Текст книги "Рождение миров"
Автор книги: Михаил Ивановский
сообщить о нарушении
Текущая страница: 22 (всего у книги 25 страниц)
Поиски дозвездного вещества
Юристы говорят: «Тысяча подозрений не стоят одного доказательства». В справедливости этого изречения много раз убеждались не только юристы, но и астрономы.
Уже прошло почти триста лет, как ученые начали искать место зарождения звезд. Каждый астроном или философ, задумавшийся о происхождении звезд, приходил к мысли, что колыбелями звезд служат туманности.
Кант, рисуя картину мира, считал, что Солнце и звезды возникли из одного огромного облака твердых частичек. Лаплас был убежден, что родителями звезд являются планетарные туманности, английский астроном Джинс в своей гипотезе называл матерью звезд некую первобытную туманность.
Предположения подобного рода совершенно неизбежно приходили на ум ученым, и в самом деле, – кроме звезд в Галактике есть только холодные и рас сеянные газово-пылевые облака и крайне разреженная материя межзвездного пространства, практически – пустота.
Из чего же могут образовываться звезды?
Самая новейшая, самая современная буржуазная гипотеза, выдвинутая одним американским ученым, утверждает, что звезды возникают из ничего. Но это разумеется, сущий вздор! Гипотеза происхождения звезд из пустоты не может считаться научной гипотезой, это просто рекорд бессмыслицы.
Следовательно, кандидатами в родители звезд остаются пока только одни туманности.
Астрономы обшарили все небо в поисках тех туманностей, в которых могут зарождаться звезды. Ученые предполагают, что будущие звезды формируются в бессветной мгле черных облаков. Это предположение подтверждается тысячей разных подозрений, но доказательств, увы, пока нет ни одного.
И удивляться этому нельзя.
Один из неутомимых разведчиков Вселенной, московский астроном П. П. Паренаго уже много лет изучает строение нашей Галактики и попутно пытается определить точный адрес Солнца в этом звездном городе.
По мнению многих ученых Галактика, в которой мы находимся, похожа на галактику в Треугольнике или на галактику в Большой Медведице. Она тоже имеет спиральное строение, но ее ветви закручены не так туго, не так плотно, как в галактике Гончих Псов.
Звездные струи нашей Галактики более просторны и со стороны кажутся как бы растрепанными.
На краю такой спиральной Галактики располагается чаше Солнце. И было бы интересно выяснить, где оно – в гуще ли звезд, образующих спиральные ветви, или же между ветвями – в черных промежутках.
Еще в прошлом столетии у астрономов зародилось подозрение, что Солнце и ближайшие к нему звезды Толимак, Сириус, Процион, Альтаир поместились как бы на полянке – в области сравнительно бедной звездным населением.
Исследования советских ученых П. П. Паренаго. Б. В. Кукаркина, К. А. Бархатовой подтвердили, что Солнце расположено не в гуще звезд спиральных ветвей, а в промежутке.
Если представить себе Галактику, как большой звездный город, а сгущение звезд в спиральных ветвях, как кварталы этого города, то Солнце в нашу эпоху переходит широкий и пустынный проспект. Оно одинаково удалено от звездных кварталов, сверкающих по обе стороны этого проспекта.
Наши астрономы имеют все основания сетовать на свое положение. Земля вместе с Солнцем оказалась не только на задворках Галактики – где-то близ околицы звездного города, и не только в самой запыленной и задымленной ее части, то есть возле средней плоскости Галактики, но и вдобавок на пустыре – между спиральными ветвями. Все самые интересные светила удалены от нас.
Мы можем гордиться успехами ученых, которые, находясь в исключительно неблагоприятной позиции, все же сумели узнать многое о Галактике.
Ученым трудно проникнуть в тайну формирования звезд – их родина, повидимому, находится слишком далеко от нас, а современные инструменты и способы исследования еще недостаточно совершенны, чтобы помочь астрономам взглядом и мыслью проникнуть в недоступные области Галактики.
Астрономы пока еще не могут установить и доказать родство звезд и облаков космической пыли или найти то, пока еще неизвестное науке, дозвездное вещество, которое служит материалом для звезд. Остаются только одни догадки.
Солнечная система находится между спиральными ветвями Галактики.
Среди звезд можно подобрать небесные тела самой различной плотности – от тысячи тонн в одном кубическом сантиметре до сотых долей грамма в одном кубическом метре. Плотности вещества звезд составляют непрерывную последовательность – своеобразную лесенку, например:
Арктур – альфа Волопаса 0,0012 т. е. 1,2·10-3
Бета Лиры 0,0003 – 3·10-4
Денеб – альфа Лебедя 0,00002 – 2·10-5
Дзета Возничего 0,000003 – 3·10-6
Бетельгейзе – альфа Ориона 0,0000002 – 2·10-7
S Золотой Рыбки 0,00000003 – 3·10-8
Затем по порядку убывающих плотностей идет величайшая из самосветящихся звезд VV Цефея. Ее плотность еще меньше, чем у S Золотой Рыбки. Один грамм вещества VV Цефея распылен на 125 кубических метров объема.
С открытием инфракрасных несветящихся звезд лесенка плотностей может быть продолжена еще на одну ступеньку. На звезде эпсилон Возничего один грамм вещества распылен на 1600 кубических метров.
Вещество туманностей разрежено гораздо сильней, чем в звездах. Советскими учеными установлено, что видимые на небе темные и светлые туманности в наиболее плотных частях имеют один грамм вещества на его тысяч кубических километров. Именно километров, а не метров! Плотность туманностей более чем в миллиард раз меньше, чем плотность самых разреженных звезд.
Разрыв между ними огромный.
Если звезды образуются из туманностей, то этого разрыва быть не должно. На лесенке плотностей, на пустующих ступенях между звездами и туманностями надо искать неизвестные еще науке небесные тела, которые получили заочно название протозвезд – первоначальных, первобытных звезд.
Глобулы и радиозвезды
Не так давно, в 1947 году, американскому астроному Боку посчастливилось разглядеть нечто похожее на протозвезды.
В созвездии Стрельца есть сравнительно крупная и яркая туманность Трифид или Трилистник. Свое название Трифид получила благодаря узким и темным полосам, которые делят ее на три части и делают похожей на листок клевера.
Сама по себе туманность Трилистник ничего особенного не представляет – обыкновенная светлая туманность. Но в пространстве между нами и Трилистником оказались какие-то темные небесные тела. Они довольно четко вырисовываются на светлом фоне туманности и имеют вид круглых пятнышек.
Новинка вызвала живейший интерес среди ученых Было установлено, что круглые пятнышки являются небольшими темными туманностями шарообразной формы.
Новый вид туманностей получил название глобул, то есть шариков.
Глобулы невелики. Маленькие глобулы имеют в поперечнике около тысячи миллиардов километров, а большие – раз в десять крупнее.
На фоне туманности Трилистник видна группа шарообразных темных туманностей – глобул.
Туманности-шарики гораздо меньше обычных облакоподобных туманностей.
Кроме разницы в размерах, между глобулами и гуманностями есть и более существенные различия. Свет далеких звезд проходит сквозь туманность сравнительно свободно. Он ослабевает только процентов на 10. Туманности прозрачны. Глобулы гораздо плотнее – свет звезд, находящихся позади глобул, тоже пробивается сквозь них. Глобулы тоже прозрачны, но не так, как обычные туманности. В глобулах застревает почти 90 % света. В маленьких же и, видимо, очень плотных глобулах застревает 99 % света. Они почти непрозрачны.
Другое важное отличие глобул – их форма. Они совершенно непохожи на расплывчатые, неопределенные очертания туч космической пыли. Глобулы – шары. И это роднит их со звездами.
Плотность вещества глобул и их шаровая форма невольно заставляют думать, что глобулы могут быть предками звезд. Возможно, что со временем, постепенно уплотняясь и разогреваясь, глобулы станут сначала инфракрасными, а затем и обычными звездами. Вещества в глобулах достаточно много – масса маленькой глобулы примерно такая же, как и у Солнца. Большие глобулы раз в 10–15 массивнее Солнца.
Очень характерно то, что глобулы виднеются стайкой, представляя собой нечто вроде скопления или ассоциации.
После открытия глобул лесенка плотностей звезд и туманностей приняла такой вид:
Туманности академика Шайна
Поразительное открытие сделал директор Крымской астрофизической обсерватории академик Г. А. Шайн. Он фотографировал участок неба возле звезд мю и эта Близнецов. Первый снимок был получен 8 февраля 1950 года, второй на день позднее – 9 февраля 1950 года.
И вот на втором снимке отчетливо выявилось, что маленькая, неправильной формы туманность, светившаяся возле эты Близнецов, в действительности не такая, какой она до сих пор казалась. У нее виднелся только один ее край, освещенный ближайшими к ней звездами. На фотографии вырисовалась ее подлинная шаровая форма.
На этом же снимке возле звездочки эта Близнецов виднеется нечто совсем необычное. К сожалению круги ореола, которые получаются на снимках звезд, мешают как следует рассмотреть новую туманность – ее размеры случайно совпали с размерами ореола. Но все же можно различить строение удивительной туманности – какие-то струйки, волокна, изогнутые нити. Что это такое – пока еще неизвестно – возможно новый вид туманностей, который к тому же появился почти что на наших глазах, ведь на снимке 8 февраля вокруг эты Близнецов не было никаких признаков туманности, а к 9 февраля она уже появилась.
Другое важное открытие было сделано с помощью радиотелескопа.
Радиотелескоп представляет собой мощный коротковолновый радиоприемник с огромной чашеобразной антенной. Антенна служит объективом этого телескопа, а приемник – окуляром. Чаша антенны, поворачиваясь, как бы обшаривает небо, а астроном возле радиоприемника выслушивает его. Такой слушающий телескоп позволяет принимать радиоизлучение видимых и невидимых небесных тел.
Радиоизлучение ночного неба исходит из области неба, занятой лентой серебристой пыли Млечного Пути. Но разные участки Млечного Пути посылают нам сигналы неодинаковой мощности. Излучения из одних участков мало, тогда как из других, на вид точно таких же, велико.
Сила сигналов тоже неодинакова, она то нарастает, то ослабевает, меняясь примерно так же, как изменяется блеск переменных звезд.
К сожалению точность наведения радиотелескопов еще незначительна. Нацелить радиотелескоп, также как и оптический телескоп, не удается. Но все же установлено, что источниками радиоизлучения являются тела, которые по своим «видимым» размерам раз в десять меньше полной Луны, то есть если бы мы могли их увидеть, то они имели бы вид «пятачков» диаметром в несколько угловых минут.
Эти участочки неба, посылающие радиоизлучения, получили название радиозвезд.
Московский астроном И. С. Шкловский, занятый изучением радиозвезд, предполагает, что даже в окрестностях Солнца радиозвезд в несколько раз больше, чем обычных звезд.
Исследование загадочных «пятачков» с помощью обычных телескопов результатов не дало. Там виднеется несколько слабеньких звезд, и кроме них нет ничего. Не помогло и фотографирование в инфракрасных лучах. Радиозвезды – невидимки.
Многие радиозвезды находятся в тех же областях неба, где расположены звездные ассоциации.
Может быть радиозвезды и есть те самые протозвезды, из которых образуются настоящие звезды.
Радиотелескоп – прибор для улавливания радиоизлучения небесных светил.
Ближайшая колыбель звезд
Открытие звездных ассоциаций повлекло за собой новые энергичные поиски дозвездного вещества. Ведь ассоциации молоды, в них могут оказаться остатки того дозвездного вещества, из которого только что сформировались звезды.
Астрономы снова стали фотографировать и исследовать звездные скопления и ассоциации.
Плеяды – звезды, повидимому, не очень старые, это главным образом голубые, белые и желтые гиганты. Плеяды, так же как и ассоциация Ориона, погружены в газово-пылевую туманность. Рассеянное вещество, словно светящаяся вата, обертывает каждую из плеяд.
Видны признаки пылевого вещества и в других звездных скоплениях.
Особое внимание разведчиков Галактики привлекает туманность Ориона. Она ведь не так мала, как это кажется, когда ее наблюдают в бинокль. При малом увеличении мы видим только ее центральную, наиболее яркую часть. Мощный телескоп показывает, что гуманность обнимает все созвездие Ориона, и ее края, постепенно слабея, незаметно сливаются с тьмой окружающего пространства.
Ученых заинтересовало удивительное совпадение – в большой туманности Магелланова облака находится многочисленное скопление голубоватых гигантов, и в нашей туманности тоже есть скопление таких же звезд. Туманность Магелланова облака велика, и гигантов в ней около сотни, наша туманность меньше, и звезд в ней только двадцать.
Такую же картину представляет собой туманность, окутывающая Плеяды.
Совпадение ли это? Нет ли родственных связей между туманностями и звездами? Может быть и в самом деле туманность Ориона является ближайшим к нам облаком дозвездного вещества?
Странным кажется также другое обстоятельство.
Астрономы сфотографировали несколько участков неба возле туманности Ориона и в ней самой. Затем выделили на этих фотографиях по два-три небольших, но совершенно одинаковых квадратика. Одни квадратики были взяты там, где нет никаких признаков свечения разреженных газов и пыли, другие – в темных, слабосветящихся частях туманности, третьи – в ее светлых частях. Затем в этих квадратиках пересчитали все неправильно-переменные звезды. И оказалось нечто совершенно удивительное.
Туманность, окутывающая звездное скопление «Плеяды».
На соседних с туманностью участках неба в каждом квадратике светится в среднем по 5–6 неправильно-переменных звезд.
В темных частях туманности в квадратиках нашлось до 158 таких же звезд.
А в светлых частях туманности неправильно-переменных звезд насчитывается еще больше – до 328.
Неправильно-переменные звезды и в их числе «беспокойные» красные карлики выказывают явное предпочтение туманности и особенно ее светлым центральным областям. Неправильно-переменных звезд в туманности Ориона больше раз в 50, нежели вне ее.
И это не случайность. «Беспокойные» красные карлики и на других участках неба встречаются преимущественно на краях темных и светлых туманностей.
В природе нет сил, которые сводили бы звезды определенного типа в одно место.
Наоборот, галактическое вращение стремится перетасовать все звезды, разрушить все скопления, выравнять скорости звезд.
Звезды не могли сойтись в туманности.
Но если такое скопление неправильно-переменных звезд существует и не распалось, то остается предположить, что оно молодо.
А это заставляет думать, что туманность Ориона является ближайшей к нам колыбелью молодых звезд.
И как знать – может быть, глядя на туманность Ориона, мы, сами того не подозревая, смотрим на родину нашего Солнца.
Туманность Ориона.
Наше Солнце в молодости
Наблюдения и открытия ученых последних лет еще очень разрозненны и отрывочны. Они не дают общей и цельной картины рождения и развития звезд. Но все вместе взятое – и глобулы, и туманности, замеченные Г. А. Шайном, и радиозвезды, и «нашествие» неправильно-переменных звезд в туманности Ориона, изобилие «беспокойных» красных карликов в темных туманностях – все это говорит об одном: между темной космической материей и звездами несомненно имеется родственная связь.
В Галактике существуют крупные массы дозвездного вещества, и из него формируются звезды, которые иногда превышают по массе Солнце более, чем в сто раз!
Каким путем в облаке темного дозвездного вещества возникает звезда – сказать трудно, но вполне возможно, что звезды образуются тем же самым путем, каким образуются планеты. Разница заключается в иных масштабах и в отсутствии в семье новорожденных звезд центрального светила.
В облаке твердых частиц дозвездного вещества возникают центры сгущений, вокруг них растут клубки пылевой материи. Точно также, как и у планет происходит суммирование моментов количества движения частиц. Клубки начинают вращаться. Будущие звезды постепенно увеличиваются, их вещество уплотняется.
По мере увеличения массы и уплотнения вещества возрастает скорость вращения.
Уплотняясь, вещество протозвезды разогревается. С увеличением ее массы возрастает давление в ее центре. Хотя атомы химических элементов и очень прочны, но все же их сопротивление раздавливанию не беспредельно. При достаточно большом давлении ломаются даже ядра атомов.
Разрушение ядер атомов заставляет вещество преобразовываться в излучение, в теплоту. Температура в центре звезды поднимается на миллионы градусов.
Начинается борьба притяжения и отталкивания – тяготение против высокой температуры и лучевого давления. В борьбе противоположных сил из протозвезды формируется звезда.
В зависимости от условий, в каких происходит эта борьба – от плотности облака дозвездного вещества, от скорости роста массы звезды, от того, где звезда возникает – в центральных частях облака или с краю, – образуются звезды разных типов. Могут получиться голубые, белые, желтые, красные гиганты и сверхгиганты, солнцеподобные звезды и субкарлики и карлики.
Например, в скоплении Плеяд много голубых гигантов, но нет ни одного красного гиганта, а в Гиадах, наоборот, есть красные гиганты, а голубых – ни одного.
Звезда растет до тех пор, пока вокруг нее есть достаточно обильный запас «подножного» корма, или же до тех пор, пока она не разогреется настолько, что жар и давление ее лучей не начнут испарять и разгонять сгустившийся вокруг нее рой дозвездных частиц, а возросшая скорость вращения воспрепятствует присоединению новых частиц.
Вот этот-то процесс одновременного роста массы звезды, ее температуры и скорости вращения делает невозможным образование архигигантских звезд. Накопление массы прекращается как только температура звезды и скорость ее вращения переступят определенный предел. Чрезмерно массивные звезды неустойчивы, и потому их и не существует. А в центре облака дозвездного вещества не может сформироваться особо большая звезда, вместо нее возникает либо скопление белых гигантов, либо трапеция или цепочка.
Московская обсерватория Государственного астрономического института имени П. К. Штернберга.
Глава двенадцатая
СОВЕТСКАЯ КОСМОГОНИЧЕСКАЯ ГИПОТЕЗА
Первая страница биографии
Мысленно перенесемся в ту далекую эпоху, когда зарождалось наше Солнце, а руководствоваться на первых шагах этой экспедиции будем исследованиями члена-корреспондента Академии наук СССР В. А. Амбарцумяна и пулковского астронома В. А. Крата.
Несколько миллиардов лет назад в одной из спиральных ветвей Галактики находилось гигантское газово-пылевое облако, похожее на туманность Ориона. Когда это облако дозвездных частиц достигло определенной плотности, в нем возникли отдельные центры сгущений – начала зарождаться довольно многочисленная стая звезд – ассоциация.
Звезды этой ассоциации формировались в зависимости от условий, в каких возникали.
Одни начали складываться раньше, другие – позже; одни росли быстрей, другие – медленней. В центре туманности и у ее краев, в плотных частях облака и в более разреженных областях получались различные звезды. Среди них образовывались очень массивные голубые и белые сверхгиганты, двойные, тройные и кратные звездные системы, солнцеподобные звезды и карлики.
Наше Солнце было тогда горячей, ярче., массивнее, чем сейчас, и оно безусловно могло бы стать гигантом или кратной звездой, но, видимо, что-то помешало ему. То ли оно немного запоздало в развитии, то ли находилось в области, не очень богатой дозвездным веществом – так или иначе, – Солнце осталось одиночной звездой и по массе несколько уступало своим сверстникам.
Сравнительно скромная масса Солнца предопределила его судьбу. Тяготение звезд-гигантов нарушало движение меньших братьев и вынуждало их покидать ассоциацию. Солнце вместе с остальными звездами малой массы было изгнано из стана своих односельчан и сверстников. Оно рассталось с ассоциацией и отправилось путешествовать по Галактике в одиночку.
Там, где образовывались звезды, в десятки раз превышающие Солнце по массе, «строительных материалов» несомненно имелось в избытке.
Покидая место своего рождения, Солнце вынесло часть того сгустка дозвездного вещества, который служил его колыбелью. Следовательно, Солнце не захватывало облака твердых частиц, оно само в нем возникло. Солнце и планеты образовались из одного и того же вещества. Только на формирование Солнца пошла основная масса облака, а на планеты – остатки.
В первые тысячелетия существования Солнца его окутывала плотная пылевая оболочка.
В этом облаке дозвездных частиц, окружавшем Солнце, начали складываться планеты. Может быть, их зародыши образовались еще раньше, когда Солнце было членом ассоциации. Этого мы не знаем, но возможно, что планетные системы – это только разновидность кратных звезд. Солнце могло формироваться и в других условиях; тогда судьба планет сложилась бы иначе. Юпитер и Сатурн, а может быть и Уран с Нептуном, не остались бы темными, несветящимися телами. Обильный приток дозвездного вещества, увеличивая их массу, возвел бы эти планеты в ранг звезд.
В этом случае обитатели планет Альтаира (если только у этого нашего соседа есть планеты) видели бы на своем небе не одиночное солнце, а кратную звезду.
Однако условий для образования кратной звезды вместо планетной системы не было. Развитие Солнца пошло по иному пути. Зародыши будущих звезд, кружившиеся возле новорожденного Солнца, стали планетами.
На этом заканчивается первая страница истории солнечной системы.
В дальнейшем руководителями нашей экспедиции по пути развития планет будут академик О. Ю. Шмидт и два ленинградских астрофизика Л. Э. Гуревич и А. И. Лебединский, которые разработали теорию формирования планет из облака твердых частиц.
