Текст книги "Взрывающиеся солнца. Тайны сверхновых"
Автор книги: Айзек Азимов
сообщить о нарушении
Текущая страница: 2 (всего у книги 17 страниц)
ПЕРВАЯ НОВАЯ
В 1543 г. польский астроном Николай Коперник (1473–1543) опубликовал книгу, описывающую математический способ предсказания положения планет при допущении, что Земля вместе с Марсом, Венерой, Меркурием, Юпитером и Сатурном обращается вокруг Солнца. (Луна изображалась вращающейся вокруг Земли.) Это допущение значительно упрощало дело и вместе с тем улучшало планетарные таблицы, хотя Коперник все еще держался мнения, что планеты движутся по круговым орбитам.
Книга, вышедшая почти в самый день смерти Коперника (свежеотпечатанный экземпляр, по преданию, ему вручили на смертном одре), вызвала бурю споров. Люди не могли поверить, что тяжелая громадная Земля летит в пространстве с огромной скоростью: ведь ощущения движения никто не чувствует. Лишь полвека спустя астрономы приняли гелиоцентрическую теорию, хотя надо сказать, что ко времени Коперника картина неба, созданная Гиппархом и Птолемеем, была сильно поколеблена.
Через три года после выхода книги Коперника в южной провинции Швеции, бывшей тогда частью Дании, родился Тихо Браге (1546–1601). Вначале в юности он изучал право, но когда ему было 14 лет, он наблюдал эклиптику Солнца, и это склонило его в пользу астрономии (к счастью для него и астрономии).
Успех пришел к нему в 1572 г., когда ему было 26 лет, и никто в Европе о нем еще не слышал. В то время европейцы, включая самих астрономов, ничего не знали о новых звездах. Ходила, правда, смутная легенда о новой звезде Гиппарха, но ее можно было отвергнуть как старую сказку, коль скоро Птолемей ни словом о ней не обмолвился.
(Несколько упоминаний о новых звездах 1006 и 1054 гг. в одной-двух западных хрониках были настолько сбивчивы и туманны, что вряд ли хоть один астроном 1500-х годов знал о них. И конечно, ни один европеец не знал о сообщениях, оставленных китайцами, корейцами и японцами.)
И вот 11 ноября 1572 г., когда Тихо Браге вышел из химической лаборатории своего дяди, он увидел вдруг звезду, которой прежде никогда не замечал. Она красовалась высоко в небе в созвездии Кассиопеи и сияла ярче всех звезд этого хорошо известного созвездия. Всякий, кто знал карту неба так же хорошо, как Тихо, просто не мог ее не заметить. Как и в 1054 г., новая звезда в Кассиопее была гораздо ярче Венеры в период ее наибольшего блеска. Но никто не принял бы ее за Венеру, так как она была далеко за пределами пояса Зодиака и, следовательно, вдали от мест, где когда-либо находились планеты.
В большом волнении Тихо упрашивал всех, кого догонял по пути, взглянуть на звезду и сказать, видели ли они ее там раньше. Все, кого он спрашивал, отвечали, что они звезду видят, поэтому с глазами у Тихо было все в порядке. Однако никто не мог поручиться, была ли эта звезда тут раньше, и если была, то когда она загорелась. Звезда на диво яркая, спору нет, но что до остального… Кто знает?.. Может быть, она всегда тут была.
Сам Тихо был убежден, что, когда он прошлый раз смотрел на небо, ничего похожего он здесь не видел. Правда, в последние дни он с головой ушел в химические опыты и какое-то время не наблюдал неба. И теперь он не был уверен, что эта звезда не горела здесь вчера или в предыдущие несколько ночей. (Интересно, что эту звезду заметил, кажется, еще один человек. Это был немецкий астроном Вольфганг Шулер, увидевший новую звезду перед рассветом 6 ноября, за пять дней до того, как ее заметил Тихо Браге.)
Теперь Тихо сделал то, что до него не делал ни один астроном. Он начал серию ночных наблюдений. В бытность свою в Германии он изготовил отличные инструменты и теперь не замедлил воспользоваться одним из них. Это был большой секстант. С его помощью он измерил в угловых величинах расстояние новой звезды от других звезд Кассиопеи. Браге тщательно откалибровал свои инструменты, чтобы исправить ошибки, которые могли возникнуть из-за несовершенства их изготовления, и даже сделал поправку на рефракцию (преломление) света. (Он был первым астрономом, сделавшим это.) Аккуратно записывал результаты каждого наблюдения и все условия, при которых оно проводилось.
Браге не имел телескопа (этот инструмент будет изобретен через 36 лет), тем не менее он заслужил репутацию лучшего дотелескопного наблюдателя в истории астрономии. Ведь это ему принадлежат наблюдения новой звезды, которые, вероятно, в большей степени, чем новая теория Коперника, означали начало современной астрономии.
Новая звезда находилась так близко от Полярной звезды и потому кружилась вокруг нее такими маленькими кругами, что никогда не опускалась за горизонт, оставаясь все время в небе. Поэтому Тихо Браге мог наблюдать за ней в любой час ночи. Он было даже испугался, обнаружив, что сияние ее так велико, что можно видеть ее среди бела дня. Однако звезда была такой яркой сравнительно недолго, с каждой ночью она становилась все слабее и слабее. К декабрю 1572 г. она была уже не ярче Юпитера, к февралю 1573 г. едва заметна, а к марту 1574 г. исчезла вовсе. По наблюдениям Браге, она оставалась видимой 485 дней.
Китайские и корейские астрономы тоже заметили новую звезду, но они не сделали точных измерений ее положения, как это сделал Браге. (Они начали отставать от европейцев.)
Что же такое была эта новая звезда? Была ли она атмосферным явлением, каким она должна была быть, если аристотелев закон о совершенстве и неизменности небес был верен? Но могло ли атмосферное явление оставаться неподвижным в течение 485 дней? Именно неподвижным, так как самые тщательные измерения Браге не могли обнаружить никакого его смещения относительно звезд в течение всего этого времени.
Браге попытался даже определить расстояние до этого «атмосферного явления». Это можно сделать путем измерения параллакса астрономического тела, т. е. засекая величину, на которую оно смещает свое кажущееся положение относительно других, более дальних тел, если смотреть на него с разных точек.
Луна, ближайшее к нам небесное тело, имеет совсем незначительный параллакс, но все-таки достаточно большой, чтобы его можно было измерить без телескопа. Со времен Гиппарха расстояние до Луны известно как 30 диаметров Земли, так что в современных единицах Луна находится на расстоянии 380 000 км.
Любое тело, имевшее параллакс меньший, чем параллакс Луны, должно было находиться дальше Луны и быть частью неба.
Новая звезда имела такой «микроскопический» параллакс, что он совсем не поддавался замеру, несмотря на все усилия Браге. А раз так, это НЕ БЫЛО атмосферным явлением, а было звездой, такой же звездой, как другие.
Открытие это было настолько серьезным, что Тихо Браге после значительных колебаний решился написать книгу.
Он был дворянин, а дворяне в те времена не опускались до общения, пусть книжного, с простыми людьми. Только абсолютная важность открытия убедила его, что он должен это сделать.
Книга, написанная по-латыни, как тогда было принято для ученых книг, вышла в 1573 г. Внешне она была весьма внушительных размеров, но совсем не длинная – 52 страницы, имела очень длинное название, но стала больше известна под сокращенным вариантом названия – «De Nova Stella» («О новой звезде»).
В книге много места уделялось астрологическому значению новой звезды, так как Браге, подобно большинству астрономов того времени, твердо верил в астрологию. Затем, отступая от астрологии, Браге описывает яркость новой звезды и как она с каждой неделей тускнела. Приводит ее небесные координаты и даже дает зарисовку окружающих звезд с отметкой положения новой звезды, чтобы представить то, что воочию видел сам Тихо Браге.
Самым важным в книге было то, что положение новой звезды не менялось и что она не имела параллакса. Отсюда вытекало, что это была звезда, новая звезда! Другими словами, в небе, как и везде, тоже бывают перемены.
Книга Браге стала сенсацией: она означала конец греческой астрономии. Все догмы относительно постоянства и совершенства неба нужно было теперь отставить.
В 1577 г. появилась в небе яркая комета, которая перемещалась относительно звезд, но Браге показал, что она тоже не имеет параллакса, отсюда стало очевидно, что даже кометы находятся дальше Луны и какой-то части неба, а потому не являются атмосферным явлением.
С выходом книги Браге сразу же сделался самым знаменитым астрономом Европы, а латинское «nova» (означающее «новая»), стоящее в заглавии книги, вошло в научный обиход для обозначения новой звезды и всех последующих новых.
С того дня новая звезда, появляющаяся на небе, называется nova.
ДРУГИЕ НОВЫЕ
После того как была открыта Новая Тихо Браге, астрономы, вместо того чтобы концентрировать внимание на планетах, стали более внимательно наблюдать звезды. Открытие новой звезды может прославить! С другой стороны, стало ясно, что изменение в «неподвижных» звездах, даже при жизни одного поколения, оказывается нередким делом.
В 1596 г. немецкий астроном Давид Фабрициус (1564–1617), друг Тихо Браге, обнаружил звезду в созвездии Кита, которой никогда там не бывало. Звезда третьей величины, она имела весьма умеренную яркость. Но астрономы теперь ничего не хотели пропускать мимо. Новая или не новая? Ответить на этот вопрос теперь было нетрудно: надо было только продолжать наблюдения и ждать.
Спустя некоторое время звезда потускнела и исчезла, и Фабрициус облегченно вздохнул, чувствуя, что не зря объявил об открытии новой звезды.
Следующая новая связана с именем немецкого астронома Иоганна Кеплера (1571–1630). Кеплер работал совместно с Браге в последние годы жизни первооткрывателя новых. Много лет подряд измерявший положения Марса относительно звезд, Браге надеялся, что с помощью этих данных ему удастся продемонстрировать правильность той компромиссной позиции, которую он занял по отношению к планетарным орбитам. Он хотел показать, что Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн – все вращаются вокруг Солнца, а Солнце со всеми вращающимися вокруг него планетами обращается вокруг Земли.
Перед смертью Тихо Браге передал все свои вычисления Кеплеру в надежде, что его помощник использует их для подтверждения «Системы Тихо Браге». Кеплер, конечно, не мог это подтвердить. Что он действительно подтвердил, так это тот факт, что Марс не вращается вокруг Солнца по кругам или комбинациям кругов, как мыслили Платон и все западные астрономы, включая Коперника. Марс движется вокруг Солнца по эллиптической орбите, причем Солнце находится в одном из ее фокусов. Идя дальше, Кеплер доказал, что все планеты движутся по эллиптическим орбитам. Сделав это, Кеплер создал действительную картину Солнечной системы.
Именно его (Кеплера) система, а не Коперника удовлетворяет действительности. В последующие четыреста лет астрономам не пришлось внести в нее существенные поправки.
Были разработаны другие всеобъемлющие теории и открыты новые планеты, но эллиптические орбиты остаются и, судя по всему, такими и останутся.
В 1604 г., еще до того, как Кеплер полностью закончил свою систему, в созвездии Змееносца вспыхнула новая звезда. Она была ярче, чем Новая Фабрициуса, но не ярче звезды Браге. Новая 1604 г. обладала яркостью Юпитера, хотя была в пять раз слабее Венеры в максимуме ее блеска. И все же это было потрясающим небесным событием, за которым астрономы теперь следили самозабвенно. Кеплер и Фабрициус сделали измерения положения новой 1604 г. и еженедельно фиксировали изменения ее блеска. Звезда исчезла только через год. Так, между 1572 и 1604 годом в течение 32 лет, т. е. на протяжении жизни одного поколения, в небе появились три новые звезды, две из них исключительно яркие. Все три были очень заметным, даже вызывающе заметным, небесным явлением и, как могло тогда казаться их наблюдателям, не таким уж редким.
ГЛАВА 2
ЗВЕЗДЫ МЕНЯЮТСЯ
ВИДЯ НЕВИДИМОЕ
В 1604 г., когда горела Новая Кеплера, человеческое видение звезд оставалось в целом таким, каким было всегда. Небо по-прежнему казалось сферой из твердого вещества, а звезды были светящимися, прикрепленными к небу бусинками. Временами чьим-то неведомым промыслом в небе, словно маленький сияющий пришелец, загоралась новая звезда. Эти светящиеся знаки загорались, но всегда потом пропадали. Чем ярче светили они, тем дольше угасали, но рано или поздно все они исчезали.
Но после того как новая звезда исчезала, не продолжала ли она жить и дальше, только будучи слишком тусклой, чтобы быть заметной человеческому глазу? И не существуют ли звезды, которые всегда были слишком тусклы? Иными словами, не могло ли быть звезд, существовавших с самого начала Вселенной, которые, когда бы ни было это начало, были слишком слабы для зрения и потому их никто никогда не видел?
Некоторые ученые размышляли именно так. Немецкий богослов Николай Кузанский (1401–1464) считал, что в мире существует бесконечное число звезд, рассеянных по безграничному пространству. Все звезды такие же солнца, как наше, но кажутся слабыми точками света (если они вообще видны) благодаря огромному до них расстоянию. Вокруг каждой звезды есть планеты, и по крайней мере некоторые из них заселены разумными существами. И если звезд бесконечное множество, а человек видит только несколько тысяч, то это означает, что громадное большинство звезд просто слишком слабы, чтобы их можно было увидеть.
Как видим, взгляды Кузанского звучат очень современно, можно лишь диву даваться, как он пришел к таким выводам. Понятно, убедить людей в правоте своей жуткой идеи он не мог, так как не имел никаких осязаемых доказательств.
Полтора века спустя идеями Николая Кузанского проникся итальянский ученый Джордано Бруно (1548–1600). Однако ко времени Джордано уже произошла протестантская Реформация, церковники по всей Европе стали мнительными, подозрительными, идеи, непривычно звучащие для уха, высказывать стало опасно. К несчастью, одержимый своей идеей, Бруно был вызывающе прямым человеком. Ему, казалось, доставляло истинное удовольствие дразнить и ставить в тупик своих оппонентов. В конце концов он был сожжен инквизицией.
Бруно тоже не имел доказательств в пользу своих идей. Ко времени его смерти никто не верил в звезды, которых не видно (потому что они слишком тусклы). Зачем вообще существовать таким звездам? Для чего они созданы Богом? Для иных было кощунством даже подумать, что Бог мог создать нечто столь бесполезное.
В 1609 г. другой итальянский ученый – Галилео Галилей (1564–1642) услышал, что в Нидерландах изобрели трубку с линзами на ее концах, которая, если смотреть через нее на предметы, делает их ближе и крупнее в размерах. Он тут же начал экспериментировать и скоро имел то, что мы теперь называем телескопом. И Галилей дерзко обратил телескоп к небу.
Конечно, телескоп Галилея был очень мал и примитивен, зато человек впервые рассматривал небо чем-то более сильным, чем просто человеческий глаз. Телескоп собирал больше света и фокусировал увеличенное количество света на сетчатке глаза. В результате все объекты казались крупнее или светлее (или то и другое вместе). Луна выглядела гораздо крупнее и обнаруживала больше подробностей. То же и Солнце, только, разглядывая его, надо было остерегаться ослепления. Планеты казались более крупными и напоминали маленькие кружочки света. Звезды были по-прежнему настолько малы, что даже в увеличенном виде казались лишь светящимися точками, хотя эти точки света стали теперь ярче.
Куда бы теперь ни смотрел Галилей, с помощью своего телескопа он видел новые удивительные вещи. На Луне он увидел горы и кратеры, а также ровные области, которые он назвал «морями». На Солнце заметил пятна. У Юпитера обнаружил четыре спутника. Он увидел, что Венера, подобно Луне, имеет свои фазы. Все, что показывал телескоп, наводило на мысль, что планеты такие же миры, как и Земля, и, наверное, такие же изменчивые и несовершенные. Даже найденные пятна на Солнце свидетельствовали о его несовершенстве. Что же касается Венеры, то ее фазы, какими их наблюдал Галилей, не могли существовать в системе Птолемея, а только в системе Коперника.
Телескоп Галилея явился сильным подкреплением взгляда Коперника на Солнечную систему. У Галилея были большие неприятности с инквизицией, которая принудила его отказаться от идеи Коперника. Последнее обстоятельство, впрочем, не принесло консервативным силам религии никакого облегчения, так как вся ученая Европа быстро усвоила мысль Коперника, что в центре планетной системы находится Солнце, а вдобавок еще и эллипсы Кеплера.
И все-таки первое открытие, сделанное Галилеем с помощью телескопа, с Солнечной системой не имело ничего общего. Когда впервые он поднял свой телескоп к небу и навел его на Млечный Путь, обнаружил, что это не просто светящийся туман, а немыслимое скопление звезд – звезд, недоступных простому человеческому глазу. Куда бы ни передвигал свою трубу Галилей, везде он видел тучи звезд, о которых прежде не мог и помыслить.
Стало ясно, существует великое множество звезд, которые слишком слабы, чтобы их можно было различить глазом, но которые становятся явью, как только просветляются телескопом.
Отсюда следовало, что, когда новая тускнела и пропадала из виду, это не означало, что она пропадала совсем. Просто-напросто она становилась слишком тусклой и незаметной. В сущности, новая могла быть вовсе и не новой звездой, а просто очень бледной, незаметной в обычном состоянии звездочкой, которая внезапно загоралась, становилась яркой, видимой, а затем опять тускнела и отступала в темноту.
В 1638 г. голландский астроном Хольварда Франекер (1618–1651) отметил звезду точно в том же районе неба, где Фабрициус нашел свою новую 42 года назад. Хольварда наблюдал, как она постепенно бледнела, исчезала совсем, но потом вернулась на свое место. Оказалось, что ее яркость нарастает, потом слабеет каждые 11 месяцев; в телескоп она оставалась заметной даже в период наименьшего свечения. В этой фазе она была звездой 9-й величины (принимая самые слабые для зрения звезды за 6-ю и продолжая таблицу Гиппарха до наименьших яркостей, достижимых телескопом).
В максимуме своего блеска звезда Фабрициуса светила в 250 раз ярче, чем в минимуме. Точнее говоря, она не являлась новой звездой, но даже и такая она служила прекрасным опровержением неизменности небес. Ведь звезда, которая меняет свою яркость, могла столь же красноречиво свидетельствовать против аристотелевой догмы постоянства, как и «настоящая» новая.
Звезды с изменяющейся яркостью называют теперь «переменными звездами», и Хольварда открыл первую из них. Тем не менее переменные звезды, вспыхивающие вдруг и всегда неожиданно и неспособные к регулярным изменениям, долгое время продолжали называть «nova», хотя это латинское слово означает «новая». Звезда Фабрициуса, которая загоралась и затухала по своему особому четкому графику, уже не считалась новой, она была просто переменной звездой.
Немецкий астроном Иоганн Байер (1572–1625) предложил систему, по которой каждой звезде присваивались греческая буква и название созвездия, в котором она находилась. Звезде Фабрициуса, отметив ее положение в один из периодов ее видимости, он дал имя «Омикрон Кита». (Он не догадывался, что это была новая, открытая Фабрициусом.) Когда была выявлена ее переменная природа, немецкий астроном Ян Гевелий (1611–1687) назвал ее Мира, что по-латыни означает «чудесная».
Мира стала «чудесной», потому что переменность ко времени ее открытия была совершенно новым, загадочным, необычным свойством. Эта переменность, однако, не долго оставалась загадкой: к концу XVII в. были обнаружены еще три переменные звезды. Одной из них был хорошо известный Алголь – вторая по яркости звезда в созвездии Персея (отчего ее иногда называют Бета Персея).
В 1687 г. итальянский астроном Джеминиано Монтанари (1663–1687) заметил, что Алголь имеет колебания блеска. Это было не похоже на Миру, так как колебания были не экстремальны. Алголь в пике блеска имел звездную величину 2,2, а в минимуме 3,5, т. е. в пике блеска он светил примерно в три раза ярче, чем в минимуме.
Все это, видимо, еще раньше заметили арабы. Мифический герой Персей обычно изображается с головой убитой им Медузы. И вот голова Медузы – страшного чудовища, при взгляде на которое люди превращались в камень, – представлена звездой Алголь; это название дали арабы, и по-арабски оно звучит «аль голь», т. е. дьявол.
Случилось ли это потому, что звезда напоминала Медузу, или потому, что она меняла свою яркость и в этом смысле была вызовом священному закону неизменности неба? Любопытно, замечали ли сами греки эти изменения и не потому ли они скрепя сердце заставили эти звезду играть зловещую роль Медузы?
В 1782 г. семнадцатилетний англичанин, глухонемой Джон Гудрайк (1764–1786) тщательно изучил Алголь и установил, что изменения его блеска абсолютно регулярны. Весь цикл усиления и ослабления блеска протекал за 69 часов. Гудрайк предположил, что Алголь – это двойная звезда, причем одна из двух звезд темнее, чем другая. Обе звезды обращаются друг около друга, и каждые 69 часов темная звезда проходит перед своим более светлым компаньоном, отчего временно и затухает свет Алголя. Гудрайк оказался прав: сегодня насчитывается около двухсот таких «затменно-переменных».
Итак, Алголь не настоящая переменная, так как каждая звезда этой пары обладает совершенно ровной светимостью, и казалась бы абсолютно постоянной, если б одна из двух периодически не заслоняла другую.
В 1784 г. Гудрайк открыл, что звезда из созвездия Цефея – Дельта Цефея – тоже переменная, хотя и с менее выраженной переменностью, чем у Алголя: в максимуме блеска звезда всего в два раза ярче, чем при минимуме. Дельта Цефея также имеет очень правильный период, разгораясь и тускнея каждые 5 1/3 дня. Закономерность, по которой нарастает и слабеет ее яркость, не может быть объяснима простым затмением. Она тускнеет медленнее, чем загорается, тогда как затменная переменная должна тускнеть и светлеть с одинаковой силой.
В последующие два века было открыто много других переменных звезд с кривыми просветления и потемнения такими же, как у Дельты Цефея, хотя и с периодами от двух до сорока пяти дней. Их назвали «цефеидными переменными». Только в 20-х годах нашего века английскому астрофизику Артуру Эддингтону (1882–1944) удалось показать, что названные выше кривые могут быть объяснены пульсацией звезд, т. е. регулярным увеличением и сокращением их объема.
Большинство переменных звезд являются именно такими «пульсирующими переменными»; одни из них короткопериодные, другие – долгопериодные, одни – правильные, другие – неправильные. Сегодня нам известны многие тысячи звезд самого разного характера.
Новые теперь тоже причислены к разряду переменных звезд на том основании, что их яркость изменяется во времени. Что их резко отличает от настоящих переменных, так это изменение их блеска: новые увеличивают свой блеск в десятки тысяч раз, тогда как обычные переменные всего в два-три раза. К тому же их затухание продолжается гораздо дольше по времени и в гораздо более глубокой степени. Наконец, прочие переменные – это звезды циклические, т. е. постоянно, снова и снова повторяющие периоды яркости и потемнения. Новые же – это так сказать переменные «одноразовые»; если им суждено пережить повторную вспышку, то это случается с ними через очень долгие, совершенно непредсказуемые интервалы времени.
