Текст книги "Вселенная полна загадок"
Автор книги: Феликс Зигель
сообщить о нарушении
Текущая страница: 13 (всего у книги 17 страниц)
ВОЗНИКАЮТ ЛИ ЗВЕЗДЫ В НАШИ ДНИ?
Трудно указать в окружающей нас природе что-нибудь более неизменное, чем звездное небо. Как будто безжалостный поток времени, все сметающий на своем пути, не касается звезд. Та же Большая Медведица, по которой древние финикийские мореходы отыскивали путеводную Полярную звезду, украшает небо и нашей эпохи, созвездие Ориона, о котором писал еще Гомер, встречается в том же виде и на современных звездных картах. Неудивительно поэтому, что древние, подметив неизменность небес, противопоставили их «бренному» изменчивому земному миру.
Постоянство звездного неба на самом деле только кажущееся. Те далекие солнца, которые мы называем звездами, летят в пространстве со скоростями в десятки и даже сотни километров в секунду. Только чрезвычайная удаленность звезд делает эти движения почти неощутимыми, незаметными для человеческого глаза.
Но пройдут сотни тысяч лет, и звездное небо станет неузнаваемым. Теперешние созвездия уступят место новым, быть может, с еще более замысловатыми очертаниями. «Новой» Земле, постаревшей за это время, будет соответствовать и новое небо.
Схема строения нашей Галактики.
Разумеется, время не щадит и звезды. Никто теперь не утверждает, что звезды вечны. В окружающем нас мире ничто не вечно, кроме вечно движущейся и вечно изменяющейся материи – основы всех вещей. Значит, и любая из звезд когда-то возникла и когда-то исчезнет, то есть превратится в то, что уже нельзя будет назвать звездой. Проблема, которую пытается разрешить современная астрономия, заключается не в том, изменяются ли звезды (что бесспорно), а в том, как они рождаются, живут и погибают.
Звезды не хаотично разбросаны в пространстве. Они образуют гигантские звездные системы, называемые галактиками. К одной из галактик в качестве рядовой звезды принадлежит и наше Солнце.
На рисунке изображена схема строения нашей Галактики. В нее входит около ста пятидесяти миллиардов звезд, а также туманности и межзвездные облака космических газов. Основная масса звезд Галактики образует в пространстве скопление, напоминающее чечевицу. Плоскость, проходящая через ребра этой «чечевицы», называется плоскостью галактического экватора.
Диаметр исполинской «звездной чечевицы» так велик, что от одного ее края до другого луч света должен лететь около восьмидесяти пяти тысяч лет. Солнце находится ближе к краю, чем к центру Галактики, от которого его отделяет расстояние в двадцать три тысячи световых лет.
За последнее время стало ясно, что как отдельные звезды, так и облака межзвездного газа могут удаляться на значительные расстояния от плоскости галактического экватора. «Звездная чечевица» оказывается, таким образом, окутанной колоссальным сферическим облаком из газов и звезд, которому присвоено название короны Галактики. Подчеркнем, что корона весьма разрежена – в единице объема пространства там встречается гораздо меньше звезд, чем внутри «звездной чечевицы».
Галактика – образование не статическое, а динамическое. Миллиарды звезд, ее составляющие, обращаются вокруг центра Галактики, где мощное, плотное и почти сферическое скопище звезд образует так называемое галактическое ядро.
Иначе и не могло быть. Если бы звезды не двигались вокруг центра Галактики, то все они благодаря действию тяготения попадали бы на галактическое ядро, которое, в свою очередь, стремилось бы максимально сжаться к галактическому центру. Что из этого получилось бы, трудно сказать. Во всяком случае, таких «спрессовавшихся» галактик мы нигде не наблюдаем.
Солнце вместе с планетами обходит центр Галактики за сто девяносто миллионов лет. Назовем этот промежуток времени космическим годом. Измерять такой исполинской меркой жизнь отдельного человека или даже всего человечества нецелесообразно. Это почти то же, что выражать диаметр атома в километрах. Но для жизни звезд космический год – вполне подходящая единица времени. В жизни звезд космический год имеет примерно то же значение, что и обычный, земной год в человеческой жизни. Поэтому космический год позволит нам нагляднее представить себе молодость и старость звезд.
Современные зарубежные ученые-идеалисты согласны с тем, что звезды изменчивы и не вечны. Но происхождение звезд они представляют себе так, что с их взглядами ни один здравомыслящий ученый, стоящий на позициях материалистического понимания природы, согласиться не может. Например, астроном в рясе, епископ Леметр, утверждает, что все звезды родились почти одновременно и что дата рождения звезд и звездных систем, отделенная от настоящего времени несколькими миллиардами лет, совпадает с актом творения всего мира «надмировым» духовным существом – богом.
Советские астрономы противопоставляют этим идеалистическим измышлениям изучение реальной природы, исследование фактов, которые проливают свет на очень сложный, но вполне разрешимый вопрос о возникновении, развитии и гибели звезд.
А факты упрямо заявляют, что звезды, наблюдаемые нами в настоящую эпоху, имеют разный возраст.
Возьмем, например, Солнце. Оно, во всяком случае, старше Земли, возраст которой, найденный самыми различными способами, составляет около трех миллиардов лет. По недавним исследованиям напластований в земной коре установлено, что за полтора-два миллиарда лет излучение Солнца практически не изменилось. Это значит, что Солнце существует по меньшей мере десяток, а может быть, и несколько десятков миллиардов лет. В космических масштабах времени нашему Солнцу примерно сорок – пятьдесят космических лет. Значит, звезда, дающая нам жизнь, принадлежит к звездам среднего возраста.
Иное дело звезды типа Вольф – Райе, с которыми мы уже познакомились. Их никак нельзя считать «взрослыми» звездами. Это на редкость расточительные, «проматывающие» свою массу «младенцы».
Если вы знаете, что весь капитал вашего приятеля исчисляется, скажем, тысячью рублями, а источниками пополнения своего капитала он не располагает, но тем не менее каждый час тратит 100 рублей, то вы вправе сделать вывод, что это неразумное расточительство продолжается никак не больше десяти часов.
Аналогичные рассуждения приложимы и к звездам типа Вольф – Райе. Возможные запасы их «капитала»-массы нам известны. Ведь массы звезд ограниченны. Не может быть звезд с массой, например, в тысячу раз большей, чем масса Солнца. Такие сверхмассивные звезды, «распираемые» изнутри световым давлением, не могут быть устойчивыми. Они неизбежно распадутся на звезды меньшей массы. Теория и наблюдения показывают, что масса наиболее крупной звезды только в несколько десятков раз превышает массу Солнца.
Итак, потенциальные, возможные запасы массы звезд типа Вольф – Райе ограниченны. Они не могут быть больше, чем несколько десятков солнечных масс. Не «смущаясь» этим, звезды типа Вольф – Райе, как уже говорилось, ежегодно выбрасывают в пространство в виде потоков раскаленных газов такое количество вещества, которое составляет одну стотысячную или даже одну десятитысячную долю солнечной массы.
Чем массивнее звезда, тем быстрее она должна терять свою массу, таково неизбежное следствие законов физики. Значит, прежде звезды типа Вольф – Райе проявляли еще большую расточительность, чем теперь. Следовательно, звезды типа Вольф – Райе существуют не более миллиона лет, а скорее всего даже гораздо меньше – несколько сотен тысяч лет.
Можно космический год разделить на двенадцать космических месяцев или на триста шестьдесят пять космических дней. Тогда получается, что звезды типа Вольф – Райе имеют возраст один-два космических дня. Эти звезды, по-видимому, действительно «новорожденные младенцы», совсем недавно (в астрономическом смысле слова) появившиеся на свет.
Звезды теряют свою массу не только за счет выброса газов. Мы уже говорили, что в недрах Солнца и звезд совершаются сложные ядерные процессы, при которых часть вещества превращается в излучение («дефект массы»). Напомним, что каждую секунду Солнце превращает в излучение 4 миллиона тонн своего вещества. При колоссальной общей массе Солнца такой расход почти неощутим. Но есть звезды, у которых в излучение превращается несравненно большее количество вещества. Это звезды-гиганты, массы которых в десятки и даже сотни раз превышают массу Солнца. Опять и здесь проявляется тот же закон: чем массивнее звезда, тем большее количество вещества превращает она в излучение, тем, следовательно, больше ее светимость, то есть количество излучаемого света.
В конце концов для продолжительности жизни звезды неважно, как именно она теряет свое вещество – превращает ли его в потоки света или выбрасывает в виде потоков газов. Результат один – истощение звезды. Некоторые гигантские звезды так «усердствуют» в испускании света, что их возраст, найденный уже известными нам методами, никак не может превысить нескольких тысяч лет. Это также «младенцы» в мире звезд. К их числу относится, возможно, гигантская звезда Ригель из созвездия Ориона.
Немного постарше звезды спектрального класса О. Их возраст можно оценить примерно в один или не сколько миллионов лет. Иначе говоря, самым взрослым из этих младенцев не может быть больше одной-двух космических недель.
Еще старше более холодные звезды с температурой поверхности 15–20 тысяч градусов, принадлежащие к спектральному классу В. В космической шкале времени их возраст исчисляется несколькими космическими месяцами.
Есть юные звезды возрастом пятнадцать – двадцать космических лет. Встречаются и молодые звезды, в расцвете сил, возраст которых близок к тридцати космическим годам. Существуют и звезды-старички, возраст которых может в несколько раз превышать возраст Солнца.
Итак, звезды имеют разный возраст – от нескольких космических дней до сотен космических лет. Значит, возникли они не одновременно, а в разные эпохи. Так как нет никаких оснований утверждать, что процесс возникновения звезд закончился несколько космических дней назад, когда возникли звезды типа Вольф – Райе и другие им подобные гиганты, то вывод из перечисленных фактов можно сделать только один: звезды возникают и в наши дни. Процесс звездообразования, совершающийся в нашей Галактике уже сотни миллиардов лет, продолжается и поныне и будет продолжаться впредь неопределенно долго.
Но, установив это, мы должны ответить на другой вопрос: из чего и как возникают звезды?
В 1947 году известный советский астроном академик В. А. Амбарцумян открыл звездные ассоциации. Этим термином были названы группировки однотипных или близких по свойствам звезд, объединение которых в ограниченном и сравнительно небольшом объеме пространства нельзя считать игрой случая.
В настоящее время известны два типа звездных ассоциаций: так называемые О-ассоциации и Т-ассоциации.
Первые из них представляют собой группировки горячих гигантских звезд, к которым, в частности, принадлежат уже знакомые нам звезды спектрального класса О (отсюда и название О-ассоциации) и звезды типа Вольф – Райе. Ассоциации второго типа получили свое обозначение от звезды Т из созвездия Тельца, обладающей, как и другие звезды такого же типа, не совсем обычными свойствами.
Прежде всего, звезда Т Тельца не горячий гигант, а холодный карлик. Другой характерной ее особенностью является изменение блеска. В отличие от Солнца количество света, излучаемого этой звездой, непрерывно меняется. Судя по ее спектру, колебания блеска вызваны нерегулярными, но частыми выбросами и в атмосферу звезды раскаленных и яркосветящихся газов ее недр.
Звезды типа Т Тельца – удивительно беспокойные, «неустановившиеся» звезды. Неправильные колебания их видимого блеска, возможно, указывают на сравнительную молодость этих звезд. Из них и состоят Т-ассоциации.
Между двумя типами звездных ассоциаций нет непроходимой грани. Некоторые из близких к Земле О-ассоциаций одновременно являются и Т-ассоциациями. Возможно, что в будущем этот факт поможет понять, как развиваются звезды.
Поиски ассоциаций – дело не простое. Небольшое количество звезд, образующих ассоциацию (обычно число самых ярких из них не превышает двух-трех десятков), подчас совершенно теряется на общем звездном фоне других звезд Галактики. Неоценимую помощь в таких поисках оказывает спектральный анализ. Спектры звезд обоих типов звездных ассоциаций резко выделяются среди спектров других звезд. Именно поэтому остается пока неясным, принадлежат ли к звездным ассоциациям звезды других достаточно обыкновенных типов. Выделить среди заурядных звезд те, которые не только видны в направлении ассоциации, но и реально принадлежат к ней, не так-то легко.
Представьте себе на минуту, что все звезды, кроме тех, которые объединены в ассоциации, исчезли. В таком случае на черном фоне ночного неба мы увидели бы только отдельные группировки некоторых сходных по физическим свойствам звезд – звездные ассоциации. Звезды каждой из ассоциаций близки не только на небе, но и в пространстве. Звездные ассоциации не только видимые, но и действительные объединения звезд.
Объем пространства, занимаемого звездной ассоциацией, очень велик. Поперечники звездных ассоциаций заключены в пределах от тридцати до двухсот световых лет. И все же расчеты показывают, что объединение звезд в ассоциации не случайно.
Приходилось ли вам, гуляя по улицам Москвы или другого большого города, случайно встретиться в одном месте и одновременно с тридцатью или сорока своими знакомыми, для каждого из которых эта встреча была также неожиданной? Вряд ли. Ведь это по здравому житейскому смыслу невероятное или, лучше сказать, крайне маловероятное событие. Еще менее вероятно случайное объединение звезд в ассоциации: ведь в Галактике «населения» (звезд) в тридцать тысяч раз больше, чем жителей Москвы. К тому же и движение звезд упорядоченное, совершаемое в основном вокруг центра Галактики, что также сильно уменьшает вероятность случайных встреч.
Звездные ассоциации – не случайные объединения звезд. Но, с другой стороны, эти объединения и недолговечны. Благодаря большим размерам ассоциации и небольшому количеству принадлежащих ей звезд ассоциация сравнительно быстро «рассосется» среди других звезд Галактики. Звезды ассоциации, более близкие к галактическому ядру, движутся вокруг него быстрее, чем более далекие. В результате через некоторое время ассоциация растянется в направлении движения всех звезд, а затем и вовсе распадется.
Распаду ассоциации содействует также притяжение окружающих звезд.
Самое любопытное это то, что распад ассоциации должен совершаться очень быстро. По исследованиям В. А. Амбарцумяна, любая из ассоциаций неизбежно должна распасться за несколько десятков миллионов лет. Но если наблюдаемые нами ассоциации еще не распались, то, значит, они возникли в астрономическом смысле недавно, – не более, чем несколько десятков миллионов лет назад, то есть возраст их исчисляется несколькими космическими месяцами.
Начиная с 1952 года астрономы обнаружили, что некоторые из ассоциаций расширяются, причем это расширение нельзя объяснить действием тяготения галактического ядра и окружающих ассоциацию звезд. Здесь происходит иное. Создается впечатление, что звезды ассоциации расходятся в разные стороны от ее центральной области со скоростями близкими в среднем к 5– 10 километрам в секунду. Можно подсчитать, «продвигаясь назад по времени», когда именно звезды ассоциации начали свое расширение из некоторого очень небольшого объема пространства. Если это начало расширения отождествлять с возникновением ассоциации, то оказывается, что у некоторых явно расширяющихся ассоциаций возраст измеряется всего несколькими миллионами лет!
В. А. Амбарцумян считает, что такое расширение из некоторого «центра» есть свойство всех ассоциаций. Оно, разумеется, может только содействовать распаду ассоциации. Но, «растворившись» после распада ассоциации среди других звезд Галактики, принадлежавшие ей звезды сохраняют ту скорость, с которой они когда-то покинули центр ассоциации. Эта скорость всегда сочетается с гораздо большей скоростью движения звезд вокруг центра Галактики. Поэтому «собственные», или, как их называют, пекулярные, скорости звезд, достаточно хаотичные, почти не мешают общему и в целом стройному обращению всех звезд Галактики вокруг ее ядра.
Из того, что мы знаем о звездных ассоциациях, напрашивается естественный вывод: по крайней мере некоторые звезды возникают не поодиночке, а группами, и эти группы «новорожденных» звезд образуют затем то, что мы называем ассоциациями.
Все ли звезды Галактики возникают в виде ассоциаций?
Можно произвести такой подсчет. Исходя из количества открытых звездных ассоциаций можно подсчитать, что в Галактике в данный момент содержится (в нераспавшемся, разумеется, виде) около тысячи О-ассоциаций и около ста тысяч Т-ассоциаций. Принимая, что возраст каждой ассоциации равен (в среднем) десяти миллионам лет, а в каждой ассоциации содержится тысяча звезд, можно легко прийти к выводу, что за десять миллиардов лет (что соответствует в среднем возрасту самых старых звезд) через ассоциации должно образоваться примерно столько же звезд, сколько их фактически имеется в Галактике.
Расчет этот, конечно, грубо приближенный. Он скорее может быть назван прикидкой. Но результат его очень важен – оказывается, все звезды Галактики могли пройти через стадию звездных ассоциаций, прежде чем стали отдельными, «самостоятельными» звездами. Поэтому весьма вероятно, что возникновение звезд в виде ассоциаций есть общий и единственный (по крайней мере, в нашей Галактике) путь возникновения звезд!
Если это так (что окончательно выяснится только в будущем), то тогда особенно интересным становится вопрос: из чего возникают звезды?
Надо сознаться, что ответа на этот вопрос еще не найдено. Бесспорно, что звезды возникают и в наши дни, весьма вероятно, что все они возникают не поодиночке, а сравнительно тесными группами, но какая форма материи служит «родительницей» звезд, пока неясно.
Туманность Конская Голова.
Внутри звездных ассоциаций мы не видим никаких тел, которые можно было бы принять за материал, из которого сформировались звезды. Нет никаких следов материала и в тех местах ассоциации, откуда почему-то разбегаются во все стороны ее звезды. Но ведь из чего-то звезды должны возникнуть, и это что-то должно себя как-то проявить?
По мнению В. А. Амбарцумяна и его последователей, звезды, образующие ассоциации и туманности, возникли одновременно из особых, как он называет, дозвездных тел, или протозвезд. Эти объекты являются, пожалуй, наиболее таинственными небесными телами. Их не видно ни в один телескоп, они пока решительно ничем себя не проявили и, по-видимому, являются какой-то новой, неизвестной нам формой материи. Существуют ли они в действительности, покажет будущее.
Возможно, что некоторые звезды возникают и иначе. Их «родителями» являются не таинственные дозвездные тела, а уже знакомые нам межзвездные облака пыли и газа.
Образование небесных тел из разреженного вещества путем его сгущения – это, пожалуй, самая распространенная идея космогонистов всех времен. Реальная возможность такого процесса на примере планет солнечной системы доказана в последнее время работами академика О. Ю. Шмидта и его учеников.
Применима ли, однако, эта идея к звездам?
Почти одновременно с открытием звездных ассоциаций, в том же 1947 году, американский астроном В. Бок заметил странные образования, названные глобулами. На фоне звездной россыпи Млечного Пути они выглядят как маленькие удивительно круглые темные пятнышки, по своим оптическим свойствам близкие к темным туманностям.
Больше всего их видно на фоне звездных облаков созвездий Стрельца, Щита и Змееносца. В тех созвездиях, где фон Млечного Пути слабее, глобул меньше, возможно, потому, что здесь их труднее обнаружить.
Дальнейшие исследования показали, что глобулы представляют собой огромные холодные шары, состоящие, по-видимому, из пыли, возможно, с некоторой примесью газа. Наименьшие из глобул имеют поперечник в 5 тысяч а. е., то есть в две тысячи пятьсот раз больше, чем диаметр земной орбиты, и в пятьдесят раз больше поперечника нашей планетной системы (если считать ее границей орбиту Плутона). Самые большие из глобул примерно в десять раз больше наименьших из них.
Чем больше глобула, тем она прозрачнее. Возможно, что это указывает на постепенное сжатие глобул, в результате которого их плотность возрастает, а прозрачность уменьшается.
Могут ли глобулы, сжимаясь, превратиться в звезду?
Недавние расчеты московского астронома Е. Л. Рускол показали, что если глобула состоит в основном из газа с небольшой примесью пыли и если ее масса составляет несколько солнечных масс, то глобула может сконденсироваться в одну или несколько звезд.
С другой стороны, некоторые из зарубежных астрономов (Шпитцер, Уиппл) полагают, что межзвездные пылевые туманности обязательно должны конденсироваться в глобулы, а затем в звезды.
Представьте себе две пылевые частички межзвездного пылевого облака. Со всех сторон в них «ударяются» излучения звезд. Но в пространстве между частицами плотность звездного излучения меньше – ведь здесь частицы несколько «экранируют», затемняют друг друга. В результате световое давление заставит частицы сблизиться друг с другом, и пылевое облако начнет конденсироваться в отдельные устойчивые образования – глобулы.
Все это пока еще гипотезы. Между самой маленькой из глобул и самой крупной из звезд большой разрыв прежде всего в размерах. Как именно холодная глобула могла бы превратиться в раскаленную звезду, пока неизвестно.
Следует, однако, отметить, что современные астрономы очень близко подошли к решению загадки возникновения звезд. За последнее время все больше и больше открывается фактов, которые должны помочь в недалеком будущем обнаружить то, из чего возникают звезды.
Особенно удивительна история с открытием странных объектов в туманности Ориона.
Началась она совсем недавно – несколько лет назад. Зарубежные астрономы Г. Хербиг и Г. Аро независимо друг от друга открыли семь странных небесных тел. На площади не больше 5 квадратных градусов, частично охватываемой знаменитой туманностью Ориона, где, кстати сказать, имеется много звезд типа Т Тельца, были замечены маленькие светлые туманные сгущения почти звездообразного вида. Создается впечатление, что это какие-то необычные звезды, окруженные маленькими газовыми туманностями. Впрочем, уверенно сказать, что внутри загадочных туманных объектов имеются звезды, еще нельзя – нет достаточных данных, проверенных наблюдениями.
Самое удивительное заключается в том, что внутри двух туманных сгущений Хербиг совершенно отчетливо обнаружил неожиданное и быстрое появление довольно ярких (в сравнении с туманностями) звезд.
Сначала Хербиг не верил своим глазам. Но тщательный анализ фотографий не оставил сомнений в том, что здесь действительно появились какие-то никому ранее не ведомые звезды. На снимке 1947 года их не видно вовсе. На фотографии, полученной в конце 1954 года, то есть через семь лет, отчетливо видны две таинственные звезды. На всех последующих снимках, полученных до конца 1956 года, обе звезды оставались неизменными.
Считать эти небесные тела обычными новыми звездами нельзя – их спектры, цвет и другие характеристики совсем иные, чем у новых звезд. Трудно причислить их и к обычным переменным звездам – ни по характеру изменения блеска, ни по другим своим качествам они не похожи на известные нам переменные звезды.
Остается сделать вывод, что в данном случае буквально на наших глазах возникли уже в настоящем смысле слова новые звезды. Возможно, что до 1947 года блеск их был так мал, что уловить его в современные телескопы было нельзя.
А потом очень быстро яркость этих звезд возросла, тогда-то их и увидел Хербиг.
Г. Хербиг и В. А. Амбарцумян рассматривают эти загадочные образования как начальную стадию развития звезд типа Т Тельца. Иначе говоря, по их мнению, возникновение звезд или, по крайней мере, самые ближайшие последствия этого акта стали наблюдаемым фактом.
Возможно, что это так. Вселенная, уступая натиску науки, постепенно приоткрывает завесу над своими тайнами. Придет время, и оно уже недалеко, когда человек будет знать процесс возникновения звезд не хуже, чем процесс собственного рождения.
