Мир Коперника

Мир Коперника.

Книга Коперника, вышедшая в год его смерти, в 1543 году, носила скромное название О вращении небесных сфер. Но это было полное ниспровержение Аристотеля взгляда на мир. Сложная махина полых прозрачных хрустальных сфер отошла в прошлое. С этого времени началась новая эпоха в нашем понимании Вселенной. Продолжается она и по ныне. Благодаря Копернику мы узнали, что Солнце занимает надлежащее ему положение в центре планетной системы. Земля же никакой не центр мира, а одна из рядовых планет, обращающихся вокруг Солнца.

Так все стало на свои места. Строение Солнечной системы было наконец разгадано. Дальнейшие открытия астрономов пополнили семью больших планет. Их девять Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. В таком порядке они занимают свои орбиты вокруг Солнца. Открыто множество малых тел Солнечной системы - астероидов и комет. Но это не изменило новой Коперниковой картины мира. Напротив, все эти открытия только подтверждают и уточняют ее. Теперь мы понимаем, что живем на небольшой планете, похожей на шар. Земля вращается вокруг Солнца по орбите, не слишком отличающейся от окружности.

Радиус этой окружности близок к 150 миллионам километров. Расстояние от Солнца до Сатурна - самой дальней из известных во времена Коперника планет - приблизительно в десять раз больше радиуса земной орбиты. Это расстояние совершенно правильно определил еще Коперник. Размеры Солнечной системы - расстояние от Солнца до орбиты девятой планеты, Плутона, еще почти в четыре раза больше и составляет приблизительно 6 миллиардов километров.

Такова картина Вселенной в нашем непосредственном окружении. Это и есть мир по Копернику. Но Солнечная система еще не вся Вселенная. Можно сказать, что это только наш маленький мирок. А как же далекие звезды О них Коперник не рисковал высказывать никакого определенного мнения. Он просто оставил их на прежнем месте, не дальней сфере, где были они у Аристотеля, и лишь говорил, и совершенно правильно, что расстояние до звезд во множество раз больше размеров планетных орбит.

Как и античные ученые, он представлял Вселенную замкнутым пространством, ограниченным этой сферой. Сфера звезд Сатурн Юпитер Луна Земля. Венера Sol. Меркурий Марс Уран VIII. Солнце и Звезды. В ясную безлунную ночь, когда ничто не мешает наблюдению, человек с острым зрением увидит на небосводе не более двух - трех тысяч мерцающих точечек. В списке, составленном во 2 веке до нашей эры знаменитом древнегреческим астрономом Гиппархом и дополненном позднее Птолемеем, значится 1022 звезды.

Гевелий же, последний астроном, производивший такие подсчеты без помощи телескопа, довел их число до 1533. Но уже в древности подозревали о существовании большого числа звезд, невидимых глазом. Демокрит, великий ученый древности, говорил, что белесоватая полоса, протянувшаяся через все небо, которую мы называем Млечным Путем, есть в действительности соединение света множества невидимых по отдельности звезд.

Споры о строении Млечного Пути продолжались веками. Решение - в пользу догадки Демокрита - пришло в 1610 году, когда Галилей сообщил о первых открытиях, сделанных на небе с помощью телескопа. Он писал с понятным волнением и гордостью, что теперь удалось сделать доступными глазу звезды, которые раньше никогда не были видимыми и число которых по меньшей мере в десять раз больше числа звезд, известных издревле. Но и это великое открытие вс ещ оставляло мир звзд загадочным.

Неужели все они, видимые и невидимые, действительно сосредоточены в тонком сферическом слое вокруг Солнца Ещ 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 звзд 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 не вытекала оценка расстояний до звзд. 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 остатся 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 звзд. 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 звзд 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 звзды.

На равных правах со всеми входит в эту систему и наше Солнце, а с ним Земля и планеты. Причем располагаются они далеко не в е центре, а на е окраине. Потребовались ещ многие десятилетия тщательных наблюдений и глубоких раздумий, прежде чем перед астрономами раскрылось во всей полноте строение Галактики. Так стали называть звздную 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 звзды 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 звздами, 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 звзд в диске - приблизительно сто миллиардов. В гало содержится сравнимое с этим число звзд. 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 не 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 звзды, на излучающие свет облака газа. Наблюдая за движением этих тел, астрономы и заметили на них кроме диска и гало действует что-то ещ. Детальное изучение этого нечто и позволило в конце концов обнаружить корону, которая создат дополнительное тяготение. Она оказалась очень массивной - в несколько раз больше массы всех звзд, 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 е размеров и массы. Но е главная загадка в другом мы не знаем, из чего она состоит. Мы не знаем, есть ли в ней звзды, пусть даже и какие-то необычные, совсем не излучающие свет. Сейчас многие предполагают, что е масса складывается вовсе не из звзд, 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, е 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 звздная 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 звздных систем, галактик, похожих на нашу и отличающихся от не, рассеяны тут и там по просторам Вселенной. Фотографии галактик, сделанные с помощью самых больших телескопов, поражают красотой и разнообразием форм это и могучие вихри звздных облаков, и правильные шары, а иные звздные системы вообще не обнаруживают никаких определнных 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 е 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 звзды. А все они, как выяснилось, собраны в широкие полосы, которые дугами выходят из центральной области Галактики. Ярчайшие звзды образуют е спиральный узор. Только этот узор и был бы различим издалека. Наша Галактика на снимке, сделанном астрономом из какого-то звздного мира, выглядела бы очень похожей на туманность Андромеды.

Исследования последних лет показали, что многие крупные спиральные галактики обладают - как и наша Галактика - протяжнными 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 е 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 ещ 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 ещ 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 ещ говорят, иерархия, астрономических систем теперь целиком известна. И вс же XI. Вселенная. Больше всего на свете - сама Вселенная, охватывающая и включающая в себя все планеты, звзды, галактики, скопления, сверхскопления и ячейки.

Дальность действия современных телескопов достигает нескольких миллиардов световых лет. Планеты, звзды, галактики поражают нас удивительным разнообразием своих свойств, сложностью строения. А как устроена вся Вселенная, Вселенная в целом Е 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. Произведм такие же подсчты 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 подсчте скоплений или даже ячеек. Вселенная предстат 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 ещ 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 определнным законам. Фридман открыл подвижность звздной 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 далкие 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. Конечно, это не означает, что галактики разбегаются именно от нас. Иначе мы вернулись бы к старым воззрениям, к докоперниковой картине мира с Землй в центре.

В действительности общее расширение Вселенной происходит так, что все они удаляются друг от друга, и из любого места картина этого разбегания выглядит так, как мы видим е с нашей планеты. Если Вселенная расширяется, то, значит, в далком прошлом скопления были ближе друг к другу. Более того из теории Фридмана следует, что пятнадцать - двадцать миллиардов лет назад ни звзд, ни галактик ещ не было и вс вещество было перемешано и сжато до колоссальной плотности.

Это вещество было тогда и немыслимо горячим. Из такого особого состояния и началось общее расширение, которое привело со временем к образованию Вселенной, какой мы видим и знаем е сейчас. Общие представления о строении Вселенной складывались на протяжении всей истории астрономии. Однако только в нашем веке смогла появиться современная наука о строении и эволюции Вселенной - космология.

XII.