Текст книги "Астрономия для "чайников""

Автор книги: Стивен П. Маран

сообщить о нарушении

Текущая страница: 26 (всего у книги 27 страниц)

Постоянная Хаббла и возраст Вселенной

Каков возраст Вселенной? После многолетних ожесточенных споров некоторые астрономы пришли к выводу, что они установили это число – с точностью примерно 10 %. По их оценкам, Вселенной или около 12, или около 13,5 миллиарда лет. Первая цифра означает, что Вселенная будет расширяться вечно, но все медленнее и медленнее, а вторая – что какая-то таинственная сила ускоряет расширение Вселенной (см. раздел «Темная энергия: расширение ускоряется?» выше в этой главе) [39] 39
  По последним научным данным, возраст Вселенной составляет 13,7 млрд. лет (с точностью до 200 млн. лет).


[Закрыть].

Насколько быстро движутся галактики?

Оценки возраста Вселенной в значительной степени зависят от числа, которое занимало астрономов в течение десятилетий, – это постоянная Хаббла, представляющая собой скорость расширения Вселенной в настоящее время. Поиски этого числа начались в 1929 году, когда астроном Эдвин Хаббл обнаружил доказательства того, что мы живем в расширяющейся Вселенной. В частности, он сделал замечательное открытие: все далекие галактики (находящиеся за пределами Местной Группы Галактик, о которой говорилось в главе 12), похоже, удаляются от нашей родной галактики, Млечного Пути.

При этом Хаббл обнаружил, что чем дальше галактика, тем быстрее она удаляется. Представим, например, две галактики, одна из которых в 2 раза дальше от Млечного Пути, чем другая. Так вот: галактика, которая в 2 раза дальше, удаляется в 2 раза быстрее. (По общей теории относительности Эйнштейна сами галактики не движутся; расширяется ткань пространства, в которую они включены.) Это соотношение называется законом Хаббла.

 Коэффициент, связывающий расстояние до галактики со скоростью ее удаления, называется постоянной Хабблаи обозначается Н ₀. Другими словами, скорость удаления галактики равна H ₀, умноженной на расстояние до галактики. Таким образом, Н ₀выражает собой степень скорости расширения Вселенной и, следовательно, определяет ее возраст.

 Постоянная Хаббла измеряется в километрах в секунду на мегапарсек. (Один мегапарсек равен 3,26 миллиона световых лет.) После многолетних исследований астрономам с помощью телескопа «Хаббл» (обсерватория, находящаяся на орбите Земли и названная в честь Эдвина Хаббла) недавно удалось установить значение постоянной Хаббла. Они сообщили, что она примерно равна 70 (км/с)/Мпс. Это означает, что галактика, находящаяся на расстоянии примерно 30 мегапарсеков (около 100 миллионов световых лет) от Земли, удаляется от нас со скоростью 2100 км/с.

Непостоянная постоянная?

 Но постоянная Хаббла на самом деле может вовсе и не быть постоянной. Причины этого следующие: взаимное гравитационное притяжение галактик могло замедлить расширение, которое началось после Большого Взрыва, или какая-то таинственная космическая энергия недавно его ускорила. Скорость расширения в прошлом могла быть другой. Аналогично, величина, обратная постоянной Хаббла, (т. е. 1/H ₀), – так называемый хаббловский возраст(Hubble age) – может указывать на возраст Вселенной, если с момента Большого Взрыва скорость расширения была постоянной.

Ученые вычисляют величину Н ₀делением скорости движения галактик на расстояние до них. Скорость получить просто: астрономы анализируют длины световых волн, излучаемых или поглощаемых галактикой. Свет от объекта, который удаляется от Земли, смещается в красную область спектра, т. е. в область больших длин волн. Чем больше красное смещение, тем быстрее удаляется от нас галактика.

А вот измерить расстояние до галактики гораздо труднее.

Чтобы точно измерить скорость расширения Вселенной, астрономы должны оценить расстояние до очень отдаленных галактик, находящихся на расстоянии 600 миллионов (или больше) световых лет от Земли. На меньших расстояниях расширению частично противодействует гравитационное притяжение галактик, которые находятся сравнительно недалеко от Млечного Пути.

Но у астрономов нет абсолютно надежного способа непосредственного измерения расстояний до отдаленных галактик. Вместо этого им приходится довольствоваться разнообразными косвенными методами. Делая калибровку расстояния до соседних галактик, а затем двигаясь дальше, шаг за шагом, к более отдаленным галактикам, астрономы постепенно, по кусочкам, составляют "измерительную линейку" для Вселенной.

Как измеряют расстояния до галактик

Для большинства стратегий измерения расстояния требуется нечто вроде стандартной свечи, космического эквивалента электрической лампочки известной мощности.

Предположим, вы считаете, что вам известен истинный блеск, или светимость, звезды определенного типа. Свет от отдаленного источника тускнеет пропорционально квадрату расстояния. Поэтому степень тусклости этой звезды в далекой галактике показывает, насколько эта галактика далека.

Желтые пульсирующие звезды, которые называют переменными цефеидами(Cepheid variables), остаются одними из самых надежных «стандартных свечей» для оценки расстояния до сравнительно близких галактик (см. главу 12). Блеск этих молодых звезд периодически увеличивается и уменьшается.

В 1912 году Генриетта Ливитт из обсерватории Гарвардского колледжа обнаружила, что скорость изменения цефеидами их блеска непосредственно связана с их истинной светимостью. Чем дольше этот период (изменения блеска), тем больше светимость.

Сверхновые типа Iа (см. выше в этой главе раздел "Темная энергия: расширение ускоряется?" и главу 11) – это еще один тип "стандартной свечи". Поскольку сверхновые намного ярче цефеид, их можно увидеть в гораздо более далеких галактиках. В недавних исследованиях по вычислению постоянной Хаббла использовались оба этих типа "свечей", а также два других типа калибраторов.

Но все же эти методы пока достаточно грубые. Поэтому, хотя мы знаем наверняка, что Вселенная расширяется, точное значение скорости этого расширения, а также то, как она изменилась за миллиарды лет, пока неизвестны. Наверное, некий эквивалент космического гаишника стоит где-то неподалеку с радиолокатором для измерения скорости расширения Вселенной. Но заглянуть ему через плечо и увидеть значение скорости – довольно непросто!

В написании данной главы принимал участие Рон Ковен, освещающий вопросы астрономии и космоса в Science News.

Часть V
Великолепные десятки

В этой части…

Случалось ли вам когда-нибудь на вечеринке в отчаянии думать: что бы такого необычного и интересного сказать? Вы напрягали свой мозг в поисках умных мыслей, чтобы завладеть вниманием аудитории и заставить всех поверить в ваши выдающиеся интеллектуальные способности. Что ж, прочитав эту часть, при следующем удобном случае вы сумеете вставить пару умных фраз и блеснуть эрудицией. Я предлагаю вам десять удивительных фактов о космосе, которые гарантируют вам всеобщий интерес и внимание. А затем я познакомлю вас с десятью основными ошибками, которые человечество в целом и средства массовой информации в частности делали и продолжают делать, когда рассуждают об астрономии.

Глава 17
Десять удивительных фактов об астрономии и космосе

В этой главе…

 Правда о хвостах комет, марсианских камнях, метеоритной пыли в ваших волосах и Большом Взрыве на экране черно-белого телевизора

 Почему Плутон открыли случайно, солнечные пятна темные, а дождь никогда не достигает поверхности Венеры

 О приливах, взрывающихся звездах и уникальности Земли

Предлагаю вашему вниманию несколько моих самых любимых фактов об астрономии и особенно о Земле и Солнечной системе. Имея под рукой такую информацию, вы наверняка сможете ответить на вопросы по астрономии на телевизионных шоу, таких как «Кто хочет стать миллионером?»

Хвост кометы часто летит впереди, а не тащится позади

Хвост кометы не похож на хвост лошади, который всегда развевается сзади, когда лошадь несется галопом. Хвост кометы всегда направлен в противоположную от Солнца сторону. Поэтому, когда комета приближается к Солнцу, ее хвост (или хвосты) развеваются за ней, но когда комета удаляется от Солнца, ее хвосты следуют впереди нее. (Более подробную информацию о кометах можно найти в главе 4.)

Марсианские камни разбросаны по всей Земле

На Земле было найдено около десятка метеоритов, которые представляют собой осколки коры Марса, оторванные от этой планеты в результате удара гораздо более крупного объекта, возможно, из пояса астероидов. Но найденные марсианские камни – это только те, которые были опознаны охотниками за метеоритами, или те, падение которых действительно наблюдали свидетели. По статистике, намного больше камней должны были упасть в океан или на землю в глухих местах, где их пока не нашли. (О Марсе подробно говорилось в главе 6.)

В наших волосах есть мельчайшие метеоритные пылинки

Микрометеориты, крошечные частички из космоса, которые можно увидеть только в микроскоп, постоянно сыплются на Землю. Некоторые из них падают на вас каждый раз, когда вы выходите из дома. Но без самого современного лабораторного оборудования и методов анализа их обнаружить нельзя. Они затеряны в огромной массе цветочной пыльцы, частиц смога, домашней пыли и, возможно (прошу прощения), перхоти на вашей голове.

Возможно, вы видели Большой Взрыв на экранах старых телевизоров

Некоторые «снежинки» (помехи, которые выглядят как маленькие белые пятнышки или полоски на экранах старых черно-белых телевизоров) – это на самом деле радиоволны, источником которых служит космический микроволновый фон. Напомню, это излучение, возникшее в юной Вселенной в результате Большого Взрыва (см. главу 16). Когда данное излучение было открыто в Bell Telephone Laboratories, изучались многие возможные причины непонятного «шума», зарегистрированного радиоантенной. Ученые даже выясняли, не может ли быть причиной этого «шума» голубиный помет.

Плутон открыли с помощью прогнозов на основе ложной теории

Персиваль Лоуэлл предсказал существование и приблизительное местонахождение Плутона. И когда Клайд Томбо просматривал этот участок пространства, он обнаружил планету. Но сегодня мы знаем, что теория Лоуэлла, в которой делался вывод о существовании Плутона на основании его гравитационного влияния на движение Урана, была неверна. На самом деле масса Плутона очень мала, поэтому он неспособен создавать «наблюдаемые» эффекты. Более того, эти эффекты оказались просто результатом ошибок при расчетах параметров движения Урана. (Не было достаточной информации о движении Нептуна, чтобы на этой основе прийти к выводу о существовании Плутона.) Открыть Плутон было непросто, но удача улыбнулась нам. (Более подробно о Плутоне читайте в главе 9.)

Солнечные пятна вовсе не темные

Каждый «знает», что солнечные пятна – это те самые «темные» пятна на Солнце. Но на самом деле солнечные пятна – это просто места, где горячий солнечный газ чуть холоднее, чем в окружающих местах (более подробное объяснение можно найти в главе 10). Эти места кажутся темными по сравнению со своим более горячим окружением, но если смотреть только на солнечное пятно, оно выглядит очень ярким.

Ha Венере дождь никогда не достигает поверхности планеты

Непрекращающийся кислотный дождь, идущий на Венере, никогда не достигает ее поверхности. Он успевает испариться до этого (см. главу 6).

Океанские приливы со стороны Луны не сильнее, чем с обратной стороны Земли

Этот факт противоречит здравому смыслу, но не физике и математическому анализу. Приливы, которые Луна вызывает в океане в том полушарии Земли, которое обращено к Луне, не сильнее, чем приливы, которые происходят в это же самое время на противоположной стороне Земли (более подробно о Луне читайте в главе 5). То же самое справедливо по отношению к менее заметным приливам, вызываемым Солнцем.

Возможно, видимая звезда взорвалась и превратилась в сверхновую, но никто об этом не знает

Эта Киля – одна из самых массивных и ярко светящихся звезд в нашей Галактике и, как ожидается, она в любой момент может породить мощный взрыв сверхновой, если этого еще не произошло. Но свету требуется 9000 лет, чтобы от Эты Киля дойти до Земли, поэтому взрыв, который произошел меньше 9000 лет назад, мы пока еще не можем увидеть. (Чтобы больше узнать о жизненных циклах звезд, читайте главу 11.)

Земля состоит из редкой и необычной материи

Большая часть всей материи Вселенной – это так называемая темная материя, т. е. невидимый материал, о котором пока почти ничего не известно (см. главу 15). Если же говорить об обычной, или видимой, материи, то большая ее часть во Вселенной находится в форме плазмы (горячий электризованный газ, из которого состоят нормальные звезды, такие как наше Солнце) или вырожденной материи (в ней атомы или даже атомные ядра сплющены до невообразимой плотности, как в белых карликах или нейтронных звездах, о которых говорилось в главе 11). В то же время на Земле нет темной материи, вырожденной материи и относительно мало плазмы. Поэтому на фоне огромной Вселенной наша планета и мы сами кажемся какими-то чужаками, инопланетянами.

Глава 18
Десять распространенных ошибок об астрономии и космосе

в этой главе…

 Распространенные астрономические заблуждения

 Ошибки, обычные для средств массовой информации

В повседневной жизни – когда вы читаете газеты, смотрите по телевизору вечерние новости или разговариваете с друзьями, – вы наверняка заметите несколько часто повторяемых астрономических ошибок. В этой главе я расскажу о некоторых из этих распространенных заблуждений.

Находись вы в поясе астероидов, астероиды так и вертелись бы вокруг вас

Почти в каждом фильме о космическом путешествии есть сцена, когда отважный пилот умело проводит космический корабль через поле из сотен астероидов, которые проносятся мимо во всех направлениях, иногда по пять штук одновременно. Кинематографисты просто не понимают, насколько велика Солнечная система. Если бы вы стояли прямо на астероиде посередине главного пояса астероидов, между Марсом и Юпитером, то вряд ли увидели бы невооруженным глазом больше одного-двух астероидов (а может, не увидели бы ни одного). (Более подробно об астероидах читайте в главе 7.)

Если взорвать ядерный заряд на «астероиде-убийце», движущемся к Земле, то можно спасти планету

Существует множество распространенных заблуждений по поводу астероидов. К тому же в последнее время появилось несколько фильмов и репортажей об «астероидах-убийцах», которые внесли свой вклад в дальнейшее распространение этих заблуждений в обществе.

Если астероид движется прямо к Земле и должен с ней столкнуться, то взрыв его с помощью атомной бомбы приведет к получению множества мелких, но таких же опасных осколков, по-прежнему направляющихся к нашей планете. До выхода фильма "Армагеддон" я был поклонником Брюса Уиллиса, но теперь я его поклонник только наполовину.

Астероиды круглые, как маленькие планеты

Несколько самых крупных астероидов действительно круглые, но подавляющее большинство из них – каменные или железные глыбы неправильной формы. Многие имеют форму арахиса или картофеля и испещрены кратерами. (Чтобы больше узнать об астероидах, читайте главу 7.)

Большой Взрыв мертв

Когда астроном сообщает об открытии, которое не укладывается в современные космологические представления, то СМИ сразу же начинают истошно вопить, что «Большой Взрыв мертв». (О том, что такое Большой Взрыв, читайте в главе 16.) Но астрономы просто находят отличия между наблюдаемым расширением Вселенной и математическими моделями описания этого процесса. Соперничающие теории – включая ту, которая соответствует последним данным, – не отрицают Большого Взрыва. Различия между ними – только в деталях.

Метеорит, только что упавший на землю «горячий»

На самом деле «свежеупавшие» метеориты холодные. Только что приземлившийся холодный камень от контакта с влажным воздухом иногда покрывается инеем. Когда очевидец говорит, что он видел падающий на землю метеорит и утверждает, что обжег о него пальцы, то, скорее всего, это обман. (Подробнее о метеоритах читайте в главе 4.)

Лето наступает, когда Земля находится ближе всего к Солнцу

Убеждение в том, что лето наступает, когда Земля находится ближе всего к Солнцу, – это, наверное, самая распространенная из астрономических ошибок. Хотя достаточно здравого смысла, чтобы понять, что это не так. В конце концов, когда в России лето, в Австралии – зима. Однако Австралия всегда находится на том же расстоянии от Солнца, что и Россия. Земной шарик-то один! (Более подробное объяснение найдете в главе 5.)

«Свету этой звезды нужна тысяча световых лет, чтобы достичь Земли»

Многие люди ошибочно принимают световой год за единицу измерения времени, такую как день, месяц или обычный год. Но световой год – это единица измерения расстояния; он равен расстоянию, которое проходит свет в вакууме за один год (см. главу 1).

Когда говорят, что до некоторой галактики «два миллиарда световых лет», это правда

Знания астрономов о расстояниях до очень далеких галактик (до которых сотни миллионов световых лет и больше) настолько неточны, что в профессиональных изданиях мы никогда не публикуем оценки расстояний. Но специфика требований СМИ такова, что астрономам приходится делать заявления типа «если такая-то версия теории Большого Взрыва верна, то расстояние до этой галактики – два миллиарда световых лет». Однако журналисты часто упрощают их заявления и опускают «лишние расплывчатые формулировки». До недавнего времени цифры, приводившиеся в сообщениях СМИ, бывали ошибочными на 200 %.

«Утренняя звезда» – это планета

Утренняя звезда – вовсе не звезда, а планета. К тому же иногда две «утренние звезды» появляются одновременно, например, Меркурий и Венера (см. главу 6). То же самое относится и к «Вечерней звезде». Это планета, и она тоже может быть не одна. «Падающие звезды» – тоже неправильное название. Это не звезды, а метеоры, т. е. вспышки света, порожденные мелкими метеорными телами, проходящими сквозь атмосферу Земли.

Солнце – это средняя звезда

Часто можно встретить утверждение, что Солнце – средняя звезда. Его повторяют журналисты и даже публикуют в книгах, написанных для широкой аудитории астрономами, которые должны знать, что это не так. На самом деле подавляющее большинство звезд более мелкие, тусклые, холодные и менее массивные, чем наше Солнце (см. главу 10).

Телескоп «Хаббл» летит к звездам

Как космический телескоп «Хаббл» делает такие великолепные фотографии? Некоторые думают, что он путешествует в космосе, пока не окажется рядом с этими туманностями, звездными скоплениями и галактиками, которые предстают перед нами на его фотографиях. Увы! Телескоп находится на околоземной орбите и просто делает классные фотографии!

Часть VI
Приложения

В этой части…

В Приложениях приведена информация, которая поможет вам в наблюдениях неба. Здесь вы найдете карты звездного неба, которые помогут вам сориентироваться и найти нужные созвездия и звезды.

Приложение А
Карты звездного неба

Ниже приведено восемь карт звездного неба, по четыре для Северного и Южного полушарий. Они помогут вам научиться ориентироваться в небе и находить нужные созвездия.

Приложение Б
Словарь терминов

Астеризм. Конфигурация звезд, которой присвоили некоторое имя (например, Большой Ковш) и которая не является ни одним из 88 известных созвездий.

Астероид(asteroid). Одно из множества мелких каменистых и/или металлических небесных тел, вращающихся вокруг Солнца.

Белый карлик(white dwarf). Маленький плотный небесный объект, светящийся за счет запасов тепла и поэтому постепенно угасающий; последний этап жизни солнцеподобной звезды.

Галактика(galaxy). Гигантская система из миллиардов звезд, иногда содержащая огромные массы газа и пыли.

Звезда(star). Большая масса горячего газа, в которой идут ядерные реакции; удерживается вместе благодаря собственной гравитации.

Звездное скопление(star cluster). Группа звезд, которых удерживает вместе взаимное гравитационное притяжение; они сформировались практически одновременно (бывают шаровые скопления, globular cluster, и открытые скопления, open cluster).

Зенит(zenith). Точка на небе, находящаяся прямо над наблюдателем.

Квазар(quasar). Небольшой чрезвычайно яркий объект, находящийся в центре далекой галактики. Считается, что он представляет собой мощное излучение энергии в окрестности гигантской черной дыры.

Комета(comet). Одно из множества небольших небесных тел, состоящих из льда и пыли и движущихся по орбите вокруг Солнца.

Красное смещение(redshift). Увеличение длины волны света или звука, часто объясняемое эффектом Допплера.

Красный гигант(red giant). Большая очень яркая звезда с низкой температурой поверхности; один из последних этапов жизни солнцеподобной звезды.

Кратер(crater). Круглая котловина на поверхности планеты, спутника или астероида, появившаяся от удара упавшего космического тела или извержения вулкана.

Метеор(meteor). Вспышка света, вызванная падением метеорного тела через атмосферу Земли; этот термин часто неправильно используют для обозначения самого метеорного тела.

Метеорит(meteorite). Метеорное тело, упавшее на поверхность Земли (а не сгоревшее в атмосфере).

Метеорное тело(meteoroid). Мелкий твердый космический объект, состоящий из каменных пород и/или металла; вероятно, представляет собой обломок астероида или кометы.

Нейтронная звезда(neutron star). Объект, диаметр которого составляет всего десятки километров, но масса которого больше солнечной (все пульсары – нейтронные звезды, но не все нейтронные звезды – пульсары).

Оптическая двойная звезда(double star). Две звезды, которые кажутся очень близкими одна к другой на небе; иногда они действительно связаны (в случае физической двойной звезды), а иногда никак не связаны и находятся на разных расстояниях от Земли.

Орбита(orbit). Траектория движения небесного тела или космического аппарата.

Переменная звезда(variable star). Звезда, блеск которой заметно меняется.

Планета(planet). Большой круглый объект, сформировавшийся в плоском облаке вокруг звезды, который, в отличие от звезды, не генерирует энергию в процессе ядерных реакций.

Планетарная туманность(planetary nebula). Светящееся расширяющееся облако газа, выброшенное умирающей солнцеподобной звездой.

Покрытие(occultation). Явление, наблюдаемое при прохождении одного небесного тела перед другим, когда первое закрывает второе от наблюдателя.

Пульсар(pulsar). Нейтронная звезда с высокой намагниченностью, которая быстро вращается и излучает пучки энергии (это могут быть радиоволны, рентгеновские лучи, гамма-лучи и/или видимый свет).

Сверхновая(supernova). Колоссальный взрыв, который приводит к разрушению всей звезды; в результате может образоваться черная дыра или нейтронная звезда.

Темная материя(dark matter). Неизвестная субстанция в космосе, присутствие которой обнаруживается по ее гравитационному влиянию на небесные объекты.

Терминатор(terminator). Линия, разделяющая освещенную и неосвещенную части поверхности небесного тела, которое светится отраженным светом Солнца, т. е. планеты, спутника или астероида.

Транзит(transit). Движение более мелкого небесного объекта, например Меркурия, перед более крупным объектом, например Солнцем.

Туманность(nebula). Газо-пылевое облако в космосе, которое может излучать, отражать и/или поглощать свет.

Физическая двойная звезда(binary star). Две звезды, вращающиеся вокруг общего центра масс; для этого понятия используется также термин двойная система.

Черная дыра(black hole). Объект, гравитация которого настолько сильна, что ничто не может вырваться из него, даже луч света.

Эклиптика(ecliptic). Видимый путь Солнца по небу на фоне созвездий.

Эффект Допплера(Doppler effect). Изменение воспринимаемой частоты или длины световой либо звуковой волны по причине движения ее источника по отношению к наблюдателю.