Текст книги "99 секретов астрономии"

№ 27
Голова и хвост – вот мои документы! Кометы

С Земли кометы выглядят как мутноватые небольшие пятна, за которыми тянется длинный хвост. Перепутать комету с другим космическим телом, например метеором, сложно: она движется гораздо медленнее, можно сказать, величественнее, и никуда не исчезает. Обычно, если комета появилась на небе, ее можно наблюдать несколько дней. К сожалению, это прекрасное явление природы случается не часто. В лучшем случае кометы приближаются к Земле раз в год. Самая знаменитая комета, комета Галлея, в последний раз пролетала рядом с Землей в 1986 году. Ее следующий визит планируется в 2061-м.

Комету называют «грязным снежком», потому что она представляет собой сгусток льда, частиц космической пыли и замерзших газов. Этот сгусток и есть сама комета, или ее тело (ядро). Все остальные наблюдаемые части – всего лишь оптические явления, которые происходят из-за испарения газов и льда.

Когда комета находится вдали от Солнца, она является просто ледяным шаром, диаметром от одного до нескольких десятков километров, и тогда ее очень сложно обнаружить. По мере приближения к Солнцу лед испаряется, пыль рассеивается, и вокруг ядра образуется пылевое облако, называемое комой. Из-за него комета и выглядит мутной и туманной.

Позже, под воздействием солнечного ветра, у кометы вырастает «хвост» из частиц пыли. Эти частицы отражают свет Солнца, поэтому хвост светиться желтым светом. У кометы может появиться и второй хвост, голубой. Это газ, который электризуется под воздействием Солнца. Хвост кометы (или ее хвосты) направлен в сторону, противоположную Солнцу – туда, куда дует солнечный ветер.

Явилась звезда великая на западе в виде копья.

– Повесть временных лет

№ 28
Марсианская пыль в наших волосах. Частички космоса на Земле

Наша планета – крохотный кусочек бесконечного космоса, маленькая часть огромной системы, где все постоянно взаимодействует со всем. Казалось бы, Земля находится очень далеко от других космических объектов, даже от Луны ее отделяют почти 400 тысяч километров. Тем не менее на нашей планете можно найти частички самых далеких звезд и планет.

На Землю постоянно сыплются микрометеориты, микроскопические частицы, прилетающие к нам из космоса. Увидеть их невооруженным глазом нельзя, для этого нужны мощные современные приборы. Это могут быть осколки планет, астероидов, атомы и молекулы, которые когда-то входили в состав звезды или кометы. Они оседают на нашей планете вместе с пылью, летают в воздухе, запутываются в наших волосах. Вполне возможно, что именно сейчас вы нечаянно вдохнули невидимую глазом частицу, прилетевшую с Марса или с Луны!

№ 29
В других мирах. Экзопланеты

Представьте, что вам нужно разглядеть крошечную горошину с расстояния в несколько тысяч километров. Представили? Теперь немного усложним задачу. Сделать это нужно в полной темноте, при условии, что метрах в тридцати от горошины горит электрическая лампа. Вряд ли кому-то удастся выполнить эту сложную задачу, а ведь астрономы, ищущие планеты в далеком космосе, находятся в очень похожих условиях.

О том, что во Вселенной должно быть множество планет, вращающихся вокруг звезд, ученые говорили еще несколько веков назад. Но увидеть эти планеты не было никакой возможности – расстояния огромны, а планеты, в отличие от звезд, не светятся. Яркий свет звезд, вокруг которых они вращаются, скорее мешает, чем помогает в наблюдениях.

Первые планеты за пределами Солнечной системы были обнаружены лишь в конце XX века. Тогда они и получили свое название – экзопланеты. Нет, их не увидели в телескоп и не сфотографировали, даже самые совершенные приборы не позволяют сделать этого. Планеты были найдены при помощи вычислений. В 1995 году швейцарские астрономы Майор и Кело зафиксировали гравитационные возмущения возле звезды 51 Пегаса. Расчеты показали, что возмущения вызваны присутствием планеты, которая вращается вокруг этой звезды.

На сегодняшний день открыто более 3,5 тысяч экзопланет, но, конечно же, их во Вселенной намного, намного больше. По приблизительным прикидкам астрономов, только в галактике Млечный Путь должно быть не менее 100 миллиардов планет, 10–15 миллионов из которых могут быть похожими на Землю. Так что шансы на то, что на какой-то из планет есть та или иная форма жизни, не так уж и малы.

Есть без счета других Солнц и других Земель, обращающихся вокруг своих Солнц. Во Вселенной не счесть миров не хуже нашего и не менее населенных.

– Джордано Бруно

Звезды

№ 30
Почему звезды мерцают? Преломление света

Еще древние заметили, что на небе есть объекты, непохожие на другие. Пять светящихся точек движутся среди звезд и отличаются от них ровным светом. Это пять видимых невооруженным глазом планет: Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн.

Они находятся к нам гораздо ближе, чем звезды, поэтому мы видим их как диски, а не как мерцающие точки. Планеты можно наблюдать на небе не только ночью, но и днем. Обычно в телескоп, но бывают дни, когда они видны и невооруженным глазом. Чаще других при дневном свете можно увидеть самую яркую из планет Солнечной системы – Венеру.

Почему же звезды постоянно мерцают, а планеты сияют ровным светом? Мерцание, дрожание, изменение цвета, вспышки – все эти явления происходят из-за того, что мощный свет далеких звезд проходит через земную атмосферу. Она состоит из разных слоев, которые отличаются плотностью, температурой и преломляемостью. Лучи света много раз меняют свое направление, и из-за этого мы наблюдаем мерцание звезд.

Планеты Солнечной системы не так сильно удалены от Земли, по сравнению со звездами, они – наши ближайшие соседи. На самом деле они тоже мерцают, но мерцание происходит не в одной точке, как у далеких звезд, свет которых доходит до нас в виде пучка, а по всей поверхности. В итоге мы воспринимаем свечение планет как ровное.

Звезды обладают таким мощным свечением, преодолевающим огромные расстояния, потому что в них постоянно происходят термоядерные реакции. Планеты – твердые тела, они не излучают свет самостоятельно, а только отражают тот, что исходит от звезды, вокруг которой они вращаются.

Звезды не так близки друг к другу, как кажется.

– Марк Твен

№ 31
Они не прибиты к небесному своду. Собственное движение звезд

В очень давние времена люди были уверены: звезды представляют собой неподвижные светильники, прибитые к небесному своду. Позже астрономы разобрались, что звезды – это небесные тела, но все равно продолжали считать их неподвижными.

Открытие собственного движения звезд принадлежит английскому астроному Эдмунду Галлею. Он сравнил каталоги звездного неба, составленные в XVIII веке, с античными каталогами и заметил, что некоторые звезды изменили свое положение. Изменение было небольшим, всего на один-два диаметра Луны (Галлей использовал именно эту необычную единицу измерения).

Сегодня мы знаем, что звезды, как и все во Вселенной, находятся в постоянном движении. Из-за того, что они очень далеко от Земли, увидеть их движение невозможно. Но его можно определить, сравнив положение звезды на небе в разные годы или даже века.

№ 32
Яркость со знаком минус. Звездная величина

О существовании такой категории, как звездная величина, слышали практически все. Но не все знают, что это понятие таит в себе множество сюрпризов. К примеру, существуют звезды с отрицательной звездной величиной, и это отнюдь не самые тусклые объекты во Вселенной. Наше Солнце тоже относится к таким объектам, его звездная величина составляет –27. Давайте разберемся, что такое звездная величина и почему самые яркие звезды получили отрицательное значение.

Впервые делить звезды на классы по яркости придумал древнегреческий математик и астроном Гиппарх. Он рассудил так: самые яркие звезды будут называться звездами первой величины, те, что немного тусклее, – второй и так далее. В те времена считалось, что звезды располагаются на небесном своде на одинаковом расстоянии от Земли, а ярче светят те, что больше. Поэтому яркость и назвали звездной величиной.

По мере развития астрономии шкала светимости несколько раз пересматривалась. В итоге за нулевую звездную величину был принят блеск Веги. Те звезды, что светят ярче, обозначили отрицательными значениями; те, что слабее, – положительными.

Звездная величина относится не только к звездам, но и к любым другим небесным телам. Например, величина Венеры –4, Марса –3, Луны в полнолуние –13. Если посмотреть на Землю с Солнца, то ее звездная величина будет –3,84. Известна даже звездная величина Международной космической станции (–4).

Звезды Большой Медведицы имеют среднюю величину +2. Объекты, которые не видны невооруженным глазом, но обнаруживаются с помощью обычного телескопа, имеют звездную величину около +10. Самые мощные оптические приборы позволяют увидеть звезды с величиной +30 и более.

Хотел бы я знать, зачем звезды светятся… Наверно, затем, чтобы рано или поздно каждый мог вновь отыскать свою.

– Антуан де Сент-Экзюпери

№ 33
Удаляется или приближается? Эффект Доплера

Чтобы понять, что такое эффект Доплера, представим такую ситуацию: человек стоит у дороги, по которой едет машина с включенной сиреной. В период приближения машины звук сирены будет казаться человеку более высоким, чем он есть на самом деле, а когда транспортное средство начнет удаляться, звук для наблюдателя станет более низким.

Только в тот короткий промежуток времени, когда машина поравняется с наблюдателем, он услышит настоящую высоту звука сирены. То же самое случится, если машина с сиреной будет стоять на месте, а человек будет проезжать или проходить мимо.

Иллюстрация описывает звуковые волны, но та же закономерность действует и с другими видами волн, например со светом или электромагнитным излучением. При чем же здесь астрономия и наблюдение за небесными объектами? Еще в 1842 году, наблюдая за двойными звездами, австрийский физик Кристиан Доплер обнаружил, что, когда звезда удаляется, в ее спектре преобладает красный цвет. А когда приближается – фиолетовый. Известно, что фиолетовый спектр соответствует самым коротким волнам, а красный – самым длинным. Значит, по цвету спектра космического объекта можно понять, движется ли он в нашу сторону или, наоборот, от нас. Это то же самое, что более высокий или более низкий звук сирены.

Доплер догадывался о важности своего открытия, но в полной мере это осознали его последователи. Сегодня эффект Доплера применяется не только для того, чтобы понять, куда движется космический объект, но и для того, чтобы рассчитать его скорость, узнать траекторию движения, определить его химический состав, температуру и т. д.

Я все еще верю… что со временем эта теория станет желанной помощью для астрономов, исследующих явления во Вселенной…

– Кристиан Доплер

№ 34
Коромысло, Лось или Медведица? Созвездия

Чтобы как-то ориентироваться на звездном небе, люди еще в глубокой древности разделили его на отдельные созвездия. У разных народов созвездия отличались, не только формой, но и названиями. Пожалуй, самым известным за всю историю астрономических наблюдений стало созвездие, которое мы сегодня называем Большой Медведицей или Большим Ковшом. Те же семь звезд древние китайцы называли Царской Колесницей, египтяне – Гиппопотамом, эвенки – Лосем, славяне – Коромыслом.

Разделение неба очень условно. На самом деле звезды, объединенные в созвездия, никак друг с другом не связаны: одни находятся ближе к нам, другие – очень далеко. Созвездия в привычном для нас виде можно наблюдать только с Земли. Если мы посмотрим на небо с любой другой планеты, картина будет совсем другой.

В наше время, чтобы не возникала путаница, астрономы утвердили общую для всех стран карту созвездий. Каждая из видимых с Земли звезд входит в одно из 88 созвездий. Границы созвездий четко расчерчены, поэтому разногласий по поводу того, к какому созвездию отнести ту или иную звезду, не возникает. Самое крупное созвездие – это Гидра, самое маленькое – Южный Крест.

Со времен Древней Греции астрономы стали называть звезды в созвездии буквами греческого алфавита. Самой яркой звезде в созвездии присваивалось имя альфа (первая буква алфавита), второй по яркости – бета и т. д. Но в наше время эти названия не всегда соответствуют уровню яркости: границы созвездий в некоторых случаях изменились, а измерения характеристик звезд стали более совершенными.

 
Созвездия в заоблачной дали,
Раздумьям тщетным многих обрекли.
Одумайся, побереги рассудок —
Мудрейшие и те в тупик зашли.
 

– Омар Хайям

№ 35
Колыбель для юной звездочки. Рождение светила

Физики иногда бывают лириками и дают научным терминам очень романтичные названия. Один из ярких примеров – звездная колыбель. Этот астрономический термин обозначает молекулярное межзвездное облако, в котором формируется новая звезда. Как же происходит это загадочное действо?

Молекулярные облака – это туманности из космической пыли и газа, которые в огромном количестве плавают в межзвездном пространстве бескрайней Вселенной. В какой-то момент плотность такого облака может начать увеличиваться, в итоге это приводит к образованию сгустков материи, которые объединяются в сферическую форму и становятся протозвездой.

Прежде чем двигаться дальше, разберемся, что же может вызвать увеличение плотности молекулярного облака. Одна из возможных причин – столкновение двух облаков, другая – сближение и удар галактик, третья – взрыв сверхновой где-то неподалеку. Во всех этих случаях ударная волна врезается в молекулярное облако и вводит его в гравитационный коллапс, то есть запускает в нем процесс быстрого сжатия и изменения плотности.

Не каждая протозвезда становится настоящей звездой, некоторые так и остаются на стадии заготовки. Те же, что собираются светить и сиять, поначалу прячутся в коконе из газа и пыли. Постепенно сжимаясь, разогреваясь, накапливая энергию и плотность, они подходят к точке, откуда обратного пути уже нет.

Звезда становится звездой в тот момент, когда в ней начинаются реакции термоядерного синтеза – превращение водорода в гелий. Теперь в ее ядре горит водород, она светится и блистает, освещая все вокруг и отправляя лучи в далекие галактики.

Страшно хорошо – быть рожденным с солнцем в крови!

– Максим Горький

№ 36
В самом расцвете сил. Звезды главной последовательности

Когда астрономы говорят «нормальные звезды», они обычно имеют в виду те светила, что достигли фазы зрелости и относятся к так называемой главной последовательности. Это период относительной стабильности, когда термоядерный синтез внутри звезды стал устойчивым и никаких особых потрясений не предвидится. Наше Солнце сейчас относится к звездам главной последовательности.

Большая часть нормальных звезд – красные карлики. Название было придумано еще в те времена, когда ученые не до конца понимали отличия между звездами, так что карликами называют довольно большие светила. Красными карликами могут быть звезды, чей размер в 10 раз превышает размер нашего Солнца!

Каждая звезда проходит стадию главной последовательности, и обычно это довольно продолжительный период ее жизни. Правда, тяжелые звезды находятся в нем меньше, чем легкие.

№ 37
Мемуары звезды. Стадии жизни

Современное деление звезд на классы – довольно сложная система. В ней учитывается множество факторов: звездная величина, размер, масса, химический состав, положение на цветовом спектре.

Но все же главным остается этап эволюции, на котором в данный момент находится звезда. То есть, чтобы понять, к какому типу относится то или иное светило, нужно узнать его возраст и этап жизненного пути. Новорожденные звезды совсем не то же самое, что звезды, достигшие старости.

Итак, как все начинается? Облако разреженного межзвездного газа сжимается, и на его месте появляется юная звезда. По мере увеличения сжатия гравитационная энергия преобразуется в тепло, постепенно температура нарастает. Начинается горение водорода и процессы ядерного синтеза. На этом этапе светило относится к звездам главной последовательности. Когда весь водород в ядре сгорит, начнется горение оболочки, звезда расширится и превратится в красного гиганта. Постепенно от нее останется только ядро, и она станет белым карликом, который будет очень долго остывать и угасать.

Такой жизненный путь ожидает звезду средней массы, вроде нашего Солнца. Если звезда тяжелее, на заключительном этапе она не превращается в белого карлика, а взрывается сверхновой. В итоге она становится нейтронной звездой, пульсаром или черной дырой.

У легких звезд все иначе: став звездами главной последовательности, они превращаются в красных карликов и пребывают в этом состоянии практически вечно.

Вообще можно сказать, что звезды полностью не умирают, они просто переходят в новое состояние: становятся карликами, черными дырами или чем-то еще.

Звезды – это удивительные лаборатории, гигантские тигли, о каких не может мечтать ни один химик.

– Анри Пуанкаре

№ 38
Двойняшки, тройняшки, даже четверняшки! Звездные системы

Двойные звезды вовсе не редкость во Вселенной, почти половина всех светил живет парами. Обычно они рождаются вместе, из одного пылевого облака. Их связывает гравитация и ничто не может разлучить. Если звезды родились близнецами, то есть одинаковыми по размеру и массе, то они вращаются вокруг общего центра. Если же одна из звезд крупнее, тогда центр масс находится ближе к ней.

Бывают и тройные звездные системы, где три светила, объединенные гравитацией, существуют как единое целое. В таких системах обычно две звезды вращаются рядом, а третья – вокруг них по большей орбите. Четверная звезда обычно представляет собой союз двух звездных пар, объединенных общим центром вращения. Четыре звезды для звездной системы вовсе не предел, иногда звезды объединяются по пять, шесть и более, но это встречается очень редко.

№ 39
Гравитация сжимает, давление раздувает. Точка равновесия звезды

Звезды состоят из газа, а газ, как известно, легкий и летучий. Почему же он собирается в шар, а не рассеивается в межзвездном пространстве? Дело в том, что на него влияет одна из самых мощных сил во Вселенной – гравитация. Именно она заставляет молекулы раскаленного газа держаться вместе, образуя гигантский шар. Масса звезд огромна, к примеру наше Солнце весит в 330 тысяч раз больше Земли, так что у молекул газа нет никаких шансов улететь восвояси.

Гравитация с невообразимой силой сжимает газовый шар звезды, способствуя протеканию термоядерных реакций. Она могла бы сжать его до точки, но не делает этого. Почему? Потому что ей противодействует другая сила – внутреннее давление звезды.

Чем сильнее сжатие, тем выше внутреннее давление. Компенсируя друг друга, эти две силы определяют размер звезды. Например, диаметр Солнца – 1 390 400 км.

№ 40
Сколько нам осталось? Пять миллиардов лет до смерти Солнца

Звезды рождаются, взрослеют, живут и умирают, и к нашему Солнцу это тоже относится. Интересно, сколько лет нашей любимой звезде? Можно ли назвать его зрелым, или у него сейчас трудный переходный возраст? А может, Солнцу уже пора на пенсию?

Компьютерные модели, воссоздающие жизненные циклы звезд, позволили определить: Солнце появилось на свет около 4,5 миллиарда лет назад. Для звезды это прекрасный возраст, мы вполне можем сказать, что оно находится в самом расцвете сил. Но рано или поздно всему приходит конец, этой участи не избежит и наше светило. Приблизительно через 5 миллиардов лет на Солнце начнутся процессы, которые приведут к его полной трансформации.

Когда звезда исчерпает все имеющееся внутри нее топливо, у нее начнет гореть оболочка, вследствие чего она станет больше и ярче. Солнце превратится в красного гиганта, станет таким огромным, что высушит все моря и океаны на Земле, температура на планете поднимется до несовместимых с жизнью величин.

Постепенно красный гигант превратится в сияющее газовое облако, астрономы называют такие облака планетарными туманностями. А когда туманность развеется, в ее центре останется небольшой космический объект – белый карлик, его размер будет лишь ненамного больше нашей планеты. Белый карлик будет медленно угасать на протяжении миллиардов лет, столько живут звезды.

Ну а на нашей планете все живое будет уничтожено задолго до этого. Некоторые ученые считают, что уже через 1 миллиард лет, из-за увеличения светимости Солнца, жизнь на Земле в ее нынешнем виде будет невозможна. Но есть надежда, что к тому моменту человечество благополучно переберется на другие планеты.

Человечество не останется вечно на Земле… Планета есть колыбель разума, но нельзя же вечно жить в колыбели.

– Константин Циолковский