Текст книги "Инопланетяне и инопланетные общества. Руководство для писателя по созданию внеземных форм жизни (ЛП)"

Автор книги: Стенли Шмидт

сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 20 страниц)

ЗНАЙ СВОИ НАУКИ

Есть множество доказательств того, что законы природы одинаковы во всей Вселенной. Этот факт позволяет нам делать разумные предположения о том, какого рода вещи могут существовать в других её частях. Например, мы не стали бы рассчитывать обнаружить цивилизации, развивающиеся в атмосфере, состоящей в основном из водорода и кислорода. Законы химии делают такую атмосферу слишком нестабильной, чтобы она могла существовать на Земле или где-то вне её. Ещё мы не рассчитывали бы найти реальные аналоги одного старого клише из фильмов о монстрах – гигантских пауков, в точности похожих на земных пауков-птицеедов, только в сто раз больше. Полный решимости писатель-фантаст мог бы выдумать правдоподобных инопланетян, которые чем-то напоминали бы огромных пауков внешне, но сильно отличались бы от них внутренне.

Далее в этой книге мы более подробно рассмотрим, почему такие утверждения можно делать. Чтобы у нас была такая возможность, нам придётся изучить некоторые основные принципы некоторых наук. В процессе этого вас может несколько удивить и впечатлить осознание того, насколько взаимосвязаны все науки.

Из-за того, что урок химии проходил в одном классе, физики – в другом, а биологии – вообще в третьем, в школе у вас могло сложиться впечатление, что каждая из наук – это отдельная маленькая шкатулочка знаний, у которой мало общего с другими. Ничто не может быть ещё дальше от истины, и нигде это не проявляется так очевидно, как при попытке представить себе, какие виды миров и форм жизни могли бы существовать.

Физика – это основа; несколько лаконичных принципов управляют всем, что происходит в физической вселенной. (Конечно, это не означает, что мир – это нечто тривиальное: понимание того, что означают эти несколько принципов, и проработка всех их последствий – это нечто гораздо большее, чем работа на одну жизнь! С другой стороны, взрослые, которые утверждают, что ничего не смыслят в физике, допускают великолепную ошибку. Они могут не знать академической формалистики физики, но организмы, которые мало что понимают многих принципов, не доживают до зрелого возраста!)

Некоторые из выводов физики имеют отношение к астрономии и химии. С учётом фундаментальной природы материи, энергии и форм их взаимодействия, из элементарных частиц неизбежно образуются атомы, которые ведут себя строго определённым образом, в том числе объединяются в молекулы и кристаллы с такими качествами, которые мы называем химическими свойствами. Точно с такой же неизбежностью большие скопления материи будут концентрироваться и превращаться в такие объекты, как звёзды, планеты и галактики, которые ведут себя определённым образом – как индивидуально, так и коллективно.

В некоторых из этих скоплений материи химические реакции могут стать очень сложными, что приводит к возникновению особого рода объектов, которые мы называем жизнью. Как именно это происходит, определяется законами химии, которые, в свою очередь, определяются законами физики. Как только на планете зарождается жизнь, её облик во многом определяет астрономия. Виды жизни, которые могут эволюционировать на такой планете, как Земля, сильно отличаются от тех, которые можно было бы найти, скажем, на Юпитере.

Как простой, но впечатляющий пример того, насколько это справедливо – в какой степени наше астрономическое окружение определяет облик и пронизывает каждый из аспектов нашей жизни, – рассмотрим наклон оси Земли. Конечно, Земля – это единственная планета, о формах жизни на которой читатели этой книги в большинстве своём знают не понаслышке. Астроном мог бы описать природу Земли в общих чертах путём указания таких цифр, как её масса, средний радиус, насколько далеко она находится от Солнца, какого оно рода, и так далее. Одной из таких цифр является угол наклона оси. Это угол, на который ось вращения планеты отклонена от перпендикуляра к плоскости её орбиты. (Если это звучит устрашающе технически, не беспокойтесь об этом. В следующей главе я объясню это более подробно, с картинками.)

Описанный такими сухими терминами, наклон оси может выглядеть как некое сугубо академическое понятие, представляющее интерес исключительно для астрономов. Но оказывается, это имеет фундаментальное значение для всех и вся, что живёт на этой планете. Скажем, если бы вы изменили его с его нынешнего значения 23,5° на 0,2°, практически всю человеческую литературу пришлось бы переписывать – и не по мелочи, а радикально. Почему? Потому что времена года – зима, весна, лето и осень в умеренных зонах; влажные и сухие сезоны в тропиках – пронизывают практически все аспекты человеческой жизни. И этот наклон оси на 23,5° является основной причиной существования и природой времен года, а также существования тропических, умеренных и полярных регионов.

При прочих равных условиях и сокращении наклона оси практически до нуля сезонные колебания и всё, что от них зависит, также сводятся практически к нулю. «Суровая зима...», «Первые весенние цветы...» и «Благодатное лето...» – все эти фразы бессмысленны для существ, у которых нет ни зимы, ни весны, ни лета. Сюжеты, связанные с переживанием суровой зимы или надеждами на то, что дожди придут вовремя и спасут урожай, не могли бы появиться и не были бы понятны в мире, где нет времён года из-за того, что у него не наклонена ось. Человеческая литература изобилует такими вещами, на проявление которых явно или неявно оказал влияние факт наличия на Земле времён года. Если вы сделаете наклон оси заметно меньше (или больше), чем он есть на самом деле, все эти вещи будут совершенно иными.

Можно представить себе инопланетные формы жизни и разумных существ, которые вообще не эволюционируют и не живут на планетах. Такие существа, предположительно, могли бы возникнуть на нейтронных звёздах или в самом межзвёздном пространстве, хотя они обязательно должны сильно отличаться от нас. В одной из последующих глав мы рассмотрим такие возможности немного подробнее; но на протяжении большей части этой книги нас больше всего будут интересовать разумные существа, которые возникли более или менее похожим на нас способом – на планетах.

ЮМОР: ОСОБЫЙ СЛУЧАЙ?

Нельзя оценивать карикатуру по тем же стандартам, что и фотографию. Карикатура намеренно искажает и преувеличивает реальность, иногда просто для того, чтобы быть смешной, а иногда для того, чтобы донести свою мысль относительно реальности путём привлечения внимания к определённому её аспекту.

Аналогичные взаимоотношения складываются между юмором – особенно фарсом и сатирой – и «серьёзными» произведениями. Работая над преимущественно серьёзным произведением, вы захотите создать убедительную иллюзию реальности – ощущение того, что вещи, о которых читает читатель, могут произойти на самом деле. Если же одна из ваших основных целей – быть смешным, то возможно, что вы не захотите этого делать. Забавные вещи случаются и в реальной жизни, но это редко происходит такой сплошной чередой, как в хорошей комедии. Юмор обычно связан с некоторой степенью преувеличения или искажения реальности. Означает ли это, что обычные требования к правдоподобию неприменимы к юмористической научной фантастике, и здесь возможно всё, что угодно?

Не совсем так. Это не означает, что вам может сойти с рук всё, что угодно, но это означает, что вам может сойти с рук больше, чем в обычной истории. Инопланетяне в рассказах Пола Андерсона «Пи-ик! Я вас вижу!» или «Виктор» (“Victor”) Грея Роллинса – существа достаточно маловероятного облика. Виктор напоминает вертикально стоящую трёхфутовую сосиску на коротких ножках, с единственным глазом, с «голосовой» системой, работающей как громкоговоритель и способной имитировать любой звук, от мыши до симфонического оркестра, с длинным цепким языком и пристрастием к хорошо выдержанному мусору. Если бы вы познакомились с ним в рассказе, написанном в торжественном тоне, вы могли бы поинтересоваться, как эволюция смогла породить такое невероятное существо. Но когда автор явно не держит себя слишком серьёзно, вы можете смириться с его задумкой и просто получать удовольствие. Виктор не является невозможным – он просто маловероятен. Если эта история показалась вам достаточно забавной, возможно, вы захотите принять его существование и не особо задаваться вопросом о том, как он стал таким.

Иными словами, в юмористических историях читатели относятся к невероятному терпимее, чем в серьёзных, хотя невозможное они всё равно будут встречать в штыки. И чем оно невероятнее, тем смешнее ему стоит быть. Просто неправильная наука, особенно если ей не обязательно следует быть неправильной ради сюжета или шутки, попросту отвращает читателей. Звук просто не распространяется в вакууме, и читатели научной фантастики не примут шутку, которая требует, чтобы они поверили в это. Если вы рассказываете забавную историю об инопланетянах, которая принципиально не зависит от того, откуда они родом, не говорите, что они прибыли с планеты или звёздной системы, которая вряд ли может породить жизнь. Используйте ту, на которой это могло бы случиться, или же просто придумайте ей название.

В целом, чем меньше вам придется растягивать или искажать, тем лучше. Преувеличивайте лишь те моменты, которые напрямую способствуют созданию юмористического эффекта. Вероятно, вы поймёте, что на самом деле усилите его, если сделаете остальную часть фона истории настолько убедительной, насколько возможно, и избежите включения большого количества ненужных деталей.

ГЛАВА 3

Основы астрономии

Чтобы разумно рассуждать о том, какие виды жизни могут возникнуть на планетах, вы должны для начала кое-что знать о том, какие виды планет могут существовать. Поскольку нам непосредственно известны лишь очень немногие из них, и все они являются «братьями и сёстрами», в своих рассуждениях мы должны руководствоваться тем, что, по нашим собственным представлениям, мы знаем о процессе формирования планет.

Как и люди, планеты рождаются, развиваются и умирают. То же самое происходит со звёздами, галактиками и вообще со всей Вселенной. Вообще, все виды естественной эволюции можно рассматривать как этапы единого широкомасштабного процесса. Первобытная вселенная эволюционировала в ту, которую мы знаем. Галактики возникли как часть этого процесса. Формирование галактик ведёт к образованию звёзд. Звёзды (как минимум, иногда) образуют планеты в качестве побочного продукта. Процесс эволюции планет иногда может доходить до зарождения жизни. И так далее.

Всё это происходит в таком масштабе времени, что ни у одного человека не было возможности непосредственно наблюдать всё это. Так откуда же мы знаем, что это происходит? Ну, мы не совсем точно знаем, как именно это происходит. То, что у нас есть, – это набор моделей – теоретических картин того, что выглядит наиболее вероятными механизмами, посредством которых видимая нам Вселенная могла возникнуть в результате действия известных физических законов. Эту картину на протяжении многих лет складывали многие учёные, которые собирали подробные наблюдения Того, Что Находится Вне Нашего Мира, и на основе этих наблюдений и физических законов делали выводы о том, Как Это, Вероятно, Случилось Именно Так.

Чтобы показать, с какой задачей сталкиваются астрономы, И. С. Шкловский и Карл Саган провели (в книге «Разумная Жизнь во Вселенной» (“Intelligent Life in the Universe”)) восхитительную аналогию. Представьте себе инопланетянина, посещающего Землю с кратким визитом и осматривающего человеческих существ всевозможных форм и размеров. У него нет времени наблюдать, насколько заметно меняется какое-то человеческое существо, но он хочет понять, как связаны различные типы, как они возникают, как они меняются со временем (большие превращаются в маленьких или наоборот?) и что в итоге с ними случается. Иными словами, он хочет выяснить, каков жизненный цикл человека, не имея никаких данных, кроме беглого взгляда на множество образцов на различных стадиях этого цикла.

Вот, с чем сталкиваются астрономы, астрофизики и космологи. По сути, они получают статичные изображения множества звёзд, обычно объединённых в галактики и иногда сопровождаемых планетами, и хотели бы выяснить, как всё это эволюционирует. Они знают, что эти объекты должны эволюционировать, потому что внутри каждой звезды бушуют яростные физические процессы, которые не могут оставить её в неизменном виде. Но как они меняются? И откуда мы это знаем?

В этой книге я не стану излагать подробное объяснение того, как сложилась наша нынешняя картина Вселенной. В любом случае, как писатель-фантаст, вы, возможно, не захотите углубляться в столь обширную предысторию. Вам может понадобиться лишь краткое изложение текущей картины – актуальное на настоящий момент единое мнение учёных в отношении того, какие принципы управляют Вселенной, и того, как эти принципы действуют, создавая тот звёздный зверинец, который мы наблюдаем (и в котором обитаем сами). Это именно то, что я постараюсь представить.

Однако, даже будучи писателем-фантастом, вы можете счесть целесообразным более подробно изучить методологию науки уже хотя бы потому, что в ней вы можете найти хорошие идеи для сюжета. Вопреки распространённому убеждению, наука не является чем-то ограниченным, усушенным, замершим и неизменным. Как бы тщательно ни была составлена наша картина Вселенной, она была создана человеческими существами на основе несовершенных данных, которые им приходилось интерпретировать. Иногда эту картину приходится менять, потому что кто-то находит новые данные, которые не подходят к ней, или выдвигает новую интерпретацию, которая работает лучше общепринятой. Так что вам, как писателю-фантасту, может быть полезно узнать, где и как случились эти скачки в интерпретации. Возможно, вы просто сможете придумать альтернативу, которая могла бы быть возможной, и которая могла бы стать основой для хорошего повествования.

РАБОЧИЕ ИНСТРУМЕНТЫ

Вам нужно будет знать, как минимум, основы того, каким образом астрономы собирают данные о звёздах и планетах – отчасти потому, что часть описательной картины понятна только в свете методов наблюдений, использованных для её сбора, а отчасти потому, что некоторым из ваших персонажей, возможно, придётся пользоваться теми же методами в ваших произведениях. Если у вас есть корабль, полный людей-исследователей, обсуждающих, стоит ли пытаться совершать посадку на какой-то планете, им придётся узнать о ней как можно больше на расстоянии. И вам придётся хотя бы в общих чертах рассказать о том, как они это делают.

Телескопы

До недавнего времени практически всё, что мы знали о звёздах и планетах, было получено путём наблюдения за ними в телескопы с поверхности Земли. По сути, телескоп – это некая комбинация линз и/или зеркал, которая создаёт изображение того, на что она направлена. Иногда это изображение наблюдают напрямую, но для Большой астрономии оно чаще фиксируется на фотопластинке. Распространённое заблуждение о телескопах заключается в том, что их основное назначение – увеличивать изображение. Они это делают, и это важно для близких объектов вроде Луны и планет нашей собственной Солнечной системы; но в астрономии их важнейшая задача – собрать как можно больше света. Известно, что астрономы неуважительно называют особенно большой и дорогой телескоп «хорошим ведром для света».

Если не считать нашего собственного Солнца (я часто использую слово «солнце» с маленькой буквы для обозначения звезды, вокруг которой вращается любая планета), все звёзды находятся настолько далеко, что даже при самом большом увеличении, которое мы можем получить с помощью наземных телескопов, их изображения остаются просто точками, а не видимыми дисками. Какие-то планеты, которые могли бы составлять им компанию, были бы совершенно невидимы. Что может сделать для звезды телескоп, так это сделать её изображение значительно ярче. Это важно потому, что такие большие расстояния также означают, что свет звёзд большей частью очень слабый. Подавляющее большинство звёзд на небе невидимо невооружённым глазом – даже за городом, где в ясную ночь вы можете увидеть пару тысяч вместо двух или трёх, которые, возможно, будут всем, что вы сможете увидеть в большом городе.

Звёзды, которые мы можем увидеть невооружённым глазом – это очень малая выборка тех, что существуют за пределами нашего мира, и эта выборка далеко не репрезентативна. Чтобы мы смогли видеть их отсюда, они должны быть относительно близкими или необычайно яркими. Многие из тех, которые выглядят ярче всего – звёзды с хорошо знакомыми названиями вроде Сириуса, Бетельгейзе или Антареса, – и яркие по своей природе, и близкие. По причинам, о которых вы скоро узнаете, яркие от природы звёзды с наименьшей вероятностью оказываются в числе обладателей планет, на которых может существовать жизнь; так что «пришельцы с Антареса» практически однозначно выдают писателя, который не выполнил свою домашнюю работу.

НАУЧНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ

Учёным, особенно физикам и астрономам, часто приходится иметь дело с настолько большими или малыми величинами, что использовать для их записи обычные числа нерационально. Чтобы избежать неловкости, когда пишешь такие вещи, как 3,121,000,000,000,000 или 0,0000000000096, они используют научную систему счисления, в которой любое число записывается как произведение «обычного» числа, чаще от 1 до 10, и 10, возведённых в некоторую степень. «10 в n-й степени» означает «10, умноженное само на себя n раз» и обычно пишется «10ⁿ». Например, 100 = 10²; 10 000 = 10⁴ и так далее. 10 само по себе равно 10¹.

Умножение разных степеней одного и того же числа (или основания) несложно: вы просто складываете показатели. Таким образом, 10² × 10⁴ = 10⁶. Чтобы разделить, вы вычитаете показатели: 10⁶ ÷ 10⁴ = 10². Эти правила позволяют вам получить значение отрицательных показателей: 10⁴ ÷ 10⁶ = 10^-2 = 0,01. Таким образом, длинные, трудночитаемые числа из предыдущего абзаца записываются более компактно и ясно как 3.121×10¹⁵ и 9.6×10¹².

Для измерений учёные обычно пользуются метрическими единицами – либо системы МКС (метр, килограмм и секунда), либо СГС (сантиметр, грамм и секунда). В этой книге я буду большей частью следовать этой практике и предполагать, что вы изучали метрическую систему в школе; если же нет, ознакомьтесь с ней! Однако, поскольку многие из моих читателей – американцы, и им не так удобно иметь дело с метрическими измерениями, как следовало бы, я также буду иногда использовать английские единицы измерения, особенно если я пытаюсь выразить яркую мысленную картину чего-либо.

Существует также несколько специальных единиц, которые широко используют астрономы и спектроскописты. Длины волн (см. рис. 3-1), особенно те, которые относятся к частям спектра, в которые входят инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолетовые и рентгеновские лучи, часто выражаются через единицу ангстрем (1 Å = 10^-8 см = 10^-10 м).

Расстояния в границах Солнечной системы иногда выражаются в астрономических единицах (1 а.е. = средний радиус земной орбиты). В дальнейшем, при разговоре о других планетных системах, мы часто будем принимать многие величины, связанные с Землёй и Солнцем, и их взаимосвязью (такие, как масса, радиус орбиты и продолжительность года), численно равными 1. Как вы увидите в разделе «Вводный курс по созданию миров», в этом есть своё преимущество – такой подход легко даёт нам прямые сравнения других планет с нашей собственной.

Большие расстояния, например, между звёздами, часто измеряются с помощью одной из двух специальных единиц измерения. Световой год – это расстояние, которое проходит свет за один земной год. Поскольку скорость света (часто обозначаемая как c) очень близка к 3×108 м/сек, или 186 000 миль/сек, световой год – это около 9,46×10¹⁵ метров, или 5,87×10¹² миль.

Парсек (сокращенно «пк») – это сокращение от слов «параллакс» и «секунда». Он основан на простейшем методе измерения расстояний, а именно, на наблюдении объекта с двух точек зрения и измерении угла между двумя лучами зрения. Это метод, который вы используете в течение всего времени вашего бодрствования: ваш мозг измеряет угол между лучами зрения, когда два ваших глаза смотрят на один и тот же объект. Принцип измерения астрономического параллакса тот же, но две точки обзора – это не два глаза, а разные точки на орбите Земли на её пути вокруг Солнца. Парсек эквивалентен 3,26 световым годам. (Будьте особенно внимательны: световые годы и парсеки – это всегда меры расстояния. Это ни в коем случае не единицы времени, и использовать их в этом качестве, – это верный признак неподготовленности или небрежности писателя-фантаста!)

Температура измеряется в градусах Цельсия (C) или Кельвина (K). В обеих шкалах используется градус одинаковой величины (1,8 градуса по шкале Фаренгейта), но нулевые точки у них разные. 0° C – это точка замерзания воды, а абсолютный ноль (самая низкая возможная [или почти возможная] температура) равен -273° C. 0° K – абсолютный ноль, а вода замерзает при +273° K. Разница между двумя шкалами безусловно важна, когда речь идёт о поверхностях планет, но часто не имеет особого значения для звёзд, где температура составляет не менее 3000 градусов по любой из шкал.

Поскольку с увеличением расстояния свет становится «менее ярким», рассеивая свою энергию на большей площади, самый простой способ получить яркое изображение такого сильно удалённого объекта, как звезда, – это собрать как можно больше его света и сфокусировать его весь на изображении. Это основная функция телескопа и та причина, по которой в делах, касающихся телескопов, при прочих равных условиях, чем больше, тем лучше. Свет, допустим, с Денеба, падает на всей площади Земли с одинаковой интенсивностью (энергия на единицу площади за единицу времени). Яркость изображения, создаваемого телескопом, определяется общей энергией, поступившей в фокус, и это просто интенсивность, умноженная на площадь основной линзы или зеркала (объектива) телескопа. Полностью открытый глаз человека обычно собирает свет из круглой области диаметром около 6 мм, поэтому 50-миллиметровый бинокль или телескопический объектив (как в биноклях 7 × 50) формирует изображение примерно в 70 раз ярче, чем вы можете увидеть без него. Двухсотдюймовый телескоп на горе Паломар даёт вам выигрыш в яркости более чем в 700 000 раз, или примерно на четырнадцать звёздных величин. Иными словами, это позволяет вам видеть звёзды величиной вплоть до примерно двадцатой, а не до шестой. (Здесь подразумевается прямое визуальное наблюдение, которым профессиональные астрономы пользуются редко. На самом же деле они находятся в ещё большем выигрыше и видят ещё больше звёзд, невидимых в ином случае, когда фиксируют их изображения с длительной выдержкой на чувствительных фотопластинках или плёнке.)

ЯРКОСТЬ ЗВЁЗД И ЗВЁЗДНАЯ ВЕЛИЧИНА

Яркость звёзд выражает звёздная величина. Исторически сложилось так, что самые яркие звёзды неба описывались как звёзды «первой величины». Чуть менее ярким звёздам была присвоена «вторая величина», и так далее. Когда стало возможным количественное измерение яркости звёзд, эти термины стали ассоциироваться с точными числовыми значениями яркости, а также стало возможным присвоение им дробной величины, например, 1,6.

Технически шкала звёздных величин – логарифмическая, но обычно вам не придётся беспокоиться об этом. Существенные моменты заключаются в том, что 1) чем меньше звёздная величина, тем ярче звезда; и 2) разница в одну звёздную величину эквивалентна коэффициенту яркости 2,512 (корень пятой степени из 100). Таким образом, звезда 1,3-й звёздной величины в 2,512 раза ярче (т.е. даёт нам в 2,512 раза больше света), чем звезда 2,3-й величины, и в 100 раз ярче звезды 6,3-й звёздной величины. У вас также могут быть отрицательные значения звёздной величины. У звезды, которая в 100 раз ярче, чем эта 1,3, значение звёздной величины составляло бы 1,3 – 5 = -3,7. (Забавным побочным эффектом применения количественной шкалы будет то, что у Сириуса, самой яркой звезды на нашем небе, значение звёздной величины будет уже не 1, а -1,6.)

При хороших условиях наблюдения наш невооружённый глаз может разглядеть звёзды с величиной от отрицательной до примерно +6. Это видимые звёздные величины, измеряющие яркость такой, какой её видим мы, и зависящие как от природной яркости самой звезды, так и от её расстояния до нас. Свет подчиняется «закону обратной квадратичной зависимости»: его интенсивность (количество энергии, доставляемой на единицу площади за единицу времени) обратно пропорциональна расстоянию от источника. Например, если вы направите экспонометр на свечу в тёмной комнате с расстояния в один фут, а затем с расстояния в десять футов, количество света, измеренное вами на расстоянии десяти футов, будет составлять 1/100 от того, которое было на расстоянии одного фута. Объяснение этому простое. Свеча (или звезда) испускает определённое количество световой энергии каждую секунду, и по мере того, как она распространяется кнаружи от источника, это количество энергии распределяется по постоянно растущей сферической поверхности, площадь которой пропорциональна квадрату её радиуса.

Для сравнения значений собственной яркости звёзд их выражают в абсолютных величинах. Абсолютная звёздная величина – это видимая величина, которую имела бы звезда при наблюдении со стандартного расстояния. Это расстояние выбрано равным десяти парсекам.

Спектроскопы

Не менее важным, чем телескоп, является другой инструмент, который часто используется совместно с ним – спектроскоп. Свет – это форма электромагнитного излучения, разновидность волны, возникающей всякий раз, когда вибрируют электрические заряды (см. рис. 3-1). Свет от реального источника вроде горячего лагерного костра или далёкой звезды обычно содержит смесь длин волн (или, что эквивалентно, частот). Задача спектроскопа состоит в том, чтобы показать вам, какое количество света каждой длины волны излучает источник.

Почему это так важно? Поскольку для большинства звёзд мы не можем сформировать достаточно большое изображение, чтобы показать на нём графические детали, спектроскопия – это источник большей части той подробной информации, которой мы располагаем о них, – и её оказывается довольно много. Прежде всего, горячие тела излучают свою энергию с характерным распределением по длинам волн («непрерывный спектр», включающий некоторое количество энергии для каждой длины волны в широком диапазоне), точная форма которого зависит от температуры. (См. рис. 3-2.) В целом, горячее тело испускает излучение на всех длинах волн, но не одинаково. Чем горячее излучающее тело, тем короче длина волны максимальной интенсивности. Поскольку самые длинные волны видимой части спектра красные, а самые короткие – фиолетовые, это означает, что в процессе нагревания объекта вначале он вообще не светится, потому что все волны, которые он излучает, длиннее, чем мы можем увидеть. Когда он становится достаточно горячим, он начинает светиться красным – вначале тускло, затем ярче. По мере того, как вы продолжаете его нагревать, свечение становится более желтоватым, затем белым, когда широкий пик спектра перемещается через середину диапазона видимой части спектра, и, наконец, голубоватым, когда пик смещается влево от видимого диапазона, а наблюдаемая интенсивность спектра уменьшается от фиолетового края к красному. Это наблюдение непосредственно относится к звёздам: самые горячие звезды кажутся голубоватыми, а самые холодные – красноватыми.

РИСУНОК 3-1 Волны и электромагнитное излучение.

A. Любую волну можно рассматривать как картину возмущения, распространяющегося в среде. Эта схема могла бы представлять собой моментальный снимок сбоку волны, пробегающей по воде, поверхность которой в состоянии покоя представляет собой горизонтальную линию, отмеченную как «0». В некоем положении x поверхность смещается вверх или вниз на расстояние y; максимальное смещение – это амплитуда A. Вся волна распространяется вправо со скоростью v, поэтому, если сплошная кривая показывает поверхность в один из моментов, то через время t она выглядит как пунктирная кривая – то есть, весь рисунок сместился вправо на расстояние v. Расстояние между соседними гребнями (верхними точками) или нижними точками (впадинами) – это длина волны λ. Если вы смотрите на какую-то точку на поверхности, то она колеблется вверх и вниз между y = A и y = -A; количество колебаний в секунду – это частота (f). (Колебания в секунду раньше разумно называли «циклами в секунду»; теперь же, по причинам, которые автор затрудняется постичь, её обычно называют гораздо менее информативным словом «герц».) Скорость распространения волны связана с её частотой и длиной волны через v = fλ.

B. В электромагнитной волне, представляющей наибольший интерес для астрономов, «средой» может быть пустое пространство, а «возмущением» – электрическое или магнитное поле под прямым углом к направлению распространения волны. В пустом пространстве значение v для электромагнитных волн (или излучения) равно c = 3×10⁸ м/сек. Их длины волн и частоты охватывают чрезвычайно широкий диапазон, обычно разделенный на несколько областей, которым даны разные названия, и которые изучаются при помощи приборов различных видов. На схеме показаны приблизительные диапазоны длин волн, для каждого из которых приведено общеупотребительное название. Обратите внимание, что видимый свет (различаемый человеком) составляет очень малую часть общего диапазона. Обратите также внимание, что гамма-лучи и рентгеновские лучи перекрываются по длине волны; эти термины относятся не столько к длине волны, сколько к способу их получения. Как правило, рентгеновские лучи излучаются при атомных (электронных) переходах, а гамма-лучи – при ядерных или субъядерных.

Второе важное применение спектроскопии проистекает из того факта, что при прохождении света сквозь материю часть его поглощается. Спектр поглощения скорее дискретный, чем непрерывный – то есть, свет сильно поглощается только на ограниченных, чётко определённых длинах волн. Какие длины волн поглощаются, зависит от поглощающего материала. Спектр поглощения каждого элемена или соединение определяется его атомной или молекулярной структурой, поэтому он так же уникален, как отпечаток пальца. Это наш основной способ узнать химический состав звёзд и атмосфер планет. Большая часть видимого нами света звезды излучается самыми горячими её слоями, а когда он проходит через более холодные слои дальше, на непрерывный спектр горячего тела накладываются линии поглощения. Сравнивая длины волн в спектрах поглощения с характерными для различных веществ, астрономы могут распознавать химические составляющие более холодных слоёв.