otnyud' ne v centre mira, to Bruno i Solnce lishil etoi privilegii.

Ideya Bruno porodila nemalo porazitel'nyh sledstvii. Iz nee vytekala ocenka rasstoyanii do zvezd. Deistvitel'no, Solnce - eto zvezda, kak i drugie, no tol'ko samaya blizkaya k nam. Poetomu-to ono takoe bol'shoe i yarkoe. A na kakoe rasstoyanie nuzhno otodvinut' svetilo, chtoby ono vyglyadelo tak, kak, naprimer, zvezda Sirius? Otvet na etot vopros dal gollandskii astronom Gyuigens (1629-1695). On sravnil blesk etih dvuh nebesnyh tel, i vot chto okazalos': Sirius nahoditsya ot nas v sotni tysyach raz dal'she, chem Solnce.

Chtoby luchshe predstavit', skol' veliko rasstoyanie do zvezdy, skazhem tak: luch sveta, proletayushii za odnu sekundu trista tysyach kilometrov, zatrachivaet na puteshestvie ot nas k Siriusu neskol'ko let. Astronomy govoryat v etom sluchae o rasstoyanii v neskol'ko svetovyh let. Po sovremennym utochnennym dannym, rasstoyanie do Siriusa 8,7 svetovyh let. A rasstoyanie ot nas do Solnca - vsego 8 1/3 svetovyh minut.

Konechno, raznye zvezdy otlichayutsya sami po sebe ot Solnca i drug ot druga (eto uchteno v sovremennoi ocenke rasstoyaniya do Siriusa). Poetomu opredelenie rastoyanii do nih i seichas chasto ostaetsya trudnoi, inogda i prosto nerazreshimoi zadachei dlya astronomov, hotya so vremeni Gyuigensa pridumano dlya etogo nemalo novyh sposobov.

Zamechatel'naya ideya Bruno i osnovannyi na nei raschet Gyuigensa stali ochen' vazhnym shagom v nauke o Vselennoi. Blagodarya etomu granicy nashih znanii o mire sil'no razdvinulis', oni vyshli za predely Solnechnoi sistemy i dostigli zvezd.

Galaktika

S XVII veka vazhneishei cel'yu astronomov stalo izuchenie Mlechnogo Puti - etogo gigantskogo sobraniya zvezd, kotorye Galilei uvidel v svoi teleskop. Usiliya mnogih pokolenii astronomov-nablyudatelei byli napravleny na to, chtoby uznat', kakovo polnoe chislo zvezd Mlechnogo Puti, opredelit' ego deistvitel'nuyu formu i granicy, ocenit' razmery. Lish' v XIX veke udalos' ponyat', chto eto edinaya sistema, zaklyuchayushaya v sebe vse vidimye i mnozhestvo eshe i nevidimyh zvezd. Na ravnyh pravah so vsemi vhodit v etu sistemu i nashe Solnce, a s nim Zemlya i planety. Prichem raspolagayutsya oni daleko ne v centre, a na okraine sistemy Mlechnogo Puti.

Potrebovalis' eshe mnogie desyatiletiya tshatel'nyh nablyudenii i glubokih razdumii, prezhde chem udalos' vyyasnit' stroenie Galaktiki. Tak stali nazyvat' zvezdnuyu sistemu, kotoruyu my vidim iznutri kak polosu Mlechnogo Puti. (Slovo "galaktika" obrazovano iz novogrecheskogo "galaktos", chto oznachaet "mlechnyi").

Okazalos', chto Galaktika imeet dovol'no pravil'noe stroenie i formu, nesmotrya na vidimuyu klochkovatost' Mlechnogo Puti, na besporyadochnost', s kotoroi, kak nam kazhetsya, rasseyany zvezdy po nebu. Ona sostoit iz diska, galo i korony. Kak vidno iz shematicheskogo risunka, disk predstavlyaet soboi kak by dve slozhennye krayami tarelki. On obrazovan zvezdami, kotorye vnutri etogo ob'ema dvizhutsya po pochti krugovym orbitam vokrug centra Galaktiki.

Diametr diska izmeren - on sostavlyaet priblizitel'no sto tysyach svetovyh let. Eto oznachaet, chto svetu trebuetsya sto tysyach let, chtoby peresech' disk iz konca v konec po diametru. A chislo zvezd v diske - priblizitel'no sto milliardov.

V galo zvezd raz v desyat' men'she. (Slovo "galo" oznachaet "kruglyi".) Oni zapolnyayut slegka splyusnutyi sfericheskii ob'em i dvizhutsya ne po krugovym, a po sil'no vytyanutym orbitam. Ploskosti etih orbit prohodyat cherez centr Galaktiki. Po raznym napravleniyam oni raspredeleny bolee ili menee ravnomerno.

Disk i okruzhayushee ego galo pogruzheny v koronu. Esli radiusy diska i galo sravnimy mezhdu soboi po velichine, to radius korony v pyat', a mozhet byt' i v desyat' raz bol'she. Pochemu "mozhet byt'"? Potomu, chto korona nevidima - iz nee ne ishodit nikakogo sveta. Kak zhe uznali togda o nei astronomy?

Skrytaya massa

Vse tela v prirode sozdayut tyagotenie i ispytyvayut ego deistvie. Ob etom govorit vsem izvestnyi zakon N'yutona. O korone uznali ne po svetu, a po tyagoteniyu, sozdavaemomu eyu. Ono deistvuet na vidimye zvezdy, na svetyashiesya oblaka gaza. Nablyudaya za dvizheniem etih tel, astronomy obnaruzhili, chto na nih krome diska i galo deistvuet eshe chto-to. Detal'noe izuchenie pozvolilo v konce koncov obnaruzhit' koronu, kotoraya i sozdaet dopolnitel'noe tyagotenie. Ona okazalas' ochen' massivnoi - v neskol'ko raz bol'she obshei massy vseh zvezd, vhodyashih v disk i galo. Takovy svedeniya, poluchennye estonskim astronomom Ya. Einasto i ego sotrudnikami v Tartuskoi observatorii, a zatem i drugimi astronomami.

Konechno, izuchat' nevidimuyu koronu trudno. Iz-za etogo poka i ne slishkom tochny ocenki ee razmerov i massy. No glavnaya zagadka korony v drugom: my ne znaem, iz chego ona sostoit. My ne znaem, est' li v nei zvezdy, pust' dazhe i kakie-to neobychnye, sovsem ne izluchayushie svet.

Seichas mnogie predpolagayut, chto ee massa skladyvaetsya vovse ne iz zvezd, a iz elementarnyh chastic - naprimer, neitrino. Eti chasticy izvestny fizikam uzhe davno, no i sami po sebe oni tozhe ostayutsya zagadochnymi. Ne izvestno o nih, mozhno skazat', samoe glavnoe: est' li u nih massa pokoya, to est' takaya massa, kotoroi chastica obladaet v sostoyanii, kogda ona ne dvizhetsya. Mnogie elementarnye chasticy (elektron, proton, neitron), iz kotoryh sostoyat vse atomy, takuyu massu imeyut. A vot u fotona, chastichki sveta, ee net. Fotony sushestvuyut lish' v dvizhenii. Neitrino mogli by sluzhit' materialom dlya korony, no lish' v tom sluchae, esli u nih est' massa pokoya.

Legko predstavit' sebe, s kakim neterpeniem ozhidayut astronomy vestei iz fizicheskih laboratorii, gde stavyatsya special'nye eksperimenty, chtoby vyyasnit', est' li u neitrino massa pokoya. Fiziki-teoretiki, mezhdu tem, obdumyvayut i drugie varianty elementarnyh chastic, ne obyazatel'no tol'ko neitrino, kotorye mogli by vystupat' v roli nositelei skrytoi massy.

Zvezdnye miry.

K nachalu nashego veka granicy Vselennoi razdvinulis' nastol'ko, chto vklyuchili v sebya Galaktiku. Mnogie, esli ne vse, dumali togda, chto eta ogromnaya zvezdnaya sistema i est' vsya Vselennaya.

No v dvadcatye gody byli postroeny pervye krupnye teleskopy, i pered astronomami otkrylis' novye neozhidannye gorizonty. Okazalos', chto za predelami Galaktiki mir ne konchaetsya. Milliardy zvezdnyh sistem, galaktik, i pohozhih na nashu, i otlichayushihsya ot nee, rasseyany tut i tam po prostoram Vselennoi.

Fotografii galaktik, sdelannye s pomosh'yu samyh bol'shih teleskopov, porazhayut krasotoi i raznoobraziem form. Eto i moguchie vihri zvezdnyh oblakov, i pravil'nye shary ili ellipsoidy; inye zhe zvezdnye sistemy ne obnaruzhivayut pravil'nogo stroeniya, oni klochkovaty i besformenny. Vse eti tipy galaktik - spiral'nye, ellipticheskie, nepravil'nye, poluchivshie nazvanie po svoemu vidu na fotografiyah, byli obnaruzheny i opisany amerikanskim astronomom Edvinom Habblom v 20-30-e gody nashego veka.

Esli by my mogli uvidet' nashu Galaktiku so storony i izdaleka, to ona predstala by pered nami sovsem ne takoi, kak na shematicheskom risunke, po kotoromu my znakomilis' s ee stroeniem. My ne uvideli by ni diska, ni galo, ni, estestvenno, korony, kotoraya voobshe nevidima. S bol'shih rasstoyanii byli by vidny lish' samye yarkie zvezdy. A vse oni, kak vyyasnilos', sobrany v shirokie polosy, kotory dugami vyhodyat iz central'noi oblasti Galaktiki. Yarchaishie zvezdy obrazuyut ee spiral'nyi uzor. Tol'ko etot uzor i byl by razlichim izdaleka. Nasha Galaktika na snimke, sdelannom astronomom iz kakoi-to drugoi galaktiki, vyglyadela by ochen' pohozhei na Tumannost' Andromedy, kakoi ona predstavlyaetsya nam po fotografiyam.

Issledovaniya poslednih let pokazali, chto mnogie krupnye galaktiki (ne tol'ko nasha) obladayut protyazhennymi i massivnymi nevidimymi koronami. I eto ochen' vazhno: ved' esli tak, to, znachit, i voobshe chut' li ne vsya massa Vselennoi ili, vo vsyakom sluchae, ee podavlyayushaya chast' - eto zagadochnaya, nevidimaya, no tyagoteyushaya "skrytaya" massa.

Cepochki i pustoty

Mnogie, a, mozhet byt', i pochti vse galaktiki sobrany v razlichnye kollektivy, kotorye nazyvayutsya gruppami, skopleniyami i sverhskopleniyami - smotrya po tomu, skol'ko ih tam. V gruppu mozhet vhodit' vsego 3 ili 4 galaktiki, a v sverhskoplenie - desyatki tysyach. Nasha Galaktika, Tumannost' Andromedy i eshe bolee tysyachi takih zhe ob'ektov vhodyat v Mestnoe Sverhskoplenie. Ono ne imeet chetko ocherchennoi formy i v celom vyglyadit dovol'no uploshennym.

Priblizitel'no tak zhe vyglyadyat i drugie sverhskopleniya, lezhashie daleko ot nas, no dovol'no otchetlivo razlichimye s pomosh'yu sovremennyh krupnyh teleskopov.

Do nedavnego vremeni astronomy polagali, chto sverhskopleniya predstavlyayut soboi samye krupnye obrazovaniya vo Vselennoi i chto kakie-libo eshe bol'shie sistemy prosto otsutstvuyut. Vyyasnilos', odnako, chto eto ne tak.

Neskol'ko let nazad astronomy sostavili udivitel'nuyu kartu Vselennoi. Na nei kazhdaya galaktika predstavlena vsego lish' tochkoi. Na pervyi vzglyad oni rasseyany na karte haotichno. Esli zhe priglyadet'sya vnimatel'no, to mozhno obnaruzhit' gruppy, skopleniya i sverhskopleniya, prichem poslednie predstavlyayutsya cepochkami tochek. Karta pozvolyaet obnaruzhit', chto nekotorye takie cepochki soedinyayutsya i peresekayutsya, obrazuya kakoi-to setchatyi ili yacheistyi uzor, napominayushii kruzheva ili, mozhet byt', pchelinye soty s razmerom yacheek v 100-300 millionov svetovyh let.

Pokryvayut li takie "setki" vsyu Vselennuyu, eshe predstoit vyyasnit'. No neskol'ko otdel'nyh yacheek, ocherchennyh sverhskopleniyami, udalos' podrobno izuchit'. Vnutri nih galaktik pochti net, vse oni sobrany v "stenki", ogranichivayushie ogromnye pustoty, kotorye nazyvayut seichas "voidami" (t.e."pustotami").

Yacheika i void - eto predvaritel'nye rabochie nazvaniya dlya samogo bol'shogo po razmeru obrazovaniya vo Vselennoi. Bolee krupnye sistemy v prirode nam neizvestny. Poetomu mozhno skazat', chto uchenye reshili seichas odnu iz samyh grandioznyh zadach astronomii - vsya posledovatel'nost' ili, kak eshe govoryat, ierarhiya astronomicheskih sistem, teper' celikom izvestna.

Vselennaya

Bol'she vsego na svete - sama Vselennaya, ohvatyvayushaya i vklyuchayushaya v sebya vse planety, zvezdy, galaktiki, skopleniya, sverhskopleniya i yacheiki s voidami. Dal'nost' deistviya sovremennyh teleskopov dostigaet neskol'kih milliardov svetovyh let. Eto i est' razmery nablyudaemoi Vselennoi.

Vse nebesnye tela i sistemy porazhayut raznoobraziem svoistv, slozhnost'yu stroeniya. A kak ustroena vsya Vselennaya, Vselennaya kak celoe? Okazyvetsya, ona v vysshei stepeni odnoobrazna i prosta!

Ee glavnoe svoistvo - odnorodnost'. Ob etom mozhno skazat' i tochnee. Predstavim sebe, chto my myslenno vydelili vo Vselennoi ochen' bol'shoi kubicheskii ob'em s rebrom, skazhem, v pyat'sot millionov svetovyh let. Podschitaem, skol'ko v nem galaktik. Proizvedem takie zhe podschety dlya drugih, no stol' zhe gigantskih ob'emov, raspolozhennyh v razlichnyh chastyah Vselennoi. Esli vse eto prodelat' i sravnit' rezul'taty, to okazhetsya, chto v kazhdom iz nih, gde by ih ni brat', soderzhitsya odinakovoe chislo galaktik. To zhe samoe budet i pri podschete skoplenii i dazhe yacheek.

Itak, esli otvlech'sya ot takih "detalei" kak skopleniya, sverhskopleniya, yacheiki, i vzglyanut' na Vselennuyu shire, myslenno ohvativ vzglyadom srazu vse mnozhestvo zvezdnyh mirov, to ona predstanet pered nami vsyudu odinakovoi - "cploshnoi" i odnorodnoi.

Proshe ustroistva i ne pridumat'. Nuzhno skazat', chto ob etom lyudi uzhe davno podozrevali. Naprimer, zamechatel'nyi myslitel' Paskal' (1623-1662 gg.) govoril, chto mir - eto krug, centr kotorogo vezde, a okruzhnost' nigde. Tak s pomosh'yu naglyadnogo geometricheskogo obraza on govoril ob odnorodnosti mira.

V odnorodnom mire vse "mesta", mozhno skazat', ravnopravny i lyuboe ih nih mozhet pretendovat' na to, chto ono - Centr mira. A esli tak, to, znachit, nikakogo centra mira vovse ne sushestvuet.

Rasshirenie

U Vselennoi est' i eshe odno vazhneishee svoistvo, no o nem do konca 20-h godov nashego veka nikto i ne dogadyvalsya. Vselennaya nahoditsya v dvizhenii - ona rasshiryaetsya. Rasstoyanie mezhdu skopleniyami i sverhskopleniyami postoyanno vozrastaet. Oni kak by razbegayutsya drug ot druga. A set' yacheistoi struktury rastyagivaetsya.

Vo vse vremena lyudi predpochitali schitat' Vselennuyu vechnoi i neizmennoi. Eta tochka zreniya i gospodstvovala vplot' do 20-h godov. Schitalos', chto Vselennaya ogranichena razmerami nashei Galaktiki. I hotya otdel'nye zvezdy Mlechnogo Puti mogut rozhdat'sya i umirat', Galaktika vse ravno ostaetsya vse toi zhe - kak neizmennym ostaetsya les , v kotorom pokolenie za pokoleniem smenyayutsya derev'ya.

Nastoyashii perevorot v nauke o Vselennoi proizveli v 1922-24 gg. raboty peterburgskogo matematika Aleksandra Aleksandrovicha Fridmana. Opirayas' na tol'ko chto sozdannuyu togda Enshteinom obshuyu teoriyu otnositel'nosti, on matematicheski dokazal, chto mir - eto ne nechto zastyvshee i neizmennoe. Kak edinoe celoe on zhivet svoei dinamicheskoi zhizn'yu, izmenyaetsya vo vremeni, rasshiryayas' ili szhimayas' po strogo opredelennym zakonam.

Fridman otkryl nestacionarnost' Vselennoi. Eto bylo teoreticheskoe predskazanie. Okonchatel'no reshit', rasshiryaetsya Vselennaya ili szhimaetsya, mozhno bylo lish' na osnovanii astronomicheskih nablyudenii. Takie nablyudeniya v 1928-29 gg. udalos' prodelat' Habblu.

On obnaruzhil, chto dalekie galaktiki i celye ih kollektivy razbegayutsya ot nas vo vse storony. V sootvetstvii s predskazaniyami Fridmana imenno tak i dolzhno vyglyadet' obshee rasshirenie Vselennoi.

Esli Vselennaya rasshiryaesya, znachit, v dalekom proshlom skopleniya i sverhskopleniya byli blizhe drug k drugu. Bolee togo, iz teorii Fridmana sleduet, chto 15-20 milliardov let nazad ni zvezd, ni galaktik eshe ne sushestvovalo i vse veshestvo bylo peremeshano i szhato do kolossal'noi plotnosti. Eto veshestvo imelo togda i chudovishno vysokuyu temperaturu.

Bol'shoi vzryv

Gipotezu o vysokoi temperature kosmicheskogo veshestva v tu otdalennuyu epohu vydvinul Georgii Antonovich Gamov (1904-1968), kotoryi nachinal svoi zanyatiya kosmologiei v leningradskom universitete pod rukovodstvom professora A. A. Fridmana. Gamov utverzhdal, chto rasshirenie Vselennoi nachalos' s Bol'shogo vzryva, proizshedshego odnovremenno i povsyudu v mire. Bol'shoi vzryv zapolnil prostranstvo goryachim veshestvom i izlucheniem.

Pervonachal'noi cel'yu issledovanii Gamova bylo vyyasnenie proishozhdeniya himicheskih elementov, iz kotoryh sostoyat vse tela vo Vselennoi - galaktiki, zvezdy, planety i my sami.

Astronomy uzhe davno ustanovili, chto samyi rasprostranennyi element vo Vselennoi - eto vodorod, stoyashii pod nomerom odin v tablice Mendeleeva. Na nego prihoditsya primerno 3/4 vsego "obychnogo" (ne skrytogo) veshestva Vselennoi. Okolo 1/4 sostavlyaet gelii (element N2), a na vse ostal'nye elementy (uglerod, kislorod, kal'cii, kremnii, zhelezo i t.d.) prihoditsya sovsem malo, do 2% (po masse). Takov himicheskii sostav Solnca i bol'shinstva zvezd.

Kak zhe slozhilsya universal'nyi himicheskii sostav kosmicheskogo veshestva, kak vozniklo prezhde vsego "standartnoe" sootnoshenie mezhdu vodorodom i geliem?

V poiskah otveta na etot vopros astronomy i fiziki obratilis' snachala k zvezdnym nedram, gde intensivno protekayut reakcii prevrasheniya atomnyh yader. Vskore, odnako, vyyasnilos', chto v usloviyah, kotorye sushestvuyut v central'nyh oblastyah zvezd, podobnyh Solncu, nikakie elementy tyazhelee geliya v skol'ko-nibud' sushestvennyh kolichestvah obrazovat'sya ne mogut.

A chto esli himicheskie elementy poyavilis' ne v zvezdah, a srazu vo vsei Vselennoi na pervyh zhe etapah kosmologicheskogo rasshireniya? Universal'nost' himicheskogo sostava pri etom avtomaticheski obespechivaetsya. Chto zhe kasaetsya fizicheskih uslovii, to v rannei Vselennoi veshestvo nesomnenno bylo ochen' plotnym, vo vsyakom sluchae, mnogo plotnee, chem v nedrah zvezd. Vysokaya plotnost', garantiruemaya kosmologiei Fridmana - nepremennoe uslovie protekaniya yadernyh reakcii sinteza elementov. Dlya etih reakcii neobhodima takzhe i vysokaya temperatura veshestva. Rannyaya Vselennaya byla, po idee Gamova, tem "kotlom", v kotorom proizoshel sintez vseh himicheskih elementov.

V itoge bol'shoi mnogoletnei kollektivnoi deyatel'nosti uchenyh raznyh stran, iniciirovannoi Gamovym, v 40-60-e gg. stalo ochevidnym, chto kosmicheskaya rasprostranennost' dvuh glavnyh elementov - vodoroda i geliya - deistvitel'no mozhet byt' ob'yasnena yadernymi reakciyami v goryachem veshestve rannei Vselennoi. Bolee tyazhelye elementy dolzhny, po-vidimomu, sintezirovat'sya inym putem (pri vspyshkah sverhnovyh zvezd).

Sintez elementov vozmozhen, kak uzhe govorilos', lish' pri vysokoi temperature; no v razogretom veshestve, soglasno obshim zakonam termodinamiki, vsegda dolzhno imet'sya i izluchenie, nahodyashesya s nim v teplovom ravnovesii. Posle epohi nukleosinteza (kotoraya, kstati, dlilas' vsego neskol'ko minut) izluchenie nikuda ne ischezaet i prodolzhaet dvizhenie vmeste s veshestvom v hode obshei evolyucii rasshiryayusheisya Vselennoi. Ono dolzhno sohranit'sya i k nastoyashei epohe, tol'ko ego temperatura dolzhna byt' - iz-za znachitel'nogo rasshireniya - gorazdo nizhe, chem v nachale. Takoe izluchenie dolzhno sozdavat' obshii fon neba v diapazone korotkih radiovoln.

Krupneishim sobytiem vo vsei nauke o prirode, nastoyashim triumfom kosmologii Fridmana-Gamova stalo otkrytie v 1965 g. predskazannogo etoi teoriei kosmicheskogo radioizlucheniya. Eto bylo samoe vazhnoe nablyudatel'noe otkrytie v kosmologii so vremeni obnaruzheniya obshego razbeganiya galaktik.

Kak obrazovalis' galaktiki

Nablyudeniya pokazali, chto kosmicheskoe izluchenie prihodit k nam iz vseh napravlenii v prostranstve isklyuchitel'no ravnomerno. Etot fakt ustanovlen s rekordnoi dlya kosmologii tochnost'yu: do sotyh dolei procenta. Imenno s takoi tochnost'yu mozhno govorit' teper' i ob obshei ravnomernosti, odnorodnosti samoi Vselennoi kak celogo.

Itak, nablyudeniya nadezhno podtverdili ne tol'ko ideyu goryachego nachala Vselennoi, no i zalozhennye v kosmologiyu predstavleniya o geometricheskih svoistvah mira.

No i eto eshe ne vse. Sovsem nedavno v kosmicheskom fone naideny ochen' slabye, men'she tysyachnoi doli procenta, otkloneniya ot polnoi i ideal'noi ravnomernosti. Kosmologi radovalis' etomu otkrytiyu edva li ne bol'she, chem nekogda obnaruzheniyu samogo izlucheniya. Eto bylo dolgozhdannoe otkrytie.

Uzhe davno teoretiki predskazyvali, chto v kosmicheskom izluchenii dolzhna sushestvovat' melkaya "ryab'", voznikshaya v nem v rannie vremena zhizni Vselennoi, kogda v nei ne bylo eshe ni zvezd, ni galaktik. Vmesto nih imelis' lish' ochen' slabye sgusheniya veshestva, iz kotoryh vposledstvie "rodilis'" sovremennye zvezdnye sistemy. Eti sgusheniya postepenno uplotnyalis' blagodarya sobstvennomu tyagoteniyu i v opredelennuyu epohu smogli "otklyuchit'sya" ot obshego kosmologicheskogo rasshireniya. Posle etogo oni i prevratilis' v nablyudaemye galaktiki, ih gruppy, skopleniya i sverhskopleniya. Prisutstvie dogalakticheskih neodnorodnostei v rannei Vselennoi ostavilo svoi otchetlivyi otpechatok i v kosmicheskom fone izlucheniya: iz-za nih on ne mozhet byt' ideal'no ravnomernym, chto i bylo obnaruzheno v 1992 g. (sm. "Novosti astronomii" na str. 14 - Red).

Ob etom soobshili dve gruppy astronomov-nablyudatelei - iz Instituta kosmicheskih issledovanii v Moskve i iz Goddardskogo kosmicheskogo centra bliz Vashingtona. Ih issledovaniya provodilis' na orbital'nyh stanciyah, oborudovannyh special'nymi ochen' chuvstvitel'nymi priemnikami radiovoln. Kosmicheskoe izluchenie, predskazannoe Gamovym, sosluzhilo tem samym novuyu sluzhbu astronomii.

Skrytye massy, nuzhno polagat', tozhe byli rozhdeny v edinom grandioznom sobytii Bol'shogo Vzryva. Oni sobiraliss' v budushie korony, vnutri kotoryh "obychnoe" veshestvo prodolzhalo szhimat'sya i raspadalos' na sravnitel'no malye, no plotnye fragmenty - gazovye oblaka. Te, v svoyu ochered', prodolzhali eshe bol'she szhimat'sya pod deistviem sobstvennogo tyagoteniya i razdelyalis' na protozvezdy, kotorye v konce koncov prevratilis' v zvezdy, kogda v ih samyh plotnyh i goryachih oblastyah "vklyuchilis'" termoyadernye reakcii.

Vydelenie bol'shoi energii v reakciyah prevrasheniya vodoroda v gelii, a zatem i v bolee tyazhelye elementy est' istochnik svetimosti i samyh pervyh zvezd, i zvezd posleduyushih pokolenii. Seichas astronomy mogut vpryamuyu nablyudat' v diske Galaktiki rozhdenie molodyh zvezd: ono proishodit na nashih glazah. Fizicheskaya priroda zvezd, prichina, po kotoroi eti fizicheskie tela izluchayut svoi svet, i dazhe samo ih proishozhdenie perestali byt' nerazreshimoi zagadkoi.

Pochemu ona rasshiryaetsya?

Gorazdo trudnee prodvigaetsya nauka v izuchenii rannih, dozvezdnyh, dogalakticheskih stadii evolyucii mira, kotorye ne udaetsya nablyudat' neposredstvenno. Ochen' mnogoe soobshilo nam o proshlom Vselennoi kosmicheskoe fonovoe izluchenie. No glavnye voprosy kosmologii ostayutsya otkrytymi. Eto prezhde vsego vopros o prichine vseobshego rasshireniya veshestva, kotoroe prodolzhaetsya 15-20 milliardov let.

O fizicheskoi prirode etogo samogo grandioznogo po masshtabam yavleniya prirody mozhno poka chto lish' stroit' gipotezy, vydvigat' teoreticheskie predpolozheniya, vyskazyvat' dogadki. Odna iz takogo roda gipotez zavoevala seichas bol'shoe chislo uvlechennyh storonnikov.

Ee ishodnaya ideya sostoit v tom, chto v samom nachale Vselennoi, eshe do epohi nukleosinteza, v mire carilo ne vsemirnoe tyagotenie, a vsemirnoe antityagotenie. Obshaya teoriya otnositel'nosti, na kotoroi stroitsya kosmologiya, takoi vozmozhnosti v principe ne isklyuchaet. Eta ideya byla, v sushnosti, kak by podskazana eshe samim Einshteinom mnogo let nazad.

Esli takuyu ideyu prinyat', to netrudno dogadat'sya, chto iz-za antityagoteniya vse tela v mire dolzhny ne prityagivat'sya, a, naprotiv, ottalkivat'sya i razletat'sya drug ot druga. Etot razlet ne ostanavlivaetsya i prodolzhaetsya po inercii dazhe posle togo, kak antityagotenie smenyaetsya v kakoi-to moment privychnym nam vsemirnym tyagoteniem.

Eta yarkaya i plodotvornaya gipoteza aktivno razvivaetsya seichas v teoreticheskom plane, no ona dolzhna proiti eshe stroguyu nablyudatel'nuyu proverku, chtoby v sluchae udachi prevratit'sya v ubeditel'nuyu koncepciyu, kak eto proieoshlo ran'she s teoriyami Fridmana i Gamova. A poka eto - lish' odno iz lyubopytnyh napravlenii nauchnogo poiska v kosmologii. Razgadka samyh udivitel'nyh tain Bol'shoi Vselennoi eshe vperedi.

Publikacii s klyuchevymi slovami: Vselennaya - Nebesnaya sfera - Kopernik Publikacii so slovami: Vselennaya - Nebesnaya sfera - Kopernik
Sm. takzhe: Spiral' vremeni JADES-GS-z14-0: novyi samyi dalekii ob'ekt "Illyustris" modeliruet Vselennuyu Edvin Habbl otkryvaet Vselennuyu Karta nablyudaemoi Vselennoi Poslanie ot gravitacionnoi Vselennoi Raskras'te Vselennuyu Vse publikacii na tu zhe temu >>