Текст книги "Предчувствия и свершения. Книга 3. Единство"

Автор книги: Ирина Радунская

сообщить о нарушении

Текущая страница: 16 (всего у книги 24 страниц)

ГЛАВА 5
МИРАЖИ ВСЕЛЕННОЙ

Всегда познавайте предмет в противоречиях.

Б. Шоу

Земля и звезды

Мир, в котором мы живем, всегда представал перед человеком в величии и таинственности. Взаимосвязь причин и следствий интересовала наших предков еще во тьме пещер. Искры, высеченные из кремня, почти всегда зажигали сухой мох или тонкие веточки. Огонь мог обжечь, но и улучшал качество пищи. Дальность полета стрелы определялась усилием приложенным для натяжения тетивы лука, и силой ветра…

Древнейшие народы всех континентов оставили нам в наскальных изображениях, а позднее в записях свидетельства особого интереса человека к небесным явлениям. Неизменная последовательность дней и ночей, повторяющаяся картина звездного неба воплотились в представление о вечности, противостоящей мимолетности событий, происходящих на Земле. Старинные летописи донесли до нас сообщения о появлении и движении комет, о вспышках недолговечных ярких звезд. Во всех случаях летописцы ограничивались описанием. Не требовалось большой наблюдательности, чтобы заметить, как изменяется длительность дня и ночи, установить связь этих изменений с переходом от зимы к лету и обратно. Ощущение течения времени, возникшее в незапамятные времена, постепенно отождествлялось с движением Солнца, Луны и звезд.

Тот, кто овладел способностью сопоставлять события, не мог не обратить внимание на движение Луны среди звезд и циклические повторения ее формы от диска к тонкому серпу, раз за разом изменявшему направление своих рогов, перед тем как начать расширяться и округляться.

Звезды тоже отличались одна от другой. Разница не ограничивалась яркостью и цветом. Некоторые описывали по небосводу небольшие круги. У других эти круги были больше. У третьих круги обрывались у горизонта. Те, кто систематически наблюдал движение светил, а это были вожди или жрецы, руководившие жизнью общины, установили, что некоторые звезды выходят из-за горизонта только зимой, а летом они не видны. Они выделили и пять ярких немерцающих звезд, перемещавшихся ночь от ночи среди остальных звезд. Две из них, в том числе самая яркая, были видны только на заре, вечерней или утренней. Другие три перемещались между звездами с различной скоростью, иногда описывая среди них петли. Греки назвали эти пять звезд планетами (слово «планетес» означает по-гречески «блуждающая»).

Нужно обладать способностью сопоставлять и анализировать, чтобы задуматься о причинах небесных явлений. Древнейшие народы ограничивались сопоставлением, не заботясь о выяснении причин. Так, в Древнем Египте первое в году появление из-за горизонта яркой звезды, которую мы теперь называем Сириусом, было сопоставлен с ежегодным разливом Нила.

Великий греческий астроном Птолемей, воспринявший многое от египтян, от жителей Вавилона и от шумеров создал систему, хорошо описывающую все видимые движения небесных тел. Система Птолемея (сейчас мы назвали бы ее моделью) позволяла с большой точностью предсказывать покрытия звезд Луной, сближение планет с яркими звездами и даже затмения Луны и Солнца.

В древности люди думали конкретно. Они считали понятным только то, что можно было, хотя бы мысленно представить в виде каких-либо предметов или устройств. Система Птолемея состояла из многих незримых хрустальных сфер. Они вращались вокруг столь же незримых осей. К внешней сфере были прикреплены звезды. Они вращались вместе с ней, не перемещаясь одна относительно другой. К отдельным внутренним сферам были прикреплены Солнце, Луна и планеты. Их связывала сложная система, обеспечивавшая видимые перемещения Солнца, Луны и планет относительно неподвижных звезд. Кометы, недолговечные новые звезды и множество мимолетных падающих звезд оставались за пределами системы Птолемея.

Система Птолемея помогала осознать, как сложные видимые движения могут вечно повторяться, ибо древние ученые считали мир вечным.

Римский ученый Цицерон, прославившийся своим ораторским искусством, свидетельствует о том, что великий математик и механик Архимед воспроизвел систему Птолемея при помощи модели из металлических сфер с множеством отверстий и демонстрировал с ее помощью небесные явления аналогично тому, как их можно видеть в современных планетариях.

Вселенная вечна и неизменна – это убеждение залог но и в системе Коперника, сменившей систему Птолемея. Коперник, вопреки догмату церкви о сотворении мира, считал, что вращение планет вокруг Солнца, вращение Земли вокруг ее оси и вокруг Солнца и движение Луны не имеют ни начала, ни конца. «Не вечные» кометы, падающие звезды и неподвижные новые звезды все еще оставались за пределами астрономии.

Только Галилей осмелился высказать уверенность, что причина этих «не вечных» явлений лежит не в атмосфере Земли, а за ее пределами.

Не только Птолемей и Коперник, но и великий вычислитель Кеплер ограничивался отображением хода небесных движений. Ни Птолемей, ни Коперник, ни Кеплер не только не объяснили, но даже не ставили вопроса о том, почему небесные тела перемещаются именно так, а не иначе. Как система Птолемея, так и система Коперника, даже после уточнения, введенного в нее Кеплером, была кинематической моделью, рассматривавшей небесные движения только с точки зрения геометрии и кинематики – этого простейшего раздела механики. Вопрос о силах, вызывающих эти движения, оставался за пределами астрономии.

Величайшим достижением Кеплера было установление трех законов, описывающих движение планет вокруг Солнца по эллиптическим орбитам. Этим он внес важное уточнение в систему Коперника, считавшего, что планеты движутся по окружностям.

Первым, кто начал ставить опыты с целью установить связь движения с силой, вызывающей рассматриваемое движение, был Галилей. Опыты Галилея и полученные им результаты стали одной из основ, на которой Ньютон построил здание динамики – раздел механики, связывающий силы с вызываемыми ими движениями. В основу вычислительной астрономии Ньютон положил три сформулированных им закона механики и установленный им закон всемирного тяготения. Исходя из этих законов и новых, созданных им, разделов математики, он мог вычислить все движения планет и их спутников. Это произвел ошеломляющее впечатление на современников, не только на ученых, но и на людей, далеких от науки.

Первое, а затем и последующие издания фундаментального труда Ньютона «Математические начала натуральной философии» были раскуплены, как теперь раскупаются бестселлеры, несмотря на то что само заглавие предупреждало: книга полна математики и посвящена натуральной философии (физике). В книге изложен новый метод исследования природы и множество новых выдающихся результатов, обогативших науку, в том числе астрономию.

Огромный труд, закончившийся в 1687 году изданием «Начал», не исчерпал интереса Ньютона к проблеме мироздания. Его смущали следствия, вытекающие из закона тяготения. Ему было ясно, что мир, имеющий любые, но конечные размеры, не может быть устойчивым. Даже если бы все вещество было первоначально равномерно распределено в ограниченном пространстве, то «вещество с краев пространства тяготело бы к внутреннему веществу и вследствие этого падало к середине всего пространства и там соединилось бы в большую шаровидную массу».

«Но, – пишет он дальше, – если бы вещество было равномерно рассеяно по бесконечному пространству, оно никогда не собралось бы в одну массу». Ньютон обдумал и эту ситуацию и, конечно, сразу обнаружил ее неустойчивость. Малейшее отклонение от равномерного распределения вещества должно дать толчок к разрушению такого распределения «И еще труднее вообразить, что все частицы в бесконечном пространстве располагались бы одна меж другими так точно, что оставались бы неподвижными в полном равновесии».

И поясняет свою мысль примером:

«Ибо я полагаю это столь же трудным, как заставить не одну, а бесконечное множество иголок (столько, сколько частиц в бесконечном пространстве) стоять в точном равновесии на своих остриях». Как совместить эти рассуждения с предположением о вечности или с догматом церкви о сотворении мира?

Ньютон не сумел найти выход из этих противоречии. Он оставил их в наследство потомкам, указав, что предположение о бесконечности Вселенной неизбежно ведет к тому что вещество в ней рано или поздно соберется во множество комков.

Небесная механика, как называли в то время вычислительную астрономию, стала основой трудов многих выдающихся физиков и астрономов, разрабатывавших все более совершенные вычислительные методы, необходимые для более точных астрономических расчетов. Но идейные основы, заложенные Ньютоном, оставались неизменными. Неизменно стоял и сакраментальный вопрос: с чего все это началось?

Ньютон, руководствуясь выдвинутым им правилом – не создавать гипотез, не касался этого вопроса, он не видел возможности подступиться к этой проблеме.

Полученные им уравнения, однако, обладали удивительной силой. Они позволяли решить любую задачу астрономии, исходя из данных, почерпнутых из опыта в какой-то определенный момент времени. Имея такие данные, можно было рассчитать и будущее, и прошлое. Например, для Солнечной системы, где планеты и их спутники совершают периодические движения, поддаются вычислению их положения в сколь угодно далеком прошлом и будущем. Ньютона тревожила эта ситуация. На Земле, где нет ничего вечного, тоже происходит множество событий, поддающихся расчету и предсказанию. Приливы сменяются отливами. Чередуются времена года. Меняются русла ручьев и рек. Брошенные предметы падают на Землю. Но не все подчиняется законам механики. Почему нагретые тела остывают? Почему животные и растения рождаются и умирают? Как связано вечное с преходящим? Это были вопросы без ответа. Почему же его уравнения предписывали небесным явлениям вечное повторение?

Теория свидетельствовала о вечности Солнечной системы. Даже за пределами Солнечной системы, там, где расположены звезды, все тоже выглядит вечным и неизменным. Ньютону это казалось сомнительным. В зрелые годы он не смог удовлетвориться умалчиванием. Он неоднократно писал о том, что, будучи уверен в справедливости закона тяготения, как и остальных законов механики, он не знает, чем вызвана сила тяготения и как начались небесные движения. Уравнения говорили о том, что никакого начала никогда не было. Но возможно и другое: некогда, в некий начальный момент, мир вдруг возник таким, каким мы знаем его теперь. Начиная с этого момента он развивался так же, как теперь. И будет таким вечно. В конце жизни разум Ньютона изнемог в поисках истины. Он сослался на бога, отнеся на его счет начальные условия, начальный толчок, сотворение мира.

Борьба с вечностью

Представление Ньютона о вечности Вселенной вместе с разработанным им методом исследования стало основой того, что мы называем классической физикой. Тревожившие его мысли о начальных условиях, о конечности и бес конечности Вселенной отошли на второй план и со временем были забыты.

Стремление человечества к познанию мира, результаты многочисленных опытов снова поставили на повестку дня вопрос о начальных условиях. Главную роль при этом сыграло осознание закона сохранения энергии. Астрономам стало ясно, что Солнце, выделяя огромную энергию, не может светить вечно. Не могут вечно вращаться вокруг осей планеты и спутники. Ведь приливное трение превращает в тепло запасы энергии собственного вращения планет. Это определяет будущую эволюцию Солнечной системы. Вращение планет и спутников вокруг их осей постепенно замедлится, период этого вращения будет увенчиваться до тех пор, пока он сравняется с периодом орбитального движения. Так уже случилось с планетой Меркурий и с Луной. Они всегда обращены к центральному телу одной стороной: Меркурий к Солнцу, Луна к

Земле.

Как ни малы атомы, молекулы и пылинки, разбросанные в космическом пространстве, они тормозят орбитальное движение планет и их спутников. Поэтому их орбиты постепенно сжимаются так, что они вращаются не по эллипсам, а по спиралям, очень медленно, но неизбежно приближающимся к центру.

Планеты должны в будущем упасть на Солнце, а спутники на свою планету. Но перед этим силы притяжения центрального тела разрушат их, образовав подобие колец Сатурна, которые возникли при разрушении одного или нескольких из его спутников, двигавшихся слишком близко к планете. В последнее время улучшение методов наблюдения, включая наблюдение при помощи космических обсерваторий, позволило обнаружить кольца, подобные кольцам Сатурна, и вокруг других планет.

Так развитие физики и астрономии привело к неоспоримому выводу: Солнечная система не вечна, ее существование ограничено.

Это принципиальный результат. Он возник, когда вычислить время до разрушения планет и их спутников еще не умели (сейчас известно, что это время измеряется миллиардами лет), но ученые уже не могли избавиться от мысли о том, что если Солнечной системе уготован конец, то у нее должно быть и начало.

Вопрос о происхождении Солнечной системы тревожил не только астрономов и физиков, но и философов. Первым взял слово один из крупнейших философов И. Кант. Кант был философом-идеалистом создателем особого философского направления, которое сохранило его имя: кантианство, философия Канта.

Кант был глубоко образованным человеком, обладавшим обширным кругозором и знаниями в области конкретных наук.

Обдумывая вопрос о судьбе Солнечной системы, Кант не пытался найти ответ только в сфере философии. Он не уподобился и натурфилософам, пытавшимся решать все вопросы путем словопрений, путем логического вывод; следствий из причин, казавшихся им подходящими для; решения конкретной задачи.

Кант изучал труды выдающихся астрономов, знал, что те обнаружили в мировом пространстве не только звезды, но и туманности. Среди многочисленных туманностей час попадались туманности, обладавшие вполне определенной – спиральной структурой. Обычно спиральная туманность имеет ядро, из которого в противоположных направлениях выходят два изогнутых рукава. Во многих случаях удавалось рассмотреть в этих рукавах отдельные звезды.

Этого было достаточно для аналитического ума Канта. Он предположил, что Солнечная система образовала из подобной туманности. Яркое ядро превратилось в Солнце, из рукавов туманности выделились планеты и их спутники. Вскоре математик П. С. Лаплас сумел математически обосновать процесс эволюции спиральной туманности, превращающий туманность в систему, состоящую из центральной звезды и спутников.

Теория Канта – Лапласа стала общепризнанной, вошла школьные учебники. Слабое место в ней нашел астроном Д. Джине. Джине хорошо владел математикой и физикой Он один из первых представителей комплексной науки астрофизики, изучающей астрономические явления с точки зрения физики. Джине отверг теорию Канта – Лапласа потому, что она противоречит одному из законов механики. Речь идет о законе сохранения вращательного движения. В изолированной системе в течение всей ее эволюции должна оставаться постоянной величина, служащая количественной характеристикой вращательного движения. Ее называют моментом количества движения. А эволюционирующая спиральная туманность, удаленная от других небесных тел, является практически изолированной. Значит, эта величина должна в ней быть всегда неизменной. Джине продумал модель Канта – Лапласа с этой точки зрения. Вот его вывод: оценки показывают, что начальное значение этой величины для туманности, якобы породившей Солнечную систему, вопреки закону сохранения, не соответствует распределению этой величины между Солнцем и планетами. Простая и изящная теория Канта – Лапласа не выдержала сравнения с опытом и должна быть отброшена.

Наука не может удовлетвориться отбрасыванием ошибочной теории. Она требует найти замену.

Случайная встреча

Замену нашел сам Джине. Он рассуждал так: в космическом пространстве могут случайно сблизиться две звезды. Сблизиться не настолько, чтобы столкнуться между собой под действием взаимного притяжения, но пройти так близко, что силы взаимного притяжения становятся большими. При этом прямолинейные траектории звезд искривляются, превращаются в гиперболы, обращенные одна к другой своими вершинами. Миновав вершины гипербол – точки их наибольшего сближения, – звезды опять разойдутся. Их траектории постепенно распрямятся, и звезды снова будут двигаться в мировом пространстве по прямым траекториям. Выйдут ли звезды после наибольшего сближения на гиперболы, уводящие их одну от другой, или столкнутся – зависит от начальных условий. От масс звезд и от первоначальных направлений и скоростей их движения. Образование звездных пар – двойных звезд при их сближении маловероятно. Это очень редкий пограничный случай, подобный курьезу, когда упавшая монета останется стоять на своем ребре.

Даже в том случае, когда две звезды, сблизившись на достаточно малое расстояние, разминутся, встреча не пройдет для них бесследно. Огромные силы взаимного притяжения вызовут в обеих звездах появление приливных волн. Приливные волны, как и волны океанских приливов на Земле, всегда возникают парами. На Земле они располагаются в противоположных концах диаметра, направленного вдоль линии, соединяющей центры Земли и Луны.

На сближающихся звездах высота приливных волн постепенно возрастает, и эти волны, как бы следя за партнером, приобретают форму спирали. Если звезды прошли достаточно близко, то уже на этой стадии возможен разрыв приливных волн с образованием огромных капель раскаленной материи. Такой разрыв может произойти и позже, так как огромная приливная волна не может втянуться в тело звезды как единое целое. Судьба отдельных частей приливной волны зависит от того, как высоко эти части поднялись над поверхностью звезды и какую скорость они приобрели при этом. Нижняя часть приливной волны вновь упадет на звезду. Средняя часть, распавшись на огромные сгустки, станет родоначальником планет, вращающихся вокруг своей оси и вокруг звезды по орбитам, мало отличающимся от круговых. Верхняя часть может породить кометы, движущиеся вокруг материнской езды по вытянутым эллипсам, а самая верхняя часть приливной волны способна безвозвратно уйти в космическое пространство.

Теория Джинса объясняла и происхождение спутников На каплях раскаленного вещества – протопланетах – тоже возникнут огромные приливные волны. Они в свою очередь разобьются на сгустки. Часть сгустков превратится в спутники центрального сгустка – будущей планеты. Часть упадет обратно на будущую планету. Третья часть упадет на центральную звезду.

Теория Джинса непринужденно объясняла, почему спутники и планеты Солнечной системы вращаются в одну и ту же сторону, из-за чего спутники планет и малые планеты стали твердыми, в то время как большие планеты остались жидкими: малые тела остывают быстрее крупных. Она объясняла даже возникновение пояса астероидов, находящегося между Марсом и Юпитером. Там, поясняет теория, находилась еще одна протопланета, но она двигалась слишком близко к Юпитеру, и его мощное притяжение разрушило эту протопланету.

Теория Джинса свободна от проблемы сохранения момента количества движения, ибо она исходит из того, что избыточный момент количества движения планет возник в процессе образования приливных волн и его величина может оказаться в полном соответствии с данными астрономов.

Теория Джинса была не менее ясна и наглядна, чем ее предшественница, и привлекла многих сторонников. Она тоже вошла в школьные учебники, несмотря на обнаруженное впоследствии обратное направление вращения некоторых спутников больших планет. Такие спутники могли быть захвачены планетой впоследствии, говорили сторонники гипотезы Джинса.

Но и эта теория пала жертвой математических расчетов. Ее погубила статистика.

Простые статистические оценки показали: звезды в нашей Галактике, в частности там, где расположена Солнечная система, отстоят так далеко одна от другой и имеют столь малые (в космических масштабах) скорости относительного движения, что сближения двух звезд на такие расстояния, при которых выполняются условия, предусмотренные теорией Джинса, происходят с ничтожно малой вероятностью. Требуемые скорости и расстояния сближения зажаты в очень узкие границы. Чуть ближе – они столкнутся. Чуть дальше – приливные волны окажутся недостаточно велики для того, чтобы их части приобрели «первые космические скорости» относительно материнской звезды. Но тогда сгустки материи, порожденные из приливных волн, не выйдут на орбиты спутников материнской звезды, на планетные орбиты и упадут на нее.

После того как стали ясны недостатки теории Джинса, появилась новая теория происхождения планет. Ее предложил О. Ю. Шмидт, советский ученый, больше известный как полярник и руководитель героической эпопеи челюскинцев. Он предположил, что Солнце и планеты возникают из постепенно концентрирующихся пылинок, первоначально образующих допланетное облако. Он считал, что разогрев внутренних областей планет и разогрев Солнца возникают позже вследствие распада радиоактивных элементов.

Но расчеты показали, что энергии радиоактивного распада недостаточно для поддержания излучения Солнца я течение 4,5 миллиарда лет. Это возраст старейших горных пород на Земле, оцененный на основе изучения содержания различных радиоактивных элементов и свинца в этих породах. Впоследствии теория Шмидта была переработана, чтобы увязать ее с современной теорией эволюции звезд, ванной на термоядерных реакциях в их недрах.

Загадка возникновения и эволюции звезд была осознана учеными, когда стало ясно, что звезды не вечны, что черпание внутренней энергии звезд ведет к их гибели. Астрономы-наблюдатели в течение длительного времени накапливали сведения о количестве видимых звезд, которое быстро возрастало с увеличением размеров телескопов, позволявших ученым наблюдать все более удаленные области космического пространства.

Оказалось, что звезды, недоступные невооруженному глазу, как и видимые звезды, можно классифицировать по их цвету: они бывают от голубовато-белого до темно-красного цвета. Было естественным предположить, что различие цвета связано с различием температуры на поверхности звезд.

Решающее влияние на развитие астрономии сыграло изобретение спектрального анализа, позволившего судить о химическом составе звезд на основе исследования их света.

У. Волластон в 1802 году обнаружил в спектре Солнца семь тонких темных линий. Он решил, что они разделяют между собой цвета солнечного спектра, и не придал им никакого значения. И. Фраунгофер, экспериментируя в 1814–1815 годах с изготавливаемыми им стеклянными призмами и пропуская через них свет Солнца, заметил множество тонких темных линий, рассекавших получающийся при этом спектр. Он обратил внимание на то, что расстояние между отдельными линиями изменялось в зависимости от состава стекла, примененного для изготовления призмы.

Фраунгофер внес чрезвычайно большой вклад в создание оптических приборов, начиная от разработки методов изготовления оптического стекла и способов полировки призм и линз до создания совершенных объективе Он нашел применение открытым им темным линиям спектре Солнца для оценки преломляющих свойств стекла.

Но Фраунгофер не стал изобретателем спектрального анализа. Областью его интересов были оптические приборы, а открытые им темные линии он применял лишь для измерения характеристик различных стекол.

Первым, кто связал спектральные линии с определенными химическими элементами, был Ф. Тальбот. А связь между темными линиями и яркими линиями, возникавшими в опытах с лабораторными источниками света, установил в 1849 году Л. Фуко. Он наблюдал яркие спектральные линии, появлявшиеся иногда в пламени вольтовой дуги. Особенно яркой была желтая спектральная линия, возникавшая, когда в пламя вольтовой дуги попадали вещества, содержащие натрий. Но когда он направлял через пламя дуги солнечный свет, на том же месте экрана возникала темная линия. Фуко понял, что пары натрия, испускающие желтую спектральную линию, поглощают часть солнечного спектра, соответствующую этой спектральной линии. Она кажется темной потому, что яркость соседних участков солнечного спектра много больше, чем яркость спектральной линии, излучаемой атомами натрия при температуре вольтовой дуги. Однако и это открытие не привлекло должного внимания.

Лишь через десять лет Г. Кирхгоф и Р. Бунзен опубликовали работу, положившую начало новой области науки – спектральному анализу. После работ Кирхгофа и Бунзена стало совершенно ясно, что фраунгоферовы линии возникают в том случае, когда свет, излучаемый раскаленным телом, проходит через пары, находящиеся при более низкой температуре. Причем положение спектральных линий является «визитной карточкой» каждого химического элемента.

Так родилась астрофизика. Читатель вправе возразить: возможность изучать химический состав небесных тел должна породить астрохимию, а не астрофизику. В этом доля правды, но астрохимия, возникнув на основе спектрального анализа, остановилась бы в своем развитии на самом начальном этапе – на стадии классификации. Ее венцом было бы введение в звездные каталоги дополнительного столбца, содержащего сведения о химическом составе атмосферы каждой из звезд.

Но перед физиками, интересующимися проблемами мироздания, и перед астрономами, желающими понять строение и эволюцию небесных тел, спектральный анализ открыл широчайшие перспективы. Сравнение положения фраунгоферовых линий, наблюдаемых в спектрах звезд и туманностей, с такими же линиями, наблюдаемыми в лаборатории, показало, что они во многих случаях сдвинуты к красному или фиолетовому концу спектра. Так в арсенал астрофизиков вошел закон Доплера, обнаружившего влияние движения источника звука на высоту акустических тонов, а значит, и на длину звуковых волн. Так доплеровское смещение оптических спектральных линий стало основой надежного измерения скоростей движения звезд. Позже астрофизики начали применять измерение сдвига спектральных линий, испускаемых газовыми туманностями, для определения скоростей их движения. Изучая строение спектров небесных объектов, физик может получить сведения о температуре излучающих и поглощающих слоев газовых туманностей и атмосфер звезд, о наличии и величине магнитного поля. А для Солнца и протяженных туманностей может также получить сведения о распределении магнитных полей в пространстве (так были обнаружены и изучены магнитные поля солнечных пятен), о движениях в атмосферах звезд и в газовых туманностях и т. п.

Астрофизики получили данные, по которым астрономы вычислители определили взаимные движения двойных звезд, скорости и направления движения многих небесных объектов и многое другое, о чем будет рассказано ниже.

Так было установлено, что основная часть света Солнц и звезд исходит из глубин их атмосфер, где давления велики. С увеличением давления растет и ширина всех спектральных линий. При очень высоких давлениях спектральные линии сливаются между собой, спектр становится сплошным, подобным спектру раскаленного твердого вещества. Наблюдая сплошной спектр, невозможно судить о составе светящегося вещества. Но в более высоких и более холодных частях атмосферы Солнца и звезд, где давление мало, происходит образование фраунгоферовых линий. Оно возникает вследствие поглощения части света, идущего из глубины, теми атомами, которые находятся в верхних слоях атмосферы Солнца и звезд, где температуры ниже, чем в глубинных областях.

Астрономы, овладевшие методами спектрального анализа, вскоре обнаружили в спектрах некоторых туманностей яркие спектральные линии. Это означало, что туманности образованы разреженными светящимися газами. Но существуют и другие туманности, в спектрах которых нет ярких линий, а наблюдаются только фраунгоферовы линии. Они являются не истинными туманностями, а удаленными звездными скоплениями, в которых и крупнейшие телескопы не способны выделить отдельные звезды. Фраунгоферовы линии возникают здесь при прохождении света звезд через их атмосферы и разреженные газовые облака, подобные тем, что обнаружены в межзвездном пространстве нашей Галактики.

Спектральный анализ позволил астрономам судить о температуре и составе звезд. На этой основе астрофизики построили теорию эволюции звезд. Согласно этой теории, звезды образуются в огромных туманностях, вещество которых постепенно собирается в крупные сгустки-сгустки-протозвездыПервоначально туманность состоит из холодных и холодных частиц космической пыли, образовавшихся в ходе случайных столкновений атомов.

По мере сжатия протозвезд энергия силы тяготения – гравитационная энергия – превращается в тепловую энергию, и протозвезда становится видимой. Она выглядит слабо светящееся красным светом протяженное тело. В этой стадии ее уже считают звездой и относят к классу красных гигантов. Наблюдения, проведенные в последнее время в невидимых инфракрасных лучах, позволили обнаружить инфракрасные звезды – протозвезды, более холодные, чем красные гиганты.

Спектры красных гигантов содержат фраунгоферовы линии, свидетельствующие о том, что светящаяся звезда окружена холодной газовой оболочкой.

Ниже мы более подробно проследим дальнейшую эволюцию звезд. Теперь же отметим, что только привлечение спектрального анализа позволило изучать процессы, происходящие в глубинах космоса, узнать, на какой стадии развития звезд возникает возможность образования планетных систем. Спектральный анализ заставил астрофизиков отбросить первоначальный вариант теории происхождения звезд, исходивший из того, что весь запас энергии протозвездной туманности заключается в ее гравитационной энергии. Потребовал пересмотра и второй вариант, к которому была дополнительно привлечена энергия, освобождающаяся за счет радиоактивного распада. И этой энергии оказалось недостаточно для того, чтобы обеспечить свечение звезд в течение миллиардов лет.