Покинем наш солнечный город и отправимся мысленно путешествовать в далекие края Вселенной.
В этой книжке уже говорилось, что еще в древности люди называли звезды неподвижными. В самом деле, вокруг Земли вращается целиком весь небесный свод (ты теперь знаешь, что это вращение кажущееся). А одна звезда от другой находится все время на одинаковом расстоянии.
Вот созвездие Большая Медведица. Какую фигуру образовывали его семь звезд две тысячи лет назад, такая же она и теперь, такой же останется еще в продолжение нескольких тысяч лет.
Однако неподвижность звезд кажущаяся: они с огромной скоростью несутся в мировом пространстве, но мы не замечаем их передвижений, так как звезды страшно далеки от нас.
В течение нескольких столетий астрономы пытались узнать, насколько далеки от нас звезды, и не могли это сделать.
В 1837 году директор Пулковской обсерватории В. Я. Струве сумел найти расстояние до звезды Беги. Оказалось, что эта звезда примерно в 1700 тысяч раз дальше от нас, чем Солнце!
Важно было сделать первый шаг. Одновременно со Струве и позднее ученые нашли расстояние до многих звезд.
Ближайшую к нам звезду астрономы назвали Проксима, по-латыни это и означает «Ближайшая». Проксима (она находится в созвездии Центавра) - звезда небольшая, ее видно только в хороший телескоп и только с Южного полушария Земли.
Посчитаем, как скоро можно добраться до Проксимы.
А на чем мы отправимся?
Представим себе фантастическую картину.
До Проксимы проложен рельсовый путь, и первый пассажирский поезд ожидает сигнала к отправлению. Мы с тобой, запыхавшись, подбегаем к кассе.
- Есть еще билеты до Проксимы?
- Пожалуйста. - спокойно отвечает кассир.
- Два билета!
- Платите деньги.
- А сколько?
- Сейчас подсчитаю, - говорит кассир. - Так как путь далекий, то начальство дороги установило выгодную для публики цену: по одному рублю за каждый миллион километров.
- Это прямо даром! - радостно удивляемся мы.
- Подождите немного! - улыбается кассир. - Итак, один рубль за миллион километров - это сто пятьдесят рублей за астрономическую единицу. А до Проксимы двести шестьдесят тысяч астрономических единиц, значит… с вас по тридцать девять миллионов рублей, граждане!
Мы пятимся от кассы в испуге.
- А… а как долго будет идти поезд?
- Сейчас высчитаем и это, - успокаивает нас кассир. - Мы отправляем экспресс - триста километров в час. Путь до Солнца занял бы пятьдесят восемь лет, а до Проксимы в двести шестьдесят тысяч раз дальше… Через пятнадцать миллионов лет доедете до цели, товарищи!
- Станции по дороге будут?
- Вряд ли… Разве какая-нибудь комета попадется.
Мы сконфуженно пятимся от кассы.
- В другой раз зайдем, когда будем посвободнее…
Кассир смотрит вслед нам с грустью.
- Видно, не состоится рейс. Все пассажиры убегают…
Оказывается, поезд для межзвездных путешествий совсем неподходящее дело. Мы вспоминаем о ракете. Предположим, что уже изобретено такое горючее, при котором скорость ракеты достигает 20 километров в секунду, 72 000 километров в час.
Сейчас мы с тобой узнаем, нисколько выгоднее лететь на ракете. Скорость ракеты в 240 раз больше скорости поезда, значит, времени понадобится в 240 раз меньше. Делим 15 миллионов на 240.
Однако же! Даже на ракете придется лететь 62 500 лет. Как далеки от нас звезды!
В этой книге уже говорилось, что самое быстрое в мире - световой луч. Каждую секунду он пробегает расстояние в 300 тысяч километров - почти столько же, сколько от Земли до Луны. Вот если бы путешествовать на световом луче!
Расстояние от Земли до Солнца, то есть одну астрономическую единицу, световой луч пробежит за 8 минут 20 секунд. В сутках 1440 минут - это в 173 раза больше, чем 8 минут 20 секунд. Значит, за сутки свет пробегает около 173 астрономических единиц, а за год он проделает путь в 63 000 астрономических единиц, то есть путь, который в 63000 раз больше, чем расстояние от Земли до Солнца.
Расстояние, которое свет проходит за год, астрономы назвали световым годом, и этой огромно, мерой длины измеряют расстояния во Вселенной.
В самом деле, астрономическая единица хороша для Солнечной системы, а когда речь идет о звездных расстояниях, она становится совсем маленькой. Даже до Проксимы 260 тысяч астрономических единиц, а есть звезды, которые в тысячи и даже миллионы раз дальше от Земли. Мерить расстояние до таких звезд астрономическими единицами - это все равно что измерять расстояние от Москвы до Владивостока миллиметрами.
Твердо запомни: год - мера времени, 365 с четвертью суток; световой год - мера длины, 63 000 астрономических единиц.
Сколько световых лет до Проксимы? В одном световом году 63 000 астрономических единиц, а всего до Проксимы 260 тысяч астрономических единиц - это значит, что до нее четыре с лишним световых года. осказках.ру - сайт
Вот еще одна фантастическая сценка.
Экспедиция, посланная с Земли до Проксимы, добралась туда. Путешественники взяли с собой мощный радиопередатчик и ведут разговор с Землей.
- Алло, алло! Говорит Проксима! Земля, слышите нас?
- Алло, алло, говорит Земля! Слышим Проксиму хорошо! Как прошло путешествие?
- Очень хорошо! Никаких особенных происшествий по дороге не случилось. Ждем присылки людей и продовольствия.
- А разве вы не нашли там обитаемых планет?
- Пока не нашли. Устроились временно на одной небольшой планете, но природа на ней скудная и пища не годится для земных желудков.
- Хорошо, пришлем пассажирские и транспортные корабли. На этом разговор кончаем. До свиданья, Проксима!
- До свиданья, Земля!
Как ты думаешь, сколько времени займет этот немногословный разговор? Больше 25 лет! Между каждым вопросом и получением ответа на него пройдет больше восьми лет, так как радиоволны летят в пространстве с такой же скоростью, как и свет.
Свет с его колоссальной скоростью, 300 тысяч километров в секунду, мчится от Проксимы до нас больше четырех лет. А есть звезды, которые находятся неизмеримо дальше.
Необъятно велика Вселенная! И почти невозможно представить себе, как далеки от нас даже ближайшие звезды. Быть может, тебе помогут рассказы о поезде, о ракете и о разговоре по радио.
Какой маленькой представляли себе Вселенную древние!
В одной древнегреческой легенде рассказывается, что бог Гефест уронил с неба наковальню, и она летела до Земли девять дней и девять ночей. Древним грекам это расстояние казалось неимоверно большим, а падающий предмет пройдет за девять суток всего 580 тысяч километров - это чуть дальше, чем от Земли до Луны.
Даже Солнечная система в тысячи раз больше, чем вся Вселенная в представлении греков.
Древние считали, что все звезды находятся на одинаковом расстоянии от Земли, прикрепленные к хрустальной сфере. В античные времена Земля считалась неподвижным центром Вселенной, вокруг которого вращались Солнце, Луна, планеты и звезды. Природа небесных тел в то время была неизвестна, и лишь очень немногие философы полагали, что звезды являются, по сути, далекими солнцами.
Это представление стало распространяться только после появления учения Коперника в XVI веке. Чтобы объяснить неравномерности в движении планет по небу, Коперник предположил, что в центре Вселенной находится не Земля, но Солнце, вокруг которого вращались планеты. Земля, лишившись статуса центра, стала всего лишь одной из планет: теперь она не покоилась неподвижно, но обращалась вокруг Солнца по орбите. Тогда у некоторых ученых появилась идея измерить расстояния до звезд. Метод, который они предложили, называется методом годичного параллакса.
Идея была проста и заключалась в следующем. Если постоянно измерять положение звезды на небе, то можно заметить, как звезда описывает в пространстве крохотные эллипсы с периодом в 1 год. Смещение звезды должно происходить из-за движения Земли по орбите вокруг Солнца, и величина его будет тем больше, чем ближе к нам располагается звезда. Зная величину угла смещения или, иначе, параллакс звезды, можно без труда найти расстояние до нее по формуле D=a/sin(p), где a – большая полуось земной орбиты, а p – величина параллакса, измеряемая в секундах дуги.
Несмотря на простоту метода, ученым долгое время не удавалось обнаружить у звезд параллаксы. Некоторые считали это доказательством ошибочности теории Коперника, но большинство полагало, что звезды просто очень далеки от нас, чтобы надеяться определить их параллакс.
Только в XIX веке с появлением нового поколения телескопов, позволявших измерять очень малые углы, ученые смогли надежно определить расстояния до некоторых звезд. Первым параллакс измерил великий русский астроном, первый директор Пулковской обсерватории, Василий Яковлевич Струве в 1837 году. Наблюдая звезду Вегу, он нашел, что ее параллакс равен 0”,125. Это совершенно ничтожный угол. Достаточно сказать, что под таким углом будет виден невооруженному глазу человек с расстояния в 3000 километров!
Теперь можно было вычислить и расстояние до этой звезды. Если расстояние от Земли до Солнца (а) принять за 1, то D=1/sin(0”,125), что равно 1650000. Эта цифра показывает, во сколько раз Вега дальше от Земли, чем Солнце. Такие колоссальные расстояния неудобно измерять в километрах, поэтому астрономы пользуются парсеками. Парсек – это расстояние, с которого большая полуось земной орбиты, перпендикулярная к лучу зрения, видна под углом в 1". Расстояние в парсеках равно обратной величине параллакса. Так как параллакс Веги составляет всего лишь 1/8 угловой секунды, то расстояние до звезды равно 8 парсекам.
Это очень большая величина. Свет, двигаясь со скоростью 300000 км/с, преодолеет это расстояние за 26 лет. Это значит, что наблюдаемый нами свет Веги был испущен звездой 26 лет назад!
На сегодняшний день ученым известны параллаксы более сотни тысяч звезд. Метод годичных параллаксов позволил астрономам определить точные расстояния до звезд в радиусе примерно сотни парсек или 320 световых лет от Солнца. Расстояния до более далеких звезд определяются другими, косвенными методами. Но в их основании находится все тот же метод годичного параллакса.
При наблюдении за какой-нибудь звездой с двух противоположных точек земного шара практически невозможно заметить различия в направлениях на звезду. Звезды находятся от Земли во много раз дальше, чем Луна, планеты, Солнце. Определить расстояние до ближайшей к нам звезды удалось русскому ученому В. Я. Струве. Это было более ста лет назад. Для этого ему пришлось наблюдать ее не с концов земного диаметра, а с концов прямой линии, которая в 23600 раз длиннее. Где же он мог взять такую прямую линию, которая на земном шаре не может уместиться? Оказывается, эта линия существует в природе. Это диаметр земной орбиты. За полгода земной шар перенесет нас на другую сторону от Солнца. Зная диаметр земной орбиты (а он вдвое больше среднего расстояния до Солнца), измерив углы, под которыми наблюдается звезда, можно вычислить расстояние до нее.
Самые близкие к нам звезды — Проксима Центавра и Альфа Центавра — находятся в 270 000 раз дальше от Земли, чем Солнце. Лучу света от этих звезд приходится лететь до Земли 4,5 года.
Расстояния до звезд огромны и измерять их километрами неудобно. Получается слишком большое число километров. И ученые ввели более крупную единицу измерения: световой год. Это такое расстояние, которое свет проходит в течение одного года.
Во сколько раз эта единица измерения больше, чем километр? 300000 км/с надо умножить на число секунд в году. Получим приблизительно 10 триллионов километров. Значит, один световой год больше одного километра в 10 триллионов раз (10 000 000 000 000).
Звезды могут находиться от нас на расстояниях, равных десяткам, сотням, тысячам световых лет и более.
Днем воздух так же прозрачен, как и ночью, однако звезды не видны. Все дело в том, что в дневное время атмосфера рассеивает солнечный свет. Попробуйте вечером из хорошо освещенной комнаты посмотреть на улицу. Сквозь оконное стекло яркие фонари, расположенные снаружи, видны достаточно хорошо, а слабо освещенные предметы разглядеть почти невозможно. Но стоит только выключить свет…
Река тихо и плавно течет по равнине, а на крутых обрывах ускоряет свое движение. Поток глубоко врезается в почву и образует узкие ущелья с крутыми и высокими стенами. Особенно быстро размывает вода берега, состоящие из рыхлых пород. Если же путь реке преграждают горы, она или огибает их, или пробивает, создавая глубокие ущелья и каньоны. Иногда…
Самое чистое и глубокое озеро — Байкал. Его длина 620 километров при ширине от 32 до 74 километров. Глубина озера в самом глубоком месте — трещине Ольхон — равна 1940 метрам. Объем пресной воды в озере составляет 2300 кубических километров. Африканской сестрой Байкала называют географы озеро Таньганьику. Оно возникло на территории Восточной Африки много миллионов…
Народная русская мудрость гласит: “Ставь дом там, где овцы легли”. А в Китае существует обычай не приступать к строительству дома, пока не убедишься в том, что место застройки свободно от “глубинных демонов”. Именно поэтому большинство старинных городов и сел как у нас на Руси, так во многих других странах, расположены очень удачно. Хотя есть, конечно,…
Потребность измерять время возникла у людей уже в глубокой древности. Первые календари появились много тысяч лет назад на заре человеческой цивилизации. Люди научились измерять промежутки времени, сопоставлять их с явлениями, которые повторялись периодически (смена дня и ночи, смена фаз Луны, смена времен года). Без использования единиц измерения времени люди не могли жить, общаться между собой,…
В этом созвездии две яркие звезды находятся очень близко одна от другой. Свое название они получили в честь аргонавтов Диоскуров — Кастора и Поллукса — близнецов, сыновей 3евса, самого могущественного из олимпийских богов, и Леды, легкомысленной земной красавицы, братьев Елены прекрасной — виновницы Троянской войны. Кастор славился как искусный возничий, а Поллукс как непревзойденный кулачный…
Великий итальянец Галилео Галилей (1564—1642), много сделавший для развития математики, механики, физики, достиг поразительных успехов в изучении небесных тел. Он прославился не только рядом астрономических открытий, но и огромной смелостью, с которой он встал на защиту учения Коперника, запрещенного всесильной церковью. В 1609 году Галилей узнал, что в Голландии появился прибор-дальновидец (так переводится с греческого…
Солнечное и лунное затмения знакомы человеку с глубокой древности. Когда человек еще не знал, отчего происходят эти явления, угасание Солнца средь бела дня вызывало у него панический страх. Это действительно таинственное и величественное зрелище. Яркое Солнце сияет на синем небел и постепенно солнечный свет начинает ослабевать. На правом краю Солнца появляется ущерб. Он медленно увеличивается,…
А что если и наша звезда — Солнце — вдруг вспыхнет сверхновой? Исчезнет сама и нас вычеркнет из Вселенной навсегда? Как говорят ученые, это событие хотя и возможно, но вероятность его очень мала. Свою энергию звезда получает, постепенно превращая водород в гелий, затем в более тяжелые элементы (углерод, кислород, неон и другие) с помощью цепочки…
Самая крупная планета носит имя верховного бога Олимпа. По объему Юпитер больше Земли в 1310 раз, а по массе — в 318 раз. По расстоянию от Солнца Юпитер на пятом месте, а по блеску он занимает на небе четвертое место после Солнца, Луны и Венеры. В телескоп видна сжатая у полюсов планета с заметным рядом…
Представляя себе далекие звезды, мы обычно думаем о расстояниях в десятки, сотни или тысячи световых лет. Все эти светила принадлежат к нашей Галактике - Млечному Пути. Современные телескопы способны разрешить звезды в ближайших галактиках - расстояние до них может достигать десятков миллионов световых лет. Но насколько далеко простираются возможности наблюдательной техники, особенно когда ей помогает природа? Недавнее удивительное открытие Икара - самой далекой звезды во Вселенной из числа известных на сегодняшний день - свидетельствует о возможности наблюдения чрезвычайно удаленных космических феноменов.
Помощь природы
Существует явление, благодаря которому астрономам может быть доступно наблюдение наиболее дальних объектов Вселенной. Называется оно является одним из следствий общей теории относительности и связано с отклонением светового луча в поле гравитации.
Эффект линзирования заключается в том, что если между наблюдателем и источником света на луче зрения располагается какой-либо массивный объект, то , искривляясь в его гравитационном поле, создают искаженное или множественное изображение источника. Строго говоря, лучи отклоняются в поле тяготения любого тела, но наиболее заметный эффект дают, конечно, самые массивные образования во Вселенной - скопления галактик.
В случаях, когда в качестве линзы выступает малое космическое тело, например одиночная звезда, визуальное искажение источника практически невозможно зафиксировать, но яркость его может существенно возрасти. Такое событие называют микролинзированием. В истории открытия самой далекой от Земли звезды сыграли роль оба типа гравитационного линзирования.
Как произошло открытие
Обнаружению Икара способствовала счастливая случайность. Астрономы вели наблюдение одного из удаленных MACS J1149.5+2223, находящегося приблизительно в пяти миллиардах световых лет от нас. Оно интересно как гравитационная линза, благодаря особой конфигурации которой световые лучи искривляются по-разному и проходят в итоге разные расстояния до наблюдателя. Вследствие этого отдельные элементы линзированного изображения источника света должны запаздывать.
В 2015 году астрономы ждали предсказанной в рамках данного эффекта повторной вспышки сверхновой Рефсдаль в очень далекой галактике, свет от которой достигает Земли за 9,34 миллиарда лет. Ожидаемое событие действительно произошло. Но на снимках 2016-2017 годов, полученных телескопом «Хаббл», помимо сверхновой, обнаружилось еще кое-что, не менее интересное, а именно изображение звезды, принадлежащей к той же удаленной галактике. По характеру блеска определили, что это - не сверхновая, не гамма-всплеск, а обычная звезда.
Увидеть отдельное светило на таком огромном расстоянии стало возможно благодаря событию микролинзирования в самой галактике. Случайным образом перед звездой прошел объект - скорее всего, другая звезда - с массой порядка солнечной. Сам он, конечно, остался невидимым, но его поле гравитации усилило блеск источника света. В сочетании с линзирующим эффектом кластера MACS J1149.5+2223 это явление дало усиление яркости самой далекой видимой звезды в 2000 раз!
Звезда по имени Икар
Новооткрытому светилу было присвоено официальное наименование MACS J1149.5+2223 LS1 (Lensed Star 1) и собственное имя - Икар. Предыдущий рекордсмен, носивший гордый титул самой далекой звезды, которую удалось наблюдать, расположен в сто раз ближе.
Икар чрезвычайно ярок и горяч. Это голубой сверхгигант спектрального класса В. Астрономам удалось определить основные характеристики звезды, такие как:
- масса - не менее 33 масс Солнца;
- светимость - превышает солнечную приблизительно в 850 000 раз;
- температура - от 11 до 14 тысяч кельвин;
- металличность (содержание химических элементов тяжелее гелия) - около 0,006 солнечной.
Судьба самой далекой звезды
Событие микролинзирования, позволившее увидеть Икар, произошло, как мы уже знаем, 9,34 миллиарда лет назад. Возраст Вселенной составлял тогда всего около 4,4 миллиарда лет. Снимок этой звезды - своего рода мелкомасштабный стоп-кадр той давней эпохи.
За время, в течение которого свет, испущенный 9 с лишним миллиардов лет назад, преодолел расстояние до Земли, космологическое расширение Вселенной отодвинуло галактику, в которой жила самая далекая звезда, до расстояния в 14,4 миллиарда световых лет.
Сам же Икар, согласно современным представлениям об эволюции звезд, давно прекратил существование, ведь чем массивнее звезда, тем короче должно быть время ее жизни. Не исключено, что часть вещества Икара послужила строительным материалом для новых светил и, вполне возможно, их планет.
Увидим ли мы его снова
Несмотря на то что случайный акт микролинзирования - очень кратковременное событие, ученые имеют шанс увидеть Икара снова, и даже с большей яркостью, поскольку в крупном линзирующем скоплении MACS J1149.5+2223 множество звезд должно находиться вблизи луча зрения Икар - Земля, и пересечь этот луч может любая из них. Разумеется, есть вероятность увидеть таким же образом и другие удаленные звезды.
А может быть, когда-нибудь астрономам повезет зафиксировать грандиозный взрыв - вспышку сверхновой, которой завершила свою жизнь самая далекая звезда.
И другие планеты. Разглядывая небо, они смогли установить, что Луна, двигаясь по небосводу, загораживает то одну, то другую звезду, но сами звезды никогда не бывает перед . Иногда и планеты загораживают звезды. Это говорит о том, что звезды расположены дальше планет.
Но как дальше? еще тогда указал, что звезды находятся очень далеко от Земли и поэтому смещения положений звезд мы не в силах заметить. Но они обязательно должны быть в силу движения Земли вместе со звездами в мировом пространстве.
Такие движения звезд астрономам не удалось увидеть спустя примерно три века после . Хотя в тот период были достигнуты большие успехи в изобретениях инструментов для наблюдения за небом, а также в точности наблюдений. В середине XVIII в. известные ученые Брадлей (в Англии) и Ламберт (в Германии) установили, что расстояния до самых близких к нам звезд во много раз превышают расстояния от Земли до . Но точно узнать расстояния до звезд им так и не удалось.
Впервые в истории науки В. Я. Струве измерил . Он много раз измерял положения Веги и пришел к выводу, что Вега смещается за полгода на угол около 1/4 секунды дуги. Под столь малым углом с Веги должен быть виден диаметр земной орбиты - иначе говоря, двойное расстояния от Земли до Солнца, а само это расстояние - под углом 1/8 секунды дуги.
Известно, что круг делится на 360 градусов по 60 угловых минут в каждом градусе, каждая минута - на 60 секунд. Значит, в круге 1 296 000 угловых секунд.
Если радиус земной орбиты с Веги под углом около 1/8 доли секунды, или около 1/10000000 доли окружности (астрономы называют этот угол параллаксом данной звезды),- значит, расстояние до этой звезды составляет почти 250 триллионов километров.
Такие числа использовать, естественно, неудобно. Обычно в таких случаях астрономы используют более крупные единицы длины. Например световой год . Так коротко обозначается расстояние, которое световой луч проходит за период, равный земному году со скоростью около 300 000 км/сек. Световой год - это примерно 9,5 триллионов километров. Коротко его можно записать так: 9,5 х 10 в 12 степени км.
Астрономы пользуются также другой системой измерения расстояний до звезд. Если окружность содержит 1296000 угловых секунд, то радиан равен 206 265 угловых секунд (57°,3). Если бы радиус орбиты Земли был виден с какого-то небесного тела под углом в 1 секунду окружности, то это говорило бы о том, что расстояние до такого тела в 206 265 раз больше радиуса орбиты Земли, и равно примерно 31 триллион км или 374 световой год. Такая величина называется параллакс-секунда или парсек .
Вега находится от нас на расстоянии 8 парсек, или 26,5 светового года. Чтобы пролететь такое расстояние, самолету ТУ-154 понадобилось бы сорок миллионов лет.
Вега действительно одна из сравнительно близких к нам звезд, но не самая близкая. Из ярких звезд самой близкой к нам является звезда альфа в созвездии Центавра, невидимая с территории России. Ее можно видеть в южных странах. Свет от нее идет до нас 4,3 года.
К настоящему времени таким способом установлены расстояния до многих тысяч звезд.
Но при всей точности, которой достигли астрономы в измерении звездных параллаксов, этот способ применим только для определения расстояний до сравнительно близких звезд. Для далеких звезд, отстоящих от нас на сотни, тысячи и десятки тысяч световых лет, он не годится: углы оказываются настолько ничтожно малыми (сотые и тысячные доли секунды), что не поддаются измерению. Астрономы нашли и другие вполне достоверные способы для измерения расстояний более далеких звезд. В результате теперь известны точные расстояния до десятков тысяч отдельных звезд, а до еще большего числа звезд расстояние можно оценить приближенно.
Если звезды можно видеть с невообразимо больших расстояний, - значит, они должны иметь огромную силу света (светимость). Звезды - это очень далекие от нас солнца. Некоторые из них излучают света гораздо больше, чем наше огромное
