Так были ль американцы на Луне? 2 страница
Магеллановы Облака находятся от нас на расстоянии примерно 160 тыс. световых лет. Затем идут 2-3 галактики средних размеров, в том числе и МЗЗ правильная спираль, наблюдаемая в созвездии Треугольника. Все остальное — карликовые галактики, большинство из которых имеют эллиптическую форму.
В общем, современные астрономы насчитали порядка 25 объектов, находящихся в пространстве протяженностью около 3 млн световых лет.
Такое скопление галактик в «местной системе» довольно-таки распространенное явление во Вселенной. Как, впрочем, и наш Млечный Путь — обычная галактика, а Солнце — рядовая звезда типа «желтый карлик».
«Строения» Вселенной. Во Вселенной известны и многие другие образования. Самое близкое из них в созвездии Девы, находящемся на расстоянии 4050 млн световых лет: оно содержит свыше 3 тыс. галактик. Внимательное изучение подобных сверхскоплений приводит к мысли, что и сами они входят в более значительные объединения. «Местная система», созвездия Девы и Большой Медведицы, несколько других ближайших к нам сверхскоплений, по-видимому, часть того, что ученые называют Метагалактикой.
А что находится между галактиками? С помощью гигантского телескопа Паломарской обсерватории в середине 70-х годов нашего века были сфотографированы «нити» и целые «мосты», связывающие некоторые галактики. На основании этих данных группа исследователей из Института астрофизики и физики атмосферы Академии наук Эстонии под руководством академика Я. Э. Эйнасто предложила несколько лет назад концепцию гипергалактик, которую охочие на хлесткие сравнения журналисты окрестили «сотами Вселенной».
|
|
|
Суть этой концепции заключается в следующем. Когда специалисты принялись внимательно рассматривать крупномасштабную объемную карту Вселенной, созданную на основании наблюдений последних лет, то обратили внимание, что галактики в ней располагаются отнюдь не равномерно, а составляют как бы стенки ячеек, «сот», заполненных чем-то не видимым глазу.
Работа эстонских астрофизиков получила всеобщий резонанс, во всем мире группы исследователей стали работать в этом направлении. И как раз в тот момент, когда я был в институте, там получили сообщение о работе ученых Гарвардского университета. Когда американские исследователи попытались составить карту еще более крупных размеров, то выявили, что сами по себе «соты» складываются в некое еще более крупномасштабное образование. Оно получило название «Великой стены».
Стена эта представляет собой конгломерат, сложенный из тысяч галактик, подобных нашему Млечному Пути. Ее размеры еще недавно показались бы неправдоподобными: длина — 0,5 млрд, ширина 200 млн, а толщина 15 млн световых лет!
|
|
|
«Великая стена» — самая крупная структура, обнаруженная за последнее время, заявила по этому поводу одна из составительниц карты Маргарет Геллер. Ее существование оказалось для астрономов большой неожиданностью. Тем не менее приходится смотреть правде в глаза: по мере того как при изучении Вселенной мы переходим к все более крупным масштабам, увеличиваются и структуры, которые мы обнаруживаем. Сначала это были как бы озера звезд. Потом мы открыли моря. А сегодня речь идет уже об океанах. И думаю, что если мы начнем пользоваться все более мощными телескопами, то обнаружим и еще большие структуры.
Карта, составленная в Гарварде, отображает клиновидную часть небосвода, соответствующую площади менее чем 0,9 процента видимой Вселенной. Любое увеличение потребует серьезных дополнительных усилий — ведь и данное изображение синтезировано по результатам многолетних наблюдений ученых многих стран. Так что, говоря строго, пока неизвестно, как широко простирается «Великая стена» за пределы изученного участка, единственная ли она в своем роде.
Правда, есть возможность проверить это с максимальной экономией средств и сил — провести дополнительное изучение Вселенной в таком же узком секторе, но, скажем, в противоположном направлении.
|
|
|
Взгляд в сторону Северного и Южного полюсов именно здесь на небе видно меньше всего звезд, а значит, удается подальше заглянуть в глубь Вселенной — показал, что на расстоянии в 20 млн световых лет от нашей Галактики действительно существуют скопления материи.
«Подобные регулярные образования, — заключили ученые, — можно в каком-то смысле уподобить крепостным башням, которые, как известно, есть и на Великой стене, построенной древними китайцами».
И наконец, последнее известие на эту тему. Недавно пришло сообщение о том, что французские астрономы Жан-Клод Пеккер, Жан-Поль Вижье, Жан Эйдман и их коллеги уподобили строение Вселенной некой сверхгигантской аналогии клеточной структуры. Галактики, по их мнению, располагаются как бы на ребрах, гранях и вершинах многогранников размером порядка 200 млн световых лет каждый. «Это чем-то напоминает распределение клетчатки в растительных тканях», — заявили исследователи.
Однако клетчатка заполнена внутри клеточным соком, имеет ядро и много чего еще. А чем заполнено пространство между стенками? Нам оно кажется пустым. Но так ли это?
|
|
|
Впрочем, прежде чем мы с вами займемся выяснением, что содержат «соты» или «клетки» Вселенной, нам придется обсудить еще одну проблему: неподвижны ли звезды и галактики вокруг нас?
Куда убегают звезды? Долгое время астрономы полагали, что звезды находятся в покое. Движутся лишь планеты, обращающиеся вокруг Солнца. Даже Альберт Эйнштейн, создавая свою знаменитую теорию относительности, полагал, что «все во Вселенной дышит покоем». Однако когда полученные им уравнения проанализировал в 1922-1924 годах российский теоретик Александр Фридман, то оказалось, что это далеко не так. Если пространство равномерно заполнено массивными телами, то такая система не может быть долго в состоянии покоя — она обязательно должна либо расширяться, либо сжиматься.
Эйнштейн попробовал было оспорить выводы Фридмана, однако с точки зрения математики в них все было безупречно. Да тут еще в 1924 году американский астроном Эдвин Хаббл на практике пришел к выводу, что, по крайней мере, некоторые галактики определенно движутся. Линии их спектров оказались не на своих законных местах, а сдвинуты в сторону.
Пытаясь хоть как-то объяснить замеченное явление, Хаббл в конце концов пришел к выводу, что во всем виноват эффект Доплера.
Этот эффект, названный так по имени австрийского физика Доплера, который еще в 1842 году обратил внимание, что гудок стоящего паровоза и гудок движущегося кажутся нам разной высоты. Когда поезд удаляется, тон гудка понижается, при приближении, напротив, повышается.
Потом французский физик А. Физо распространил понятие доплеровского смещения не только на акустику, но и на оптику. Ну а американец Хаббл отметил, что свет удаляющихся звезд смещен в красную сторону спектра. Иными словами, он выяснил, что галактики убегают от нас. Или мы, соответственно, от них.
В дальнейшем ученые обнаружили, что чем дальше отстоят эти галактики от нашей, тем больше красное смещение, тем выше, значит, скорость их убегания. Так родилась гипотеза о расширяющейся Вселенной.
Переучет на небесах. К 70-м годам нашего столетия ученые пришли к выводу, что мы с вами живем в протонной Вселенной. Ведь и звезды, и межзвездный газ состоят где-то на 72 процента из водорода, на 25 процентов из гелия и лишь оставшиеся 3 процента приходятся на все другие элементы и соединения. Общая масса планет, астероидов и т. д., где соотношение элементов иное, настолько незначительна в общем балансе, что ее можно и не принимать во внимание.
Масса же ядра того же водорода состоит в основном из протона. И атом гелия тоже состоит наполовину из протона. Таким образом и получается, что протоны составляют около 85 процентов массы.
Однако последние годы замечено, что, похоже, баланс этот стал нарушаться. Астрономы увидели: звезды внутри галактик, да и сами галактики, движутся во Вселенной так, словно на их передвижение влияет какая-то дополнительная масса.
Причем величина этой скрытой массы отнюдь не малая — наблюдаемые нами звезды и галактики, согласно расчетам, составляют всего-навсего от 1 до 10 процентов общей массы Вселенной.
Где скрывается скрытая масса? В поисках недостачи ученые стали примерять на роль носителя скрытой массы различные объекты.
Так, например, часть исследователей полагает, что большую часть массы берут на себя звезды-карлики — те бывшие светила, которые прошли уже свой цикл жизненного развития, перестали светиться, а потому и невидимы. Но они по-прежнему содержат в себе немалое количество вещества, причем в весьма сверхплотном состоянии. Согласно некоторым расчетам, получается, что наперсток вещества с такой звезды может весить около 1 млрд т!
Другие полагают, что одних карликов для покрытия недостачи мало, и предлагают покрыть ее за счет антиматерии. Дело в том, что в январе 1996 года группе физиков из Европейского центра ядерных исследований впервые за всю историю человечества удалось получить то, что до сей поры считалось предметом фантастическим, — несколько атомов антиводорода.
Эти антиатомы послужили иллюстрацией возможности существования наряду с нашим миром еще и некоего зазеркального, где все наоборот: электроны обладают положительным зарядом, протоны — отрицательным и т. д.
Ныне выдвинуто предположение, что в космосе возможно существование двух или даже нескольких замкнутых пространств, в одних из которых доминирует материя, а в других — антиматерия. По этому поводу известный писатель-фантаст Станислав Лем выразился однажды так: «Представьте себе, вы пустили десяток-другой мыльных пузырей, и они плывут рядышком по воздуху. Подобное происходит и во Вселенной. Мы живем в мире с положительно заряженной материей, а где-то, быть может, кочуют во Вселенной антимиры».
Вот эти-то антимиры и создают то гравитационное воздействие, которое обуславливается эффектом скрытой массы. Ведь, как полагают многие физики, в этом мире большинство законов природы должно быть таким же, как и в нашем мире. По крайней мере, яблоки под действием силы тяжести падают вниз, а не летят вверх.
Однако такое трактование имеет и свои недостатки. Во-первых, непонятно, каким образом эти антимиры скрываются от земных наблюдателей? Во-вторых, как полагают некоторые теоретики, по крайней мере, в некоторых из таких антимиров может существовать и антимасса, в какой-то мере уравновешивающая массу. А стало быть, в этом случае количество антимиров должно составлять не половину, а намного превосходить количество миров (не забывайте, нам необходимо компенсировать до 99 процентов общей массы). Но почему тогда в природе наблюдается такая асимметрия?..
В общем, надо было поискать еще какое-нибудь объяснение наблюдающимся событиям. И оно, конечно, было найдено. «Недостающая масса скрывается в черных дырах», — предполагают ныне многие исследователи.
Пропасти космоса
«Черные дыры» — уже сами эти слова подразумевают тайну, путь в неизведанное. Откуда же они взялись?
«Курьез» Вселенной? Возможность их существования вытекала из общей теории относительности Альберта Эйнштейна, сформулированной им еще в 1915 году, но долгое время многими учеными воспринималась не более как научный курьез — игра ума теоретиков. Но ныне, кажется, положение меняется.
Предполагается, что черные дыры могут иметь самые различные размеры. На одном конце шкалы сверхтяжелые черные дыры с массой, превышающей массу нашего Солнца в 100 млн раз, они находятся в центре квазаров — источников колоссальной энергии, действующей в глубинах Вселенной. Что касается другого конца шкалы, то астрономы рассматривают сейчас вероятность существования черных минидыр, плавающих в космосе и обладающих массой горы, «спрессованной» в точку размером с атомную частицу.
В общем, черные дыры настолько необычны, что можно было бы приписать их появление писателямфантастам. Однако не они первые додумались до возможности их существования. Впервые существование подобных объектов было предсказано французским математиком Пьером Лапласом еще в 1796 году. Он отметил, что в соответствии с законом всемирного тяготения Ньютона небесное тело с достаточно большой силой притяжения не даст возможность ничему, даже свету, ускользнуть от него. И поэтому оно должно быть абсолютно невидимым, то есть стать черной дырой.
Впрочем, вывод Лапласа долгое время оставался не более чем теоретическим курьезом. Подобная история повторилась еще раз, в 1939 году, когда группа физиков, возглавляемая Робертом Оппенгеймером, ставшим впоследствии отцом атомной бомбы, доказала, что аналогичный вывод следует из общей теории относительности Альберта Эйнштейна.
Астрономы полагали, что если даже черные дыры и существуют, то, согласно теории, они должны быть невидимыми, и поэтому их невозможно обнаружить. Так стоит ли вообще беспокоиться?
Подобное отношение изменилось только в 1968 году, когда радиоастрономы из Кембриджа объявили об открытии пульсаров — небольших по космическим масштабам, даже крошечных пульсирующих объектов, которые, как вскоре выяснилось, оказались нейтронными звездами. Они представляют собой небесные тела со столь высокой концентрацией материи, чтр наперсток вещества такой звезды может весить 1 млн т!
Свое название они получили из-за того, что, по мнению теоретиков, электроны и протоны атомов вещества, из которого когда-то состояли эти небесные тела, были «смяты» силой гравитации до такой степени, что превратились в более компактные нейтроны.
Нейтронные звезды — важный ключ к пониманию природы образования черных дыр, поскольку эти два объекта, по всей вероятности, возникли одинаковым путем — в результате гибели больших звезд.
Сценарий тут примерно таков. Звезды, как и люди, имеют свой цикл жизненного развития. Причем светила, превышающие по массе наше Солнце в десятки, а то и сотни раз, на последней стадии своего существования, перед тем как угаснуть окончательно, на короткое время превращаются в сверхновые звезды. Говоря попросту, они взрываются, разбрасывая вокруг осколки вещества. То же, что остается после взрыва — масса, примерно соответствующая весу Солнца, — может затем превратиться в нейтронную звезду, сжавшись под действием собственной силы тяжести. Если же остаток достаточно велик, как минимум втрое превышает массу Солнца, то сжатие может оказаться настолько сильным, что бывшая звезда превратится в черную дыру.
Так, по крайней мере, получалось по расчетам теоретиков. Но соответствует ли это действительности? И как можно обнаружить черные дыры?
Это и попытался выяснить профессор Стивен Хокинг из Кембриджа в конце 60-х годов.
Черные дыры, кажется, «засветились». Что происходит, когда огромное количество звездного вещества втягивается в черную дыру? Эту проблему Хокинг исследовал вместе со своим коллегой Роджером Пенроузом, ныне профессором Оксфорда. У них получилось, что вещество достигает точки сингулярности, где плотность становится бесконечной и все физические законы перестают действовать.
Иными словами, происходит нечто прямо противоположное расширению Вселенной — своего рода Большой взрыв, только с обратным знаком. Так первичная точка, из которой родилась Вселенная, становится матерью всех дальнейших сингулярностей.
Тогда же, 30 лет назад, в голову Хокинга пришла еще одна идея. Черные дыры, по его мнению, не совсем черные. Когда Хокинг применил для анализа квантовую механику, вышло, что черные дыры при определенных условиях должны испускать в окружающее пространство некие частицы. С ними они мало-помалу теряют свою энергию и, уменьшаясь в размерах, могут со временем взорваться.
Теоретически радиацию Хокинга — так теперь называют подмеченное им явление — можно зафиксировать экспериментально. Этим сейчас и занимаются астрофизики многих стран.
Первое важное свидетельство существования подобных объектов появилось в 1971 году, когда с помощью спутников в созвездии Лебедя был обнаружен источник рентгеновского излучения, названный Лебедем Х-1. Он обращался по орбите вокруг голубой сверхгигантской звезды, в 30 раз превышающей по массе Солнце.
Вообще-то говоря, ничего особенного в обнаружении двойной звезды не было — на сегодняшний день таких объектов обнаружено во Вселенной уже несколько сотен. Из них порядка 150 двойных звездных систем испускают рентгеновское излучение. Почти во всех случаях оно вызывается горячим газом, попадающим на нейтронную звезду со звезды-"компаньона". Но в случае с Лебедем Х-1 наблюдения показали, что источник рентгеновского излучения должен иметь массу, вдесятеро большую, чем у Солнца. А это слишком много для нейтронной звезды. Тогда что черная дыра? «Природа Лебедя Х-1 представляется достаточно определенной, — сказал по этому поводу доктор Питер Стенфорд из Муллардской лаборатории космических исследований в Лондоне. — Суть явления заключается в том, что газ с видимой звезды»компаньонки" втягивается в исключительно сильное гравитационное поле, окружающее черную дыру, и нагревается до десятков миллионов градусов, испуская при этом рентгеновское излучение".
Почему же при этом сама звезда не проваливается в черную дыру? По той же причине, по какой Луна не падает на Землю: два небесных тела удерживаются в равновесии в результате их орбитального движения друг вокруг друга.
Вслед за первым открытием последовало другое. Стенфорд и его коллеги исследовали другой, еще более интригующий объект, получивший название Х-Персея. Здесь была обнаружена черная дыра, превышающая по массе наше Солнце в 40 раз.
И пошло-поехало — открытия черных дыр посыпались как из рога изобилия. Скажем, одна такая «дыра» была обнаружена неподалеку от нас — в каких-нибудь 20 млн световых лет от нашей Солнечной системы. Конечно, подобное образование так и не удалось увидеть воочию. Однако наблюдатели обратили внимание, что в галактике М87 слишком уж возрастает яркость звездного света по направлению к центру. «Такое ощущение, что звезды там решили устроиться плотно, словно селедки в бочке, — сказал по этому поводу американский астроном Тодд Лауэр. — Это явно неспроста».
В эту замечательную точку и был нацелен орбитальный телескоп «Хаббл». На полученных снимках ученые увидели нечто, напоминающее по конфигурации воронку мыльной воды, сливаемой в отверстие ванны. Только в небе кружилась не вода, а межзвездный газ.
Спектрограф телескопа, специально предназначенный для оценки параметров смутных объектов, измерил длину волны излучения в тех частях газовой спирали, которые удаляются или, напротив, приближаются к нам. Разница в величинах позволила определить скорость вращения воронки. Она оказалась ошеломляющей — 1920 тыс. км/ч! Отсюда нетрудно оказалось вычислить и гравитационную мощность черной дыры. Масса этого объекта оказалась эквивалентна 3 млрд Солнц при практически одинаковых диаметрах.
И эта находка — не единственная. Немногим позднее в нашей родной Галактике Млечный Путь была обнаружена еще одна дыра, правда, миниатюрнее первой. Она имеет массу «всего лишь» в 1,3 млн масс Солнца.
Каждой галактике — по дыре? «Все свое имущество я еще не готов прозакладывать в споре, что черные дыры существуют в действительности, — заявил недавно на научной конференции Дуглас Ричстоун, астрофизик из Мичиганского университета, — но машину уже готов заложить. И поверьте, это очень хороший автомобиль».
А между тем за Ричстоуном издавна ходила слава самого консервативного астрофизика Западного полушария. И что же тогда заставило его если не окончательно расстаться со своими сомнениями, то, по крайней мере, в значительной степени продвинуться по пути полного признания черных дыр? Открытия, сделанные примерно полгода назад…
Наблюдения, сделанные с помощью космического телескопа «Хаббл» и двух мощных телескопов на Гавайях, привели ученых к выводу, что у каждой галактики, в том числе и у нашего Млечного Пути, есть своя черная дыра.
Дата добавления: 2021-04-15; просмотров: 54; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!