Развитие представлений о Вселенной

Вот Галилей направляет телескоп на Луну и видит не эфирное светило из легких газов, как представляли его себе философы, а планету, подобную Земле, с обширными равнинами, с горами, высоту которых ученый остроумно определил по длине отброшенной ими тени.

А вот перед ним величавый царь планет – Юпитер. И что же оказывается? Юпитер окружен четырьмя спутниками, которые вращаются вокруг него, воспроизводя в уменьшенном виде Солнечную систему.

Труба направлена на Солнце (через закопченное стекло). Божественное Солнце, чистейший образец совершенства, покрыто пятнами, и их передвижение показывает, что Солнце вращается вокруг своей оси, как и наша Земля. Подтвердилась, и как быстро, догадка, высказанная Джордано Бруно!

Телескоп обращен на таинственный Млечный Путь, эту туманную полосу, пересекающую небо, и она распадается на бесчисленное множество звезд, дотоле недоступных взору человека! А разве не об этом говорил три с половиной столетия назад смелый провидец Роджер Бэкон? Всему приходит свое время в науке, надо только уметь ждать и бороться.

Нам, современникам космонавтов, трудно даже представить себе, какой переворот в мировоззрении людей произвели открытия Галилея. Система Коперника величественна, но мало понятна уму простого человека, она нуждалась в доказательствах. Теперь доказательства явились, их привел Галилей в книге с прекрасным названием “Звездный вестник”. Теперь каждый сомневавшийся мог посмотреть на небо в телескоп и убедиться в справедливости утверждений Галилея.

Исаак Ньютон.

Гениальный английский астроном и математик Исаак Ньютон открыл и математически обосновал наиболее важный и общий закон природы – всемирное тяготение. И в течение почти трех столетий считалось, что Вселенная существует и развивается по закону Ньютона.

Родился Исаак Ньютон в 1642 году. Он рос вялым, болезненным мальчиком и в детстве не проявлял особой склонности к учению. Сын небогатого фермера, он сначала кончил городскую школу, а потом поступил в университет, где и заслужил, как полагалось, ученые степени, сначала бакалавра, потом магистра. Уже годам к двадцати у него проявились огромные математические способности, а в 26-летнем возрасте он стал профессором Кембриджского университета; эту должность он занимал около тридцати лет. Методы высшей математики, созданные Ньютоном и Лейбницем, позволили астрономии, механики, физике и другим точным наукам двигаться вперед намного быстрее, чем было раньше.

“Сила притяжения двух тел прямо пропорциональна их массам”.

“Сила притяжения двух тел обратно пропорциональна квадрату расстояния”. Вот так математически выражается закон всемирного тяготения Ньютона. Вся небесная механика основана на законе всемирного тяготения. Вытекают из него и законы Кеплера.

Ньютон много занимался оптикой. Он нашел, что свет распространяется по прямым линиям, называемым лучами. Он открыл разложение солнечного света на цвета спектра, этим разложением объясняется явление радуги. Ньютон доказал, что сила света обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника света.

Ньютон прожил долгую спокойную жизнь. За свои научные заслуги он был избран членом, а потом президентом Лондонского Королевского общества (Английская Академия наук). Король пожаловал ему титул “сэра”, что означало возведение его в дворянское звание.

Ньютон умер в 1727 году. Его торжественно похоронили в Вестминстерском аббатстве – усыпальнице всех выдающихся людей Англии. На его могильном памятнике высечена горделивая надпись: “Да радуются смертные, что на земле существовало такое украшение человеческого рода!”

Астрономические открытия последних веков.

В продолжение многих тысячелетий люди считали, что Солнечная система – нечто незыблемое. Установленное богом или природой навсегда. В Солнечной системе насчитывалось Солнце и семь планет – Меркурий, Венера, Земля, Луна (строго говоря, Луну планетой называть нельзя, это – спутник Земли), Марс, Юпитер, Сатурн.

Только в 1781 году к известным людям планетам прибавилось ещё одна: был открыт Уран. Честь открытия Урана принадлежит замечательному английскому астроному Вильяму Гершелю (1738 – 1822).

После открытия Урана астрономы в течение нескольких десятилетий думали, что это последняя, “крайняя”, как говорят, планета Солнечной системы.

Но Леверье вошел в историю астрономии как открыватель Нептуна. Нептун, восьмая по счету планета, удален от Солнца на 4,5 миллиарда километров. Это составляет тридцать так называемых астрономических единиц (для измерения не слишком больших расстояний в космосе за единицу принимают расстояние от Земли до Солнца – 149 500 000 километров). По закону Ньютона Нептун освещен Солнцем в 900 раз слабее, чем Земля.

Год Нептуна равен почти 165 земным годам. С момента его открытия на Нептуне не прошло еще и одного года.

В 1930 году была открыта девятая планета Солнечной системы – Плутон (у римлян Плутон был богом подземного царства). Плутон отстает от Солнца на сорок астрономических единиц, освещается слабее Земли в 1600 раз и делает один оборот вокруг центрального светила за 250 земных лет.

Есть ли планеты за Плутоном? Ученые не отрицают такой возможности. Но если такие планеты и существуют, то обнаружить их будет очень трудно. Ведь они удалены от Солнца на многие миллиарды километров, обращаются вокруг него за сотни лет, и свет их чрезвычайно слаб.

Но наука идет широкими шагами, появляются новые методы исследования, все более остроумные и мощные, и не исключено, что в ближайшие десятилетия астрономам снова придется перебирать списки греческих и римских богов, чтобы выбрать подходящие имена для новых членов Солнечной системы.

Еще до открытия Урана астрономам пришлось включить в состав Солнечной системы новые небесные тела – кометы. Сколько комет в солнечной системе? Люди этого не знают и никогда не узнают, потому что каждый год из глубин небесного пространства к нам приходят все новые и новые кометы. Появившись в окрестностях Солнца, выпустив длинный хвост из газов, они остаются, доступны наблюдениям в продолжение нескольких лет, месяцев, а потом уходят в глубь Космоса, чтобы вернуться через десятки, сотни, а может быть и тысячи лет.

Кеплер вряд ли ошибался, когда утверждал, что комет на небе столько же, сколько рыб в океане.

Кометам дают названия. Обычно их называют именем того астронома, который первым обнаружил данную комету.

А есть совсем маленькие планеты, о существовании которых люди узнали не очень давно.

Первая малая планета была открыта в первый день XIX века, 1 января 1801 года. Открыл ее итальянский астроном Пиацци и назвал Церера, по имени римской богини плодородия. Ее диаметр 800 километров.

В течение немногих последующих лет были открыты еще три малые планеты – Паллады, Юнона и Веста. Все они меньше Цереры и расположены в той же области неба, что и Церера. Это заставило астрономов предположить, что когда-то там была большая планета, которая вследствие какой-то катастрофы разбилась, образовав более мелкие планеты.

Но если это так, то в той области пространства, между Марсом и Юпитером, должны оказаться еще и другие, менее крупные небесные тела. И они действительно были обнаружены и получили название астероидов.

До настоящего времени найдено более 40000 астероидов, и каждый год наблюдатели открывают новые. Ученые считают, что астероидов, доступных и недоступных телескопу, многие десятки тысяч.

Предполагаемую планеты, которая взорвалась, образовав массу астероидов, астрономы назвали Фаэтоном в память мифического безумца, когда-то чуть не погубившего Землю.

Самые маленькие астероиды имеют диаметры всего в десятки метров, а может быть, и в метры – это просто камни, несущиеся в пространстве.

В 1845 году астрономы ждали очередного появления кометы Биэлы, но вместо одной кометы они с удивлением обнаружил две. Комета Биэлы распалась на две части, и каждая из них имела свою орбиту. Потом комета совсем исчезла.

Комета Биэлы (и это судьба каждой кометы!) превратилась в так называемый “метеорный рой”, или “метеоритный поток”.

Метеоры – это большие и маленькие камни и даже пылинки, которые попадают в нашу атмосферу из мирового пространства. От трения они вспыхивают и сгорают, а нам кажется, что упала звезда.

Метеориты – громадная ценность для науки. Иногда они достигают очень больших размеров.

Утром 30 июня 1908 года тысяче километров к северу от Иркутска в тунгусскую тайгу упал колоссальный метеорит. Свет при его падении был так ярок, что на несколько секунд даже затмил солнечный свет.

При падении получился взрыв чудовищной силы: земля затряслась так, что отголоски дошли до Центральной Европы. Взрывная волна дважды облетела земной шар.

Огромные деревья силой взрыва были повалены, словно травинки, на пространстве в несколько тысяч квадратных километров. Все они лежали вершинами от центра взрыва, то есть от места, куда упал метеорит.

Интересно, что ночи после падения Тунгусского метеорита на всей Земле были необычайно светлые, как будто светящееся облако окутало весь земной шар.

Царское правительство не позаботилось об исследовании упавшего метеорита. И только в советское время Академия наук СССР снарядила в тайгу три экспедиции. Возглавлял их известный исследователь Л. А. Кулик. Он нашел на месте падения большие ямы, затянутые жидкой грязью. Остатки упавшего метеорита этой экспедиции найти не удалось.

Ежегодно Земля сталкивается с несколькими миллиардами метеоритов. Из них всего несколько тысяч долетает до земной поверхности в виде метеоритов. А в руки астрономов попадает ежегодно 5-10. В музеях всего мира хранится около тысячи двухсот метеоритов.

Возможность взять в руки кусок “небесного тела” необычайно заманчива для исследователя, но найти упавший метеорит очень трудно. При его падении создается обманчивое впечатление, что он упал где-то в соседнем лесу, у ближайшей деревни… А на самом деле он упал за многие километры от места, где стоял наблюдатель. Метеориты чаще падаю в пустынях, в тайге, большая их часть тонет в морях и океанах. Вот почему каждый найденный людьми метеорит – драгоценность для науки: он ценнее, чем кусок золота того же веса.

Исследование вещества, из которого состоят метеориты, чрезвычайно важно для науки. Ведь метеорит – кусок вещества, прилетевшего к нам из глубин Солнечной системы, а быть может, даже от какой-нибудь отдаленнейшей звезды!

“Небесное вещество” начали исследовать меньше двухсот лет назад. В метеоритах чаще всего находят такие широко распространенные на Земле вещества, как железо, никель, кислород, сера. Но были обнаружены и неизвестные у нас минералы. Очевидно, метеориты – носители этих минералов – образовались в условиях, отличных от земных.

Бывают метеориты, состоящие почти из чистого железа. Историки даже думают, что первые железные орудия на Земле были выкованы древними людьми из метеоритного железа, и лишь позднее люди научились выплавлять железо из руд.

Исследования метеоритов показали, что в них все те же элементы, из которых состоит Земля, и Солнце, и отдаленные звезды.

Вещество Вселенной едино!

Как бы ни удивительны были процессы в прошлом Вселенной, будущее представляется еще более интересным. Будущее мира, несомненно, важно еще и потому, что отдаленное будущее человечества, будущее разума зависит от будущего природы. Анализ будущего Вселенной принципиально отличается от изучения прошлого. Прошлое уже было, оно оставило свои следы, и, изучая эти следы, мы проверяем правильность наших знаний о нем. Будущее только будет. Его изучение всегда является экстраполяцией. Прямая проверка здесь невозможна. Если в будущем возникнут такие условия, при которых смогут проявиться еще неизвестные нам законы, тогда научные предсказания, возможно, окажутся неточными, а для отдаленного будущего и просто неверными. Тем не менее, фундамент современных физических и астрофизических знаний настолько прочен, что позволяет с достаточной уверенностью рассматривать отдаленное будущее Вселенной. В последнее время появляется все больше серьезных работ, посвященных этой проблеме (правда, таких работ гораздо меньше, чем работ, посвященных прошлому). Выводы этих работ настолько важны, что, несмотря на сделанные оговорки, они заслуживают самого серьезного внимания.

Возникает вопрос: неограниченно ли будет продолжаться расширение Вселенной. Ответ на него в принципе прост: если плотность материи во Вселенной достаточно велика, то тяготение этой материи остановит расширение и сменит его сжатием. Если плотность мала – тяготение недостаточно, чтобы остановить расширение. Астрофизические наблюдения показывают, что средняя плотность видимой материи во Вселенной примерно в 30 раз меньше критического значения, отделяющего один случай от другого (это критическое значение плотности около 10-129 г/см3). Но, возможно, во Вселенной есть трудно обнаружимые виды материи, “скрытая масса”. Тогда плотность может оказаться выше критической.

Предположим сначала первый вариант – Вселенная неограниченно расширяется. Какие же процессы произойдут в неограниченно расширяющейся вселенной? Как они связаны с прошлым и настоящим?

“Эволюцию мира можно сравнить со зрелищем фейерверка, который мы застали в момент, когда он уже кончается: несколько красных угольков, пепел, дым. Стоя на остывшем пепле, мы видим медленно угасающие солнца и попытаемся воскресить исчезнувшее великолепие начала миров”. Это слова принадлежат одному из создателей современной космологии бельгийскому астроному Ж. Леметру. Да, мы знаем, что звезды в будущем погаснут. Запасы ядерного горючего – источника энергии любой звезды, ограничены. Солнце закончит свою активную эволюцию через несколько миллиардов лет и превратится в белый карлик размером с Землю, который будет постепенно остывать. Звезды массивнее Солнца живут еще меньше. В зависимости от их массы они, в конце концов, превращаются либо в нейтронные звезды с поперечником всего в десятки километров, либо в черные дыры. Наконец, возможен катастрофический взрыв в конце жизни звезды. Это так называемая вспышка сверхновой звезды. Звезды менее массивные, чем Солнце, живут дольше, но и они рано или поздно превращаются в остывшие карлики. В наше время происходят процессы возникновения звезд из межзвездной среды. Но этот процесс также ограничен во времени. В будущем все запасы ядерной энергии материи, из которых могут образоваться звезды, будут исчерпаны. Новые звезды не будут рождаться, а старые превратятся в холодные тела или черные дыры.