Текст книги "99 секретов астрономии"

№ 84
Роковое яблоко Ньютона. Сила тяготения

Все слышали историю о том, как на голову Ньютону упало яблоко и ученого посетило внезапное озарение. Произошло это так: Ньютон сидел вечером в яблоневом саду, на небе светила полная луна. Неожиданно с ветки упал спелый фрукт прямо ему на макушку. В этот момент он понял, что сила, заставляющая яблоко падать вниз, и сила, удерживающая Луну на орбите, – одна и та же. На самом деле никаких подтверждений этой истории нет, скорее всего, это просто красивая легенда. Из дневников ученого становится понятно, что к своей теории он шел постепенно, на протяжении нескольких лет.

В чем же заключается знаменитая теория Ньютона? Из законов движения планет, открытых Кеплером, Ньютон вывел закон всемирного тяготения, который стал основополагающим для такого раздела астрономии, как небесная механика. В этом разделе законы механики используются для расчетов движения небесных тел.

Фундамент механики – это три закона движения, сформулированных Ньютоном. Первый из них – закон инерции. Согласно ему, любое тело либо остается неподвижным, либо сохраняет прямолинейное равномерное движение, если на него не действует никакая сила. Второй закон – закон силы. Если к телу будет приложена сила, то его движение ускорится; чем больше будет эта сила, тем сильнее ускорение. Ускорение также зависит от массы тела. Третий закон – закон противодействия. Любое действие вызывает равное по силе и противоположное по направлению противодействие.

Закон всемирного тяготения объяснял, почему планеты движутся вокруг Солнца, а спутники – вокруг планет, почему небесные тела имеют шарообразную форму, а на Земле происходят приливы.

Гравитацию я определяю как силу, подобную магнетизму – взаимному притяжению. Сила притяжения тем больше, чем оба тела ближе одно к другому.

– Иоганн Кеплер

№ 85
Разложить по полочкам. Каталог Шарля Мессье

Шарль Мессье составил свой каталог еще в XVIII веке, но он до сих пор пользуется популярностью у астрономов-любителей – потому что в их распоряжении телескопы приблизительно такой же мощности, какой был у французского ученого. Мессье описал самые близкие, интересные и хорошо изученные на сегодняшний день астрономические объекты. Он называл их туманностями, но сегодня мы знаем, что большая часть из них – галактики, звездные скопления, остатки сверхновых и т. п. Хотя туманности тоже имеются.

Сам Мессье был охотником за кометами, он выискивал на небе эти движущиеся объекты, а туманности мешали его наблюдениям. При той мощности телескопа, которая была ему доступна, и те и другие выглядели размытыми пятнами, только кометы двигались, а туманности оставались неподвижными. Шарль Мессье составил каталог для того, чтобы иметь возможность отличать одни от других.

№ 86
Сколько километров в году? Космические расстояния

Космические расстояния поражают своими масштабами, и, конечно, для их измерения не годятся наши земные километры. Одна из важнейших единиц измерения в астрономии – световой год. Это расстояние, которое проходит свет за год.

Если учесть, что скорость света составляет 300 тысяч километров в секунду, то получается 9400 миллиардов километров. Эта поражающая воображение цифра и используется астрономами при измерениях и вычислениях. Есть в астрономии и более мелкая, чем год, единица измерения. Она равна среднему расстоянию от Земли до Солнца (149 600 000 км) и называется астрономической единицей.

Самый далекий от нас космический объект, который можно увидеть невооруженным глазом, – туманность Андромеды. Расстояние до нее от Земли составляет 2 миллиона световых лет. То есть тот свет, который мы видим сейчас, покинул туманность 2 миллиона лет назад. Мы видим ее такой, какой она была тогда. Как она выглядит сейчас, мы никогда не узнаем, у нас нет такой возможности.

Получается, что астрономия, по крайней мере тот ее раздел, который занимается далекими объектами, – это наука о прошлом. Глядя на ночное небо, мы видим прошлое звезд. Возможно, некоторые из них уже не существуют, но их свет только сейчас достиг нашей Солнечной системы.

Свет ближайшей к нам звезды, Солнца, доходит до Земли за 8 минут. Это не очень много, но все же и Солнце мы наблюдаем не в реальном времени. Замечая при помощи специальных приборов вспышку на Солнце, астрономы знают: на самом деле она произошла 8 минут назад. Самые отдаленные галактики, о существовании которых известно астрономам, находятся в 10–15 миллиардах световых лет от нас.

Всегда чти следы прошлого.

– Цецилий Стаций

№ 87
Кто рано встает, тот… видит Меркурий. Когда смотреть в телескоп

Начинающему астроному легче всего обнаружить на небе планеты земной группы – Меркурий, Венеру и Марс. Первые две планеты ближе к Солнцу, чем Земля, то есть они находятся внутри орбиты нашей планеты. Чтобы найти их на небе, нужно обратить внимание, в какой стороне располагается светило. Если наблюдения происходят перед восходом, значит, нужно смотреть на восток, если после заката – на запад. Меркурий расположен ближе к Солнцу, Венера – чуть дальше. Помните об этом, чтобы не перепутать эти две планеты.

Марс находится в полтора раза дальше от Солнца, чем Земля, он удален от нашей планеты на значительное расстояние (в среднем 225 миллионов километров), поэтому наблюдать его лучше в периоды противостояний, когда он максимально приближается. Сближения Земли и Марса случаются каждые 2 года и 50 дней, великое противостояние – раз в 15–17 лет.

№ 88
Вырваться за атмосферу. Дирижабль-звездолет Циолковского

Многие ученые и изобретатели, начиная с Иоганна Кеплера, открывшего в XVI веке законы движения планет, думали о полетах в космос. Но только основоположник теоретической космонавтики Константин Циолковский смог разработать проекты космических кораблей, близкие к современным.

Он понимал: чтобы преодолеть притяжение и вырваться за пределы атмосферы, нужна очень большая скорость, но при этом космонавты должны выдержать перегрузки. Для осуществления этой задачи Циолковский предлагал строить так называемые «ракетные поезда» – многоступенчатые ракеты. Когда одна ракета сжигала топливо, она отсоединялась, в дело вступала следующая и т. д. В итоге в космос летел легкий аппарат. Еще один значимый проект ученого – «дирижабль-звездолет», очень похожий на современные космические корабли многоразового использования.

№ 89
Человек в космосе! Полет Юрия Гагарина

12 апреля 1961 года Юрий Гагарин, первый космонавт в истории человечества, произнес «Поехали!» и отправился в неведомое на корабле «Восток-1». Подготовка к этому знаменательному событию велась много лет, ракеты подвергались сложнейшим испытаниям, будущие космонавты проходили экстремальную подготовку, на грани человеческих возможностей.

Ситуацию усугубляло соперничество с американскими ракетостроителями: нужно было опередить их и закрепить за СССР первенство в космосе. В других обстоятельствах конструкторы не стали бы спешить, потратили бы еще несколько лет на испытания, чтобы увеличить надежность корабля. Но времени не было, и полет состоялся в 1961 году. Несмотря на некоторые вне штатные ситуации (ракета-носитель отключилась с опозданием, разделение отсеков при приземлении тоже произошло не сразу), полет прошел нормально. Человечество вступило в новую эру.

№ 90
Летающая лаборатория. Орбитальные станции

Конструкторы-теоретики за много лет до первого полета человека в космос начали разрабатывать проекты орбитальных станций, искусственных спутников Земли. Они проектировали целые космические города (с гостиницами для космонавтов, оранжереями и спортзалами), которые, кроме всего прочего, должны были служить перевалочными пунктами. Планировалось, что на станциях ракеты будут получать дозаправку и лететь дальше в космос.

В реальности все выглядит гораздо скромнее, и не потому, что построить космический город невозможно, а потому, что это очень дорого. Тем не менее орбитальные станции выполняют множество важнейших задач: с них ведется наблюдение за космическими объектами и за нашей планетой (изучается ее геофизическое, метеорологическое состояние), проводится множество уникальных научных экспериментов, невозможных в условиях Земли.

№ 91
Наши за границей Солнечной системы. Космическая одиссея «Вояджеров»

По меркам Вселенной, наша Солнечная система невелика – ее диаметр составляет всего 180 астрономических единиц (расстояний от Земли до Солнца). Но для нас, землян, она невообразимо огромна. Развитие науки и техники пока не позволяет отправить к границам Солнечной системы пилотируемые космические корабли, но первые беспилотные аппараты уже достигли этих отдаленных рубежей.

«Вояджер-1» и «Вояджер-2», созданные и запущенные НАСА еще в 1977 году, до сих пор бороздят просторы Вселенной. Они первыми сфотографировали Сатурн и Юпитер, «Вояджер-2» стал единственным космическим аппаратом, который добрался до самых отдаленных планет, Урана и Нептуна. А «Вояджер-1», движущийся по более короткой траектории, в 2012 году первым пересек границу Солнечной системы и вышел в межзвездное пространство. Энергии аппаратов должно хватить до 2025–2030 гг., ученые уверены, что за это время успеют получить еще немало ценной информации.

№ 92
Галилей был бы счастлив! Космическая миссия зонда «Галилео»

В начале XVII века Галилео Галилей обнаружил спутники Юпитера, а почти через четыре столетия космический аппарат, названный именем великого ученого, отправился изучать эти спутники и саму планету с ближайшего расстояния. Эта экспедиция принесла множество открытий. Ученые получили точные сведения о составе атмосферы планеты, свойствах ее магнитного поля и спутниках. Им даже посчастливилось при помощи «Галилео» наблюдать падение кометы на поверхность Юпитера.

Больше всего астрономов удивила Европа, шестой спутник Юпитера. В отличие от всех остальных известных спутников, испещренных кратерами и трещинами, Европа имеет ровную и гладкую поверхность. Предположительно, это лед. А там, где есть лед, может быть вода и, соответственно, самые разные формы жизни, от микроорганизмов до неведомых земной науке существ.

№ 93
Армагеддона не будет. Программа слежения за астероидами

Все мы смотрели фильмы, в которых к Земле движется астероид, угрожая разрушить все живое, а доблестный герой спасает планету, отправляясь к астероиду на космическом корабле с тонной взрывчатки. Насколько реальна опасность столкновения Земли с астероидом? Известно, что астероиды уже падали на Землю. Существует версия, что динозавры вымерли из-за того, что наша планета столкнулась с астероидом. Доказать или опровергнуть эту теорию довольно сложно.

Столкновение астероида с Землей, действительно, очень опасно. Падение небольшого астероида способно причинить огромный ущерб. Если же его размер достигнет 3 км, это может полностью разрушить цивилизацию.

Такой массивный астероид довольно легко обнаружить. По наблюдениям ученых, все крупные астероиды спокойно движутся по своим орбитам и приближаться к Земле не собираются. Тем не менее существует специальная программа, в рамках которой ведется постоянное наблюдение за астероидами. Астрономы день и ночь «прочесывают» космос в поисках потенциально опасных астероидов, которые могли бы угрожать нашей планете. К счастью, пока никакой реальной опасности нет.

Что можно сделать, если астероид все же решит приблизиться к Земле? Спасти планету возможно, если изменить его орбиту. Для этого нужен взрыв рассчитанной силы и мощности. Для расчетов понадобится много данных: точный размер астероида, его траектория, состав и т. д. Взрывчатое вещество должно быть направлено к астероиду в ракете, которая, столкнувшись с ним, заставит его отклониться в другую сторону, подальше от Земли.

Спасение утопающих – дело рук самих утопающих.

– Илья Ильф и Евгений Петров

№ 94
В поиске братьев по разуму. Возможность внеземной жизни

Во Вселенной существует бесконечное количество звезд, подобных нашему Солнцу, вокруг многих звезд имеются планеты, образуя системы, схожие с нашей Солнечной. Неужели ни на одной из миллиардов планет нет жизни? Многие ученые уверены: где-то во Вселенной существуют какие-то формы жизни. Скорее всего, они совершенно не похожи на земную, возможно, отличия настолько кардинальны, что никакое общение и взаимодействие невозможно.

Но даже если иные формы жизни и существуют, найти их совсем не просто: расстояния велики, а наши технические средства ограничены. Сегодня поиск внеземных цивилизаций ведется в основном при помощи радиотелескопов: ученые пытаются обнаружить сигналы искусственного происхождения. Пока никаких инопланетных позывных не зафиксировано, но Вселенная велика, и надежда астрономов не умирает.

№ 95
Слепящий лик Солнца. Как безопасно наблюдать за нашим светилом

Среди астрономов-любителей популярна такая шутка: посмотреть на Солнце в телескоп можно два раза в жизни – правым и левым глазом. Как можно догадаться, доля правды в этой шутке достигает 100 процентов. Смотреть на Солнце опасно даже невооруженным глазом, что уж говорить о приборе, который фокусирует свет и многократно приближает к нам ослепительно сияющую звезду! В общем, всем начинающим астрономам следует запомнить: смотреть в телескоп на Солнце, не используя специальные методы, нельзя.

Первый метод безопасного наблюдения за Солнцем – проекция. В этом случае телескоп работает как проектор слайдов. Солнечные лучи попадают в объектив, а изображение проецируется на установленный перед окуляром экран. Наблюдатель не смотрит в окуляр телескопа, он наблюдает за светилом на экране и избегает опасности сжечь сетчатку глаза.

Второй метод, более технологичный, – использование специального солнечного фильтра. Такие светофильтры бывают внешние и внутренние. Первые закрепляются перед объективом, то есть свет попадает в телескоп только после того, как минует фильтр. Вторые надеваются на окуляр. Они пропускают меньше света, но считаются менее безопасными, потому что могут повредиться от сильного нагрева. Если наблюдатель не заметит этого сразу, зрению может быть нанесен вред.

У профессиональных астрономов есть возможность подробно и без опасности для глаз рассмотреть нашу звезду – не так давно были придуманы специальные «солнечные» телескопы, оснащенные высокотехнологичными многослойными фильтрами. Они задерживают большую часть солнечного излучения и при этом не мешают рассматривать светило в мельчайших подробностях.

Краше солнца – нету в мире бога, нет огня, огня любви чудесней.

– Максим Горький

№ 96
Галактика как телескоп. Гравитационные линзы

При помощи стеклянной линзы можно сфокусировать свет и приблизить изображение – это происходит благодаря преломлению света на границе стекла и воздуха. А что представляет собой гравитационная линза, может ли она увеличивать изображение?

Гравитация зависит от массы, следовательно, гравитационные линзы – это массивные объекты: звезды, галактики, скопления галактик. В вакууме космоса свет движется по прямой, никуда не отклоняясь. Так свет далеких звезд доходит до нашей планеты, и мы можем наблюдать светила.

А что случится, если на пути света окажется область сильной гравитации? Согласно теории относительности, мощное поле гравитации искривляет пространство, значит, луч света искривится и произойдет преломление, как в линзе. Таким образом далекие объекты, находящиеся позади гравитационных линз, становятся более близкими.

№ 97
Невидимые волны информации. Космическое излучение

Возможности человеческого восприятия ограничены: мы не можем видеть инфракрасное, рентгеновское, гамма-излучение или, к примеру, слышать ультразвук. К счастью, современная наука создала множество приборов, позволяющих познавать мир во всех его разнообразных проявлениях.

До изобретения радиотелескопов астрономы наблюдали Вселенную лишь в видимом диапазоне, с их появлением стало возможным исследовать электромагнитное излучение, идущее от всех космических объектов. Это очень сильно продвинуло астрономическую науку вперед. Существует мнение, что количество открытий, совершенных при помощи радиотелескопов, превосходит количество открытий, сделанных до того, как появились эти исследовательские инструменты. В радиотелескопе вместо зеркала или линзы используется специальная антенна, фокусирующая электромагнитные волны. Далее информация обрабатывается радиометром и передается на монитор.

Радиоволны – далеко не единственный вид электромагнитного излучения, идущего из космоса. К примеру, звезда в момент своего образования испускает инфракрасные волны, а в зрелой стадии, когда в ядре происходят реакции ядерного синтеза, она излучает видимый свет. Разогреваясь до тысяч градусов, светило отправляет в пространство ультрафиолетовые волны, фотоны. В момент взрыва излучение становится рентгеновским, а если звезда становится черной дырой, она начинает испускать гамма-лучи. Все эти излучения сегодня можно зафиксировать телескопами соответствующей специализации, при этом большая их часть находится на околоземной орбите, так как земная атмосфера не пропускает многие виды космических лучей.

Целью научных знаний должно быть направление ума таким образом, чтобы он выносил прочные и истинные суждения о всех встречающихся предметах.

– Рене Декарт

№ 98
Вселенная глазами телескопа «Хаббл»

Огромный космический телескоп «Хаббл», запущенный НАСА и Европейским космическим агентством в 1990 году, уже третий десяток лет несет вахту на околоземной орбите. Это автономная обсерватория, которая находится за пределами земной атмосферы и может изучать различные виды излучений, идущих из космоса. За годы работы «Хаббл» предоставил ученым огромное количество ценной информации, которую невозможно было получить, исследуя небо при помощи приборов, находящихся на Земле. Благодаря околоземному телескопу, астрономы пересмотрели многие научные теории.

В момент запуска «Хаббла» астрономы не знали точного возраста Вселенной, цифры были очень приблизительные – от 10 до 20 миллиардов лет. Изучение пульсаров, проведенное телескопом, позволило определить, что нашей Вселенной 13,8 миллиардов лет. «Хаббл» помог установить ускорение, с которым расширяется Вселенная, с его помощью были исследованы сверхмассивные черные дыры, находящиеся в центре нашей галактики, – до «Хаббла» знания о них были чисто теоретическими. Мощный телескоп способен заглядывать не только в далекие уголки Вселенной, но и в ее прошлое, с его помощью астрономы узнали многое об этапах формирования звезд, галактик и их скоплений.

За время службы «Хаббла» к нему летали четыре экспедиции для ремонта и технического обслуживания. Первоначально инженеры думали, что телескоп прослужит около 15 лет, но «Хаббл» превзошел все ожидания. Тем не менее, оборудование изнашивается, и очень скоро самый выдающийся телескоп прекратит свою работу, а ему на смену придет новая, более совершенная летающая обсерватория.

Человек затерян в глухом углу Вселенной.

– Блез Паскаль

№ 99
Фантастическое будущее. Планы на XXI век

В XX веке было совершено множество потрясающих открытий в области физики, среди них – теория относительности Эйнштейна, квантовая механика, ядерный синтез. Все это привело к мощному прорыву, одним из результатов которого стало освоение человеком космического пространства. На рубеже XX–XXI веков, по мнению многих ученых, тоже произошел прорыв, теперь уже в области астрономии. Связан он в первую очередь с совершенствованием технических средств наблюдения за космосом. Благодаря мощным телескопам, вынесенным на орбиту и беспилотным станциям, отправленным в дальние уголки Солнечной системы, наши знания о Вселенной перешли на новый уровень.

Ресурсы последнего прорыва еще не исчерпаны, ученые продолжают изучать Вселенную, ее происхождение, структуру, процессы, которые в ней происходят. Исследование космических излучений и частиц, моделирование глобальных процессов космоса может привести к новому прорыву – созданию Единой теории всего.

Среди ближайших планов астрономии и космонавтики – новые астрофизические лаборатории на орбите и за ее пределами, исследование Солнца, освоение Луны и колонизация Марса. Один из проектов колонизации Красной планеты выглядит так: группа марсонавтов отправляется на Марс, в распоряжении колонизаторов – ядерный реактор, который обеспечит их энергией, оборудование для выращивания и синтезирования продуктов, лекарств и всего, что нужно человеку для нормального существования. Каждые два года, в моменты противостояния Земли и Марса, на Красную планету будут отправлять контейнеры с нужным грузом и новых добровольцев. Со временем марсианская колония станет полностью независимой от Земли.

Все, что мы ни знаем, мы знаем благодаря мечтам мечтателей, фантазеров и ученых-поэтов.

– Владимир Вернадский