<< 3. Vozrozhdenie interesa k zvezdam | Oglavlenie | 5. Ot Dzhinsa do nashih dnei >>

Ot N'yutona do Dzhinsa

"Pri izuchenii nauk primery ne menee pouchitel'ny, nezheli pravila." I. N'yuton

Novyi period zvezdnoi kosmogonii nachinaetsya s prihodom v nauku Velikogo N'yutona (1642-1727). Idei N'yutona okazalis' nastol'ko vazhny, chto chasto s ego imeni voobshe nachinayut izlozhenie nauchnoi kosmogonii (sm., naprimer, [13]). Sleduet zametit', chto ideya N'yutona o gravitacionnoi kondensacii razrezhennogo veshestva v zvezdy ne byla sovershenno original'noi. Naprotiv, ona byla dostatochno estestvennoi dlya togo vremeni i legko vosprinimalas'. Naprimer, F. Tisseran i A. Anduaie otmechali, chto eshe "Tiho Brage rassmatrival novuyu zvezdu 1572 goda, kak proisshedshuyu iz efirnogo veshestva Mlechnogo Puti. Voobshe, mezhdu astronomami bylo ochen' rasprostraneno mnenie, chto svetila obrazovalis' cherez posledovatel'noe sgushenie ves'ma razrezhennoi materii, rasseyannoi v prostranstve. Eto mnenie vyskazyvalos' eshe Anaksimenom Ioniiskoi shkoly (VI vek do n. e.)" [14].

Odnako vo vtoroi polovine XVII veka gipoteza o kondensacii zvezd iz razrezhennogo veshestva vosprinimalas' sovsem po-inomu: iz umozritel'noi idei ona nachala prevrashat'sya v nauchnuyu teoriyu. Vo-pervyh, trudami prilezhnyh nablyudatelei neba, usovershenstvovavshih teleskop, k koncu XVII veka bylo obnaruzheno nemalo svetlyh tumannostei, t. e. kak raz to samoe "razrezhennoe veshestvo". A, vo-vtoryh, N'yuton sozdal teoriyu gravitacii, sposobnuyu ob'yasnyat' prichinu kondensacii kosmicheskogo veshestva v zvezdy. I vot cherez 5 let posle togo, kak Isaak N'yuton opublikoval svoi zakon tyagoteniya, ego drug, prepodobnyi Richard Bentli, stoyavshii togda vo glave Triniti - kolledzha v Kembridzhe, v pis'me k N'yutonu sprashivaet o tom, ne mozhet li byt' tol'ko chto otkrytaya sila tyagoteniya prichinoi obrazovaniya zvezd. N'yuton pis'mom ot 10 dekabrya 1692 g. otvechaet emu sleduyushee:

"Mne kazhetsya, chto esli by vse veshestvo nashego Solnca i planet i vse veshestvo Vselennoi bylo by ravnomerno rasseyano v nebesnyh glubinah" i esli by kazhdaya chastica imela vrozhdennoe tyagotenie ko vsem ostal'nym, i esli by nakonec, prostranstvo, v kotorom byla by rasseyana eta materiya, bylo by konechnym, veshestvo snaruzhi etogo prostranstva blagodarya ukazannomu tyagoteniyu vleklos' by ko vsemu veshestvu vnutri i vsledstvie etogo upalo by v seredinu vsego prostranstva i obrazovalo by tam odnu ogromnuyu sfericheskuyu massu. Odnako, esli by eto veshestvo bylo ravnomerno raspredeleno po beskonechnomu prostranstvu, ono nikogda ne moglo by ob'edinit'sya v odnu massu, no chast' ego sgushalas' by tut, a drugaya tam, obrazuya beskonechnoe chislo ogromnyh mass, razbrosannyh na ogromnyh rasstoyaniyah drug ot druga po vsemu etomu beskonechnomu prostranstvu. Imenno tak mogli obrazovat'sya i Solnce i nepodvizhnye zvezdy, esli predpolozhit', chto veshestvo bylo svetyashimsya po svoei prirode" [34].

Eti slova velikogo fizika, po suti, verny i segodnya; v nih vpervye prozvuchala mysl' o tom, chto sila gravitacii sposobna razdelit' razrezhennoe veshestvo na chasti i sformirovat' iz nih zvezdy. N'yuton verno predugadal harakter povedeniya nepreryvnoi sredy pod deistviem sily tyazhesti. I hotya tochnuyu matematicheskuyu formulirovku i reshenie etoi problemy poluchil uzhe v XX veke drugoi angliiskii fizik - Dzheims Dzhine (1877 - 1946), ideya N'yutona o gravitacionnoi neustoichivosti i fragmentacii (t. e. raspade na chasti) razrezhennogo kosmicheskogo veshestva bystro zavoevala populyarnost'. K nei obrashalis' mnogie uchenye v popytke vossozdat' kartinu rozhdeniya zvezd i planet.

Ne mogli proiti mimo evolyucionnyh idei N'yutona i predstaviteli duhovenstva. Molodoi Dzhordzh Berkli (1685--1753), budushii episkop Berkli, stoyavshii u istokov ob'ektivnogo idealizma, zapisal v 1707 g. v svoem filosofskom dnevnike: "Moya doktrina prekrasno sootvetstvuet [idee] tvoreniya: ya schitayu, chto ni materiya, ni zvezdy, ni Solnce i t. d. ne sushestvovali prezhde" [17].

Lyubopytno, chto v XVIII veke teoreticheskaya kosmogoniya yavno operezhala nablyudatel'nuyu. Opirayas' na zakon vsemirnogo tyagoteniya i na imeyushiesya nemnogochislennye astronomicheskie fakty, fiziki i filosofy (chasto predstavlennye v odnom lice) pytalis' uzhe v pervoi polovine XVIII veka postroit' neprotivorechivye kosmogonicheskie modeli. Osobenno vpechatlyayushimi byli raboty Tomasa Raita (1711-1786) "Teoriya Vselennoi" (1750 g.), Immanuila Kanta (1724-1804) "Obshaya estestvennaya istoriya i teoriya neba" (1755 g.) i Ioganna Lamberta (1728-1777) "Kosmologicheskie pis'ma ob ustroistve Vselennoi" (1761 g.). V etih rabotah vyskazyvalis' pravil'nye dogadki o forme i dvizhenii Mlechnogo Puti, a takzhe o zvezdnoi prirode drugih tumannostei ellipticheskoi formy. V nih dazhe predskazyvalos' sushestvovanie fizicheski dvoinyh zvezd i sistem, sostoyashih iz galaktik (Lambert). Naibol'shii interes k evolyucii zvezd proyavil Kant. Pomnite, chto ego udivlyalo zvezdnoe nebo nad golovoi i moral'nyi zakon v cheloveke. Vydelyaya sredi vseh proizvedenii prirody samoe udivitel'noe, velikii myslitel' nazval zvezdnoe nebo, ne prosto kosmos, okruzhayushii mir, a konkretno - zvezdnoe nebo, t. e. zvezdy.

Razrabatyvaya svoyu koncepciyu formirovaniya zvezd i planet, Kant, veroyatno, byl znakom s rabotoi Zhan-Zhaka Dortu de Merana "Fizicheskii i istoricheskii traktat o severnom siyanii" (1733 g.), v kotorom vpervye byli vydvinuty obosnovannye predpolozheniya o prirode tumannostei. Issleduya severnoe siyanie, Meran obratil vnimanie na solnechnuyu koronu, nablyudaemuyu vo vremya zatmenii, i predpolozhil, chto potoki solnechnogo veshestva, vtorgayas' v atmosferu Zemli, stanovyatsya prichinoi ee svecheniya. A dalee on predpolozhil, chto u nekotoryh zvezd eti potoki mogut byt' znachitel'no sil'nee, chem u Solnca. "Veshestvo, vybrasyvaemoe takimi zvezdami, moglo by vyglyadet' kak tumannye pyatna v nebesah", - zaklyuchil Meran [18]. V svoyu ochered' Kant razrabotal koncepciyu prevrasheniya razrezhennyh tumannostei v zvezdy i planety. Tak v seredine XVIII veka okonchatel'no sformirovalas' ideya ob obmene veshestvom mezhdu zvezdami i mezhzvezdnoi sredoi.

Odnako shirokoe priznanie eta ideya poluchila ne srazu, dazhe nesmotrya na avtoritet Kanta-filosofa. Otchasti vinoi tomu byla "skromnost'" samogo Kanta, opublikovavshego "Teoriyu neba" anonimno i ne pozabotivshegosya o rasprostranenii knigi; no v bol'shei stepeni, veroyatno, chitatelei nastorazhival umozritel'nyi harakter kosmogonicheskih postroenii, ne imevshih pod soboi ni ser'eznoi matematicheskoi, ni nablyudatel'noi bazy (ochen' zhivo etot period v istorii astronomii opisal Ch. Uitni [18]). Ne budem zabyvat', chto eto byli gody, kogda astronomy dostigli vysochaishei tochnosti nablyudenii, pozvolivshei obnaruzhit' tonkie effekty v dvizhenii Zemli, planet i zvezd; kogda L. Eiler postroil rafinirovannuyu teoriyu dvizheniya Luny, a vychisleniya A. Klero pozvolili tochno predskazat' poyavlenie komety Galleya. Na fone etih uspehov astronomii kosmogonicheskie gipotezy nuzhdalis' hotya by v kachestvennoi proverke putem nablyudenii. Takaya vozmozhnost' poyavilas' tol'ko vo vtoroi polovine XVIII veka.

Esli spisok E. Galleya v 1714 g. soderzhal lish' shest' "tumannostei" (t. e. netochechnyh, nechetkih ob'ektov), to v spiske N. Lakailya, provodivshego nablyudeniya na myse Dobroi Nadezhdy, k 1755 g. bylo zafiksirovano uzhe 42 tumannosti yuzhnogo neba. Pravda, sam Lakail', po-vidimomu, schital ih nerazreshennymi zvezdnymi skopleniyami. Osobenno obostrilsya interes k ob'ektam nezvezdnoi prirody posle 1759 g., kogda proizoshlo triumfal'noe poyavlenie predvychislennoi komety Galleya. Lovcy komet s pomosh'yu svetosil'nyh instrumentov stali otyskivat' na nebe rasplyvchatye pyatnyshki novyh komet i, chtoby ne putat' ih s dalekimi nepodvizhnymi tumannostyami, zanosili poslednie v special'nye spiski. Tak poyavilsya pervyi katalog tumannostei i zvezdnyh skoplenii, sostavlennyi v 1783 g. Sharlem Mess'e i P'erom Meshenom. Sredi 103-h ob'ektov etogo znamenitogo kataloga mnogie imeyut pryamoe otnoshenie k processu zvezdoobrazovaniya - eto gazovye tumannosti i skopleniya molodyh zvezd.

Grandioznym vkladom v nablyudatel'nuyu kosmogoniyu yavilas' rabota Vil'yama Gershelya (1738-1822), kotoryi sozdal krupneishie dlya svoego vremeni teleskopy i obnaruzhil s ih pomosh'yu mnogo novyh astronomicheskih ob'ektov. O ego porazitel'no celeustremlennoi i plodotvornoi zhizni napisano nemalo statei i knig, kotorye my ne sobiraemsya pereskazyvat' (sm., naprimer, [19, 20]). Otmetim tol'ko, chto esli Mess'e za 30 let poiskov obnaruzhil sotnyu tumannostei, to Gershel' za takoi zhe period (1783-1818) otkryl bolee 2,5 tys. novyh tumannostei, novuyu planetu (Uran), sputniki, komety, okolo tysyachi dvoinyh i kratnyh zvezd i t. d.

Gershel' ne udovletvorilsya obnaruzheniem novyh ob'ektov: on stremilsya svesti vse nablyudaemye formy tumannostei v edinuyu posledovatel'nost' i dat' ei evolyucionnoe tolkovanie. Teoreticheskoi osnovoi dlya nego sluzhila teoriya gravitacii N'yutona: "Pochemu by nam ne schest' prichinoi vsyakogo sgusheniya, akkumulyacii, szhatiya i koncentracii veshestva tumannosti vsemirnoe tyagotenie veshestva?" [18]. Gershel' polagal, chto razrezhennoe, diffuznoe veshestvo zapolnyaet prostranstvo Galaktiki v bol'shom izobilii. Pri etom vse nerazreshimye dlya ego teleskopov tumannosti on schital diffuznymi, t. e. v bol'shinstve sluchaev on ne razdelyal istinnye gazopylevye tumannosti i dalekie zvezdnye sistemy - galaktiki. Veshestvo diffuznyh tumannostei Gershel' schital samosvetyashimsya i bol'shuyu ego yarkost' v nekotoryh mestah tumannosti ob'yasnyal bol'shei koncentraciei tam veshestva. Gershelyu kazalos', chto v raznyh tumannostyah on nablyudaet posledovatel'nye stadii sgusheniya razrezhennogo veshestva v zvezdy i, bolee togo, chto emu udalos' zametit' evolyucionnye izmeneniya otdel'nyh tumannostei (naprimer, v Orione), kotorye za mnogoletnii period nablyudenii yakoby preterpevayut zametnoe izmenenie formy.

Rezul'tatami nablyudenii Gershelya zhivo interesovalsya ego ne menee znamenityi sovremennik, matematik i astronom P'er-Simon Laplas (1749-1827). I hotya uchenyh razdelyal La-Mansh, ih vzglyady na proishozhdenie nebesnyh svetil okazalis' ochen' blizki. Vot kak vyrazil ih Laplas v svoem kapital'nom "Izlozhenii sistemy mira"

"Gershel', nablyudaya tumannosti v svoi moshnye teleskopy, zaklyuchil o progresse ih sgusheniya ne po odnoi iz nih, - potomu chto zametit' progress sgusheniya mozhno tol'ko po proshestvii vekov, - a po sovokupnosti vseh, podobno tomu, kak o roste derev'ev v obshirnom lesu sudyat ne po nablyudenii" odnogo dereva, a rassmatrivaya vse vmeste i zamechaya prisutstvie osobei razlichnogo vozrasta i razmerov. On sperva nablyudal tumannoe veshestvo v vide razlichnyh skoplenii, rasseyannyh po nebu i zanimayushih na nem bol'shie prostranstva. Zatem v nekotoryh iz nih on zametil slaboe sgushenie okolo odnogo ili neskol'kih yader so slabym bleskom. V drugih tumannostyah eti yadra blestyat znachitel'no sil'nee okruzhayushei tumannosti. Atmosfery yader nachinayut otdelyat'sya vsledstvie pozdneishego sgusheniya, i proishodyat slozhnye tumannosti, sostoyashie iz neskol'kih blestyashih yader" blizkih drug k drugu i okruzhennyh kazhdoe svoeyu atmosferoyu; inogda tumannoe veshestvo, sgushayas' ravnomerno, proizvodit planetarnye tumannosti (t. e. tumannosti krugloi ili slegka ellipticheskoi formy, delayushei ih pohozhimi na planety nashei sistemy). Nakonec, eshe vysshaya stepen' sgusheniya prevrashaet eti tumannosti v zvezdy. Tumannosti, rasstavlennye na osnovanii etoi filosofskoi tochki zreniya, s bol'shoi veroyatnost'yu ukazyvayut na budushee ih prevrashenie v zvezdy i na predshestvuyushee tumannoe sostoyanie sushestvuyushih zvezd. Takim obrazom, ot rassmotreniya processa sgusheniya tumannostei my prihodim k kartine Solnca, okruzhennogo nekogda obshirnoyu atmosferoyu, - kartine, k kotoroi ya, s drugoi storony, prishel, voshodya ot rassmotreniya planetnyh dvizhenii. Takoe zamechatel'noe sovpadenie pri sledovanii razlichnymi putyami pridaet bol'shuyu veroyatnost' ukazannomu pervonachal'nomu sostoyaniyu Solnca" (cit. po [14]).

Sudya po vsemu, Laplas uznal o kosmogonicheskih ideyah Kanta lish' v poslednie gody svoei zhizni. Tem porazitel'nee sovpadenie ih vzglyadov. Sravnite privedennye vyshe slova Laplasa s vyskazyvaniem Kanta: "Ya polagayu, chto v nachale vsya materiya, nahodyashayasya teper' v Solnce, planetah i kometah, byla rasprostranena v tom prostranstve, gde eti tela teper' vrashayutsya" [1]. A ved' nel'zya skazat', chto v te gody ne sushestvovalo konkuriruyushih vzglyadov na evolyuciyu Solnechnoi sistemy: vzyat' hotya by katastroficheskuyu gipotezu Zh. Byuffona (1745 g.), soglasno kotoroi .veshestvo planet bylo vybito s poverhnosti Solnca naletevshei na nego kometoi. Eta, na pervyi vzglyad, strannaya tochka zreniya, modificiruyas', prosushestvovala do nashih dnei i vremya ot vremeni ser'ezno konkurirovala s gipotezoi kondensacii.

Razumeetsya, Laplas i Gershel' oshushali kuda bol'shuyu uverennost' v svoih vzglyadah, chem Kant: ved' ih rassuzhdeniya pokoilis' na prochnom fundamente nablyudenii! No priroda v dannom sluchae prepodnesla uchenym horoshii urok. Lish' stoletie spustya vyyasnilos', chto velikolepnye nablyudeniya Gershelya i prekrasnaya teoriya Kanta i Laplasa ne imeli drug k drugu pochti nikakogo otnosheniya. Sredi ob'ektov, rasstavlennyh Gershelem v edinuyu evolyucionnuyu posledovatel'nost' byli... dalekie galaktiki, rasshiryayushiesya planetarnye i emissionnye tumannosti, zvezdnye skopleniya - odnim slovom, samye raznorodnye, geneticheski ne svyazannye mezhdu soboi ob'ekty, sredi kotoryh, po-vidimomu, ne bylo pi odnogo, szhimayushegosya pod deistviem gravitacii v zvezdu. Segodnya by my skazali, chto pri sopostavlenii teorii Kanta - Laplasa s nablyudeniyami, fakty okazalis' "prityanuty za ushi". Da i otkuda bylo znat' uchenym teh let, chto dlya obnaruzheniya i issledovaniya istinnyh predshestvennikov zvezd nuzhny ne opticheskie, a radio i infrakrasnye teleskopy, kotorye poyavyatsya lish' cherez dva stoletiya.

Vprochem, po ironii sud'by vnimatel'nyi Gershel' vse zhe otmetil sushestvovanie v mezhzvezdnom prostranstve plotnyh gazopylevyh oblakov, no proshel mimo etogo fakta, dav emu sovershenno nevernoe ob'yasnenie. Vot kak rasskazyvala ob etom sestra velikogo astronoma Karolina v pis'me synu V. Gershelya Dzhonu Gershelyu, takzhe izvestnomu astronomu: "Odnazhdy vecherom" kogda vash otec rassmatrival nebo v sozvezdii Skorpiona, on posle dolgogo muchitel'nogo vnimaniya vdrug voskliknul: "Zdes', veroyatno, dyra v nebe!" Posle dolgogo rassmatrivaniya etogo mesta on utomlennyi, nakonec? ostavil ego". Reshiv, chto obnaruzheny otverstiya v nebesah, Gershel' interpretiroval eto kak priznak gravitacionnogo okuchivaniya zvezd i raspada Galaktiki na otdel'nye chasti. Vsled za nim astronomy priderzhivalis' etoi mysli do nachala XX veka. Tak okazalis' zamechennymi, no ne razgadannymi istinnye oblasti zarozhdeniya zvezd - holodnye i plotnye, temnye i sovershenno neprozrachnye dlya sveta mezhzvezdnye oblaka (ris. 4.1).

Ris. 4.1. Uchastok Mlechnogo Puti s temnymi oblakami (levyi snimok): uvelichennoe izobrazhenie odnoi iz "dyr v nebesah", izvestnoi seichas kak ob'ekt Barnarda 68; eto temnoe oblako, pogloshenie sveta v kotorom dostigaet 25m (pravyi snimok).

Etot istoricheskii kur'ez ne sil'no diskreditiroval teoriyu formirovaniya zvezd putem gravitacionnoi kondensacii, no posluzhil astronomam horoshim urokom; s teh por oni uzhe ne toropilis' ob'yavlyat' svoi teoreticheskie razrabotki okonchatel'no podtverzhdennymi nablyudeniyami, a skromno imenovali ih modelyami, ponimaya vsyu ogranichennost' nashih prostyh shem na fone nemyslimogo mnogoobraziya prirody. Harakterny v etom smysle slova Dzhona Gershelya (1792-1871), napisannye im cherez 4 goda posle smerti otca: "Pole predpolozhenii tak shiroko i analogii, na kotorye my dolzhny polagat'sya, tak nenadezhny, chto v nastoyashee vremya nam, pozhalui, sleduet otkazat'sya ot gipotez i obratit'sya (byt' mozhet, na veka) k nablyudeniyam" [18]. A chut' pozzhe francuzskii pozitivist Ogyust Kont (1798- 1857) voobshe ob'yavil principial'no nepoznavaemymi himicheskii sostav i fizicheskie harakteristiki zvezd. No astrofizika uzhe stuchalas' v dveri...

V 1839 g. L. Dager (1787-1851) izobrel fotografiyu, kotoraya k 1858 godu stala sistematicheski ispol'zovat'sya dlya astronomicheskih nablyudenii. V 1859 g. trudami R. V. Bunzena (1811-1899) i G. R. Kirhgofa (1824-1887) rodilsya spektral'nyi analiz, davavshii vozmozhnost' ocenit' kachestvennyi himicheskii sostav svetyashegosya ili chastichno pogloshayushego svet veshestva (kolichestvennyi spektral'nyi analiz poyavilsya tol'ko v 20-h godah nashego veka v rezul'tate razvitiya kvantovoi fiziki). Ispol'zovat' prizmu dlya analiza zvezdnogo sveta vpervye popytalsya eshe V. Gershel'. V 1863 g. Andzhelo Sekki (1818-1878) na osnove vizual'nyh nablyudenii cveta i spektra zvezd predlozhil dlya nih pervuyu spektral'nuyu klassifikaciyu, prosushestvovavshuyu do nachala XX veka.

Vo vtoroi polovine XIX v. v fizike zvezd stal namechat'sya perelom. Dzheims Klerk Maksvell (1831- 1879) v lekcii, prochitannoi v 1870 g. pered chlenami Britanskoi associacii razvitiya nauki, napomnil, chto "esli by pas sprosili neskol'ko let tomu nazad, v kakoi iz oblastei fiziki bylo men'she vsego proizvedeno otkrytii, to my ukazali by, s odnoi storony, na beznadezhno dalekie nepodvizhnye zvezdy, a s drugoi storony, na nepostizhimo tonkoe stroenie material'nyh tel. Deistvitel'no, esli schitat' Konta v izvestnoi mere predstavitelem nauchnyh vzglyadov ego vremeni, to nuzhno priznat', chto issledovanie yavlenii, sovershayushihsya za predelami nashei solnechnoi sistemy, bespredel'no trudno, esli ne sovsem beznadezhno". "No teper', - otmechaet Maksvell, - uspehi ryada blestyashih spektroskopicheskih otkrytii... sdelali himiyu nebesnyh tel ob'ektom chelovecheskogo issledovaniya" [22].

Nesmotrya na bol'shie trudnosti vizual'nogo nablyudeniya zvezdnyh spektrov, ibo oni kraine slaby, osnovopolozhnik astrofiziki - A. Sekki izuchil spektry 4000 zvezd i razdelil ih na 5 klassov. K pervomu klassu on otnes belye zvezdy tipa Vegi i Siriusa s nebol'shim chislom temnyh linii vodoroda. Vo vtoroi klass popali zheltye solncepodobnye zvezdy, v spektre kotoryh horosho zametny linii metallov. K tret'emu klassu byli otneseny oranzhevye i slegka krasnovatye zvezdy tipa Betel'geize s bol'shim kolichestvom temnyh linii. A v chetvertyi klass okazalis' ob'edineny krasnye zvezdy s shirokimi temnymi polosami v spektre. Sekki spravedlivo polagal, chto vdol' etoi posledovatel'nosti umen'shaetsya temperatura atmosfery zvezd vsledstvie ih postepennogo ostyvaniya i ugasaniya. On schital vozmozhnym dazhe sushestvovanie temnyh zvezd, pokrytyh tverdoi koroi, a poyavlenie na nebe novyh zvezd svyazyval s periodicheskim razrusheniem takoi kory i vybrasyvaniem iz-pod nee raskalennyh gazov. Na etu mysl' natolknul ego emissionnyi spektr novyh zvezd, a takzhe nekotoryh peremennyh. Zvezdy vseh tipov s yarkimi liniyami vodoroda v spektre Sekki ob'edinil v osobyi pyatyi klass, schitaya ego, veroyatno, zaklyuchitel'nym v evolyucionnoi posledovatel'nosti [23]. Lyubopytno, chto takaya primitivnaya evolyucionnaya shema v celom okazalas' blizhe k nashim nyneshnim predstavleniyam, chem evolyucionnye scenarii pervoi poloviny XX veka, kogda schitalos', chto snachala zvezda, szhimayas', iz krasnogo giganta prevrashaetsya v normal'nuyu goryachuyu zvezdu, a zatem evolyucioniruet v rezul'tate poteri massy v storonu krasnyh karlikov.

S pomosh'yu spektroskopa Sekki smog ne tol'ko predlozhit' tipizaciyu zvezd, no i okonchatel'no ustanovil razlichie mezhdu otdalennymi skopleniyami zvezd - galaktikami, s odnoi storony, i istinnymi gazovymi tumannostyami, zapolnyayushimi nashu zvezdnuyu sistemu, - s drugoi. K tomu zhe Sekki vser'ez zainteresovalsya chernymi pustotami v Mlechnom Puti, kotorye Gershel'. schital "okoshkami". Sekki nastaival na tom, chto eto gigantskie oblaka temnyh gazov, proeciruyushiesya na svetlyi fon dalekih zvezd. Teper'-to my znaem, naskol'ko prav byl "otec astrofiziki" i kak blizko on podoshel k obnaruzheniyu predshestvennikov zvezd; no i cherez 50 let posle etogo, uzhe v nachale XX veka astronomy sklonny byli razdelyat' vzglyady Gershelya i nahodili gipotezu Sekki maloveroyatnoi.

Vo vtoroi polovine XIX veka interes uchenyh k zvezdam opredelyalsya ne stol'ko problemoi ih proishozhdeniya, skol'ko poiskom istochnikov ih izlucheniya, kak etogo treboval sformulirovannyi v te gody zakon sohraneniya energii. Sovershenno ochevidno bylo, chto himicheskie istochniki energii dlya etogo ne godyatsya: naprimer, gorenie uglya moglo by podderzhivat' izluchenie Solnca vsego okolo 6000 let. Veroyatno, vspomniv ideyu N'yutona o vozmozhnom padenii na Solnce komet, odin iz avtorov zakona sohraneniya energii Yu. Maier (1814-1878) predpolozhil, chto poverhnost' Solnca postoyanno razogrevaetsya v rezul'tate padeniya na nee meteornogo veshestva. V 1853 g. G. Gel'mgol'c (1821-1894) ukazal, chto istochnikom solnechnoi energii mozhet byt' ego nepreryvnoe szhatie pod deistviem sobstvennoi gravitacii. Odnako U. Tomson (lord Kel'vin, 1824-1907) podschital, chto soglasno vzglyadam Maiera i Gel'mgol'ca Solnce moglo by stabil'no svetit' v proshlom lish' neskol'ko desyatkov millionov let.

Deistvitel'no, pri padenii veshestva na Solnce ila pri sobstvennom szhatii svetila vydelyaetsya energiya poryadka gravitacionnoi energii svyazi |U|=GM²/R, gde M = 2 10³³ g - massa Solnca, R = 7 10¹⁰ sm - radius Solnca, G - postoyannaya tyagoteniya. Znaya moshnost' izlucheniya Solnca, ego svetimost' (L = 4 10³³ erg/s), legko ocenit' vremya vysvechivaniya gravitacionnoi energii: t=GM²/(RL)= 3 10⁷ let. No takaya korotkaya shkala vremeni (shkala Kel'vina - Gel'mgol'ca) yavno ne sootvetstvovala geologicheskomu vozrastu Zemli. Poetomu vopros ob istochnikah energii zvezd na vremya otodvinul vse prochie problemy ih evolyucii.

Ne podozrevaya o vnutriyadernyh istochnikah energii, astrofiziki vtoroi poloviny XIX veka dovol'no podrobno razrabotali scenarii evolyucii Solnca s uchetom lish' gravitacii i prevrasheniya himicheskoi energii. Tak, A. Ritter (1826-1908), rassmatrivaya evolyuciyu zvezdy pri vydelenii gravitacionnoi energii, v 1883 g. predpolozhil, chto zvezdy-giganty nahodyatsya na stadii gravitacionnogo szhatiya, a krasnye karliki - eto ostyvayushie zvezdy [24]. Poskol'ku srednyaya plotnost' Solnca (1,4 g/sm³) blizka k plotnosti zhidkih i tverdyh tel, schitalos', chto vnutrennie oblasti Solnca nahodyatsya ne v gazoobraznom, a v skondensirovannom sostoyanii, i ego szhatie v osnovnom zakonchilos'. V etom sluchae prodolzhitel'nost' svecheniya Solnca zavisit ot zapasa ego vnutrennih istochnikov energii. Kakov etot zapas?

Teplovaya (kineticheskaya) energiya atomov Solnca sostavlyaet 3 10⁴⁸ erg, zapas himicheskoi energii (dissociaciya, ionizaciya i vozbuzhdenie molekul i atomov) tozhe okolo 3 10⁴⁸ erg, a zapas luchistoi energii sostavlyaet 3 10⁴⁷ erg. Za schet etih zapasov Solnce moglo by izluchat' 50 mln let - srok takzhe yavno nedostatochnyi dlya evolyucii Solnechnoi sistemy. Otchayavshis' ob'yasnit' dlitel'noe izluchenie Solnca i zvezd, nekotorye uchenye predlagali dlya podderzhaniya energii zvezd sovershenno nelepye proisshestviya, naprimer, ih vzaimnye soudareniya (L. Krul', 1848-1908), a inye issledovateli dazhe perestavali doveryat' fizike: "Nel'zya utverzhdat', - pisal Ch. Yung (1834-1908), - chto ne mozhet byt' takih sredstv, o kotoryh my ne imeem nikakih predstavlenii, i s pomosh'yu kotoryh energiya, po-vidimomu, poteryannaya v prostranstve, mozhet byt' vozvrashena, po krainei mere, otchasti" [25].

Odnako ne toropites' snishoditel'no ulybat'sya. Kto znaet, gde prohodit granica mezhdu pustoi fantaziei i nauchnoi intuiciei? Popytaites' na minutu predstavit' sebya estestvoispytatelem serediny XIX veka, razmyshlyayushim nad prirodoi energii zvezd i chitayushim tol'ko chto opublikovannuyu knigu abbata Sekki "Solnce": "Himiki govoryat nam, chto atomnye vesa prostyh tel sut' kratnye atomnyh vesov vodoroda;... Mnogie filosofy zaklyuchali, chto kazhdoe iz tel, kakie my schitaem prostymi, mozhet byt' rassmatrivaemo kak himicheskoe soedinenie izvestnogo chisla atomov vodoroda. Esli eta gipoteza verna, to vozmozhno, chto pri temperature, kakuyu imeet solnechnyi shar, dissociaciya rasprostranyaetsya odinakovo i na eti pervichnye elementy,... Tam byl by istochnik teploty, ibo vsyakaya dissociaciya predpolagaet znachitel'noe kolichestvo skrytoi teploty, kotoraya dolzhna proyavit'sya v moment soedineniya. My ne hotim, odnako, pridavat' etim gipotezam bol'shee znachenie, chem oni v deistvitel'nosti imeyut ego v glazah uchenyh, kotorye daleki ot togo, chtoby schitat' ih neosporimymi; my s udovol'stviem tol'ko ukazyvaem na nih, chtoby dat' primer bogatstva i neischerpaemogo obiliya teh sredstv, kakie priroda mozhet imet' v svoem rasporyazhenii" (cit. po [26]). Veroyatno, uchenyi XIX veka lish' udivilsya by: "Prevrashenie elementov? Kakoi absurd!". No ved' segodnya nam, znakomym s termoyadernymi reakciyami, podobnye idei uzhe kazhutsya trivial'nymi.

Nachinaya s 70-h godov proshlogo veka, kogda v rabotah Dzh. Lena i A. Rittera byli zalozheny osnovy teorii vnutrennego stroeniya zvezd, eta teoriya stala razvivat'sya samostoyatel'no i pochti .nezavisimo ot problemy proishozhdeniya i formirovaniya zvezd. S istoriei razvitiya nashih vzglyadov na stroenie i evolyuciyu zvezd mozhno poznakomit'sya po knigam [15, 24, 27, 28]. My zhe, ostavayas' v ramkah oboznachennoi temy, prodolzhim znakomstvo tol'ko s razvitiem vzglyadov na proishozhdenie zvezd.

Itak, k koncu XIX v. edinstvennym nadezhnym istochnikom energii zvezd schitalos' gravitacionnoe szhatie. Kak my teper' znaem, vydelenie gravitacionnoi energii i himicheskie processy (dissociaciya molekul i ionizaciya atomov) igrayut opredelyayushuyu rol' lish' v period formirovaniya zvezdy i v redkie momenty ee vnutrennei perestroiki. Osnovnym zhe istochnikom energii v period dlitel'noi normal'noi evolyucii zvezdy yavlyayutsya termoyadernye reakcii. Vprochem, u zvezd ochen' maloi massy i u planet-gigantov usloviya dlya termoyadernyh reakcii nikogda ne voznikayut i ih izluchenie mozhet podderzhivat'sya gravitacionnym szhatiem milliardy let.

Izuchaya v konce XIX v. szhatie zvezd, astronomy stolknulis' s eshe odnoi vazhnoi problemoi - s problemoi vrasheniya zvezd i obrazovaniya dvoinyh zvezdnyh sistem. Delo v tom, chto gravitacionnoe szhatie pri sohranenii momenta vrasheniya vedet k uvelicheniyu uglovoi skorosti zvezdy. Matematicheskii analiz pokazal, chto v rezul'tate etogo zvezda snachala prinimaet formu szhatogo ellipsoida, napominayushego chut' splyusnutuyu bulochku, a zatem po mere uvelicheniya uglovoi skorosti prevrashaetsya v ploskuyu krugluyu "vatrushku" i, v konce koncov, stremitsya stat' diskom (ris. 4.2). Etu posledovatel'nost' figur ravnovesiya nazyvayut sferoidami K. Maklorena (1698-1746). Odnako ravnovesie, kak izvestno, ne vsegda byvaet ustoichivym. Pri opredelennoi skorosti vrasheniya sferoid mozhet poteryat' osevuyu simmetriyu i prevratit'sya v vytyanutyi ellipsoid K. Yakobi (1804- 1851), po forme napominayushii pirozhok. Po mere uvelicheniya udel'nogo

Ris. 4.2. Posledovatel'nost' figur ravnovesiya samogravitiruyushih tel iz neszhimaemogo (sploshnye linii) i szhimaemogo (punktir) veshestva. Otmecheny tochki burfikacii, v kotoryh poyavlyayutsya novye posledovatel'nosti figur. Po osyam: kvadrat bezrazmernogo uglovogo momenta j2=J2/(4pGM10/3r-1/3) i kvadrat bezrazmernoi uglovoi skorosti w2=W2/(4prG), gde W, J i M - uglovaya skorost', uglovoi moment i massa tela.

momenta vrasheniya figury ravnovesiya v etoi posledovatel'nosti snachala prinimayut formu sigary, a zatem - dlinnoi tonkoi spicy. Odnako, kak pokazal A. Puankare (1854-1912), i eta posledovatel'nost' v opredelennyi moment stanovitsya neustoichivoi, i figury ravnovesiya mogut prinyat' formu grushi, perehodyashei v gantelyu i, v konce koncov, v "pesochnye chasy". Sleduyushim shagom yavlyaetsya razryv etoi figury na dve chasti, t. e. formirovanie dvoinoi zvezdy. Eti issledovaniya vyzvali bol'shoi interes, poskol'ku, v principe, davali klyuch k ob'yasneniyu proishozhdeniya dvoinyh zvezd i dvoinyh planet tipa Zemlya - Luna [29].

Opisannye vyshe formy vrashayushihsya tel mogut prinimat' sravnitel'no odnorodnye zvezdy i planety (ibo vse raschety provodilis' dlya zhidkih neszhimaemyh tel). Esli zhe plotnost' zvezdy sushestvenno vozrastaet k ee centru, to, kak pokazal v 1919 g. Dzh. Dzhins, szhimayas' v forme sferoida Maklorena, zvezda dostigaet takogo sostoyaniya, kogda gravitacionnoe uskorenie na ee ekvatore uravnoveshivaetsya centrobezhnym. Poskol'ku pri dal'neishem szhatii centrobezhnaya sila nachinaet prevyshat' silu tyagoteniya, na ekvatore nachinaetsya nepreryvnoe istechenie veshestva [30]. Eti issledovaniya okazalis' poleznymi dlya teorii formirovaniya zvezd, odnako ee razvitie ne bylo podkrepleno neobhodimymi nablyudeniyami.

Pravda, v konce XIX - nachale XX vv., kogda na krupnyh teleskopah stali ispol'zovat' spektroskopiyu i fotografiyu, byli polucheny, kak togda kazalos', novye fakty dlya teorii zvezdoobrazovaniya. S odnoi storony fotografii mnogih tumannostei (tumannyh pyaten) vyyavili ih spiral'nuyu ili koncentricheskuyu strukturu. Eto pryamo svyazyvalos' s predskazaniem teorii Kanta - Laplasa o razvitii protosolnechnoi tumannosti. No, s drugoi storony, spektry spiral'nyh tumannostei (galaktik!) sovsem ne byli pohozhi na spektr goryachego razrezhennogo gaza, iz kotorogo dolzhny byli by sostoyat' eti tumannosti. Vmesto otdel'nyh yarkih linii na temnom fone, kotorye ukazyvayut na prisutstvie razrezhennoi plazmy, nablyudalsya nepreryvnyi spektr s temnymi liniyami poglosheniya - tipichnyi avtograf solncepodobnyh zvezd. I hotya astronomy pravil'no zaklyuchili, chto pered nimi "zvezdnye kuchi", avtoritet spektroskopa v te gody eshe ustupal avtoritetu pryamogo izobrazheniya ob'ekta: ved' v ochertaniyah spiral'nyh galaktik tak yasno ugadyvalas' protoplanetnaya tumannost' Kanta - Laplasa! Ochen' hotelos' verit', chto idei velikih teoretikov proshlogo poluchili nablyudatel'noe podtverzhdenie. Dadim slovo odnomu iz luchshih populyarizatorov astronomii teh let Germanu Kleinu (1844-1914): "V sozvezdii Andromedy nahoditsya tumannoe pyatno... Spektroskop pokazal, chto eta tumannost' obladaet nepreryvnym spektrom, podobno nepodvizhnym zvezdam. No spektr gazoobraznyh tumannostei vsegda sostoit iz neskol'kih svetlyh linii. Otsyuda sleduet, chto tumannost' v Andromede v deistvitel'nosti predstavlyaet soboi zvezdnuyu kuchu. Eta poslednyaya kazhetsya nam v vide tumannosti lish' blagodarya svoemu gromadnomu rasstoyaniyu ot nas" [31]. Do sih por vse absolyutno verno, bolee togo,- prozorlivo. Proidet nemalo let, vozniknet eshe nemalo zabluzhdenii,. prezhde chem istinnost' etih slov stanet ochevidnoi. No chitaem dal'she:

"Osobenno vazhny te pokazaniya fotografii, kotorye vskryvayut pered nami stroenie tumannosti. Tut yasno i otchetlivo vidno, chto gromadnaya tumannost' imeet spiral'nuyu formu. Pravil'nee budet skazat', chto tumannost' sostoit iz kolec... V otdel'nyh mestah etih kolec zametny gromadnye klubki tumannogo veshestva. Poluchaetsya takoe vpechatlenie, slovno na kol'cah obrazuyutsya sputniki. ...Skazhem pryamo, fotografiya tumannosti Andromedy... risuet pered nami etu tumannost' kak raz v tom vide, kakoi, soglasno laplasovoi gipoteze, dolzhno bylo imet' tumannoe veshestvo, davshee nachalo planetam Solnechnoi sistemy. ...Otnyne kapto-laplasovo uchenie perestaet uzhe byt' shatkoi gipotezoi: ono stanovitsya nauchno obosnovannym faktom. I s gordost'yu chelovek mozhet utverzhdat' otnyne, chto emu udalos' razgadat' process obrazovaniya mirov. Posle vsego skazannogo vyshe nel'zya uzhe somnevat'sya, chto iz tumannyh pyaten s techeniem vremeni obrazuyutsya nepodvizhnye zvezdy s planetnymi sistemami" [31]. Stoit li govorit', chto etot pafos byl neskol'ko prezhdevremennym: ni togda, ni dazhe seichas astronomy pryamo ne nablyudali process rozhdeniya zvezd s planetnymi sistemami.

Chem zhe bylo stimulirovano vyskazyvanie Kleina? Vozmozhno, prichinoi etogo byl lyubopytnyi istoricheskii kazus, o kotorom nam lyubezno soobshil N. N. Samus'. Proizoshlo eto v konce proshlogo veka v observatorii Derptskogo universiteta (nyne g. Tartu, Estoniya) v noch' s 20 na 21 avgusta 1885 g. Zakonchiv besedu o gipoteze vozniknoveniya mira Kanta i Laplasa, gruppa uchenyh gostei observatorii vmeste s izvestnym astronomom E. Hartvigom otpravilas' nablyudat' v teleskop Bol'shuyu tumannost' Andromedy (M31), kotoruyu v to vremya prinyato bylo schitat' vrashayusheisya gazovoi tumannost'yu - predtechei zvezdy s planetnoi sistemoi.

Kakovo zhe bylo udivlenie uchenyh, kogda v centre Tumannosti Andromedy oni uvideli yarkuyu oranzhevuyu tochku, kotoroi za neskol'ko dnei do etogo ne bylo. Razdalsya izumlennyi vozglas: "V etoi tumannosti uzhe est' central'noe solnce!". Odnako den' oto dnya novaya zvezda slabela i vskore ischezla sovsem. Udivitel'nyi ob'ekt poluchil u astronomov oboznachenie S And (podobnym obrazom v te gody oboznachali peremennye zvezdy). I lish' pozzhe vyyasnilos', chto v deistvitel'nosti uchenye nablyudali vzryv sverhnovoi v sosednei galaktike. Odnako, blagodarya takim otkrytiyam, evolyucionnye idei zavoevyvali estestvoznanie i trebovali izucheniya processa formirovaniya zvezd i ih posleduyushei zhizni. Nastupal XX vek...

---

<< 3. Vozrozhdenie interesa k zvezdam | Oglavlenie | 5. Ot Dzhinsa do nashih dnei >>

Publikacii s klyuchevymi slovami: Protozvezdy - zvezdoobrazovanie Publikacii so slovami: Protozvezdy - zvezdoobrazovanie
Sm. takzhe: IC 348 i Barnard 3 M16: stolpy sozidaniya Vybrosy iz protozvezd v Zmee CG4: globula i galaktika NGC 604: gigantskie zvezdnye yasli NGC 7714: vspyshka zvezdoobrazovaniya posle stolknoveniya galaktik Tumannost' Konus ot teleskopa imeni Habbla Vse publikacii na tu zhe temu >>