Текст книги "Происхождение миров"
Автор книги: Поль Лаберенн
сообщить о нарушении
Текущая страница: 3 (всего у книги 17 страниц)
На ночном небе можно наблюдать простым глазом некоторое количество объектов, имеющих вид светлых пятнышек с размытыми краями. Благодаря использованию телескопов и особенно спектроскопических методов наблюдений, о которых мы выше говорили, эти объекты удалось разделить на две категории, резко отличающиеся друг от друга:
1. Звездные системы, которые образованы совокупностью сравнительно близких друг к другу звезд.
2. Туманности в собственном смысле этого слова, представляющие собой нечто вроде гигантских газовых облаков весьма малой плотности; их называют также диффузными туманностями.
Звездные системы
а) Млечный путь. Наиболее известной и имеющей для нас наибольшее значение звездной системой является Млечный путь. Первоначально это название относилось лишь к широкой светлой полосе, которая, как можно видеть в ясную ночь, пересекает все небо от одного до другого края горизонта. Если бы мы могли заглянуть за горизонт, то увидели бы, что эта полоса продолжается далее и образует нечто вроде пояса, делящего все нёбо вокруг Земли на две половины.
Исследование астрономами этого «пояса» показало, что он состоит из очень большого числа звезд. Звезды этого «пояса», а также все звезды, которые видны на небе (за исключением тех, которые принадлежат к так называемым спиральным туманностям – о них мы будем говорить ниже), собраны в единую систему, напоминающую по своей форме двояковыпуклую линзу или гигантскую лепешку, слегка вздутую в центре. Наше Солнце находится внутри этой «звездной лепешки», которую и называют Млечным путем или Галактикой (в научной литературе употребляется обычно последнее название). Солнце находится не в центре Галактики, но располагается примерно в той же плоскости, что и большинство звезд.[13]13
Эта плоскость называется экваториальной плоскостью Галактики. (Перев.)
[Закрыть] Если наблюдатель, находясь на Земле, смотрит вдоль этой плоскости, где сосредоточена основная масса звезд, то его луч зрения должен встретить большое количество звезд.
Напротив, в перпендикулярном направлении луч зрения пройдет через сравнительно очень тонкий слой Галактики, и наблюдатель увидит мало звезд.
Этим и объясняется вид Галактики с нашей Земли. Если мы смотрим вдоль экваториальной плоскости Галактики, то видим большую светящуюся дугу, которая, собственно, и получила первоначально название «Млечного пути». В направлении же, перпендикулярном к плоскости Галактики, мы видим лишь отдельные, изолированные друг от друга звезды.
Размеры Галактики колоссальны, хотя надо сказать, что имеющиеся оценки ее размеров довольно сильно колеблются. Не так давно считалось, что свет пересекает Галактику от одного ее края до другого в ее наиболее широкой части за 250 000 лет, а наибольшая толщина Галактики составляет 30 000 световых лет. В настоящее время астрономы стали уже более «скромными» и считают, что первое число следует уменьшить по крайней мере в два раза. Правда, при выводе новой оценки не учитывались некоторые очень удаленные изолированные звездные скопления, относящиеся, однако, к Млечному пути. Более точно известно расстояние Солнца до центра Галактики; оно равно примерно 25 000 световых лет.
Чтобы изобразить Галактику на модели, которую мы рассматривали выше и в которой 1 км соответствует примерно одному световому году, надо было бы «соорудить» звездную лепешку диаметром более чем 100 000 км. В ней поместилось бы около пяти тысяч наших земных шаров, а ведь Солнце все равно изображалось бы в виде пылинки диаметром в одну седьмую миллиметра!
Количество всех звезд, принадлежащих Галактике, оценено примерно в сто миллиардов. Следует, однако, сказать, что это число дает лишь порядок величины и нельзя ручаться за его точность в пределах одного миллиарда или даже десяти миллиардов. Это есть лишь наиболее вероятный результат, полученный при различных оценках. Но, во всяком случае, мы можем быть уверены, что количество звезд в Млечном пути измеряется именно миллиардами, а не миллионами или триллионами.
б) Другие галактики. Среди крупных звездных скоплений были обнаружены так называемые спиральные туманности. Они состоят из очень яркого и плотного центрального ядра, от которого отходят, закручиваясь по спирали в одном и том же направлении, два светящихся рукава. Спиральные туманности представляют собой звездные системы, напоминающие по своей форме, как и Млечный Путь, двояковыпуклую линзу. Спиральные туманности исключительно многочисленны. Согласно имеющимся оценкам мы можем наблюдать сейчас в наиболее мощные телескопы около ста миллионов таких звездных систем. Все они находятся вне нашей Галактики и отделены от нее пространством, лишенным звезд, где плотность вещества исключительно мала; становится понятным поэтому название «острова вселенной», которое присвоил спиральным туманностям Гершель. Наиболее близкая к нам спиральная туманность находится на расстоянии 1 700 000 световых лет. В нашей модели это расстояние соответствовало бы 1 700 000 километров, т. е. величине, превышающей почти в пять раз истинное расстояние Луны от Земли.
Наиболее далекие из известных нам спиральных туманностей находятся на расстоянии многих сотен миллионов световых лет. Согласно самым последним оценкам некоторые расстояния достигают миллиарда световых лет.
Долгое время считалось, что эти звездные системы гораздо меньше по своим размерам, чем наша Галактика. Но как выяснилось около десяти лет Назад, астрономы допускали двойную ошибку. С одной стороны, они преувеличивали размеры нашей Галактики; с другой стороны, как показали точные измерения, спиральным туманностям приписывались размеры в два и даже три раза меньшие тех, которые они имеют на самом деле. В настоящее время мы можем утверждать, что размеры Млечного Пути сравнимы с размерами самых больших спиральных туманностей.
Аналогия между Млечным Путем и спиральными туманностями подтверждается рядом других факторов. Например, в спиральных туманностях наблюдаются такие же появления «новых» звезд, как и в нашей Галактике. Все астрономы в настоящее время считают, что наша Галактика представляет собой лишь одну из спиральных туманностей. Если предположить, что каждая из ста миллионов спиральных туманностей, доступных наблюдениям, содержит также многие миллиарды звезд, то общее число звезд в той части вселенной, которую мы можем исследовать, должно оцениваться многими сотнями миллионов миллиардов.
Следует заметить, что спиральные туманности обладают собственным вращением, хотя и очень медленным. На их полный оборот уходит очень много времени – сотни миллионов лет.[14]14
Заметим, что туманности вращаются не как твердые тела. (Перев.)
[Закрыть] Однако вследствие больших размеров спиральных туманностей скорости областей, достаточно удаленных от центра, весьма значительны: они могут достигать сотен километров в секунду. Между прочим, это относится и к тому местному скоплению звезд, к которому принадлежит наше Солнце.
Рис. 4. Малое Магелланово облако, представляющее собой галактику неправильной формы. Наблюдается в южном полушарии
Необходимо также отметить, что наряду со скоплениями, имеющими вид спиральных туманностей, существуют другие скопления, также богатые звездами и имеющие разнообразные формы. Встречаются сферические и эллиптические скопления, лишенные спиральных рукавов; встречаются скопления, имеющие совсем неправильные контуры, как, например, так называемые Магеллановы облака, находящиеся на расстоянии 160 000 световых лет от Солнца.
Все эти небесные объекты – как спиральные туманности, так и другие скопления, содержащие миллиарды звезд каждое, – носят общее название галактик.
При изучении распределения галактик в пространстве можно заметить, что они располагаются далеко не равномерно. Некоторые галактики являются изолированными, но большинство их образует группы. Местное скопление галактик, к которому принадлежит наш Млечный путь, насчитывает 19 галактик; его размеры (в наиболее широкой части) оцениваются в два миллиона световых лет. Среди этих 19 галактик три принадлежат к спиральным туманностям, причем одна из них превышает по своим размерам нашу Галактику. Другие члены этого местного скопления имеют меньшие размеры и принадлежат к сферическим, эллиптическим или к галактикам неправильной формы.
Разумеется, ставился вопрос о том, не являются ли группировки галактик в свою очередь элементами гораздо более обширной группы, т. е. «скопления скоплений», которому можно дать название Метагалактики.[15]15
Таков, во всяком случае, точный смысл, вкладываемый в это понятие советскими учеными. Некоторые ученые подразумевают под Метагалактикой лишь совокупность известных уже галактик.
[Закрыть]
Если бы это имело место, то при исследовании небесных глубин все более и более мощными телескопами пришлось бы констатировать, что, начиная с некоторого расстояния, число наблюдаемых галактик определенно уменьшается и даже стремится к нулю.
Наблюдения Хаббла и Шепли показали, что галактики не распределены равномерно в пространстве: по одну сторону от экваториальной плоскости Млечного пути их гораздо больше, чем по другую сторону. Можно, очевидно, предположить, что речь идет о нерегулярности местного характера: наиболее близкие скопления галактик в одной области более богаты галактиками, чем в другой. Если бы, однако, позднейшие наблюдения подтвердили существование этой асимметрии на более далеких расстояниях и показали, что она увеличивается, то можно было бы истолковать этот результат таким образом, что в том направлении, где галактики становятся все менее я менее многочисленными, мы приближаемся к границе гигантской группировки скоплений галактик. Тогда Метагалактика стала бы реальностью. Но, несомненно, пройдет еще очень много времени, прежде чем мы сможем с уверенностью сказать о существовании Метагалактики и вычислить ее размеры; еще больше времени понадобится для открытия других метагалактик, которые могут населять бесконечное пространство.
в) Типы звездного населения Бааде. Мы уже видели, что галактики можно прежде всего классифицировать по форме. Имели место также исследования с целью определить, в какой пропорции распределяется в различных галактиках распыленная материя и звезды. В течение долгого времени полагали, что в галактиках со спиральными рукавами гораздо больше звезд, чем распыленной материи, а сферические или эллипсоидальные галактики, наоборот, состоят в основном из рассеянной газо-пылевой материи. Но в 1945 г. американскому астроному Бааде удалось установить, что эллиптические галактики также состоят из звезд, причем в них не наблюдается никаких следов распыленной материи.
Продолжая развивать свои исследования, Бааде пришел к разделению всех звезд, входящих в состав галактик,[16]16
Как говорят, звездного населения галактик. (Перев.)
[Закрыть] на два типа: а) звезды типа II, из которых целиком образованы сферические или эллиптические галактики и шаровые скопления; они встречаются также в ядрах спиральных галактик; б) звезды типа I, которые обнаруживаются лишь в спиральных рукавах галактик; звезды этого типа никогда не встречаются отдельно, но всегда перемешаны со звездами, принадлежащими к типу II.
Уточняя это деление, отметим, что среди звезд типа II, наиболее многочисленных во вселенной, не встречаются голубые пли белые сверхгиганты очень большой светимости. Системы, состоящие из звезд этого типа, лишены также распыленной материи. Самыми большими звездами этого типа являются красные гиганты. Напротив, белые и голубые сверхгиганты, а также звезды главной последовательности, принадлежат к звездам типа I. В тех областях, где имеются звезды этого типа, присутствует также распыленная материя.
Ниже мы увидим, что эта классификация представляет большой интерес с точки зрения воссоздания эволюции галактик, так как продолжительность жизни звезд типа I гораздо меньше, чем звезд типа II.
Следует, однако, указать, что такое разделение звезд лишь на два типа рассматривается некоторыми астрономами (в частности, советскими) как слишком схематичное.
г) Звездные скопления (входящие в состав Галактики). Скопления звезд можно наблюдать также внутри нашей Галактики и в ее «окрестностях». Одни скопления имеют почти сферическую форму; это – так называемые шаровые звездные скопления. Их насчитывают в Галактике около сотни, и каждое шаровое скопление содержит несколько десятков тысяч звезд, причем в центральной части скопления звезды расположены гораздо теснее, чем в окрестностях Солнца. Другие скопления содержат гораздо меньше звезд и имеют неправильную форму; это так называемые рассеянные звездные скопления.
В центральных областях Галактики шаровых скоплений нет. Ближайшее скопление удалено на 18 000 световых лет от центра. Наиболее удаленное от центра шаровое скопление находится почти в десять раз дальше. Некоторые астрономы полагаю, что под воздействием притяжения центральных областей, наиболее богатых звездами, шаровые скопления, находящиеся вне этих областей, могли когда-то приблизиться к центру Галактики, а затем распасться и превратиться в рассеянные скопления (которые гораздо менее удалены от центра).
Туманности в собственном смысле этого слова
В настоящее время мы имеем данные о сравнительно небольшом числе (нескольких сотнях) таких туманностей; большинство их принадлежит нашей Галактике.
Их можно разбить на две категории:
а) Планетарные туманности, названные так потому, что при наблюдении в небольшой телескоп они имеют подобно планетам вид светящихся дисков, в центре которых находится звезда.
Рис. 5. Планетарная туманность в созвездии Лиры
б) Диффузные туманности, т. е. туманности, не имеющие определенной формы. По своим размерам эти туманности больше планетарных; некоторые из них светятся, другие же являются темными. Последние были обнаружены благодаря тому, что они образуют на фотографиях некоторых участков звездного неба ясно очерченные темные пятна. Темные туманности располагаются вблизи плоскости Галактики и образуют на небе как бы пояс, проходящий вдоль светлой полосы Млечного пути. Присутствие аналогичного темного «пояса» обнаруживается и при наблюдениях других галактик. Возможно, что здесь речь идет об остатках вещества, из которого формировались звезды. Но возможно также, что материалом для образования некоторых диффузных туманностей послужило вещество, извергаемое в пространство некоторыми неустойчивыми звездами, в частности сверхновыми, в момент их взрывов.
Рис. 6. Газовая туманность М8 в созвездии Стрельца
Все диффузные туманности имеют низкую температуру и должны быть, вообще говоря, темными. Если среди них все же имеются светящиеся, то это либо вследствие того, что они попросту отражают свет других звезд, либо вследствие «возбуждения» атомов составляющего их газа излучением какой-либо соседней очень горячей звезды.
Интересно отметить тот факт, что вопреки мнению, существовавшему несколько лет назад, спектроскопические исследования не обнаружили в туманностях присутствие каких-либо химических элементов, не имеющихся на Земле. Знаменитый «небулий» не существует.
IV. Возраст небесных телДанные о «возрасте» небесных тел являются с космогонической точки зрения такими же важными, как и астрономические данные в собственном смысле этого слова.
Проблема о «возрасте» может показаться совершенно отличной от тех, которые мы только что рассматривали, поскольку она относится к времени, а мы до сих пор как будто занимались только пространством. Но в действительности различие не является очень большим. В предыдущих параграфах мы видели, как астрономы смогли постепенно распространить законы, открытые на Земле, на все пространство, куда достигает наш глаз, вооруженный совершенными телескопами. С помощью этих законов ученые могут вполне удовлетворительно объяснять процессы, происходящие в различных звездах и даже в наиболее далеких спиральных туманностях.
Правда, астрономы наблюдают небесные тела, от которых свет идет до нас тысячи и миллионы лет. Следовательно, явления, которые изучаются в этих звездах, происходят не сейчас, но происходили ровно столько лет назад, сколько необходимо для того, чтобы луч света, который нам про это рассказывает, – прошел путь от небесного светила до нас (так же, как письмо, присланное например, из Москвы, приносит нам в Париже не свежие известия, но с опозданием на несколько дней). Таким образом, к явлениям, происходившим тысячи и миллионы лет назад, можно с успехом применять законы, имеющие место сегодня на нашей планете и сведения о которых приобретены на основании опыта в течение только двух-трех веков.[17]17
То обстоятельство, что мы наблюдаем небесные тела такими, каковы они были многие тысячи и миллионы лет назад (поскольку свет от них идет до нас тысячи и миллионы лет), не играет особой роли, потому что сроки эволюции небесных тел, как правило, очень велики и исчисляются сотнями миллионов и миллиардами лет. (Прим. ред.)
[Закрыть]
Ученые, желая вычислить возраст небесных тел, исходят из фактов, наблюдаемых в настоящее время, и стараются объяснить эти факты на основании предполагаемой эволюции мира, сообразуясь с известными им законами природы. Несомненно, что применение подобного метода не может пройти без некоторых затруднений, тем более, что рассматриваемые промежутки времени здесь в тысячи раз больше. Наши знания о законах природы есть и всегда будут лишь приближением к действительности, и ничто не говорит о том, что все законы, справедливые сегодня, могут быть применены без всяких изменений к эпохам, удаленным от нашей на миллиарды лет. Тем не менее имеет место тот замечательный факт, что различные ученые, используя целиком отличные друг от друга методы, пришли к согласующимся результатам, касающимся возраста Земли. Что касается возраста звезд, то в этом вопросе еще не достигнута такая же ясность, но тем не менее получены очень важные результаты.
Возраст Земли
Первые методы, к которым прибегали при определении возраста Земли, были «геологическими». Именно геология первая показала, что земная кора не имела один и тот же самый вид в течение всех веков, но непрерывно изменялась и претерпевала гигантские катастрофы – поднятия и оседания.
Проблема состояла в том, чтобы определить, сколько времени понадобилось для формирования земной коры (в том виде, в каком она находится сейчас). Это время и называют «возрастом Земли».
Первые способы вычисления возраста Земли опирались на законы геологии. Было, например, замечено, что соль, содержащаяся в морской воде, принесена в море реками, которые растворяют на своем пути грунтовые соли. Зная, с одной стороны, количество соли, приносимой различными реками, и колебания этого количества в течение геологических периодов и, с другой стороны, полное количество соли, содержащейся в настоящий момент в океанах, можно легко получить представление о времени, необходимом для накопления этого количества соли в океанах.
Удалось определить также толщину различных слоев грунта, постепенно отлагавшихся в результате речных наносов па дне бывших морей. В то же время другие исследования позволили вычислить скорость роста этих отложений. Простое деление дало после этого число лет, необходимых для их образования.
Эти различные геологические методы привели к заключению, что возраст Земли должен измеряться по меньшей мере сотнями миллионов лет.
Позднее для определения возраста Земли стали применять методы, основанные на изучении распада радиоактивных элементов, имеющего исключительно регулярный характер. Например, в результате радиоактивного распада уран постепенно превращается в свинец, причем при этом процессе выделяется некоторое количество гелия (газа, служащего для наполнения дирижаблей). По соотношению между количествами урана и свинца, содержащихся в некоторых горных породах, можно определить возраст этих пород. С помощью подобных методов оценивают не только возраст Земли, но и продолжительность формирования отдельных пластов земной коры.
Анализируя совокупность результатов, полученных указанным методом, английский ученый Холмс определил, что наиболее вероятный возраст земной коры составляет 3 миллиарда 300 миллионов лет. Само собой разумеется, что не следует создавать иллюзий относительно точности этого числа; во всяком случае, ошибка в несколько сотен миллионов лет вполне допустима. Можно только утверждать, что все оценки, заслуживающие внимания, которые получены в настоящее время, заключены между 3 и 5 миллиардами лет.
Добавим, что эти результаты полностью удовлетворяют биологов. Действительно, по мнению последних, эволюция живой материи длилась примерно в течение 500 миллионов лет.
Возраст звезд
а) Длинная и короткая шкалы времени. Проблема определения возраста звезд возбудила гораздо более горячие дискуссии. Именно в связи с этой проблемой столкнулись между собой сторонники длинной шкалы времени (которые оценивают продолжительность эволюции небесных тел триллионами лет) и сторонники короткой шкалы (ведущие счет миллиардами лет).
Несмотря на то, что сторонники короткой шкалы одержали некоторый перевес (например, при оценке возраста наиболее ярких звезд Галактики), их победу нельзя считать полной, и поэтому необходимо осветить некоторые детали этого конфликта, упомянув сначала о методах, используемых для оценки искомых промежутков времени. Эти методы двух видов: одни оценивают время внутренних физических изменений, которые приводят к изменениям звезд, и пытаются определить продолжительность «жизни» звезд; другие ставят себе задачу вычислить время, которое понадобилось для установления в звездных системах (скоплениях звезд, двойных звездах) характеристик их нынешнего состояния в результате взаимного притяжения звезд.
б) Источники лучистой энергии звезд. Теория Бете. Когда говорят о «жизни» звезды, то подразумевают продолжительность такого состояния звезды, в течение которого она обнаруживает свое присутствие благодаря световому и тепловому излучению. Следовательно, проблема возможной длительности жизни звезды тесно связана с проблемой источников излучаемой ею энергии. Эта энергия исключительно велика. Например, каждый квадратный сантиметр поверхности Солнца излучает непрерывно энергию, достаточную для того, чтобы заставить работать двигатель мощностью восемь лошадиных сил.
Сначала хотели объяснить выделение энергии Солнца обыкновенным горением, затем постепенным сжатием Солнца под влиянием сил тяготения. Но эти гипотезы приводили к слишком малому возрасту Солнца: в соответствии с первой гипотезой он оценивался в тысячи лет, в соответствии со второй – в миллионы лет.
Теория, принятая в настоящее время всеми учеными, опирается на один из фундаментальных результатов теории относительности, открытый в 1905 г. одновременно Эйнштейном и Ланжевеном: «масса тела в состоянии покоя представляет собой не что иное, как меру внутренней энергии этого тела». Другими словами, вещество (материя в корпускулярном состоянии) может частично или даже полностью «исчезнуть» (т. е. перейти в другую форму существования – в излучение), причем это явление сопровождается выделением энергии.
Эта гипотеза была предложена впервые французским физиком Жаном Перреном в 1919 г., который имел в виду значительное выделение энергии в процессе превращения водорода в гелий. Она была подхвачена и доведена до самых крайних следствий («полное уничтожение» материи в результате превращения ее в энергию) различными учеными, в частности, английским астрономом Джинсом.[18]18
На самом деле происходит не «уничтожение» материи, не превращение ее в энергию, а превращение одной формы материи – вещества – в другую – излучение. (Прим. ред.)
[Закрыть]
Энергия, выделяющаяся благодаря таким процессам, колоссальна. При полном превращении вещества угля в излучение можно получить в три миллиарда раз больше энергии, чем при обычном его горении, и Джинс вполне справедливо говорил, что небольшого кусочка каменного угля величиной в горошину достаточно для путешествия на самом большом океанском пароходе из Европы в Америку и обратно.
Заметим для сравнения, что при распаде урана, который имеет место в обычной атомной бомбе и который соответствует лишь частичному превращению вещества в излучение, освобождается в два с половиной миллиона раз больше энергии, чем при сгорании такого же количества угля. Что касается превращения водорода в гелий, который имеет место в водородной бомбе, то при этом освобождается в 10 миллионов раз больше энергии, чем при сгорании такого же количества угля.
Некоторые виды превращения вещества (материи в корпускулярной форме) в излучение, которые до недавнего времени мы никогда не наблюдали на Земле, происходят внутри звезд, где царят температуры порядка миллионов градусов.
В предположении, что в звезде произойдет превращение всего количества вещества, из которого она состоит, можно подсчитать, что выделяющаяся при этом энергия может поддерживать ее излучение, т. е. звезде есть на что «жить», в течение триллионов лет. Например, Солнце при этом предположении может жить еще 10 триллионов лет, и если оно «родилось» в виде красного гиганта обычных размеров, то это «рождение» произошло около восьми триллионов лет назад.
Сторонники длинной шкалы времени, как например, Джинс, поддерживали гипотезу полного распада вещества, которая приводит к промежуткам времени, укладывающимся в их космогонические гипотезы. В то же время сторонники короткой шкалы, считавшие на основании различных соображений, что эти промежутки времени слишком велики, придерживались точки зрения Жана Перрена.
Казалось, что решить этот спорный вопрос будет трудным делом, но незадолго до войны 1939 г. успехи атомной химии, в частности, открытия Фредерика и Ирен Жолио-Кюри, пролили некоторый свет на эту проблему. Создание циклотрона, с помощью которого можно было подвергать вещество действию значительных электрических и магнитных полей, позволило частично реализовать в лабораториях условия, аналогичные тем, которые существуют внутри звезд. Действительно, в этих приборах можно было разгонять заряженные частицы до таких скоростей, что они приобретали энергию, сравнимую с той, которую они (в среднем) имеют, находясь в центре такой звезды, как Солнце при температуре в миллионы градусов.
Благодаря этому исключительно могущественному средству, ученые могли создать теорию превращений вещества внутри звезд; она была разработана американским астрофизиком Бете.
Существенным агентом этих превращений является водород. Окончательным результатом совокупности этих ядерных реакций является превращение четырех ядер водорода в одно ядро гелия.[19]19
Атомы различных химических элементов состоят из центрального ядра с положительным электрическим зарядом и определенного числа электронов, заряженных отрицательно, причем суммарный заряд электронов у обычного (электрически нейтрального) атома численно равен заряду ядра. Величина положительного заряда ядра определяет так называемое атомное число химического элемента. Если расположить химические элементы в порядке возрастания их атомных чисел, то мы получим известную классификацию элементов по их атомным весам (периодическая система Менделеева). Добавим также, что ядра атомов сами имеют сложную структуру, различную для разных элементов, что явления внутри атомов подчиняются весьма специфическим законам и что в отличие от мнения, существовавшего еще некоторое время назад, атомы по своему строению совсем не похожи на солнечную систему в миниатюре.
[Закрыть]
Что касается продолжительности этих процессов, то превращение водорода в гелий, соответствующее потере только 1/14 доли массы (преобразованной в излучение), занимает гораздо меньший промежуток времени, чем то, которые получаются в гипотезах, исходящих из предположения о полном превращении вещества в излучение. Согласно новой точке зрения наблюдаемые нами звезды начали излучать свет лишь несколько миллиардов лет назад.
Некоторые звезды – белые и голубые гиганты, масса которых достигает двадцати масс Солнца, – излучают настолько интенсивно, что не могут существовать в таком состоянии более нескольких десятков миллионов лет, так что они, вероятно, прошли пока не слишком длинный «жизненный путь».
Следовало бы теперь показать, как можно с помощью теории Бете истолковать диаграмму Рессела. Мы возвратимся к этому вопросу несколько позднее, когда будем излагать новейшие космогонические теории. Заметим, однако, уже сейчас, что если ядерные реакции, предложенные Бете, позволяют хорошо объяснить наблюдаемые факты относительно звезд главной последовательности, то в отношении гигантов оказывается необходимым предположить существование иных ядерных превращений, далеко еще не вполне установленных. Что касается белых карликов, то лишь в 1946 г. французский астроном Шацман смог уточнить наше представление о процессах, происходящих внутри этих звезд.
Возраст Галактики
Среди различных методов оценки возраста звезд, входящих в состав нашей Галактики, использовались также статистические методы. В этом случае учитывалось влияние на двойные звезды притяжения соседних звезд, производимое в среднем за очень большие промежутки времени. Можно, например, зная теперешнее расстояние между звездами пары, приближенно оценить промежуток времени, протекший после образования звезд пары, если, конечно, предположить, что обе звезды пары имеют общее происхождение (как это и считается в настоящее время) и если знать достаточно точно средние значения расстояний масс и скоростей соседних звезд. Можно также оценить время, необходимое для того, чтобы некоторые шаровые скопления, имеющие небольшую плотность, рассеялись вследствие притяжения проходящих вблизи звезд.
Эти вычисления достаточно деликатны и здесь легко сделать ошибки. Например, Джинс, изучая некоторые пары звезд, пришел к выводу, что возраст этих пар должен составлять несколько триллионов лет. В этом он находил подтверждение своим взглядам о длинной шкале времени. Однако в действительности, как доказал несколькими годами спустя В. А. Амбарцумян, возраст этих пар не превосходит нескольких миллиардов лет.
Как правило, самые последние вычисления как в отношении двойных звезд, так и в отношении шаровых скоплений, приводят к оценкам, выражающимся миллиардами лет. Но нельзя еще отсюда вполне определенно заключать, что именно таким должен быть фактический возраст нашей Галактики. Этот вывод был бы справедлив лишь в том случае, если бы все пары звезд, все шаровые скопления, которые нам известны, сформировались одновременно с нашей Галактикой. Недавние работы Амбарцумяна, напротив, показали, что происходит непрерывное формирование новых звезд в Млечном пути. Поэтому ничто не мешает предположить, что наряду с двойными звездами и шаровыми скоплениями, которые нам сейчас известны, существовали также другие пары и другие шаровые скопления, полностью в настоящее время рассеявшиеся и превратившиеся в одиночные звезды. Следовательно, можно лишь утверждать, что действительный возраст Млечного пути не меньше нескольких миллиардов лет.
Предварительные соображения об эволюции галактик
Можно ли идти дальше и пытаться оценить время полной эволюции какой-либо галактики так же, как мы определяли продолжительность всей «жизни» звезды? Разумеется, такая проблема является гораздо более сложной. Однако при сравнении различных известных типов галактик можно все же получить некоторые интересные данные (рис. 7). Действительно, уже простое сопоставление форм галактик заставляет подозревать, что мы имеем здесь дело с различными этапами эволюции. Правда, сейчас же возникает вопрос, в каком направлении идет эта эволюция: от сферических к спиральным туманностям или наоборот.
Рис. 7. Эволюция спиральной туманности по Хабблу. (Наблюдатель находится в экваториальной плоскости). Более темные участки на фигурах IV и V соответствуют областям, где имеется темная материя
Сначала была принята первая гипотеза, высказанная Хабблом, и соответствующая, грубо говоря, эволюции жидкой быстро вращающейся массы (сплющивание, а затем выброс материи по направлению касательной). Но наблюдения показали, что, с одной стороны, эллиптические туманности имеют размеры того же порядка, как и спиральные туманности, а с другой стороны (работы Бааде 1943 г.), они «перенаселены» звездами, но лишены каких бы то ни было следов рассеянной материи. Поэтому большинство ученых склонно считать, что галактики развиваются в противоположном направлении, т. е. их эволюция начинается с галактики неправильной формы и заканчивается гигантским шаровым скоплением. В этой схеме спиральная форма галактики является лишь промежуточным этапом, довольно близким к началу эволюционного пути и, следовательно, вопреки тому, что думали ранее, наша Галактика должна быть относительно «молодой».
