УРОК №3. ЗВЕЗДНОЕ НЕБО
1. Некоторые определения.
2. Объекты звездного неба.
3. Созвездия. Мифы и легенды.
4. Звездные карты. Обозначение объектов.
5. Угловые измерения на небе.
1. Некоторые определения.
Астрометрия раздел астрономии, задачей которого является построение основной инерциальной системы отсчета для астрономических измерений, определение точных положений и движений различных небесных объектов, изучение вращения Земли, движения ее полюсов, измерение параллаксов и угловых диаметров небесных светил, составление каталогов положений и собственных движений звёзд.
^ Космические объекты - это космические тела и обладающие определенной организацией системы космических тел. Под космическими телами мы будем понимать все рассматриваемые астрономией физические тела - структурные элементы Вселенной. В число основных типов космических тел входят планетные тела, коричневые карлики, звезды, релятивистские объекты, туманности, межзвездная среда, темная масса и темная энергия.
Космические тела, входящие в состав космических систем, обычно имеют общее происхождение, взаимосвязаны гравитационными и электромагнитными полями и перемещаются в пространстве как единое целое. В число основных типов космических систем входят планетные системы, звездные системы (двойные и кратные звезды, звездные скопления), галактики, скопления и сверхскопления галактик и, наконец, вся Вселенная.
^ 2. Объекты звездного неба.
Если бы мы с вами проводили урок в вечернее время на смотровой площадке нашей обсерватории, да еще в безоблачную и безлунную ночь, то нашему взору открылась бы величественная картина звездного неба. Какие же космические объекты мы с вами можем увидеть на небе? Конечно в первую очередь звезды. Общеизвестно, что на ночном небосводе невооруженным глазом можно видеть от 3 до 4,5 тысяч звезд. Все эти звезды принадлежат нашей галактике Млечный Путь. Самая близкая к нам звезда наше Солнце до него 150 млн км, следующая по удаленности от нас звезда Проксима Центавра ( 4,25 с.г.) в 270 тыс раз от нас дальше чем Солнце. Остальные звезды еще дальше, поэтому даже в самые большие телескопы звезды видны как точечные объекты за исключением двух супергигантов: Бетельгейзе и Мирра Кита. Звезды это раскаленные газовые шары с температурой поверхности от 3000К до 30000К. Есть звезды, в сотни раз превышающие по размеру Солнце и во столько же раз уступающие ему в этом показателе. Однако, массы звезд меняются в гораздо более скромных пределах - от одной двенадцатой массы Солнца до 100 его масс. Более половины видимых звезд являются двойными и тройными системами, т.е. связаны силами гравитации и совместно перемещаются в пространстве.
Следующие объекты, которые мы можем видеть на звездном небе – это планеты нашей солнечной системы. Теперь их всего восемь, визуально с Земли они мало чем отличаются от звезд, но светят не своим светом, а отраженным от Солнца. Для наблюдения невооруженным глазом доступно пять планет: Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн. Конечно, прекрасным объектом для наблюдения является наш естественный спутник Луна.
З Экзопланетаа последние годы обнаружено более сотни планет у ближайших к нам звезд. Их называют экзопланеты. Но наблюдать их непосредственно практически невозможно, так как они находятся в ореоле света родительских звезд. Известен пока только один случай наблюдения планеты у коричневого карлика, которая образовалась в результате столкновения и слияния двух планет. Это космическое тело расположено в 170 световых годах от Земли, в созвездии Центавра.
Далее мы можем наблюдать за спутниками планет солнечной системы, на настоящий момент их известно 160, хотя даже в вашем учебнике 2001 года издания их всего 63. Конечно, для наблюдения спутников необходим телескоп, хотя люди с очень острым зрением видят четыре галилеевых спутника Юпитера и невооруженным глазом.
Следующие объекты это десятки тысяч астероидов из Главного пояса астероидов, расположенного между орбитами Марса и Юпитера, для наблюдения которых в некоторых случаях достаточно простого бинокля.
Галилеевы спутники Юпитера: Ио,
Европа, Ганимед, КаллистоДалее следуют объекты семейства Кентавров, сейчас их известно больше 20 штук. Все они в ближайшей от Солнца точке (перигелии) находятся за орбитой Юпитера - их перигелийные расстояния больше 5 а. е.
Второй пояс малых тел находится в занептунной области Солнечной системы и носит название пояса Койпера. Транснептуновые объекты – это сотни малых тел, обитающих на окраинах нашей солнечной системы. Их можно наблюдать только с помощью больших телескопов. Кстати, Плутон теперь также относится к транснептуновым элементам. Самый далекий объект Солнечной системы, известный в настоящее время – это Седна, она удаляется от Солнца на 900 а.е.
Следующие объекты – это «падающие звезды». Общее их название метеорные тела - это крошечные объекты величиной зачастую с песчинку, обычно беглецы с комет. Если метеорное тело сгорает в верхних слоях атмосферы, то это явление называют метеором. Если объект достаточно велик, чтобы пронзить атмосферу и упасть на Землю, мы называем его метеоритом.
Часто можно видеть на небе очень интересные объекты – кометы. Ежегодно наблюдается порядка 25 новых комет, которые прилетают во внутренние области солнечной системы, облетают вокруг Солнца у ходят обратно на окраины, иногда на тысячи лет. Это самые протяженные объекты Солнечной системы, они движутся по вытянутым орбитам, являясь сохранившимися до наших дней планетеземалями, - строительными кирпичиками, из которых сформировались планеты.
Что мы можем видеть за пределами солнечной системы? Конечно ^ Млечный Путь - нашу Галактику, в которой насчитывается порядка 100 миллиардов звезд.
Туманность АндромедыПри изучении неба с телескопом кроме звезд себя обнаруживали еще неясные туманные пятна. Их так и назвали - "туманности". Со временем, выяснилось, что природа их отнюдь неодинакова. Некоторые из них оказались скоплениями газа и пыли, принадлежащими нашей Галактике. Однако некоторые туманности разительно отличались от остальных. Однажды, исследуя одну из них - Туманность Андромеды, Эдвин Хаббл смог увидеть в ней отдельные звезды и доказать, что она является гигантским их скоплением, не уступающим по масштабу Млечному Пути. Оказалось, что существуют звездные системы, подобные Галактике! Теперь известно, что они удалены на миллионы и миллиарды световых лет, их число измеряется миллиардами, а разнообразие поражает воображение. Такие туманности, не мудрствуя лукаво, назвали галактиками, но уже с маленькой буквы.
Пространство между звездами не пустует. В очень малых концентрациях в нем присутствуют самые разнообразные частицы, в том числе и атомы многих веществ. В галактиках, вроде нашей собственной, наибольшее скопление межзвездного вещества находится вблизи их плоскости в спиральных рукавах. В направлении на Млечный Путь мы видим межзвездное вещество. Плотность его в среднем такова, что на один кубический сантиметр приходится всего одна частица. Однако, десятки, сотни и тысячи световых лет, на протяжении которых распылены эти частицы, делают межзвездный газ ощутимым. Он поглощает и рассеивает свет звезд, делая его краснее (так же, как на заре более толстая земная атмосфера делает краснее свет Солнца). Кроме того, это межзвездное вещество способно образовывать в тысячу раз более плотные газовые облака. Их-то мы и видим как истинные туманности.
Планетарная туманностьКроме обычных туманностей существуют планетарные туманности, которые образуются при умирании звезд. «Стандартная» планетарная туманность - сферическая внешняя оболочка звезды, которая расширяется в пространстве. Вид кольца получается из-за того, что разреженный газ туманности хорошо пропускает излучение, и только по краям видимой туманности луч зрения встречает на своем пути значительный по толщине слой газа. В результате, центральную часть мы видим прозрачной, а внешний "край" образует кольцо. Для большего понимания, надуйте воздушный шар и посмотрите сквозь него на лампу. Полупрозрачные стенки шара заменят нам газ туманности. Вы увидите, что по краям шар выглядит гораздо темнее.
В составе галактик звезды часто объединены в группы, которые называют звездными скоплениями. Газопылевые облака могут обладать массами в тысячи и миллионы масс Солнца. Из их вещества может родиться множество звезд. В этом случае они расположатся на некотором отдалении друг от друга внутри облака. Такую группу, редко принимающую правильные очертания, принято называть рассеянным звездным скоплением.
^ Шаровые звездные скопления, в отличие от рассеянных, значительно богаче звездами. Их там может быть больше миллиона. Кроме того, шаровые скопления очень компактны, и звезды в них удалены на малые расстояния друг от друга. Считается, что они образовались вместе с Галактикой из чрезвычайно плотных и массивных газовых облаков. Всего в нашей Галактике известно 147 шаровых скоплений.
Шаровое скоплениеИнтереснейшие для наблюдения объекты сверхновые звезды. Есть возможность наблюдать их вспышки и ближайшие последствия. C другой стороны, можно увидеть туманности, являющиеся остатками взрывов многолетней давности. Вспышки сверхновых в галактиках происходят, в среднем, с промежутком в 400 лет. Ясно, почему мы не видим на дневном небе сверхновых нашей звездной системы. Самая известная вспышка сверхновой, принадлежащей Млечному Пути, произошла в 1054-м году, она была отмечена и описана, в частности, китайскими астрономами. На ее месте сейчас наблюдается Крабовидная Туманность - остатки взрыва звезды – разлетающиеся в пространстве, разогретые энергией взрыва и потому светящиеся.
Крабовидная туманностьКроме вышеперечисленного, в космосе существуют такие объекты как, белые карлики, нейтронные звезды, пульсары, барстеры, магнетары, черные дыры, квазары. Ждут своего открытия белые и серые дыры, темная масса и темная энергия. Вот какое разнообразие Вселенной заключено всего лишь в двух словах - «звездное небо».
^ 3. Созвездия. Мифы и легенды.
Для того чтобы ориентироваться в этом большом количестве ночных огней, человек издавна пытался разделить их на отдельные группы – созвездия, дав им названия в зависимости от того, какую картину он себе представлял, мысленно соединяя линиями звезды в группе. В течение веков этот процесс носил довольно хаотичный характер, отражая в себе творчество и предания различных народов. В 1922 году состоялся Международный астрономический съезд, на котором астрономы приняли окончательное решение утвердить 88 созвездий, проведя между ними строгие границы. Созвездие - это участок неба с четкими границами.
Созвездия имеют очень красивые, а зачастую и необычные названия. Откуда же они появились? Сорок шесть названий пришли к нам из древнего мира, они упоминаются в библии, в работах древних астрономов. Это Большая и Малая Медведицы, Лира, Лебедь, Орел, Персей, Телец, Орион, Андромеда, Пегас, Большой и Малый Псы, Волопас, Скорпион, Дева, Рак, Лев, Цефей, Дракон, Геркулес, Козерог, Волосы Вероники, Весы, Гидра, Центавр, Кит. Эти созвездия изображены в старинном атласе Гевелия. Оставшиеся 42 созвездия возникли уже стараниями конкретных астрономов в период 17–18 веков. Очень интересные мифы и легенды связаны с каждым древним созвездием.
Один из наиболее интересных мифов связан сразу с шестью созвездиями. В Эфиопии правили царь ^ Цефей и царица Кассиопея. Достаточно вздорная красавица Кассиопея похвасталась своей красотой перед нереидами – дочерьми морского бога Посейдона. Те пожаловались отцу, и он наслал на Эфиопию морское чудовище – Кита, который пожирал все живое. Оракул предсказал царю и царице, что спасти страну можно, только пожертвовав их дочерью Андромедой. Девушку приковали к скале, оставив на съедение чудовищу. В это время мимо на крылатом коне Пегасе пролетал легендарный герой Персей. Чудовище было повержено, у молодых людей родилась любовь, и все закончилось свадьбой.
Еще одна легенда связана с созвездиями^ Большой и Малой Медведиц
www.ronl.ru
Небесная сфера. Звездное небо ночью из любой точки земной поверхности выглядит в виде полушара. Небесные светила удалены от Земли на огромные расстояния, поэтому наблюдателю кажется, что все они расположены на одной внутренней сферической поверхности этого полушара. Такая сферическая поверхность называется небесной сферой. Она имеет радиус произвольной длины, а центр ее находится в произвольной точке, в частности в точке наблюдения.
Воображаемая прямая линия, проходящая через центр небесной сферы параллельно оси вращения Земли, называется осью мира. Вокруг этой оси происходит видимое вращение небесной сферы с востока на запад, которое является следствием суточного вращения Земли вокруг своей оси сзапада на восток.
Ось мира пересекает сферу в двух точках – Северном и Южном полюсах мира, являющихся неподвижными точками небесной сферы. Северный полюс мира Р находится вблизи Полярной звезды, а Южный Р1– около созвездия Октант. Чем ближе светило к Полюсу мира, тем меньше круг его суточного вращения.
Плоскость, проходящая через отвесную линию к поверхности Земли и ось мира, является плоскостью астрономического или истинного меридиана точки наблюдения, а след сечения этой плоскостью небесной сферы – астрономическим или истинным меридианом. Совершенно очевидно, что каждой точке на земной поверхности соответствует свой меридиан, а угол между направлениями на Полюс мира и на какой-либо предмет на земной поверхности является астрономическим азимутом. Способы определения азимута из астрономических наблюдений относятся к наиболее точным, так как расположение светил на небесной сфере и их видимое движение относительно сторон горизонта строго подчинено определенному закону движения небесных тел.
Созвездия. Для удобства ориентирования на звездном небе астрономы еще в глубокой древности разделили его на отдельные участки – созвездия (рисунок 119). В настоящее время насчитывается 88 созвездий. В Северном полушарии известны, например, созвездия Большая Медведица, Малая Медведица, Возничий, Орион, Лебедь, Лира, Кассиопея, а в Южном полушарии – Южный Крест, Большой Пес, Центавр и др.
Яркие звезды созвездий обозначаются буквами греческого алфавита, α некоторые из них, кроме того, имеют собственные имена, например Вега (α Лиры), Артур (α Волопаса), Полярная звезда (α Малой Медведицы).
Яркие звезды (их около 20) условились называть звездами 1-й величины, а наиболее слабые из доступных для наблюдения невооруженным глазом отнесены к звездам 6-й величины. Звезда Вега (созвездие Лиры) является самой яркой звездой северной, части небосвода. Она расположена вблизи Млечного Пути.
Небесные светила вращаются вокруг своей оси: и перемещаются в пространстве. Кроме собственного (истинного) движения светил имеет место видимое (кажущееся) для наблюдателя на Земле движение светил вследствие вращения Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца. Годичный путь Земли, относительно Солнца называется эклиптикой. Чтобы безошибочно опознавать созвездия и отдельные звезды, надо изучить звездное небо. Вначале по карте звездного неба запоминают основные созвездия и их взаимное расположение. Легко опознается на небе созвездие Большой Медведицы, семь звезд которой составляют «ковш».
Рисунок 119 – Карта основных созвездий Северного полушария небесной
сферы
Если продолжить ручку «ковша» Большой Медведицы и на этом отрезке отложить расстояние, равное примерно длине всего «ковша», можно опознать звезду а созвездия Волопаса (Артур). Продолжив таким же образом ручку «ковша» Малой Медведицы и отложив расстояние, равное примерно двум длинам «ковша», в конце отрезка легко найти звезду α Возничего (Капеллу).
Таким образом, пользуясь картой звездного неба, можно опознать и использовать для ориентирования на местности то или иное созвездие или выбрать звезду для определения астрономического азимута.
Полярная звезда. Полярная звезда – яркая звезда из созвездия Малой Медведицы. Среди других звезд для наблюдателя она кажется неподвижной из-за близкого расположения к Северному полюсу мира. Угловое расстояние этой звезды от полюса в 1978 г. равнялось 50'. Ежегодно уменьшаясь вследствие прецессии оси вращения Земли в мировом пространстве, около 2100 г. оно достигнет наименьшего значения – 28'
Полярная звезда широко используется при ориентировании и определении местоположения. По наблюдениям Полярной звезды определяют склонение магнитной стрелки, поправки к показаниям буссолей, гирокомпасов и гиротеодолитов.
Контрольные вопросы и упражнения:
1. В чем различие между географическими и прямоугольными координатами точки на земной поверхности?
2. На какое расстояние удалена точка А с координатами х – 6885 км, у = 4852 км от точки В с координатами х=6852 км, у=4852 км?
3. На каком расстоянии к востоку или западу от осевого меридиана зоны находятся точки, имеющие координаты:
ха =3 832 325, уа = 6 352 683;
хв =5 121 420, ув =8 621 350;
хс =4 835 740, ус =22 422 138?
4. С какой максимальной точностью можно определять прямоугольные и геодезические координаты объектов по топографическим картам разных масштабов с помощью циркуля-измерителя и поперечного масштаба?
5. Прямоугольные координаты точки А: х=3831 км, у =21 583 км. Определить географические координаты этой точки с точностью до 1°.
6. Прямоугольные координаты исходной точки А (полюса): ха – 3 538 342, уо=6 344 535. Определить прямоугольные координаты точки В, если ее полярные координаты: а=60° и S=9350
7. Прямоугольные координаты х= 4 821355 у=3 837 434, а цели х=4 715 120, у=3 820 225. Определить полярные координаты цели.
[1] Более подробно о системе высот будет сказано ниже.
1) Футштоком называется рейка с делениями, установленная так, что по ней можно сделать отсчёт, указывающий уровень воды.
[3] Силой тяжести называется равнодействующая двух сил: силы притяжения Земли и центробежной силы суточного вращения Земли. Сила тяжести характеризуется величиной ускорения, которое она сообщает свободно падающему телу.
[4] При отыскании дирекционного угла α1, 2 из точки В на точку А знаки приращений координат будут обратными: Δх = x1 – x2; Δу = y1 – у2.
[5] При влажности грунта 50% (в обычном состоянии грунты имеют влажность 20%) -преодолеваемые уклоны меньше в 2 раза.
[6] На проведение инженерных работ большое влияние оказывают приливы и отливы. Величина прилива различна: от 7 до 13м на Охотском море. Приливы изменяют уровень воды в реках, впадающих в моря. Приливная волна, входя в устье реки, может распространяться вверх по реке иногда на сотни километров, вызывая подьем уровня воды и противотечения. Скорость распространения приливной волны может достигать 20км/ч а высота 10м.
www.ronl.ru
I. Введение.
Звездное небо во все времена занимало воображение людей. Почемузажигаются звезды? Сколько их сияет в ночи? Далеко ли они от нас? Естьли границы у звездной Вселенной? С глубокой древности человекзадумывался над этими и многими другими вопросами, стремился понять, иосмыслить устройство того большого мира, в котором мы живем.
Самые ранние представления людей о нем сохранились в сказках илегендах. Прошли века и тысячелетия, прежде чем возникла и получилаглубокое обоснование и развитие наука о Вселенной, раскрывшая намзамечательную простату, удивительный порядок мироздания. Недаром еще вдревней Греции ее называли Космосом а это слово первоначально означало«порядок» и «красоту».
Системы мира - это представления о расположении в пространстве идвижении Земли, Солнца, Луны, планет, звезд и других небесных тел.
II. Картина мира.
В древнеиндийской книге, которая называется «Ригведа», что значит «Книгагимнов»,можно найти описание - одно из самых первых в историичеловечества - всей Вселенной как единого целого. Согласно «Ригведе»,она устроена не слишком сложно. В ней имеется, прежде всего, Земля. Онапредставляется безграничной плоской поверхностью - «обширнымпространством». Эта поверхность покрыта сверху небом. А небо - этоголубой, усеянный звездами «свод». Между небом и Землей - «светящийсявоздух».
От науки это было очень далеко. Но важно здесь другое. Замечательна играндиозна сама дерзкая цель - объять мыслью всю Вселенную. Отсюда беретистоки уверенность в том, что человеческий разум способен осмыслить,понять, разгадать ее устройство, создать в своем воображении полнуюкартину мира.
III. Движение планет.
Наблюдая за годичным перемещением Солнца среди звезд, древние людинаучились заблаговременно определять наступление того или иного временигода. Они разделили полосу неба вдоль эклиптики на 12 созвездий, вкаждом из которых Солнце находится примерно месяц. Как уже отмечалось,эти созвездия были названы зодиакальными. Все они за исключением одногоносят названия животных.
С предутренним восходом того или иного созвездия древние люди связывалисвои сельскохозяйственные работы, и это отражено в самих названияхсозвездий. Так, появления на небе созвездия Водолея указывало наожидаемое половодье, появление Рыб - на предстоящий ход рыбы для метанияикры. С утренним появлением созвездия Девы начиналась уборка хлеба,которая проводилась преимущественно женщинами. Спустя месяц на небепоявилась соседнее созвездие Весы, в это время как раз происходиловзвешивание и подсчет урожая.
Еще за 2000 лет до н. э. Древние наблюдатели заметили средизодиакальных созвездий пять особых светил, которые, постоянно меняя своеположение на небе, переходят из одного зодиакального созвездия в другое.В последствии греческие астрономы назвали эти светила планетами, т. е.«блуждающими». Это Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн, сохранившиев своих названиях до наших дней имена древнеримских богов. К блуждающимсветилам были причислены также Луна и Солнце.
Вероятно, прошло много столетий прежде чем древним астрономам удалосьустановить определенные закономерности в движении планет и, преждевсего, установить промежутки времени, по истечении которых положениепланеты на небе по отношению к Солнцу повторяется. Этот промежутоквремени позже был назван синодическим периодом обращения планеты. Послеэтого можно было делать следующий шаг - строить общую модель мира, вкоторой для каждой из планет было бы отведено определенное место ипользуясь которой можно было бы заранее предсказать положение планеты нанесколько месяцев или лет вперед.
По характеру своего движения на небесной сфере по отношению к Солнцупланеты (в нашем понимании) подразделяются на две группы. Меркурий иВенера названы внутренними или нижними, остальные - внешними иливерхними.
Угловая скорость Солнца больше скорости прямого движения верхнейпланеты. Поэтому Солнце постепенно обгоняет планету. Как и длявнутренних планет, в момент, когда направление на планету и на Солнцесовпадает, наступает соединение планеты с Солнцем. После того как Солнцеобгонит планету, она становится видимой перед его восходом, во второйполовине ночи. Момент, когда угол между направлением на Солнце инаправлением на планету составляет 180 градусов, называетсяпротивостоянием планеты. В это время она находится в середине дугисвоего попятного движения. Удаление планеты от Солнца на 90 градусов квостоку называется восточной квадратурой, а на 90 градусов к западу -западной квадратурой. Все упомянутые здесь положения планет относительноСолнца (с точки зрения земного наблюдателя) называются конфигурациями.
При раскопках древних городов и храмов Вавилонии обнаружены десяткитысяч глиняных табличек с астрономическими текстами. Их расшифровкапоказала, что древне вавилонские астрономы внимательно следили заположением планет на небе; они сумели определить их синодические периодыобращения и использовать эти данные при своих расчетах.
IV. Первые модели мира.
Несмотря на высокий уровень астрономических сведений народов древнегоВостока, их взгляды на строение мира ограничивались непосредственнымизрительными ощущениями. Поэтому в Вавилоне сложились взгляды, согласнокоторым Земля имеет вид выпуклого острова, окруженного океаном. ВнутриЗемли будто бы находится «царство мертвых». Небо - это твердый купол,опирающийся на земную поверхность и отделяющий «нижние воды» (океан,обтекающий земной остров) от «верхних» (дождевых) вод. На этом куполеприкреплены небесные светила, над небом будто бы живут боги. Солнцевосходит утром, выходя из восточных ворот, и заходит через западныеворота, а ночью оно движется под Землей.
Согласно представлениям древних египтян, Вселенная имеет вид большойдолины, вытянутой с севера на юг, в центре ее находится Египет. Небоуподоблялось большой железной крыше, которая поддерживается на столбах,на ней в виде светильников подвешены звезды.
В Древнем Китае существовало представление, согласно которому Земляимеет форму плоского прямоугольника, над которым на столбахподдерживается круглое выпуклое небо. Разъяренный дракон будто бы согнулцентральный столб, вследствие чего Земля наклонилась к востоку. Поэтомувсе реки в Китае текут на восток. Небо же наклонилось на запад, поэтомувсе небесные светила движутся с востока на запад.
И лишь в греческих колониях на западных берегах Малой Азии (Иония), наюге Италии и в Сицилии в четвертом веке до нашей эры началось бурноеразвитие науки, в частности, философии, как учения о природе. Именноздесь на смену простому созерцанию явлений природы и их наивномутолкованию приходят попытки научно объяснить эти явления, разгадать ихистинные причины.
Одним из выдающихся древнегреческих мыслителей был Гераклит Эфесский(ок. 530 - 470 гг. до н. э.). Это ему принадлежат слова: «Мир, единыйиз всего, не создан никем из богов и никем из людей, а был, есть и будетвечно живым огнем, закономерно воспламеняющимся и закономерноугасающим...» Тогда же Пифагор Самосский (ок. 580 - 500 гг. до н. э.)высказал мысль о том, что Земля, как и другие небесные тела, имеет формушара. Вселенная представлялась Пифагору в виде концентрических,вложенных друг в друга прозрачных хрустальных сфер, к которым будто быприкреплены планеты. В центре мира в этой модели помещалась Земля,вокруг нее вращались сферы Луны, Меркурия, Венеры, Солнца, Марса,Юпитера и Сатурна. Дальше всех находилась сфера неподвижных звезд.
Первую теорию строения мира, объясняющую прямое и попятное движениепланет, создал греческий философ Евдокс Книдский (ок. 408 - 355 гг. дон. э.). Он предложил, что у каждой планеты имеется не одна, а несколькосфер, скрепленных друг с другом. Одна из них совершает один оборот всутки вокруг оси небесной сферы по направлению с востока на запад. Времяобращения другой (в обратную сторону) предполагалось равным периодуобращения планеты. Тем самым объяснялось движение планеты вдольэклиптики. При этом предполагалось, что ось второй сферы наклонена к осипервой под определенным углом. Комбинация с этими сферами еще двухпозволяла объяснить попятное движение по отношению к эклиптике. Всеособенности движения Солнца и Луны объяснялось с помощью трех сфер.Звезды Евдокс разместил на одной сфере, вмещающей в себя все остальные.Таким образом, все видимое движение небесных светил Евдокс свел квращению 27 сфер.
Уместно напомнить, что представление о равномерном, круговом, совершенноправильном движении небесных тел высказал философ Платон. Он же высказалпредположение, что Земля находится в центре мира, что вокруг нееобращается Луна, Солнце, далее утренняя звезда Венера, звезда Гермеса,звезды Ареса, Зевса и Кроноса. У Платона впервые встречаются названияпланет по имени богов, полностью совпадающие с вавилонскими. Платонвпервые сформулировал математикам задачу: найти, с помощью какихравномерных и правильных круговых движений можно «спасти явления,представляемые планетами». Другими словами, Платон ставил задачупостроить геометрическую модель мира, в центре которой, безусловно,должна была находиться Земля.
Усовершенствованием системы мира Евдокса занялся ученик ПлатонаАристотель (384 - 322 гг. до н. э.). Так как взгляды этого выдающегосяфилософа - энциклопедиста безраздельно господствовали в физике иастрономии в течение почти двух тысяч лет, то остановлюсь на нихпоподробнее.
Аристотель, вслед за философом Эмпедоклом (ок. 490 - 430 гг. до н. э.),предположил существование четырех «стихий»: земли, воды, воздуха и огня,из смешения которых будто бы произошли все тела, встречающиеся на Земле.По Аристотелю, стихии вода и земля естественным образом стремятсядвигаться к центру мира («вниз»), тогда как огонь и воздух движутся«вверх» к периферии и то тем быстрее, чем ближе они к своему«естественному» месту. Поэтому в центре мира находится Земля, над нейрасположены вода, воздух и огонь. По Аристотелю, Вселенная ограничена впространстве, хотя ее движение вечно, не имеет ни конца ни начала. Этовозможно как раз потоиу, что, кроме упомянутых четырех элементов,существует еще и пятая, неуничтожимая материя, которую Аристотель назвалэфиром. Из эфира будто бы и состоят все небесные тела, для которыхвечное круговое движение - это естественное состояние. «Зона эфира»начинается около Луны и простирается вверх, тогда как ниже Лунынаходится мир четырех элементов.
Вот как описывает свое понимание мироздания сам Аристотель:
«Солнце и планеты обращаются около Земли, находящейся неподвижно вцентре мира. Наш огонь, относительно цвета своего, не имеет никакогосходства со светом солнечным, ослепительной белизны. Солнце не состоитиз огня; оно есть огромное скопление эфира; теплота Солнца причиняетсядействием его на эфир во время обращения вокруг Земли. Кометы сутьскоропреходящие явления, которые быстро рождаются в атмосфере и столь жебыстро исчезают. Млечный Путь есть не что иное, как испарения,воспламененные быстрым вращением звезд около Земли... Движения небесныхтел, вообще говоря, происходят гораздо правильнее, чем движениязамечаемые на Земле; ибо, так как тела небесные совершеннее любых другихтел, то им приличествует самое правильное движение, и вместе с тем самоепростое, а такое движение может быть только круговым, потому что в этомслучае движение бывает вместе с тем и равномерным. Небесные светиладвижутся свободно подобно богам, к которым они ближе, чем к жителямЗемли; поэтому светила при движении своем не нуждаются в отдыхе ипричину своего движения заключают в самих себе. Высшие области неба,более совершенные, содержащие в себе неподвижные звезды, имеют поэтомунаиболее совершенное движение - всегда вправо. Что же касается частинеба, ближайшей к Земле, а поэтому и менее совершенной, то эта частьслужит местопребыванием гораздо менее совершенных светил, каковыпланеты. Эти последние движутся не только вправо, но и влево, и притомпо орбитам, наклоненным к орбитам неподвижных звезд. Все тяжелые теластремятся к центру Земли, а так как всякое тело стремится к центруВселенной, то поэтому и Земля должна находиться неподвижно в этомцентре».
Сфера звезд
Сатурн
Меркурий
Венера
Солнце
Луна
Земля
Юпитер
Марс
При построении своей системы мира Аристотель использовал представленияЕвдокса о концентрических сферах, на которых расположены планеты икоторые вращаются вокруг Земли. По Аристотелю, первопричиной этогодвижения является «первый двигатель» - особая вращающаяся сфера,расположенная за сферой «неподвижных звезд», которая и приводит вдвижение все остальное. По этой модели лишь одна сфера в каждой изпланет вращается с востока на запад, остальные три - в противоположномнаправлении. Аристотель считал, что действие этих трех сфер должнокомпенсироваться дополнительными тремя внутренними сферами,принадлежащими той же планете. Именно в этом случае на каждуюпоследующую (по направлению к Земле) планету действует лишь суточноевращение. Таким образом, в системе мира Аристотеля движение небесных телописывалось с помощью 55 твердых хрустальных сферических оболочек.
Позже в этой системе мира было выделено восемь концентрических слоев(небес), которые передавали свое движение друг другу (рис. 1). В каждомтаком слое насчитывалось семь сфер, движущих данную планету.
Во времена Аристотеля высказывались и другие взгляды на строение мира, вчастности, что не Солнце обращается вокруг Земли, а Земля вместе сдругими планетами обращается вокруг Солнца. Против этого Аристотельвыдвинул серьезный аргумент: если бы Земля двигалась в пространстве, тоэто движение приводило бы к регулярному видимому перемещению звезд нанебе. Как мы знаем, этот эффект (годичное параллактическое смещениезвезд) был открыт лишь в середине 19 века, через 2150 лет послеАристотеля...
На склоне своих лет Аристотель был обвинен в безбожии и бежал из Афин.На самом деле в своем понимании мира он колебался между материализмом иидеализм. Его идеалистические взгляды и, в частности, представление оЗемле как центре мироздания было приспособлено для защиты религии. Вотпочему в середине второго тысячелетия нашей эры борьба против взглядовАристотеля стала необходимым условием развития науки...
V. Первая гелиоцентрическая система.
Современникам Аристотеля уже было известно, что планета Марс впротивостоянии, а также Венера во время попятного движения значительноярче, чем в другие моменты. По теории сфер они должны были бы оставатьсявсегда на одинаковом расстоянии от Земли. Именно поэтому тогда возникалии другие представления о строении мира.
Так, Гераклит Понтийский (388 - 315 гг. до н. э.) предполагал, что Землядвижется «...вращательно, около своей оси, наподобие колеса, с запада навосток вокруг собственного центра». Он высказал также мысль, что орбитыВенеры и Меркурия являются окружностями, в центре которых находитсяСолнце. Вместе с Солнцем эти планеты будто бы и обращаются вокруг Земли.
Еще более смелых взглядов придерживался Аристарх Самосский (ок. 310 -230 гг. до н. э.). Выдающийся древнегреческий ученый Архимед (ок. 287 -212 гг. до н.э. ) в своем сочинении «Псаммит» («Исчисление песчинок»),обращаясь к Гелону Сиракузскому, писал о взглядах Аристарха так:
«Ты знаешь, что по представлению некоторых астрономов мир имеет формушара, центр которого совпадает с центром Земли, а радиус равен длинепрямой, соединяющей центры Земли и Солнца. Но Аристарх Самосский в своих«Предложениях», написанных им против астрономов, отвергая этопредставление, приходит к заключению, что мир гораздо больших размеров,чем только что указано. Он полагает, что неподвижные звезды и Солнце неменяют своего места в пространстве, что Земля движется по окружностивокруг Солнца, находящегося в его центре, и что центр сферы неподвижныхзвезд совпадает с центром Солнца, а размер этой сферы таков, чтоокружность, описываемая по его предположению, Землей, находится красстоянию неподвижных звезд в таком же отношении, в каком центр шаранаходится к его поверхности».
VI. Система Птолемея.
Становление астрономии как точной науки началось благодаря работамвыдающегося греческого ученого Гиппарха. Он первый начал систематическиеастрономические наблюдения и их всесторонний математический анализ,заложил основы сферической астрономии и тригонометрии, разработал теориюдвижения Солнца и Луны и на ее основе - методы предвычисления затмений.
Гиппарх обнаружил, что видимое движение Солнца и Луны на небе являетсянеравномерным. Поэтому он стал на точку зрения, что эти светила движутсяравномерно по круговым орбитам, однако центр круга смещен по отношению кцентру Земли. Такие орбиты были названы эксцентрами. Гиппарх составилтаблицы, по которым можно было определить положение Солнца и луны нанебе на любой день года. Что же касается планет, то, по замечаниюПтолемея, он «не сделал других попыток объяснения движения планет, адовольствовался приведением в порядок сделанных до него наблюдений,присоединив к ним еще гораздо большее количество своих собственных. Онограничился указанием своим современникам на неудовлетворительность всехгипотез, при помощи которых некоторые астрономы думали объяснитьдвижение небесных светил».
Благодаря работам Гиппарха астрономы отказались от мнимых хрустальныхсфер, предположенных Евдоксом, и перешли к более сложным построениям спомощью эпициклов и деферентов, предложенных еще до Гиппарха АполлономПергским. Классическую форму теории эпициклических движений придалКлавдий Птолемей.
Главное сочинение Птолемея «Математический синтаксис в 13 книгах» или,как его назвали позже арабы, «Альмагест»(«Величайшее») стал известным всредневековой Европе лишь в XII в. В 1515 г. он был напечатан налатинском языке в переводе с арабского, а в 1528 г. в переводе сгреческого. Трижды «Альмагест» издавался на греческом языке, в 1912 г.он издан на немецком языке.
«Альмагест» - это настоящая энциклопедия античной астрономии. В этойкниге Птолемей сделал то, что не удавалось сделать ни одному из егопредшественников. Он разработал метод, пользуясь которым можно былорассчитать положение той или другой планеты на любой наперед заданныймомент времени. Это ему далось нелегко, и в одном месте он заметил:
«Легче, кажется, двигать самые планеты, чем постичь их сложноедвижение...»
«Установив» Землю в центре мира, Птолемей представил видимое сложное инеравномерное движение каждой планеты как сумму нескольких простыхравномерных круговых движений.
Р
Е С
О
Т Т
Рис. 2.
Рис .1.
Согласно Птолемею каждая планета движется равномерно по малому кругу -эпициклу. Центр эпицикла в свою очередь равномерно скользит поокружности большого круга, названого деферентом (рис.1.). Для лучшегосовпадения теории с данными наблюдений пришлось предположить, что центрдеферента смещен по отношению к центру Земли. Но этого былонедостаточно. Птолемей был вынужден предположить, что движение центраэпицикла по деференту является равномерным ( т. е. его угловая скоростьдвижения постоянна), если рассматривать это движение не из центрадеферента О и не из центра Земли Т, а с некоторой «выравнивающей точки»Е, названной позже эквантом (рис. 2.).
Комбинируя наблюдения с расчетами, Птолемей методом последовательныхприближений получил, что отношения - радиусов эпициклов к радиусамдеферентов для Меркурия, Венеры, Марса, Юпитера и Сатурна равнысоответственно 0.376, 0.720, 0.658, 0.192 и 0.103. Любопытно, что дляпредвычисления положения планеты на небе не было необходимости знатьрасстояния до планеты, а лишь упомянутое отношение радиусов эпициклов идеферентов.
При построении своей геометрической модели мира Птолемей учитывал тотфакт, что в процессе своего движения планеты несколько отклоняются отэклиптики. Поэтому для Марса, Юпитера и Сатурна он «наклонил» плоскостидеферентов к эклиптике и плоскости эпициклов к плоскостям деферентов.Для Меркурия и Венеры он ввел колебания вверх и вниз с помощью небольшихвертикальных кругов. В целом для объяснения всех замеченных в то времяособенностей в движении планет Птолемей ввел 40 эпициклов. Система мираПтолемея, в центре которой находится Земля, называется геоцентрической.
Кроме отношения радиусов эпициклов и деферентов для сопоставления теориис наблюдениями необходимо было задать периоды обращения по этим кругам.По Птолемею, полный оборот по окружности эпициклов все верхние планетысовершают за тот же промежуток времени, что и Солнце по эклиптике, т. е.за год. Поэтому радиусы эпициклов этих планет, направленные к планетам,всегда параллельны направлению с Земли на Солнце. У нижних планет -Меркурия и Венеры - период обращения по эпициклу равен промежуткувремени, а течении которого планета возвращается к исходной точке нанебе. Для периодов обращений центра эпицикла по окружности деферентакартина обратная. У Меркурия и Венеры они равны году. Поэтому центры ихэпициклов всегда лежат на прямой, соединяющей солнце и Землю. Длявнешних планет они определяются временем, в течении которого планета,описав полную окружность на небе, возвращается к тем же звездам.
Вслед за Аристотелем Птолемей попытался опровергнуть представление овозможном движении Земли. Он писал:
«Существуют люди, которые утверждают, будто бы ничто не мешаетдопустить, что небо неподвижно, а земля вращается около своей оси отзапада к востоку, и что она делает такой оборот каждые сутки. Правда,говоря о светилах, ничто не мешает для большей простоты допустить это,если принимать в расчет только видимые движения. Но эти люди не сознают,до какой степени смешно такое мнение, если присмотреться ко всему, чтосовершается вокруг нас и в воздухе. Если мы согласимся с ними, - чего вдействительности нет, - что самые легкие тела вовсе не движутся илидвижутся так же , как и тела тяжелые, между тем как, очевидно, воздушныетела движутся с большей скоростью, чем тела земные; если бы мысогласились с ними, что предметы самые плотные и самые тяжелые имеютсобственное движение, быстрое и постоянное, тогда как на самом деле онис трудом движутся от сообщаемых им толчков, - все - таки эти люди должныбыли бы сознаться, что Земля вследствие своего вращения имела быдвижение значительно быстрее всех тех, какие происходят вокруг нее, ибоона совершала бы такую большую, окружность в такой малый промежутоквремени. Таким образом, тела, которые поддерживали бы Землю, казались бывсегда движущимися по противоположному с ней направлению, и никакоеоблако, ничто летящее или брошенное никогда не казалось бынаправляющимся к востоку, ибо Земля опередила бы всякое движение в этомнаправлении».
С современной точки зрения можно сказать, что Птолемей слишкомпереоценил роль центробежной силы. Он также придерживался ошибочногоутверждения Аристотеля, что в поле тяжести тела падают со скоростями,пропорциональными их массам...
В целом же, как заметил А. Паннекук, «Математическое сочинение» Птолемея«было карнавальным шествием геометрии, праздником глубочайшего созданиячеловеческого ума в представлении Вселенной.. труд Птолемея предстаетперед нами как великий памятник науки античной древности...».
После высокого расцвета античной культуры на европейском континентенаступил период застоя и регресса. Этот мрачный промежуток временипродолжительностью более тысячи лет был назван средневековьем. Емупредшествовало превращение христианства в господствующую религию, прикоторой не было места для высокоразвитой науки античной древности. В этовремя произошел возврат к наиболее примитивным представлениям о плоскойЗемле.
И лишь начиная с XI в. под влиянием роста торговых сношений, с усилием вгородах нового класса - буржуазии. Духовная жизнь в Европе началапробуждаться. В середине XIII в. философия Аристотеля была приспособленак христианской теологии, отменены решения церковных соборов, запрещавшихнатурфилософские идеи великого древнегреческого философа. ВзглядыАристотеля на устройство мира вскоре стали неотъемлемыми элементамихристианской веры. Теперь уже нельзя было сомневаться в том, что Земляимеет форму шара, установленного в центре мира, и что вокруг негообращаются все небесные светила. Система Птолемея стала как быдополнением к Аристотелю, помогающим проводить конкретные расчетыположений планет.
Основные параметры своей модели мира Птолемей определил в высшей степениискусно и с высокой точностью. Со временем, однако, астрономы началиубеждаться в том, что между истинным положением планеты на небе ирасчетным существуют расхождения. Так, в начале 12 века планета Марсоказалась на два градуса в стороне от того места, где ей надлежало бытьпо таблицам Птолемея.
Чтобы объяснить все особенности движения планет на небе, приходилосьвводить для каждой из них до десяти и более эпициклов со всёуменьшающимися радиусами так, чтобы центр меньшего эпицикла обращался покругу большего. К 16 веку движение Солнца, Луны и пяти планетобъяснялось с помощью более чем 80 кругов! И всё же наблюдения,разделённые большими промежутками времени, было трудно «подогнать» подэту схему. Приходилось вводить новые эпициклы, несколько изменять ихрадиусы, смещать центры деферентов по отношению к центру Земли. Вконечном итоге геоцентрическая система Птолемея, перегруженнаяэпициклами и эквантами, рухнула от собственной тяжести...
VII. Мир Коперника.
Книга Коперника, вышедшая в год его смерти, в 1543 году, носила скромноеназвание: «О вращении небесных сфер». Но это было полное ниспровержениеАристотеля взгляда на мир. Сложная махина полых прозрачных хрустальныхсфер отошла в прошлое. С этого времени началась новая эпоха в нашемпонимании Вселенной. Продолжается она и по ныне.
Благодаря Копернику мы узнали, что Солнце занимает надлежащее емуположение в центре планетной системы. Земля же никакой не центр мира, аодна из рядовых планет, обращающихся вокруг Солнца. Так все стало насвои места. Строение Солнечной системы было наконец разгадано.
Дальнейшие открытия астрономов пополнили семью больших планет. Ихдевять: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун иПлутон. В таком порядке они занимают свои орбиты вокруг Солнца. Открытомножество малых тел Солнечной системы - астероидов и комет. Но это неизменило новой Коперниковой картины мира. Напротив, все эти открытиятолько подтверждают и уточняют ее.
Теперь мы понимаем, что живем на небольшой планете, похожей на шар.Земля вращается вокруг Солнца по орбите, не слишком отличающейся отокружности. Радиус этой окружности близок к 150 миллионам километров.
Расстояние от Солнца до Сатурна - самой дальней из известных во временаКоперника планет - приблизительно в десять раз больше радиуса земнойорбиты. Это расстояние совершенно правильно определил еще Коперник.Размеры Солнечной системы - расстояние от Солнца до орбиты девятойпланеты, Плутона, еще почти в четыре раза больше и составляетприблизительно 6 миллиардов километров.
Такова картина Вселенной в нашем непосредственном окружении. Это и естьмир по Копернику.
Но Солнечная система еще не вся Вселенная. Можно сказать, что это тольконаш маленький мирок. А как же далекие звезды? О них Коперник не рисковалвысказывать никакого определенного мнения. Он просто оставил их напрежнем месте, не дальней сфере, где были они у Аристотеля, и лишьговорил, и совершенно правильно, что расстояние до звезд во множествораз больше размеров планетных орбит. Как и античные ученые, онпредставлял Вселенную замкнутым пространством, ограниченным этой сферой.
Сфера звезд
Сатурн
Юпитер
Луна
Земля
. Венера
Sol.
Меркурий
Марс
Уран
VIII. Солнце и Звезды.
В ясную безлунную ночь, когда ничто не мешает наблюдению, человек сострым зрением увидит на небосводе не более двух - трех тысяч мерцающихточечек. В списке, составленном во 2 веке до нашей эры знаменитомдревнегреческим астрономом Гиппархом и дополненном позднее Птолемеем,значится 1022 звезды. Гевелий же, последний астроном, производившийтакие подсчеты без помощи телескопа, довел их число до 1533.
Но уже в древности подозревали о существовании большого числа звезд,невидимых глазом. Демокрит, великий ученый древности, говорил, чтобелесоватая полоса, протянувшаяся через все небо, которую мы называемМлечным Путем, есть в действительности соединение света множестваневидимых по отдельности звезд. Споры о строении Млечного Путипродолжались веками. Решение - в пользу догадки Демокрита - пришло в1610 году, когда Галилей сообщил о первых открытиях, сделанных на небе спомощью телескопа. Он писал с понятным волнением и гордостью, что теперьудалось «сделать доступными глазу звезды, которые раньше никогда не быливидимыми и число которых по меньшей мере в десять раз больше числазвезд, известных издревле».
Но и это великое открытие всё ещё оставляло мир звёзд загадочным.Неужели все они, видимые и невидимые, действительно сосредоточены втонком сферическом слое вокруг Солнца?
Ещё до открытия Галилея была высказана совершенно неожиданная, по темвременам замечательно смелая мысль. Она принадлежит Джордано Бруно,трагическая судьба которого всем известна. Бруно выдвинул идею о том,что наше Солнце - это одна из звёзд Вселенной. Всего только одна извеликого множества, а не центр всей Вселенной. Но тогда и любая другаязвезда тоже вполне может обладать своей собственной планетной системой.
Если Коперник указал место Земли отнюдь не в центре мира, то Бруно иСолнце лишил этой привилегии.
Идея Бруно породила немало поразительных следствий. Из неё вытекалаоценка расстояний до звёзд. Действительно, Солнце - это звезда, как идругие, но только самая близкая к нам. Поэтому - то оно такое большое ияркое. А на какое расстояние нужно отодвинуть светило, чтобы и оновыглядело так, как, например, Сириус? Ответ на этот вопрос далголландский астроном Гюйгенс (1629 - 1695). Он сравнил блеск этих двухнебесных тел, и вот что оказалось: Сириус находится от нас в сотни раздальше, чем Солнце.
Чтобы лучше представить, сколь велико расстояние до звезды, скажем, чтолуч света, пролетающий за одну секунду 300 тысяч километров, затрачиваетна путешествие от Сириуса к нам несколько лет. Астрономы говорят в этомслучае о расстоянии в несколько световых лет. По современным уточненнымданным, расстояние до Сириуса - 8,7 световых лет. А расстояние от нас досолнца всего 8 световых минут.
Конечно, разные звезды отличаются друг от друга (это и учтено всовременной оценке расстояние до Сириуса). Поэтому определениерасстояний до них и сейчас часто остаётся очень трудной, а иногда ипросто неразрешимой задачей для астрономов, хотя со времени Гюйгенсапридумано для этого немало новых способов.
Замечательная идея Бруно и основанный на ней расчет Гюйгенса сталирешительным шагом к овладению тайными Вселенной. Благодаря этому границынаших знаний о мире сильно раздвинулись, они вышли за пределы Солнечнойсистемы и достигли звёзд.
IX. Галактика.
С XVII века важнейшей целью астрономов стало изучение Млечного Пути -этого гигантского собрания звезд, которые Галилей увидел в свойтелескоп. Усилия многих поколений астрономов - наблюдателей былинацелены на то, чтобы узнать, каково полное число звёзд Млечного Пути,определить его действительную форму и границы, оценить размеры. Лишь вXIX веке удалось понять, что это единая система, заключающая в себе всевидимые звёзды. На равных правах со всеми входит в эту систему и нашеСолнце, а с ним Земля и планеты. Причем располагаются они далеко не в еёцентре, а на её окраине.
Потребовались ещё многие десятилетия тщательных наблюдений и глубокихраздумий, прежде чем перед астрономами раскрылось во всей полнотестроение Галактики. Так стали называть звёздную систему, которую мывидим, - конечно, изнутри - как полосу Млечного Пути. (Слово «галактика»образовано от новогреческого «галактикос», что значит «млечный».)
Оказалось, что Галактика имеет довольно правильное строение и форму,несмотря на видимую клочковатость Млечного Пути, на беспорядочность, скоторой, как нам кажется, рассеяны звёзды по небу. Она состоит из диска,гало и короны. Как видно из схематического рисунка, диск представляетсобой как бы две сложенные краями тарелки. Он образован звёздами,которые внутри этого объема движутся по почти круговым орбитам вокругцентра Галактики.
Диаметр диска измерен - он составляет приблизительно 100 тысяч световыхлет. Это означает, что свету потребуется сто тысяч лет, чтобы пересечьдиск из конца в конец по диаметру. Вот сколь огромна Галактика ! А числозвёзд в диске - приблизительно сто миллиардов.
В гало содержится сравнимое с этим число звёзд. (Слово «гало» означает«круглый».) Они заполняют слегка сплюснутый сферический объем и движутсяне по круговым, а по сильно вытянутым орбитам. Плоскости этих орбитпроходят через центр Галактики. По разным направлениям они распределеныдолее или менее равномерно.
Так устроена наша Галактика:
1 - сферическая составляющая; 2 - диск; 3 - ядро; 4 - слой газопылевыхоблаков; 5 - корона
1
5
4
2 100 тыс. Световых лет
3
Диск и окружающее его гало погружены в корону. Если радиусы диска и галосравнимы между собой по величине, то радиус короны в пять, а может быть,и в десять раз больше. Почему «может быть»? Да потому, что она невидима- из неё не исходит никакого света. Как же узнали тогда о ней астрономы?
Все тела в природе создают тяготение и испытывают его действие. Об этомговорит Закон всемирного тяготения, открытый Ньютоном. Вот и о коронеузнали не по свету, а по создаваемому ею тяготению. Оно действует навидимые звёзды, на излучающие свет облака газа. Наблюдая за движениемэтих тел, астрономы и заметили: на них кроме диска и гало действуетчто-то ещё.
Детальное изучение этого «нечто» и позволило в конце концов обнаружитькорону, которая создаёт дополнительное тяготение. Она оказалась оченьмассивной - в несколько раз больше массы всех звёзд, входящих в диск игало.
Таковы сведения, полученные советским астрономом Я. Эйнасто и егосотрудниками в Тартуской обсерватории.
Конечно, изучать невидимую корону очень трудно. Из-за этого и не слишкомточны пока оценки её размеров и массы. Но её главная загадка в другом:мы не знаем, из чего она состоит. Мы не знаем, есть ли в ней звёзды,пусть даже и какие-то необычные, совсем не излучающие свет.
Сейчас многие предполагают, что её масса складывается вовсе не из звёзд,а из мельчайших элементарных частиц - нейтрино. Эти частицы известныфизикам уже давно, но и сами по себе они тоже в значительной степениостаются загадочными. Неизвестно о них, можно сказать, самое главное:есть ли у них масса покоя, то есть такая масса, которой частица обладаетв состоянии, когда она не движется, а стоит на месте. Большинствоэлементарных частиц такую массу имеют.
Это, например, электрон, протон, нейтрон, из которых состоят все атомы.А вот у фотона, кванта света, её нет. Фотоны существуют лишь в движении.Нейтрино могли бы служить материалом для короны, но лишь в том случае,если у них есть масса покоя.
Легко представить себе, с каким нетерпением ожидают астрономы вестей изфизических лабораторий, где ставятся сейчас специальные эксперименты,чтобы выяснить, есть ли у нейтрино масса покоя или нет. Возможно, именнофизики и решат загадку невидимой короны.
X. Звездные миры.
К началу нашего века границы разведанной Вселенной раздвинулисьнастолько, что включили в себя Галактику. Многие, если не все, думалитогда, что эта огромная звёздная система и есть вся Вселенная в целом.
Но вот в 20-е годы были построены новые крупные телескопы, и передастрономами открылись совершенно неожиданные горизонты. Оказалось, чтоза пределами Галактики мир не кончается. Миллиарды звёздных систем,галактик, похожих на нашу и отличающихся от неё, рассеяны тут и там попросторам Вселенной.
Фотографии галактик, сделанные с помощью самых больших телескопов,поражают красотой и разнообразием форм: это и могучие вихри звёздныхоблаков, и правильные шары, а иные звёздные системы вообще необнаруживают никаких определённых форм, они клочковаты и бесформенны.Все эти типы галактик - спиральные, эллиптические, неправильные, -получившие названия по своему виду на фотографиях, открыты американскимастрономом Э. Хабблом в 20-30-е годы нашего века.
Если бы мы могли увидеть нашу Галактику издалека, то она предстала быперед нами совсем не такой, как на схематическом рисунке, по которому мызнакомились с её строением. Мы не увидели бы ни диска, ни гало, ни,естественно, короны, которая и вообще-то невидима. С больших расстоянийбыли бы видны лишь самые яркие звёзды. А все они, как выяснилось,собраны в широкие полосы, которые дугами выходят из центральной областиГалактики. Ярчайшие звёзды образуют её спиральный узор. Только этот узори был бы различим издалека. Наша Галактика на снимке, сделанномастрономом из какого-то звёздного мира, выглядела бы очень похожей натуманность Андромеды.
Исследования последних лет показали, что многие крупные спиральныегалактики обладают - как и наша Галактика - протяжёнными и массивныминевидимыми коронами. Это очень важно: ведь если так, то, значит, ивообще чуть ли не вся масса Вселенной (или, во всяком случае,подавляющая её часть) - это загадочная, невидимая, но тяготеющая«скрытая» масса.
Многие, а может быть, и почти все галактики собраны в различныеколлективы, которые называют группами, скоплениями и сверхскоплениями,смотря по тому, сколько их там. В группу может входить всего три иличетыре галактики, а в сверхскопление - до тысячи или даже несколькихдесятков тысяч. Наша Галактика, туманность Андромеды и ещё более тысячитаких же объектов входят в так называемое Местное сверхскопление. Оно неимеет четко очерченной формы.
Приблизительно так же устроены и другие сверхскопления, лежащие далекоот нас, но довольно отчетливо различимые в современные крупныетелескопы.
До недавнего времени астрономы полагали, что эти объекты - самые крупныеобразования во Вселенной и что какие-либо ещё большие системыотсутствуют. Но вот выяснилось, что это не так.
Несколько лет назад астрономы составили удивительную карту Вселенной. Наней каждая галактика представлена всего лишь точкой. На первый взглядони рассеяны на карте хаотично. Если же приглядеться внимательно, томожно обнаружить группы, скопления и сверхскопления, которые выглядятздесь цепочками точек. Но что поразительнее всего, карта позволяетобнаружить, что некоторые такие цепочки соединяются и пересекаются,образуя какой-то сетчатый или ячеистый узор, напоминающий кружева или,может быть, пчелиные соты с размерами ячеек в 100-300 миллионов световыхлет.
Покрывают ли такие «сетки» всю Вселенную, еще предстоит выяснить. Нонесколько отдельных ячеек, очерченных сверхскоплениями, удалось подробноизучить. Внутри них галактик почти нет, все они собраны в «стенки».
Ячейка - это предварительное, рабочее название для самого крупногообразования во Вселенной. Более крупных систем в природе нет. Этопоказывает карта Вселенной. Астрономия достигла наконец завершения однойиз самых грандиозных своих задач: вся последовательность, или, как ещёговорят, иерархия, астрономических систем теперь целиком известна. И всёже...
XI. Вселенная.
Больше всего на свете - сама Вселенная, охватывающая и включающая в себявсе планеты, звёзды, галактики, скопления, сверхскопления и ячейки.Дальность действия современных телескопов достигает несколькихмиллиардов световых лет.
Планеты, звёзды, галактики поражают нас удивительным разнообразием своихсвойств, сложностью строения. А как устроена вся Вселенная, Вселенная вцелом ?
Её главное свойство - однородность. Об этом можно сказать и точнее.Представим себе, что мы мысленно выделили во Вселенной очень большойкубический объем, с ребром в 500 миллионов световых лет. Подсчитаем,сколько в нем галактик. Произведём такие же подсчёты для других, ностоль же гигантских объемов, расположенных в различных частях Вселенной.Если все это проделать и сравнить результаты, то окажется, что в каждомиз них, где бы их ни брать, содержится одинаковое число галактик. То жесамое будет и при подсчёте скоплений или даже ячеек.
Вселенная предстаёт перед нами всюду одинаковой - «сплошной» иоднородной. Проще устройства и не придумать. Нужно сказать, что об этомлюди уже давно подозревали. Указывая из соображений максимальнойпростоты устройства на общую однородность мира, замечательный мыслительПаскаль (1623-1662) говорил, что мир - это круг, центр которого везде, аокружность нигде. Так с помощью наглядного геометрического образа онутверждал однородность мира.
В однородном мире все «места» равноправны и любое из них можетпретендовать на, что оно - Центр мира. А если так, то, значит, никакогоцентра мира вовсе не существует.
У Вселенной есть и ещё одно важнейшее свойство, но о нем никогда даже ине догадывались. Вселенная находиться в движении - она расширяется.Расстояние между скоплениями и сверхскоплениями постоянно возрастает.Они как бы разбегаются друг от друга. А сеть ячеистой структурырастягивается.
Во все времена люди предпочитали считать Вселенную вечной и неизменной.Эта точка зрения господствовала вплоть до 20-х годов нашего века. В товремя считалось, что она ограничена размерами нашей Галактики. Путимогут рождаться и умирать, Галактика все равно остается все той же, какнеизменным остается лес, в котором поколение за поколением сменяютсядеревья.
Настоящий переворот в науке о Вселенной произвели в 1922 - 1924 годахработы ленинградского математика и физика А. Фридмана. Опираясь натолько что созданную тогда А. Эйнштейном общую теорию относительности,он математически доказал, что мир - это не нечто застывшее и неизменное.Как единое целое он живет своей динамической жизнью, изменяется вовремени, расширяясь или сжимаясь по строго определённым законам.
Фридман открыл подвижность звёздной Вселенной. Это было теоретическоепредсказание, а выбор между расширением и сжатием нужно сделать наосновании астрономических наблюдений. Такие наблюдения в 1928 - 1929годах удалось проделать Хабблу, известному уже нам исследователюгалактик.
Он обнаружил, что далёкие галактики и целые их коллективы движутся,удаляясь от нас во все стороны. Но так и должно выглядеть, всоответствии с предсказаниями Фридмана, общее расширение Вселенной.
Конечно, это не означает, что галактики разбегаются именно от нас. Иначемы вернулись бы к старым воззрениям, к докоперниковой картине мира сЗемлёй в центре. В действительности общее расширение Вселеннойпроисходит так, что все они удаляются друг от друга, и из любого местакартина этого разбегания выглядит так, как мы видим её с нашей планеты.
Если Вселенная расширяется, то, значит, в далёком прошлом скопления былиближе друг к другу. Более того: из теории Фридмана следует, чтопятнадцать - двадцать миллиардов лет назад ни звёзд, ни галактик ещё небыло и всё вещество было перемешано и сжато до колоссальной плотности.Это вещество было тогда и немыслимо горячим. Из такого особого состоянияи началось общее расширение, которое привело со временем к образованиюВселенной, какой мы видим и знаем её сейчас.
Общие представления о строении Вселенной складывались на протяжении всейистории астрономии. Однако только в нашем веке смогла появитьсясовременная наука о строении и эволюции Вселенной - космология.
XII. Заключение.
Мы знаем строение Вселенной в огромном объеме пространства, дляпересечения которого свету требуются миллиарды лет. Но пытливая мысльчеловека стремится проникнуть дальше. Что лежит за границами наблюдаемойобласти мира ? Бесконечна ли Вселенная по объему ? И её расширение -почему оно началось и будет ли оно всегда продолжаться в будущем ? Акаково происхождение «скрытой» массы ? И наконец, как зародиласьразумная жизнь во Вселенной ?
Есть ли она ещё где-нибудь кроме нашей планеты ? Окончательные и полныеответы на эти вопросы пока отсутствуют.
Вселенная неисчерпаема. Неутомима и жажда знания, заставляющая людейзадавать всё новые и новые вопросы о мире и настойчиво искать ответы наних.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.
Космос: Сборник. “Научно - популярная литература” (Сост. Ю. И. Коптев иС. А. Никитин; Вступ. ст. академика Ю. А. Осипьяна; Оформл. и макет В.Итальянцева; Рис. Е. Азанова, Н. Котляровского, В. Цикоты. - Л.: Дет.лит.,1987. - 223 с., ил.)
И. А. Климишин. “Астрономия наших дней” - М.: «Наука».,1976. - 453 с.
А. Н. Томилин. “Небо Земли. Очерки по истории астрономии” (Научныйредактор и автор предисловия доктор физико-математических наук К. Ф.Огородников. Рис. Т. Оболенской и Б. Стародубцева. Л., «Дет. лит.»,1974. - 334 с., ил.)
“Энциклопедический словарь юного астронома” (Сост. Н. П. Ерпылев. - 2-еизд., перераб. и доп. - М.: Педагогика, 1986. - 336с., ил.)
geum.ru
