Текст книги "Рождение миров"
Автор книги: Михаил Ивановский
сообщить о нарушении
Текущая страница: 13 (всего у книги 25 страниц)
Серебристые облава и космическая пыль
Летней ночью 1885 года московский астроном В. К. Цераский заметил на северной стороне небосвода жемчужно-серебристые, светящиеся облака. Шел одиннадцатый час ночи, Солнце давно уж село, обычные облака на фоне неба казались темными, а эти облака светились.
Два года спустя В. К. Цераский совместно с А. А. Белопольским измерил высоту, на которой виднеются серебристые облака. Оказалось, что они плавают в 82 километрах от поверхности Земли. Уже это указывает на особенную природу серебристых облаков. Обычные облака выше одиннадцати километров от земной поверхности не наблюдаются.
Сначала ученые думали, что серебристые облака состоят из пыли, которую забрасывают в верхние слои атмосферы вулканические извержения, и эта пыль светится в лучах Солнца, но такое предположение не оправдалось. Появление серебристых облаков не зависит от огнедышащих гор.
Зато в ночь после падения Тунгусского метеорита наблюдались очень яркие и большие серебристые облака, покрывавшие почти все небо. Академик В. Г. Фесенков, работавший тогда в Ташкенте, несколько ночей не мог приступить к астрономические наблюдениям – мешал свет серебристых облаков.
Астроном-любитель В. П. России, живший в городе Наровчата, ровно в полночь на 1 июня 1908 года сумел сделать снимок улицы самым обыкновенным фотоаппаратом: тогда было светло, как днем. В. П. России нарочно сфотографировал церковь, так как по расположению церкви можно определить страны света. На снимке видно – южная сторона церкви в тени, а северная освещена, и весь снимок выглядит так, как будто он снят днем, но при свете, падающем с севера.
Фотография, сделанная ровно в полночь при свете серебристых облаков.
Необычайно светлые ночи наблюдались по всей Европе в течение нескольких суток. По ночам было настолько светло, что люди свободно читали мелкий газетный шрифт. Несомненно, что серебристые облака были принесены на Землю Тунгусским метеоритом.
Как предполагают ученые, серебристые облака образованы мелкой космической пылью, которая, постепенно оседая, начинает светиться на высоте 82 километров над Землей.
Серебристые облака.
Космическую пыль на Землю поставляют некоторые метеорные потоки. Одно из скоплений пылевого вещества, например, сопутствует метеорному потоку персеид, с которым Земля встречается в августе.
Профессор Н. Н. Калитин заметил, что ежегодно с 12 августа атмосфера утрачивает обычную прозрачность; до 20 августа помутнение возрастает, затем пыль начинает рассеиваться и оседать.
Крупное облако космической пыли опустилось на Землю 3 мая 1892 года. Оно прошло над северной Германией, Данией, Финляндией и Скандинавским полуостровом, охватив территорию в 660 тысяч квадратных километров. Масса осевшей пыли определена, примерно, в 500 тысяч тонн.
Многолетние работы советских ученых позволили подсчитать, сколько приблизительно метеоритного вещества прибывает на Землю. Астрономы учли, сколько выпадает мельчайших метеорных частиц, сгорающих в верхних слоях атмосферы, учли и те метеориты, какие достигают поверхности Земли, прибавили к общей сумме космическую пыль, оседающую на Землю, подсчитали и прибыль массы от метеоритов-гигантов, таких как Аризонский, Тунгусский и Сихотэ-алиньский.
Этими подсчетами установлено, что в сутки выпадает около 6–6,5 тонн «неземного» вещества. Может быть в действительности метеоритного материала окажется немного больше, может быть и чуть меньше, но в среднем число 6, 5 тонн в сутки вероятно очень близко к истине. Следовательно, масса земного шара увеличивается ежегодно на 2500 тонн.
Результат обескураживающий!
Если Земля существует три с половиной миллиарда лет и если метеорное вещество и раньше выпадало в таком же количестве, как и сейчас, то за время существования Земли на каждый квадратный сантиметр ее поверхности выпало всего лишь около двух граммов – одна чайная ложка пыли.
Метеориты даже за 3,5 миллиарда лет могли только «попудрить» земной шар, а ни в формировании земной коры, ни в образовании самой Земли метеориты какой-либо роли играть не могли. Их для этого слишком мало.
Но может быть раньше метеоритов в окрестностях Солнца было больше? Может быть в прошлом они падали чаще и прирост массы земного шара определялся миллионами тонн. Такое предположение казалось правдоподобным, его подтверждали многочисленные наблюдения и исследования ученых, начатые свыше ста лет назад первым директором Пулковской обсерватории В. Я. Струве.
Недостача слабых звезд
В 1839 году в только что отстроенной Пулковской обсерватории установили величайший для того времени 15-дюймовый телескоп. Знаменитый русский астроном и основатель Пулковской обсерватории Василий Яковлевич Струве с помощью нового телескопа продолжал исследования звездного мира, начатые им еще в Дерптской обсерватории.
После нескольких лет работы В. Я. Струве пришел к твердому убеждению, что он видит не все звезды, какие мог бы показать ему новый телескоп. По всем признакам свет слабых и очень далеких звезд почему-то не долетает до Земли.
Еще в XVIII веке ученые, подсчитывая звезды, заметили, что слабых звезд на небе оказывается меньше, чем можно было ожидать. По расчетам астрономов выходило, что звезд восьмой величины должно быть, примерно, вчетверо больше, чем звезд седьмой величины; звезд девятой величины – вчетверо больше, чем звезд восьмой величины, и так далее.
В действительности же получилась иная картина. Звезд седьмой величины насчитывается 14 300, а звезд восьмой величины вместо 51 200 – только 41000. Звезд девятой величины вместо 164 000–117 000. Наблюдения противоречат вычислениям. Слабых звезд явно недостает.
Каждый раз, заметив в окружающем нас мире что-либо новое, астрономы стараются понять, что перед ними – истинное явление или же нечто кажущееся. Так и тут. Может быть это только кажется, что слабых звезд мало, может быть их на самом деле больше, но они почему-либо невидимы.
Мнения астрономов разделились. Большинство утверждало, что вычисления ошибочны, слабых звезд и в действительности столько, сколько их видно.
Меньшинство полагало более благоразумным подождать, понаблюдать – с течением времени станет ясно, в чем тут дело.
Только очень немногие ученые – два-три человека – считали недостачу слабых звезд кажущимся явлением.
В 1847 году Струве опубликовал свой многолетний труд «Этюды звездной астрономии». В этом капитальном произведении В. Я. Струве весьма решительно доказывал, что нехватка слабых звезд – явление кажущееся, на самом деле звезд больше, чем мы видим.
Западноевропейские ученые встретили открытие русского астронома с явным неодобрением. Они называли доводы В. Я. Струве неубедительными и мало обоснованными. Свои возражения критики сопровождали ироническими замечаниями и всячески высказывали свое недовольство. Это и понятно. Струве был слишком авторитетным ученым, к словам директора «астрономической столицы мира» волей-неволей приходилось прислушиваться. Но соглашаться с мнением В. Я. Струве западноевропейские ученые не хотела.
Спор о числе слабых звезд только на первый взгляд казался чем-то второстепенным. Он скрывал в своей основе глубокие противоречия двух мировоззрений.
Ученые-идеалисты, стремившиеся угодить церковным требованиям, яростно доказывали, что чем дальше от Солнца, тем звезды размещены в пространстве все реже и реже. Никакой нехватки слабых звезд нет. Звезды действительно столпились вокруг Солнца. Они якобы окружают его, как самое главное светило во всей Вселенной. Солнце занимает это почетное место, потому что ему, как творению бога, полагается сиять в центре Мира.
Доводы Струве опровергали этот библейский вымысел. Струве изгонял Солнце из центра Вселенной. Он низводил его в положение обычной рядовой звезды. Подобные мысли были совершенно неприемлемы для религиозно настроенных ученых.
Еще больше их возмущало объяснение Струве, почему звезд видно меньше, чем их есть в действительности.
Струве указывал, что межзвездное пространство не пусто. Оно заполнено чрезвычайно разреженной материей: мелкой пылью и частицами газов. Эта космическая пыль затуманивает свет далеких звезд, ослабляет его, а самые тусклые звезды становятся вовсе невидимыми. И из-за этого возникает противоречие между наблюдениями и расчетами астрономов. Но это противоречие кажущееся – «виновата» космическая пыль.
Западноевропейские астрономы негодовали. Мысль о засоренности космического пространства казалась им чудовищной и безбожной. По Струве получалось, что бог, создавая Землю, Солнце и звезды, оставил на небе какой-то сор.
Противодействие, которое встретили идеи Струве, сделало свое дело. Работа Струве была временно забыта. Предубеждение, внушенное религиозными представлениями о Вселенной, помешало развитию астрономии, задержало его более чем на полвека.
В конце прошлого столетия астрономы стали замечать, что в спектрах далеких звезд имеются линии, которые не могут принадлежать звездам. Они явно захвачены световым лучом во время его путешествия в космическом пространстве. И чем дальше находится исследуемая звезда, тем резче выделяются эти линии.
В 1910 году известный русский астроном Г. А. Тихов доказал, что межзвездная пыль действительно существует. Однако буржуазным ученым и этого было мало. Космическую пыль «открывали» по меньшей мере раз пять или шесть.
Окончательно признали ее существование только в 1930 году. Помогли этому земные вулканы. В начале нашего столетия произошло несколько извержений: в 1902 году на острове Мартинике проснулся вулкан Лысая Гора, в 1906 году было извержение Везувия, а в 1914 году – Сакурашимо.
Вулканы выбросили в верхние слои атмосферы огромное количество вулканического пепла. При страшном извержении Лысой Горы тучи пепла взметнулись на четыре тысячи метров над землей. Пепел поднялся в заоблачную высь, и воздушные течения разнесли его почти по всей Земле.
Извержение вулкана Лысая Гора на острове Мартинике 8 мая 1902 года.
К великой досаде астрономов частицы вулканического пепла плавали в атмосфере несколько лет и сильно мешали наблюдениям: свет звезд казался красноватым. Влияние пыли на свет звезд поневоле пришлось изучить как можно основательнее. И это помогло при исследованиях звезд.
Примерно, в двадцатых годах нашего века астрономы научились почти безошибочно и несколькими способами определять температуру звезд. При этом выяснилось, что прежние сведения о температуре звезд не вполне точны. Раньше считали, что все белые звезды горячи, а красноватые – холодны.
В 1930 году было замечено, что на некоторых участках неба звездочки, по всем признакам раскаленные до 10–12 тысяч градусов, кажутся почему-то красноватыми. Такие звезды должны быть ярко-белыми, но ни в коем случае не красными.
Эти звезды безусловно белые, но пока их свет летит до Земли, то по пути фиолетовые, синие, голубые и зеленые лучи частично теряются, остаются только красные, оранжевые и желтые лучи; свет начинает казаться красноватым. Как показали наблюдения, сделанные после вулканических извержений, виновником такого изменения света звезд может быть мельчайшая пыль. Пылинки поглощают и рассеивают преимущественно голубые и зеленые лучи. Желтые, оранжевые и красные лучи они пропускают сравнительно свободно. Поэтому свет, проходя сквозь слой пыли, теряет фиолетовые, голубые и зеленые лучи, и от этого краснеет.
Однако в тридцатых годах сильных вулканических извержений не наблюдалось. Атмосфера была чиста. Откуда же могла взяться пыль, заставившая звезды покраснеть? Она явно была не земного происхождения, так как красноватыми выглядели не все звезды, а только некоторые на отдельных участках неба.
Более подробные исследования показали, что покраснение света звезд вызвано не земной, а космической пылью. В межзвездном пространстве клубятся легкие, тонкие, прозрачные пылевые облака.
Таким образом гениальное предвидение В. Я. Струве полностью подтвердилось. Спор, длившийся почти девяносто лет, закончился победой русской науки. Межзвездное пространство действительно не пусто и не вполне прозрачно.
Западноевропейские ученые долгое время думали, что космическая пыль распределена в пространстве равномерно. Это тоже было ошибкой. Крупнейший советский астроном В. А. Амбарцумян вместе со своим учеником Ш. Г. Горделадзе доказали, что основная масса космической пыли и газов собрана в отдельные облака – туманности.
Облака космической пыли находятся на разных расстояниях от Земли. Одни из таких туманностей далеки и о их существовании можно судить только по легкому покраснению света звезд, расположенных позади туманности; другие – близки и видны сравнительно хорошо. Они отчетливо вырисовываются на фоне Млечного Пути.
Ближайшие к Земле облака темного пылеватого вещества были давно замечены людьми. Моряки и китобои, плававшие в южном полушарии, еще в XVII веке приметили одно такое облако и дали ему меткое прозвище: «Угольный мешок». В этом месте среди Млечного Пути на небольшом участке звезд почти не видно – они словно прихлопнуты черным мешком.
Есть такие же «угольные мешки» и на небе северного полушария. Они темнеют среди звезд Млечного Пути в созвездиям Лебедя, Стрельца и Змееносца.
Туманность «Волокнистая».
Долгое время эти темные провалы среди звезд считались пустотами – «дырами в небе», ученые думали, что сквозь них, как через окошки, чернеет даль мирового пространства.
Покраснение света звездочек, виднеющихся в таких «небесных окошках» помогло разоблачить ошибку. Это вовсе не «окошки», а темные, полупрозрачные массы пыли, заслоняющие от нас свет звезд.
В. А. Амбарцумян и Ш. Г. Горделадзе, исследовавшие природу распыленного межзвездного вещества, доказали, что между светлыми бесформенными туманностями, которые с давних пор были известны ученым, и темными туманностями никакой существенной разницы нет. Просто одни освещены ближайшими яркими звездами, а другие не имеют поблизости звезд-осветителей и поэтому темны.
Темная туманность, видимая на фоне звезд Млечного Пути.
Итак, в распоряжении ученых оказался чрезвычайно важный факт: в пространстве, кроме звезд и различных светлых туманностей, есть еще темные облака космической пыли. И вообще межзвездное пространство не пусто.
Но это открытие, сделанное в начале нашего века, было только одной из тропинок, которая повела ученых к исследованию глубин Вселенной. Примерно в те же годы астрономы одержали другую важную победу: они сумели измерить Млечный Путь.
Маяки Вселенной
Еще в конце XVI века астрономы заметили, что некоторые звезды время от времени меркнут, а потом снова разгораются.
Как это ни странно, диковинное явление тогда не привлекло внимания ученых. И даже полтораста лет спустя не нашлось наблюдателя, который заинтересовался бы переменными звездами. Об их существовании знали, называли эти звезды «непостоянными», но не изучали. Их считали чем-то вроде небесных уродцев, какими-то случайными и противоестественными светилами, которые недостойны наблюдения и исследования.
Удивляться этому не приходится. В ту эпоху наука только начинала освобождаться от религиозного гнета. Мысль ученых еще была скована средневековым мировоззрением.
Один из крупнейших астрономов XVI века – Тихо Браге – писал: «По всем философским воззрениям следует, что в воздушных пространствах небесного мира ничто не меняется, что небеса и небесные тела не растут и не уменьшаются, что они не подвергаются никаким изменениям ни по числу, ни по виду, ни по блеску… все звезды сохраняют неизменно свое количество, положение, порядок движения и внешний вид».
Вот эти-то «философские воззрения», подобно темным и кривым очкам, делали астрономов как бы полуслепыми, мешали видеть то, что происходит на небе. Ученые даже представить не могли – как это звезды могут изменяться, притухать и разгораться. Заметив на небе какую-то перемену, они чурались ее, не решаясь начать систематические наблюдения; не имея настоящею научного мировоззрения, они смотрели на небо, но многого не видели.
Изучение переменных звезд началось с конца XVIII века, когда чешский крестьянин, астроном-самоучка Палич и глухонемой английский юноша Гудрайк заметили несколько переменных звезд и стали за ними следить.
Оказалось, что некоторые переменные звезды с изумительной аккуратностью изменяют свою яркость. Одна из них – звезда «Злой Гость» – Алголь из созвездия Персея двое с половиной суток светит, как самая обычная звезда, потом она начинает гаснуть. Угасание длится 4,5 часа. В следующие 4,5 часа Алголь восстанавливает прежний блеск и опять светит 60 часов как ни в чем не бывало.
Другая переменная звезда, помеченная на карте созвездия Цефея греческой буквой дельта, изменяем свою яркость непрерывно. 35 часов она постепенно разгорается, а следующие 94 часа – также плавно угасает. Сбавив светимость до предела, дельта Цефея, не задерживаясь ни на секунду, начинает разгораться. Переменных звезд, подобных Алголю, нашлось на небе очень много – свыше восьмисот. Они все называются алголями.
Звезд, похожих на дельту Цефея, еще больше – несколько тысяч. Они носят общее название – цефеиды.
Разгадка алголей была найдена сравнительно легко. Все алголи – затменные звезды. Они имеют темных или слабосветящихся спутников. Обращаясь вокруг главной звезды, спутник по временам заслоняет ее – становится между нами и звездой. Происходит затмение, и звезда сбавляет свой блеск.
Цефеиды совершенно не похожи на алголей. Цефеиды изменяют свою яркость непрерывно и своеобразно – они меркнут вдвое и втрое медленнее, чем разгораются. Присутствием темного спутника объяснить такую особенность цефеид не удается. Спутник не может так резко замедлять и ускорять движение по орбите. Он не может надвигаться на диск звезды медленнее, чем сходить с него. Не затмение, что-то иное заставляет цефеид «зажмуриваться».
Исследования крупнейшего русского астрофизика А. А. Белопольского показали, что когда цефеида увеличивает блеск, она действительно разгорается – ее температура нарастает и изменяется характер спектра.
Другой русский ученый Н. А. Умов высказал предположение, что цефеиды это – пульсирующие звезды. Разгораясь, они увеличиваются в объеме, словно раздуваются, а потом, когда «приступ лихорадки» пройдет, они съеживаются, их поверхность опадает и светимость уменьшается.
Последующие исследования полностью подтвердили гипотезу Н. А. Умова.
Все цефеиды оказались очень крупными звездами. Они по объему в несколько тысяч раз больше нашего Солнца. Вещество на этих звездах непрерывно колышется– их объем то увеличивается, то уменьшается, цефеиды как бы «дышат».
Особенно замечательно то, что пульсации цефеид подчинены законам маятника. Как длинный маятник качается медленнее короткого, так и большая, массивная, яркая цефеида пульсирует медленнее, чем менее крупная. Десятисуточная цефеида больше и ярче семисуточной. Цефеида с периодом в 5 суток больше и ярче трехсуточной и так далее. Зная период цефеиды, можно определить ее размеры и светимость.
Это замечательное открытие превратило цефеиды в своеобразные маяки Вселенной.
Когда темной ночью капитан корабля видит вдали мигающий фонарь маяка, он легко ориентируется и узнает расстояние до берега; так и астроном, заметив среди какой-либо звездной стаи или скопления чудесную цефеиду, видит в ней подобие маяка, который помогает ему ориентироваться в пространстве.
Несколько ночей подряд астроном измеряет блеск цефеиды и устанавливает длину ее периода. Узнав период, он определяет ее светимость. Допустим, что замеченная им цефеида по светимости равна Арктуру – «стражу Медведицы» из созвездия Волопаса. Поставленные в пространстве рядом, цефеида и Арктур казались бы земному наблюдателю совершенно одинаковыми звездами.
Но на небе они выглядят неодинаковыми. Арктур блестит, как звезда первой величины, а найденная цефеида виднеется звездочкой одиннадцатой величины, то есть совсем тусклой. Ее блеск ослаблен расстоянием. Она, очевидно, расположена гораздо дальше Арктура. И можно вычислить на сколько она дальше его.
Закон убывания видимой яркости источника света с увеличением расстояния прост, и соответствующие вычисления не сложны.
Так как найденная цефеида по блеску слабее Арктура на 10 звездных величин, то, следовательно, она в 100 раз дальше его.
Арктур – близкая звезда. Расстояние до нее известно достаточно точно. Оно равно 33 световым годам. Следовательно, цефеида находится на расстоянии в 3300 световых года.
Каждая цефеида оказывается своеобразным верстовым столбом. Ее период и блеск говорят и о расстоянии до нее. Открытие замечательных свойств цефеид было прекрасным подарком науке.
Впервые в мире расстояние до звезд было измерено в 1838 году великим русским астрономом В. Я. Струве. К 1913 году, то есть за 75 лет, ценой напряженных усилий астрономов всех стран удалось измерить расстояния всего лишь до 50 наиболее близких звезд. Наука приобрела план ближайших окрестностей Солнца – небольшого участка радиусом в несколько десятков световых лет. Все остальное оставалось недоступным.
Движущиеся скопления, зеленоватые туманности, звездные облака Млечного Пути, загадочные белые спирали и шаровые звездные кучи – все это находилось за пределами досягаемости. Их видели на небе, но было неизвестно, что ближе, а что дальше.
Пытливая человеческая мысль открыла закономерность, связывающую период и светимость цефеид. Казавшееся недосягаемым, стало простым и доступным.
Учеными на первых порах учтено 980 цефеид, Эти цефеиды превратились в «верстовые столбы», расположенные в различных областях Млечного Пути. Почти тысяча невидимых нитей протянулась от Земли по разным направлениям. И длина каждой нити стала известной. Ученые сделали сразу тысячу промеров Вселенной. Наука торжествовала победу. Перед ней открылись широкие горизонты.
