Текст книги "Земля и небо"
Автор книги: Александр Волков
сообщить о нарушении
Текущая страница: 11 (всего у книги 12 страниц)
Картина звездного неба
Чудесна картина звездного неба в безлунную ночь! На темно-синем небе мерцают крупные и мелкие звезды, и кажется, что их миллионы.
Глядя на ночное небо, думаешь: невозможно сосчитать на нем все звезды. А на самом деле звезды, видимые простым глазом на небе, сосчитаны давным-давно, и всего-то их на каждом небесном полушарии около трех тысяч!
Да, только три тысячи вместо того воображаемого множества, от которого разбегаются глаза…
Первый звездный каталог составлен на Востоке в IV веке до нашей эры.
Что такое звездный каталог? Это список звезд с указанием их точного места на небосводе.
Часть неба, какой она кажется в телескоп.
Позднее звездный каталог составил древнегреческий астроном Гиппарх.
Он записал в него не все звезды, а только тысячу самых ярких. Современники назвали труд Гиппарха великим подвигом, и это действительно был подвиг! В те времена определить положение звезды на небе было чрезвычайно трудно, так как были только самые простые астрономические инструменты, а все наблюдения древние астрономы производили невооруженным глазом.
Позднее, в XV веке, замечательный звездный каталог был составлен по приказу самаркандского хана и великого ученого Улуг-бека. Более ста ученых работали в обсерватории, устроенной Улуг-беком. В Самарканде сохранились ее развалины.
Наблюдения Самаркандской обсерватории производились невооруженным глазом, но отличались исключительной точностью. Впервые через шестнадцать столетий после Гиппарха были вновь определены положения самых ярких звезд неба.
Позднее в каталоги попали все звезды, которые можно разглядеть простым глазом. Но это лишь ничтожная часть тех звезд, которые можно видеть в телескопы.
Когда Галилей посмотрел в свою слабую трубу на тот участок неба, где простым глазом различались три звезды, труба показала там больше двадцати звезд. Совершенствовались телескопы – все новые и новые звезды открывались на небе. Сейчас самые мощные телескопы показывают миллионы звезд, но, понятно, все их в каталог внести невозможно. И все-таки в каталоги занесены сотни тысяч звезд.
Сравнительная величина Солнца и некоторых звезд.
Но и звезда, не записанная в каталог, состоит на строгом учете у астрономов. Все небо разделено на районы, и каждый район неба закреплен за какой-нибудь обсерваторией. Астрономы этой обсерватории фотографируют свой район по строго определенным правилам и всегда на пластинки одного размера. Если есть подозрение, что на каком-либо участке неба появилась новая звезда или погасла старая, достаточно заново сфотографировать этот участок и полученный снимок сравнить с прежним.
Здесь пора рассказать о том огромном значении, которое имеет фотография при изучении звезд.
Была в старину ужасная пытка: человеку на руку одна за другой падали капельки воды.
Ты подумаешь: «Какая же это пытка?» При первых каплях пытаемый, правда, ничего не чувствовал, но потом кожа набухала, лопалась, и каждая новая капля, падая на руку, причиняла невыносимую боль. Ведь недаром сложилась пословица: «Капля долбит камень!»
Так и световой луч действует на фотографическую пластинку. Сначала луч слабой звезды как будто не производит действия, но проходят минуты за минутами, часы за часами, и на пластинке появляется изображение звезды. Луч как бы выдолбил на пластинке изображение той звезды, которая его посылает. А человеческий глаз если в первый момент не увидит в телескоп слабую звезду, то и не увидит ее никогда, смотри хоть десять часов подряд, только глаз устанет. Взгляни на рисунки:
На рисунке слева снята область неба около звезды Альфа Лебедя с выдержкой в 4 часа, а на рисунке справа та же область снята с выдержкой в 13 часов. И какое множество звезд увидел «фотографический глаз» за эти добавочные 9 часов!
Участок неба, наблюдаемый простым глазом (слева), и его фотографический снимок, сделанный с помощью телескопа (справа).
Чтобы звезда вышла на фотографии в виде светлой точки, надо, чтобы телескоп все время держал ее в поле зрения на одном месте пластинки; для этого он поворачивается за звездой с помощью часового механизма.
В звездные каталоги записывается не только положение звезды на небе, но и ее яркость. Ведь звезды различаются по яркости: иные светят сильно, другие совсем слабо.
В религиозных книгах говорится: звезды созданы ботом, чтобы освещать Землю. Если бы это было так, то задача выполнена совсем плохо. Труда положено много, а результат получился жалкий: полная Луна дает света в 3000 раз больше, чем все звезды неба, видимые простым глазом. Значит, если бы вместо всего огромного количества звезд была сотворена хотя бы еще одна маленькая луна, раз в сотню меньше первой, то она светила бы ярче всех звезд.
Звезды в телескоп кажутся бесконечно маленькими яркими точками на темно-синем небе.
Телескоп не увеличивает звезду, не показывает ее нам кружком или диском, как планету. Он только как бы придвигает ее к нам, но она все-таки остается слишком далекой от нас, чтобы мы могли рассмотреть ее поперечник. Так как телескоп «придвигает» звезды, то становятся видны и такие, которые не различишь простым глазом. Телескоп увеличивает не размер звезд, а количество звезд, которые можно видеть, их яркость.
Звезды бывают различного цвета: Сириус – белый, Капелла – желтая, Арктур – оранжевый, Альдебаран – красный. Здесь приведены названия нескольких звезд, названия эти очень древние. Но понятно, что собственные имена имеют немногие звезды – самые яркие звезды неба.
Еще с древних пор люди заметили, что некоторые яркие звезды, расположенные недалеко одна от другой, образуют различные фигуры. Эти фигуры из звезд люди исстари назвали созвездиями. О названиях некоторых наиболее известных созвездий северного неба говорилось в главе «Страны света».
Астрономы называют созвездия теми именами, которые им дали древние греки. Однако в позднейшие времена астрономы отыскали на небе еще много созвездий и тоже дали им названия, но не сказочные, а самые простые. На небе появились Часы, Микроскоп и даже Насос и Циркуль!
Сейчас на небе насчитывается восемьдесят восемь созвездий. Зачем нужны астрономам созвездия?
Вид главных созвездий северного неба.
Астрономы прекрасно понимают, что каждое созвездие – лишь видимая на небе группа ярких звезд. В этой книге уже говорилось, что звезды названы неподвижными неправильно. Они движутся с большой скоростью, но очень далеки от нас; люди могут заметить только через сотни и тысячи лет, что та или иная звезда переместилась с одного места на другое. Созвездия меняют свою форму постоянно, но незаметно.
Созвездиям даны названия по той же причине, по какой люди называют улицы и площади своих городов и селений.
По созвездиям очень удобно указывать «адрес» звезды. Уже было сказано, что собственные имена имеют лишь немногие звезды. А остальные звезды принято называть так.
Положим, в каком-то созвездии имеется несколько ярких и много более слабых звезд. Более яркие звезды астрономы называют буквами греческого алфавита: α Центавра (читается альфа Центавра),β Геркулеса (бета Геркулеса). А слабым звездам дают порядковые номера: 61-я Лебедя.
Главные созвездия необходимо знать моряку, путешественнику, летчику, разведчику, геологу, и не только им.
Главные) созвездия помогают находить правильный путь в незнакомой местности ночью. Быть может, и тебе придется прокладывать свой путь по звездам.
В картине неба замечательно одно обстоятельство, о котором мы обычно совсем не думаем.
Мы видим эту картину не такой, какая она на самом деле. Каждая звезда – солнце, и она сообщает о себе своим светом. Но свет распространяется не мгновенно, а со скоростью 300 тысяч километров в секунду. Для нас, людей Земли, эта скорость кажется огромной, но ведь мы знаем, что даже от ближайшей звезды свет идет к нам больше четырех лет. А есть звезды, свет от которых добегает через тысячи и миллионы лет.
Мы видим каждую звезду не такой, какая она есть, а какой была в прошлом. Так письмо, дошедшее до нас через неделю после его написания, сообщает только о событиях, происшедших неделю назад.
Представим себе невозможное: сразу погасли все звезды неба. Что же, небо сразу станет пустым и темным? Вовсе нет.
Только через четыре года погаснет первая звездочка – Проксима; она погаснет для астрономов с их телескопами, а простым глазом ее и так не видно. Остальные звезды будут сиять по-прежнему, через три-четыре года исчезнут с небосвода еще две-три незначительные звездочки… Через девять лет после катастрофы погаснет блестящий Сириус, но от этого почти не изменится картина неба. Пройдут столетия и тысячи лет, а звездное небо по-прежнему будет величаво развертываться над Землей, и лишь через многие миллионы лет для земного наблюдателя-астронома небо лишилось бы всех своих звезд.
Возьмем другой случай. Астроном увидел, как где-то на небе неожиданно вспыхнула звезда (а такие случаи бывают). Когда она загорелась? Сегодня? Нет, сто или тысячу лет назад, и только сегодня ее лучи донесли до нас весть об этом событии во Вселенной. А звезду, которая загорелась в тот день, когда ты читаешь эти строки, ученые увидят лишь много веков или тысячелетий спустя, когда дойдет до них космическая «светограмма».
Посылаемые звездой видимые световые, невидимые рентгеновские, ультрафиолетовые лучи и радиоволны, а также космические лучи, состоящие из атомных ядер с очень высокой энергией, – вот единственные вестники далеких миров. Много ли они нам сообщают? Только то, что где-то в мировом пространстве существует звезда, пославшая их? Нет. Люди придумали остроумнейшие приборы, улавливающие все лучи, идущие от звезд, и по ним они узнают, как далека от нас звезда, куда она движется и с какой скоростью, из каких веществ состоит, как велика ее энергия. Иногда ученые узнают также и возраст звезды, ее объем и массу и даже (но это пока в немногих случаях) вращается ли звезда вокруг своей оси и есть ли около нее планеты.
А специальные устройства, называемые радиотелескопами, позволяют узнать о существовании невидимых небесных тел, которые не испускают световых лучей, а посылают только мощные радиоволны.
Чудесного развития достигла астрономия! И если бы в былое время старинным астрономам сказали, как много их потомки узнают о звездах, они, возможно, решили бы: – Это фантазия!
Но то, что казалось людям невозможным вчера, сегодня становится возможным. Человеческий разум все глубже проникает в тайны Вселенной.
Великаны и карлики в мире звезд
Звезда существует миллиарды лет. Люди появились на Земле миллион лет назад. Первым сведениям по астрономии – пять-шесть тысяч лет. Научная астрономия возникла всего 400–500 лет назад, а самые точные способы исследования родились, что называется, на наших глазах.
Можно ли при таких условиях изучить жизнь звезды? Узнать, как звезда загорается, сколько времени живет, когда гаснет?
Конечно, человек не может проследить жизнь одной звезды от начала до конца, от рождения до гибели. Но в одно и то же время во Вселенной существует множество звезд самого различного возраста – от молодых, недавно появившихся, и до старых, умирающих.
Изучая эти звезды, можно узнать историю звезды, подобно тому как можно в несколько дней изучить историю столетнего дуба, рассматривая маленькие дубки, только что пробившиеся из-под земли, дубы постарше, дубы зрелого возраста, дубы-великаны, кончающие жить.
И как же разнообразны звезды Вселенной! Есть небесные светила, величина которых поражает воображение человека.
Вот Антарес в созвездии Скорпиона. Его поперечник 450 миллионов километров – это в 320 раз больше поперечника Солнца. Из Антареса можно выкроить 33 миллиона шаров такого объема, как наше Солнце. Каким же скромным кажется наше Солнце, это могучее светило, источник всякой жизни на Земле, в сравнении с гигантом Антаресом!
Но Антарес – далеко не самая большая звезда во Вселенной. Есть звезды, которые намного больше Антареса.
Диаметр звезды Бетельгейзе 650 миллионов километров. По объему он втрое больше Антареса.
А вот еще исполин звезда из созвездия Цефея. Ее диаметр в тысячу раз больше солнечного, ее объем в миллиард раз превышает объем Солнца! Окажись эта чудовищная звезда на месте нашего Солнца, она поглотила бы не только Меркурий, Венеру, Землю, Марс, но и пояс астероидов, и величайшую планету Солнечной системы Юпитер. Все это огромное пространство, которое трудно охватить воображением, было бы заполнено раскаленным, бушующим газом.
Но хотя красные сверхгиганты превышают наше Солнце по объему в миллионы и миллиарды раз, по массе они больше его только в десятки и сотни раз. Это значит, что они состоят из крайне разреженных газов, их плотность в сотни тысяч раз меньше плотности Солнца.
На другом полюсе плотности стоят звезды, так называемые «белые карлики». История их открытия и исследования весьма интересна.
У блестящего Сириуса есть спутник – слабая звездочка. Этот спутник делает один оборот вокруг главной звезды за 50 лет. Астрономы сумели вычислить массу главной звезды и спутника. Масса главной звезды оказалась в 2,5 раза больше массы нашего Солнца, а масса спутника почти равнялась ей. Но Сириус – самая яркая звезда неба, а спутник светит в 4000 раз слабее его. Чем же объяснить, что их массы почти равны? Быть может, спутник уже остыл? Нет, его поверхность ярче поверхности Солнца, а света он дает в 300 раз меньше. И оказалось, что звезда очень мала, по объему всего лишь раз в тридцать больше Земли. Необыкновенное явление – маленькая звездочка с огромной массой! Какова же ее плотность? Астрономы сами себе не поверили: получилось, что вещество звезды в 7000 раз плотнее вещества Земли и в 2000 раз плотнее золота, а золото один из самых тяжелых металлов.
Ученые стали в тупик перед этой загадкой природы. Но вскоре оказалось, что спутник Сириуса не единственный «белый карлик» во Вселенной, Таких «белых карликов» сейчас открыто много, Некоторые из них еще плотнее, чем спутник Сириуса. У некоторых звезд этого класса плотность в 12 000 раз больше плотности золота.
И это далеко не предел. В 1935 году в созвездии Кассиопеи найдена звезда, которая по величине не больше Марса, а по массе втрое превышает Солнце! У этой звезды вещество почти в два миллиона раз плотнее золота! Кубический сантиметр такого вещества весил бы на Земле больше 35 тонн. Но на самой звезде тот же маленький кубик вещества весит больше миллиарда тонн, так как на ней сила тяжести в тридцать миллионов раз больше, чем на Земле. Человек, попавший на подобную звезду, весил бы там больше двух миллионов тонн! На Земле столько весят десятки линкоров, крейсеров, миноносцев – огромный военный флот большой страны.
А недавно открыта звезда, получившая обозначение: LP 768–500. Она в 30 раз плотнее звезды, описанной выше. Один кубический сантиметр ее вещества весил бы на Земле тысячу тонн!
Откуда могло взяться такое чудовищно плотное вещество? Ученые разгадали загадку. Но чтобы разъяснить ее, придется немного поговорить о строении вещества.
Тебе, конечно, известно, что все в природе состоит из атомов. Раньше атом считали мельчайшей крупинкой вещества, которую раздробить на части уже невозможно. Но потом оказалось, что устройство атома очень сложное. Он несколько напоминает Солнечную систему, только в бесконечно уменьшенном виде: в центре маленькое, но чрезвычайно плотное ядро. А вокруг ядра вращаются более легкие частицы вещества – электроны. Расстояния электронов от центрального ядра очень велики по сравнению с размерами ядра и электронов. Можно сказать, что в $атоме так же много пустоты, как и в Солнечной системе.
Что будет, если оторвать от ядер электроны и составить вещество из одних ядер?
Покажу это на простом примере. Тебе известны головки одуванчика, где вокруг плотного шарика сидят десятки пушинок на тонких длинных ножках. Представь себе, что большой ящик из тонкой фанеры наполнен одуванчиками, и они уложены так аккуратно, что не сбита ни одна пушинка. Сколько весит ящик? Очень мало.
А теперь представим другое. Все пушинки с ножками оторвали и наполнили ящик одними центральными шариками. Сколько он стал весить? В сотни, а может быть, в тысячи раз больше.
Вот так же обстоит дело с «белыми карликами». Под действием огромной температуры и колоссального давления атомы лишились своих электронов, остались лишь центральные ядрышки. Они спрессовались вместе, и получилось вещество такой плотности, которую еще не могут получить ученые Земли в лабораториях.
Природа неистощима в своем разнообразии.
Двойные и кратные звезды
Бывает так. Астроном смотрит в телескоп и видит рядом две звезды. И возникает вопрос: связаны ли эти звезды или их соседство только кажущееся и просто они находятся на одной прямой линии с наблюдателем?
В этом случае одна из них может быть в тысячу раз дальше другой.
В конце концов ученые узнали, что во многих парах одна звезда расположена вблизи другой и что они связаны силой всемирного тяготения. Такие звезды стали называть двойными. В настоящее время известны десятки тысяч двойных звезд. Если рассматривать их в телескоп, они представляют красивое зрелище, когда звезды разного цвета: например, одна красная, а другая синяя или одна оранжевая, а другая зеленая…
Та звезда, у которой масса больше, – главная, другая – спутник и вращается вокруг главной, как планета вокруг Солнца.
Двойные звезды оказались ценной находкой для астрономов. Ученые знают законы, по которым небесные тела обращаются друг около друга. Сравнивая силу притяжения в далеких звездных системах с той силой, с которой наше Солнце притягивает свои планеты, можно определить массу двойной звезды. А зная массу двойной звезды и ее плотность, определяемую по цвету звезды, и зная расстояние звезды от нас, астрономы легко определяют ее размеры, то есть диаметр и объем.
Есть в мировом пространстве и более сложные системы: тройные, четверные, пятерные звезды. В таких системах меньшие звезды вращаются вокруг большей или все они вращаются вокруг общего центра. Изучать такие системы гораздо труднее, чем двойные, и встречаются они реже.
Переменные звезды. Пульсары
Много чудес на небе! Еще с давних пор астрономы заметили, что яркость некоторых звезд по временам изменяется: звезда светит то слабее, то ярче. Такие звезды назвали переменными.
Какие могут быть причины того, что сила света звезды меняется? Таких причин оказалось две. Одна из них более простая и понятная. Узнали ее, наблюдая звезду Альголь в созвездии Персея.
Эта звезда в продолжение двух с половиной суток очень ярка, потом в течение пяти часов ее свет постепенно ослабевает, а затем восстанавливается ее первоначальная яркость. Астрономы догадались о причине изменения яркости Альголя уже 200 лет назад. Они сказали:
«Очевидно, вокруг Альголя вращается большой темный спутник, огромная планета. По временам она заслоняет от нас Альголь, но не весь, а значительную его часть. Потом планета уходит, и Альголь снова открывается нам. Мы наблюдаем периодически повторяющиеся затмения Альголя. Период изменения блеска звезды – это и есть период обращения вокруг нее темного спутника».
Предположение оказалось верным.
В наше время известно несколько сотен таких «затменных» звезд. Это, строго говоря, не переменные звезды, а двойные.
Но есть во Вселенной и настоящие переменные звезды – «цефеиды». Их назвали так потому, что первая такая звезда обнаружена в созвездии Цефея. Цефеиды – одно из удивительных явлений космоса. Это своего рода километровые столбы или, лучше сказать, маяки, расставленные в безграничном океане Вселенной для отважных звездоплавателей.
Рассказ о том, как астрономы сумели воспользоваться цефеидами для исследования Вселенной, очень интересен.
Представь себе звезду, которая с каждым часом и даже с каждой минутой светит все сильнее, как будто какой-то исполин подливает в нее горючее. Потом она начинает угасать, словно приток горючего прекратился и догорает лишь остаток. Но проходит некоторое время, исполин снова принимается за работу, и звезда опять разгорается. Такое изменение яркости звезды ученые назвали пульсированием. Ведь у человека пульс бьется потому, что его сердце то сжимается, то расширяется и, таким образом, гонит кровь по артериям.
Каждая цефеида тоже сжимается и расширяется, как колоссальное сердце. Когда она сжимается, ее температура увеличивается, звезда начинает светить ярче, когда расширяется – светит слабее. Но почему пульсирует звезда? Этого астрономы пока не знают.
Пульсирование цефеид происходит с удивительной точностью: по нему можно проверять часы!
У некоторых цефеид период пульсации и изменения силы блеска очень маленький – всего час с небольшим. У коротко-периодических цефеид период пульсации продолжается от часа до суток, долгопериодические цефеиды имеют период пульсации до 70 суток.
В 1912 году было сделано замечательное открытие. Оказалось, что цефеида пульсирует тем быстрее, чем она меньше, а чем она больше, тем пульсирует медленнее. Да это и понятно: для сжатия и расширения большой массы надо и больше времени.
По периоду цефеиды стало возможно определять ее истинную яркость, то есть такую, какую звезда имеет на самом деле. А кажущаяся яркость звезды зависит от ее расстояния до Земли. Ведь даже слабая звезда, расположенная близко, кажется яркой. Сравнивая истинную яркость звезды и ее кажущуюся яркость, астрономы научились очень точно узнавать расстояние до каждой цефеиды.
Цефеиды – мигающие маяки в океане Вселенной. Исследовав цефеиду какого-нибудь звездного острова, астроном уверенно говорит: «Этот звездный остров удален от нас на 70 тысяч световых лет».
Огромную пользу принесли науке переменные звезды и особенно цефеиды.
О пульсации звезд, то есть о периодическом изменении их яркости, ты уже знаешь.
В недавнее время были открыты источники так называемого пульсирующего радиоизлучения, их так и назвали – пульсарами. На странице 186 уже упоминалось о том, что небесные тела, звезды и планеты испускают радиоволны. Специальная область науки, радиоастрономия, изучает радиоволны, приходящие из космоса, и делает выводы о природе объектов, которые их послали.
Радиоизлучения небесных тел, доходящие до Земли, имеют очень малую мощность: они в миллионы и миллиарды раз слабее сигналов, подаваемых земными передатчиками. Чтобы поймать «передачи» из космоса, надо иметь чрезвычайно чувствительные приемники, оснащенные целой сетью огромных антенн. Такие устройства созданы, они называются радиотелескопами. Радиотелескопы имеют то преимущество перед оптическими приборами, что работают в любую погоду, им не страшны облака и туманы.
Вот при помощи такого весьма мощного радиотелескопа сотрудница Мюллардской обсерватории в Англии 6 августа 1967 года открыла первый пульсар в созвездии Лисички. За ним вскоре были найдены другие.
Ученый мир пришел в неописуемое волнение. Начать с того, что английские радиоастрономы утаили от ученых других стран и даже от своих соотечественников открытие пульсаров на целые полгода.
Почему? Да просто-напросто боялись, что им никто не поверит.
Принимаемые на ленты скоростных самописцев радиоимпульсы следовали друг за другом с таким удивительным постоянством, что невольно хотелось считать их сигналами внеземной цивилизации и взяться за их расшифровку.
Радиосигналы пульсаров обладают огромной интенсивностью. Их мощность в десять миллиардов раз превышает мощность всех наших земных радиопередатчиков, вместе взятых, а ведь она очень и очень велика.
Английские астрономы опубликовали свое открытие в феврале 1968 года, и тотчас ученые всех стран включились в наблюдение за пульсарами. У нас были пущены в ход радиотелескопы в Серпухове и Симеизе (Крым).
Изучение пульсаров, запись посылаемых ими радиосигналов пошли полным ходом. Астрономы узнали, от каких небесных тел эти радиоволны доходят. Оказалось, что пульсар в созвездии Лисички удален от нас на 380 световых лет. По звездным масштабам не так уж и далеко! Это слабая звездочка, которую можно разглядеть только в мощные телескопы.
Она светит в 100 тысяч раз слабее самой слабой звезды, которую можно видеть простым глазом.
Пульсары по своей световой мощности, «светимости», как говорят астрономы, в тысячи и десятки тысяч раз слабее Солнца. Наше Солнце – рядовая звезда, но по сравнению с пульсарами это исполин звездного мира!
Но как же все-таки объяснить поразительную периодичность радиосигналов, испускаемых пульсарами? Какое естественное происхождение могут они иметь?
Многие ученые считают, что пульсары – это особые, неизвестные ранее быстровращающиеся звезды крайне малых размеров, но феноменальной плотности: при диаметре в десятки километров они обладают звездной массой. Такие звезды, о которых теоретики писали уже раньше, называют нейтронными. На поверхности подобной звезды, как считают ученые, есть горячее излучающее «пятно» – пульсар оказывается чем-то похожим на известные морякам вращающиеся маяки. Огромная плотность нейтронных звезд во много раз превышающая даже плотность «белых карликов», о которых рассказывалось выше, объясняется тем, что они состоят из плотно спрессованных ядерных частиц – нейтронов, это огромные «капли» ядерного вещества,
