Текст книги "99 секретов астрономии"

№ 55
Острова в безбрежном космосе. Галактики

Галактика – это объединение множества звездных систем, которые связаны между собой общим центром и единым гравитационным полем. В каждой галактике находятся миллиарды или даже триллионы звезд, кроме того, там присутствуют межзвездный газ и пыль, темная энергия и темная материя. Звезды объединяются в скопления, пыль и газ – в туманности, а между всем этим царят пространства, наполненные загадочной темной материей. Четких границ у галактик нет, они плавно переходят в межгалактическое пространство.

Диаметры галактик могут простираться до сотен тысяч световых лет, в то время как расстояние от одной галактики до другой – в среднем миллион световых лет. Несмотря на отдаленность друг от друга, иногда галактики сталкиваются. Более массивная галактика может притянуть к себе межгалактический газ другой, лишив ее источника энергии. Или забрать ее темную материю. Иногда галактики сливаются, и тогда наблюдается активное образование новых звезд.

В галактике происходит примерно то же самое, что и в Солнечной системе: все вращается вокруг центра. Только в центре не звезда, а область повышенной плотности, которая довольно ярко светится, потому что в ней непрерывно происходят термоядерные реакции. Чем ближе объект находится к центру, тем быстрее он движется. Скорость движения может достигать десятков и даже сотен километров в секунду.

Несмотря на грандиозные размеры, увидеть галактики затруднительно, так как они находятся очень далеко от нас. Кроме Млечного Пути, нашей родной галактики, невооруженным глазом мы можем наблюдать еще три: Большое и Малое Магелланово Облако и галактику Андромеды. Все остальные были для нас невидимы, пока не изобрели мощные телескопы.

Астрономия заставляет душу смотреть вверх и ведет нас из этого мира в другой.

– Платон

№ 56
Скрученные почти в бараний рог. Форма галактик

Галактики на удивление разнообразны по размерам и форме. Чтобы навести порядок в изучении космоса, астрономы разделили их на четыре основные группы.

Спиральные галактики имеют форму диска и состоят из центральной сферы и отходящих от нее рукавов, закручивающихся в спирали. Наша галактика Млечный Путь относится к этой разновидности. Спиральные галактики довольно молоды, они заполнены большим количеством межзвездного газа, в них много туманностей и звездных скоплений, состоящих из звезд в юном и зрелом возрасте.

Эллиптические галактики, как понятно из названия, имеют форму эллипсов. Состоят они в основном из старых звезд (красных гигантов, карликов разных видов) и шаровых звездных скоплений. В них нет пылевой материи, потому что она уже израсходована, и почти нет межзвездного газа. Это довольно пожилые галактики, где завершился процесс рождения новых светил. По одной из теорий, эллиптические галактики сформировались от слияния спиральных галактик небольшого размера.

Линзообразные галактики похожи на спиральные, только у них нет закрученных рукавов. Они занимают промежуточное положение: в них очень мало межзвездной материи (она уже израсходована), но все же иногда появляются новые звезды.

Неправильными называются все галактики, не попадающие в первые три группы. Они могут иметь самую разную форму, иногда в них присутствуют обрывки спиралей. Это либо молодые галактики, только начинающие свой жизненный цикл, либо старые, по какой-то причине разрушенные. К самым юным галактикам относятся карликовые галактики. Они просто переполнены веществами, из которых образуются новые звезды.

Что же таится в космосе, там, где обнаруживается материя?

– Артур Стэнли Эддингтон

№ 57
Слияния и поглощения. Эволюция галактик

Когда мы смотрим на звездное небо, мы видим прошлое. Особенно это касается самых отдаленных от Земли объектов, ведь свет от них может идти до нас миллионы лет! Картинка доходит до нас с невероятно большим опозданием. Это позволяет астрономам наблюдать изменения, происходящие в космосе и делать интересные выводы.

Сразу после Большого взрыва наша Вселенная была однородной, позже образовались сгустки материи, из которых появились звезды, объединившиеся в галактики. На этом процесс не остановился, границы галактик на протяжении миллиардов лет менялись и продолжают меняться до сих пор. Крупные галактики притягивают и поглощают мелкие, иногда две гигантские галактики могут объединиться в сверхгигантскую. Бывает и такое, что большие галактики силой притяжения разбивают маленькую галактику на несколько частей.

№ 58
Желток от яичницы. Центр галактики

Наша спиральная галактика Млечный Путь похожа на огромный диск, от которого отходят закручивающиеся рукава. Рукава состоят из молодых звезд, преимущественно белых и голубых, а также газовых облаков. В галактическом центре располагаются в основном более взрослые – красные и оранжевые – звезды.

Если не считать рукава, то наша галактика по форме напоминает две яичницы-глазуньи из одного яйца, наложенные друг на друга желтками наружу. В центре диска разместилась выпуклость, которая называется балдж. Это довольно плотное скопление звезд, массой приблизительно в 10 миллиардов масс Солнца. Внутри балджа, в самой его середине, находится сверхмассивная черная дыра, окруженная горячим газовым облаком. В центре галактики обитают самые старые звезды, которые образовались давным-давно, вместе с самой галактикой.

№ 59
Туманность Андромеды, Магеллановы Облака, Водоворот, Сомбреро. Галактики-знаменитости

Среди галактик есть признанные астрономами знаменитости – те, что удобны для наблюдения, хорошо изучены и имеют интересные особенности. Перечислим галактики, которые наиболее удобно наблюдать, находясь в Северном полушарии нашей планеты.

Галактика Андромеды, крупнейшая в Местной группе галактик, долгое время считалась туманностью. Ее обнаружил еще персидский астроном Ас-Суфи в Х веке, он описал ее как «маленькое облачко». Действительно, если смотреть на нее невооруженным глазом, то она видится небольшим туманным пятном. В 1885 году в этой галактике вспыхнула сверхновая, ее назвали S Андромеды.

Галактика Водоворот находится в созвездии Гончих Псов и не так близка к нам, как галактика Андромеды, но ее вполне можно разглядеть в телескоп. Это спиральная галактика, расположенная под прямым углом к земному наблюдателю, что позволяет хорошо рассмотреть ее структуру. Она стала первой спиральной галактикой, обнаруженной астрономами.

Галактика Сомбреро тоже спиральная, но видим мы ее сбоку, поэтому ее диск кажется нам полями гигантской шляпы, украшенной мелкими звездочками. Она находится в созвездии Девы, на расстоянии 30 миллионов световых лет от нас. От этой галактики исходит мощнейшее радиоизлучение, ученые полагают, что его источник – черная дыра массой в 1 миллиард солнечных масс.

Две галактики, расположенные рядом, Большое Магелланово Облако и Малое Магелланово Облако, называют спутниками Млечного Пути – это ближайшие к нам галактики. Они похожи на два газовых облака, которые вращаются в космическом пространстве парой, никогда не отдаляясь друг от друга. Эти галактики связаны гравитацией и представляют собой двойную систему.

Меня ужасает вечное безмолвие этих пространств.

– Блез Паскаль

№ 60
Звезды и пустота. Войды

Когда мы смотрим на ночное небо, Вселенная представляется нам довольно плотно населенной: звезды, созвездия, галактики прямо-таки наползают друг на друга. На самом деле все обстоит несколько иначе, между всеми космическими объектами очень много пустоты, иногда просто необозримые пространства.

Галактические нити и великие стены – самые крупные космические структуры. Они образованы из множества галактик, их размеры поражают воображение. Но еще более поразительные образования находятся между ними – это войды, или галактические пустоты. По приблизительным подсчетам, они занимают половину пространства Вселенной. Но все же войд – это не вакуум, в пустоте содержится темная материя и протогалактические облака (вещество, из которого могут быть созданы галактики). Войды могут простираться на невообразимо огромные расстояния, до 3,5 миллиарда световых лет.

№ 61
Откуда взялась эта напасть? Происхождение черных дыр

Откуда берутся черные дыры? На этот счет у астрофизиков есть несколько теорий. Самая популярная: черная дыра появляется на месте массивной звезды, в которой закончился весь водород – топливо для термоядерных реакций. Под действием силы гравитации звезда начинает стремительно сжиматься. После этого она может взорваться как сверхновая. Но если масса звезды велика (как минимум в три раза больше массы Солнца), то процесс сжатия продолжается. Звезда как будто обрушивается внутрь самой себя, а на ее месте появляется черная дыра. То, что было мощным источником энергии, превращается в еще более мощного ее поглотителя.

Сверхмассивные черные дыры образуются из больших газовых облаков, которые входят в состояние коллапса, подобно сверхновой звезде. Ученые предполагают, что существуют еще и первичные черные дыры, которые сформировались на заре существования Вселенной.

№ 62
Вырваться из цепких лап гравитации. Скорость убегания

Черная дыра может засасывать в себя все что угодно: астероиды, звезды, даже целые звездные системы. Чтобы выбраться из черной дыры, объект должен иметь такую энергию, какой у него быть не может. Подобная энергия называется скоростью убегания. Это скорость, которая нужна для того, чтобы покинуть какой-либо космический объект.

Например, чтобы покинуть Землю, ракета должна развить вторую космическую скорость, 11 км/с. На Марсе гравитация меньше, поэтому достаточно будет разогнаться до 5 км/с. А чтобы выбраться из черной дыры, нужна скорость, превышающая скорость света, то есть больше 300 000 км/с. Такая скорость в нашей Вселенной невозможна, ее не может развить даже свет.

Гравитация черной дыры настолько огромна, что она действует даже на время: его течение вблизи этого странного объекта замедляется.

№ 63
Зазеркалья Вселенной. Искажения пространства и времени

В черных дырах происходят очень странные изменения времени и пространства – обе эти величины, которые кажутся нам стабильными и незыблемыми, искривляются. Например, прямая линия, по которой в нормальных условиях движется свет, в районе черной дыры становится кривой. Значит, пространство меняет свою структуру.

Чтобы проиллюстрировать искривление времени, можно представить гипотетический опыт. В черную дыру опускается космический аппарат, на поверхности которого находятся часы. За ним наблюдают с Земли в телескоп. Чем ближе будет аппарат к черной дыре, тем сильнее будет замедляться время на часах. А если внутри аппарата окажется космонавт, то на его часах время будет идти в обычном режиме, и он не заметит никакого искривления. То есть с точки зрения наблюдателя и с точки зрения участника событий время будет идти по-разному. Этот эффект называется гравитационным замедлением времени.

С расстоянием тоже произойдут интересные вещи. Если на падающее в черную дыру тело будет смотреть наблюдатель, то ему покажется, что тело постепенно замедляется и в итоге практически останавливается у горизонта. А на самом деле оно уже упало вниз.

При этом цвет падающего объекта будет становиться все более красным – потому что мощная гравитация черной дыры смещает свет в красную сторону спектра. В конце концов цвет достигнет инфракрасного диапазона, который человеческий глаз не воспринимает, и тело просто исчезнет для наблюдателя. Если же в черную дыру падает космический корабль, а внутри него находится космонавт, выглядывающий в иллюминатор, то для него все окружающее будет окрашено в фиолетовые цвета спектра.

Время открывает все сокрытое и скрывает все ясное.

– Софокл

№ 64
Метод Шерлока Холмса. Как найти черную дыру?

Черная дыра – это область с таким сильным притяжением, что ее не может покинуть ничто, даже свет. Поэтому увидеть саму черную дыру невозможно, о ее существовании ученые догадываются по поведению расположенных поблизости космических объектов: вокруг черных дыр вращается горячий газ, звезды, притягиваемые гравитацией, движутся быстрее.

Чаще всего о существовании черной дыры астрономы догадываются, обнаружив аккреционный диск – плоское облако газообразного вещества. Чем ближе газ к черной дыре, тем горячее и плотнее он становится и тем больше рентгеновских лучей испускает. Их и обнаруживают специальные телескопы. Если же поблизости от черной дыры не оказалось газа, то обнаружить ее можно лишь в то время, когда она будет проходить мимо галактики или отдельной звезды и они изменят траекторию движения.

№ 65
Препарируем монстра. Строение черной дыры

Если разобрать черную дыру «на кирпичики», то можно обнаружить три составляющие, которые в нее входят. Прежде всего, горизонт событий – так называется граница черной дыры. Вторая составляющая, суть черной дыры, находящаяся в самой ее сердцевине, – сингулярность. Здесь пространственно-временной континуум настолько искривлен, что превращается в бесконечность. И, наконец, вещество, попадающее в черную дыру и подвергающееся действию сингулярности.

Тело, попавшее за горизонт событий, падает в центр дыры и уже никогда не сможет выбраться наружу. Размер горизонта зависит от массы черной дыры. Например, звезда, масса которой была в три раза больше массы Солнца, превратившись в черную дыру, будет иметь горизонт событий диаметром 18 км. Это самая маленькая черная дыра. В центре нашей галактики находится черная дыра диаметром 6 миллионов километров. Она могла образоваться из звезды или нескольких звезд массой в миллион Солнц. Если бы можно было сделать черную дыру из нашей Земли (а это невозможно, потому что она является планетой и весит слишком мало), то ее горизонт составил бы 2 см в диаметре.

Вещество, приблизившееся к горизонту событий, притягивается черной дырой и начинает стремительное движение внутрь нее. Перейдя горизонт, оно затягивается в центр, туда, где находится вещество бесконечной плотности, и вливается в него.

Привычные нам фундаментальные законы физики в этом месте не действуют, а какие действуют – современной науке точно не известно. Одно можно сказать с определенностью: пространство, попадая в черную дыру, меняет свою природу, время искажается, вещество претерпевает невероятные изменения.

Ключом ко всякой науке является вопросительный знак.

– Оноре де Бальзак

№ 66
Сто тысяч солнц. Квазары

Сначала квазары принимали за звезды: с большого расстояния эти объекты выглядят как светящиеся точки. Но когда по электромагнитному излучению было рассчитано расстояние до этих звезд и их яркость, ученые испытали настоящий шок. Потому что звезду, расположенную так далеко от нас, увидеть нельзя. И звезда не может быть настолько яркой. Квазары светятся в десятки, а иногда и в сотни раз ярче, чем все звезды нашей галактики, вместе взятые. При этом их размеры сопоставимы с размером Солнечной системы, то есть квазары в сотни тысяч раз меньше средней галактики.

Астрономы назвали новые космические объекты квазарами и занялись их изучением. На сегодняшний день о них известно не так уж и много: каждый квазар расположен в центре галактики, он постоянно меняет степень яркости, свет от квазаров идет до нас миллиарды лет.

№ 67
Где-то убыло, где-то прибыло. Система «черная дыра – квазар»

Квазары открыты астрономами совсем недавно, в середине XX века. О том, что они собой представляют, до сих пор идут споры. У ученых есть несколько теорий, и какая из них правильная, пока не известно. По одной из версий, квазары – это молодые галактики, зародившиеся совсем недавно, по звездным меркам. В центре такой галактики находится черная дыра, поглощающая вещество. От прилегающей к ней области и исходит яркое свечение. Ведь межзвездный газ вокруг черной дыры всегда находится в разогретом состоянии.

Квазары включают в себя не простые, а сверхмассивные черные дыры, поэтому излучение у них такое мощное. А перемены яркости объясняются так: когда в область притяжения черной дыры попадает новый объект, она вспыхивает. Когда «питание» не поступает, ее свет угасает. Нужно сказать, что аппетит у квазара отменный, он поглощает звезды, их системы, скопления и целые галактики. Со временем черная дыра поглотит все вещество в пределах досягаемости и перестанет светиться. Вероятно, такое произошло и с черной дырой в центре нашей галактики. Она «съела» все, до чего могла дотянуться, и теперь находится в состоянии покоя.

По другой версии, квазары – это не сами черные дыры, а часть системы, состоящей из черной дыры, квазара и соединяющего их туннеля. Черная дыра поглощает объекты, а потом поглощенная энергия выбрасывается через квазар.

Есть еще одна интересная теория: квазары – это такие специальные точки во Вселенной, где образуется новая энергия и материя, которая потом распространяется повсеместно. То есть квазары – это космические батарейки, подпитывающие Вселенную.

Наш мир погружен в огромный океан энергии.

– Никола Тесла

№ 68
Невидимый суперклей. Темная материя

Изучая перемещение объектов во Вселенной, ученые еще в 20–30-х годах XX века заметили странное явление: некоторые галактики двигались с очень высокой скоростью и при этом их звезды не разлетались в разные стороны, хотя, по известным законам физики, должны были. Массы галактик было явно недостаточно для того, чтобы удержать такое количество звезд вместе. Поэтому было выдвинуто предположение, что, кроме видимых небесных объектов, существует какая-то невидимая материя. Масса этой материи и делает галактику достаточно «тяжелой» для того, чтобы она сохраняла устойчивость.

В 1960–1970-х годах астрономы вооружились более мощными приборами и обнаружили новые свидетельства существования неизвестной материи, которую назвали темной. Выяснилось, что если сложить массы всех звезд в любой галактике и сравнить с массой всей галактики в целом, то последняя будет больше. Значит, в галактиках есть невидимое массивное вещество.

Еще одно доказательство существования темной материи: звезды, расположенные на окраинах галактик, движутся практически с такой же скоростью, как звезды в центре. Хотя они должны двигаться медленнее, чтобы оставаться на своих орбитах, ведь по мере удаления от центра гравитация ослабевает. Было сделано предположение, что каждую галактику окружает невидимое гало, состоящее из темной материи и оказывающее гравитационное воздействие на звезды.

Получается, что темная материя действует подобно клею: она при помощи гравитации удерживает вместе звезды, галактики и скопления. Влияние темной материи на развитие и существование Вселенной еще недостаточно изучено, но понятно, что оно очень значительно.

Астрономия – наука загадок.

– Николай Лесков

№ 69
Фантастика или физика? Антиматерия

Антиматерия давно присутствует в фантастических книгах и фильмах, причем у нее довольно зловещая репутация: считается, что она могла бы уничтожить всю Вселенную. Так ли это?

Впервые ученые заговорили об античастицах в 30-х годах XX века, когда активно развивалась квантовая физика. Существование античастицы предсказал английский физик Поль Дирак. Он был уверен, что у каждой элементарной частицы, входящей в состав атома, должен быть зеркальный двойник с идентичной массой и противоположным электрическим зарядом. Очень скоро американский астрофизик Карл Дэвид Андерсон, изучавший космические лучи, обнаружил античастицу электрона – позитрон. Позже в космическом излучении нашли антипротон. Все остальные античастицы ученые получают в лабораторных условиях.

Теоретически, в результате Большого взрыва во Вселенной должно было образоваться равное количество материи и антиматерии, но наблюдения показывают, что это не так. Над загадкой антиматерии сегодня работают физики всего мира. Возможно, в ближайшем будущем будет найден ответ.

Само по себе антивещество не опасно, но если оно взаимодействует с веществом, то происходит выброс энергии невиданной силы. Если соединить 1 кг вещества и столько же антивещества, то количество выделенной энергии будет таким же, как при взрыве 42 мегатонн тротила. Этого достаточно, чтобы стереть с лица земли мегаполис с пригородами. Таким образом, небольшое количество антивещества может производить огромное количество энергии, и ученые вместе с фантастами не могут не задумываться о ее использовании, к примеру, в двигателях космических кораблей. Но на сегодняшний день антивещество может производиться в лабораториях лишь в микроскопических количествах.

Существует лишь то, что можно измерить.

– Макс Планк