Вселенная

В безлунные ночи на небе хорошо видна туманная полоса Млечного Пути. Но это не скопление туманных масс, а множество звезд – наша звездная система Галактика. В Галактике по современным оценкам около 200 миллиардов звезд. Чтобы пересечь её из конца в конец световой луч при скорости 300 тысяч километров в секунду должен затратить около 100 тысяч лет1.

Однако, несмотря на столь грандиозные размеры, наша Галактика лишь один из множества подобных звездных островов Вселенной. У неё есть спутники. Самые крупные из них – Большое и Малое Магеллановы Облака. Вместе с нашей Галактикой они обращаются вокруг общего центра масс. Наша Галактика, Магеллановы Облака и еще несколько звездных систем, в том числе знаменитая туманность Андромеды, образуют так называемую Местную Группу Галактик.

Современным телескопам и радиотелескопам, а также другим средствам астрономических исследований доступна колоссальная область пространства. Её радиус 10-12 миллиардов световых лет. В этой области расположены миллиарды галактик. Это – Метагалактика.

^ В расширяющейся метагалактике

Одной из самых ошеломляющих астрономических теорий, появившейся на свет в текущем столетии, бесспорно, можно считать теорию «расширяющейся Вселенной» или, точнее говоря, расширяющейся Метагалактики.

Главная идея этой теории состоит в том, что Метагалактика возникла около 15-20 миллиардов2 лет назад в результате грандиозного космического взрыва компактного сгустка сверхплотной материи.

^ Несколько слов о том, как родилась эта теория

Одним из самых эффективных методов изучения Вселенной является построение различных теоретических моделей, т. е. упрощенных теоретических схем мироздания. Длительное время в космологии изучались так называемые однородные изотропные модели. Что это значит?

Вообразим, что мы разбили Вселенную на множество «элементарных» областей и что каждая из них содержит большое количество галактик. Тогда однородность и изотропия означают, что свойства и поведение Вселенной в каждую эпоху одинаковы во всех достаточно больших областях и по всем направлениям.

Первую модель однородной изотропной Вселенной предложил А. Эйнштейн. Она описывала так называемую стационарную Вселенную, т. е. такую Вселенную, которая с течением времени не меняется в общих чертах, но в которой вообще нет каких-либо движений достаточно крупного масштаба.

Однако в 1922 г. талантливый ленинградский ученый А. А. Фридман показал, что уравнения Эйнштейна допускают также множество нестационарных, а именно расширяющихся и сжимающихся, однородных изотропных моделей. Позднее выяснилось, что, и статическая модель Эйнштейна неизбежно переходит в нестационарную. Но это означало, что однородная изотропная Вселенная обязательно должна либо расширяться, либо сжиматься.

Еще до этого американский астроном Слайфер обнаружил красное смещение спектральных линий в спектрах галактик. Подобное явление, известное в физике под названием эффекта Доплера, наблюдается в тех случаях, когда расстояние между источником света и приемником увеличивается.

^ Вселенная в гамма-лучах

Как известно, на протяжении весьма длительного времени астрономия была чисто «оптической»1 наукой. Человек изучал на небе то, что он видел – сперва невооружённым глазом, а затем с помощью телескопов. С развитием радиотехники родилась радиоастрономия, значительно расширившая наши знания о Вселенной. Наконец, в последние годы в результате появления космических средств исследования возникла возможность изучения и других электромагнитных вестников Вселенной – инфракрасных, ультрафиолетовых, рентгеновских и гамма-излучений. Астрономия превратилась во всеволновую науку.

Одним из новых методов исследования космических объектов является рентгеновская астрономия. Несмотря на то, что этот метод сравнительно молод, в настоящее время Вселенную уже невозможно представить себе без тех данных, которые получены благодаря наблюдениям в рентгеновском диапазоне.

Пожалуй, ещё более многообещающим источником космической информации являются гамма-излучения. Дело в том, что энергия гамма-квантов может в сотни тысяч и миллионы раз превосходить энергию фотонов видимого света. Для таких гамма-квантов Вселенная фактически прозрачна. Они распространяются практически прямолинейно, приходят к нам от весьма удалённых объектов и могут сообщить чрезвычайно ценные сведения о многих физических процессах, протекающих в космосе.

Особенно важную информацию гамма-кванты способны принести о необычайных, экстремальных состояниях материи во Вселенной, а именно такие состояния интересуют современных астрофизиков в первую очередь. Так, например, гамма-излучение возникает при взаимодействии вещества и антивещества, а также там, где происходит рождение космических лучей – потоков частиц высоких энергий.

Главная трудность гамма-наблюдений Вселенной заключается в том, что хотя энергия космических гамма-квантов и очень велика, но число этих квантов в околоземном пространстве ничтожно мало. Современные гамма-телескопы даже от самых ярких гамма-источников регистрируют примерно один квант за несколько минут.

Значительные трудности возникают и вследствие того, что первичное космическое излучение приходится изучать на фоне многочисленных помех. Под действием заряжённых частиц космических лучей, приходящих на Землю, – протонов и электронов, начинают ярко «светиться» в гамма-диапазоне и земная атмосфера, и конструкции космического аппарата, на борту которого установлена регистрирующая аппаратура.

Как же выглядит Вселенная в гамма-лучах? Представьте себе на минуту, что ваши глаза чувствительны не к видимому свету, а к гамма-квантам. Какая картина предстала перед нами? Взглянув на небо, мы не увидели бы ни Солнца, ни привычных созвездий, а Млечный Путь выглядел бы узкой светящейся полосой. Кстати, подобное распределение галактического гамма-излучения подтвердило предположение, высказанное в своё время известным советским физиком академиком В. Л. Гинзбургом о том, что космические лучи имеют в основном галактическое, а не внегалактическое происхождение.

В настоящее время с помощью гамма-телескопов, установленных на космических аппаратах, зарегистрировано несколько десятков источников космического гамма-излучения. Пока ещё нельзя точно сказать, что они собой представляют, – звёзды ли это или другие компактные объекты, или, может быть, протяжённые образования. Есть основания предполагать, что гамма-излучение возникает при нестационарных, взрывных явлениях. К числу таких явлений относятся, например, вспышки сверхновых звёзд. Однако при обследовании 88 известных остатков сверхновых было обнаружено только два источника гамма-излучения.

^ Судьба одной гипотезы

У планеты Марс есть два маленьких спутника – Фобос и Деймос. Деймос обращается по орбите, удаленной от планеты примерно на 23 тыс. км, а Фобос движется на расстоянии всего около 9 тыс. км от Марса. Вспомним, что Луна удалена от нас на 385 тыс. км, т.е. находится в 40 с лишним раз дальше от Земли, чем Фобос от Марса.

Вся история изучения Фобоса и Деймоса полна удивительных событий и увлекательных загадок. Судите сами: первое напоминание о наличии у Марса двух небольших спутников появилось не в научных трудах, а на страницах знаменитых «Путешествий Гулливера», написанных Джонатаном Свифтом в начале 18 столетия.

По ходу событий Гулливер оказывается на летучем острове Лапуте. И местные астрономы рассказывают ему, что им удалось открыть два маленьких спутника, обращающихся вокруг Марса.

В действительности же марсианские луны были открыты А.Холлом лишь спустя полтора столетия после выхода романа в свет, во время великого противостояния Марса 1877 г. И открыты при исключительно благоприятных атмосферных условиях после упорных многодневных наблюдений, на пределе возможностей инструмента и человеческих глаз.

Сейчас можно только гадать, что побудило Свифта предсказать существование двух спутников Марса. Во всяком случае, не телескопические наблюдения. Скорее всего, Свифт предполагал, что число спутников у планет должно возрастать по мере удаления от Солнца. В то время было известно, что у Венеры спутников нет, вокруг Земли обращается один спутник – Луна, а вокруг Юпитера – четыре, они были открыты Галилеем в 1610 г. Получалось «очевидная» геометрическая прогрессия, в которую на свободное место, соответствующее Марсу, казалось, сама собой просилась двойка.

Впрочем, Свифт предсказал не только существование Фобоса и Деймоса, но и то, что радиус орбиты ближайшего спутника Марса равен трем поперечником планеты, а внешнего – пяти. Три поперечника – это около20 тысяч км. Примерно на таком расстоянии расположена орбита Деймоса. Правда, не внутреннего спутника, как утверждал Свифт, а внешнего – но все равно совпадение впечатляет. Разумеется, именно совпадение

В очередной раз очередной раз внимание к марсианским лунам было привлечено во второй половине текущего столетия. Сравнивая результаты наблюдений, проведенных в разные годы, астрономы пришли к выводу, что ближайший спутник Марса Фобос испытывает торможение, благодаря которому постепенно приближается к поверхности планеты. Явление выглядело загадочно. Во всяком случае, никакими эффектами небесной механики наблюдаемое торможение объяснить не удалось.

^ Черные дыры во вселенной

В последние годы большую популярность в астрофизике приобрела гипотеза так называемых черных дыр.

Двадцатый век принес с собой целый ряд удивительных открытий в физике и астрономии. Идет своеобразная цепная реакция: обнаруживаются диковинные явления, а их дальнейшее изучение и осмысление приводит к открытию явлений, еще более поразительных. Таков закономерный путь развития естествознания.

Один из самых диковинных, правда, пока еще «теоретических» космических объектов, который в последние годы привлекает особое внимание физиков и астрофизиков, – черные дыры. Одно название чего стоит: дыры во Вселенной да еще черные!

Согласно общей теории относительности Эйнштейна, силы тяготения непосредственно связаны со свойствами пространства. Любое тело не просто существует в пространстве само по себе, но определяет его геометрию. Однажды какой-то предприимчивый репортер обратился к Эйнштейну с просьбой изложить суть его теории в одной фразе и так, чтобы это было понятно широкой публике. «Раньше полагали, – ответил на это Эйнштейн, – что если бы из Вселенной исчезла вся материя, то пространство и время сохранилось бы; теория относительности утверждает, что вместе с материей исчезли бы также пространство и время».

Любые массы искривляют окружающее пространство. В повседневной жизни мы этой искривленности практически не ощущаем, поскольку нам обычно приходится иметь дело со сравнительно небольшими массами. Однако в очень сильных полях тяготения этот эффект может приобретать существенное значение.

За последние годы во Вселенной обнаружен целый ряд явлений, которые свидетельствуют о возможности концентрации огромных масс в сравнительно небольших областях пространства.

Если некоторая масса вещества окажется в малом объеме, критическом для данной массы, то под действием собственного тяготения это вещество начинает сжиматься. Наступает своеобразная гравитационная катастрофа – гравитационный коллапс.

1 Эти данные получены

2 Это основная идея

1 Это известно далеко не всем

мужчины","Отец","Сын".Озаглавьте свое изложение.Подчеркните в своем изложении причастия
Я увидел, как из-за крайних дворов хутора вышел на дорогу мужчина. Он вел за руку маленького мальчика, судя по росту-лет пяти-шести, не больше. Они устало брели по направлению к переправе, но, поравнявшись с машиной, повернули ко мне. Высокий, сутуловатый мужчина, подойдя вплотную, сказал пригулшенным баском: -Здорово, браток!







-Беда мне с этим пассажиром!




А отец выглядел иначе: прожженный в нескольких местах ватник был небрежно и грубо заштопан, латка на выношенных защитных штанах не пришита как следует, а скорее наживлена широкими, мужскими стежками. На нем были почти новые солдатские ботинки, но плотные шерстяные носки изъедены молью.

Подчеркните в своем изложении причастия.

Я увидел, как из-за крайних дворов хутора вышел на дорогу мужчина. Он вел за руку маленького мальчика, судя по росту-лет пяти-шести, не больше. Они устало брели по направлению к переправе, но, поравнявшись с машиной, повернули ко мне. Высокий, сутуловатый мужчина, подойдя вплотную, сказал пригулшенным баском:

Здорово, браток!

Здравствуй.-Я пожал протянутую мне большую, черствую руку. Мужчина наклонился к мальчику, сказал:

Поздоровайся с дядей, сынок. Он, видать, такой же шофер, как и твой папанька.

Глядя мне прямо в глаза светлыми, как небушко, глазами, чуть-чуть улыбаясь, мальчик смело протянул мне розовую холодную ручонку. Я легонько потряс ее, спросил:

Что же это у тебя, старик, рука такая холодная? На дворе теплынь, а ты замерзаешь?

С трогательной детской доверчивостью мальчик прижался к моим коленям, удивленно приподнял белесые брови.

Какой же я старик, дядя? Я вовсе мальчик, и я вовсе не замерзаю, а руки холодные-снежки катал потому что.

Сняв со спины тощий вещевой мешок, устало присаживаясь рядом со мной, отец сказал:

Беда мне с этим пассажиром!

Он достал из кармана защитных летних штанов свернутый в трубку мальновый шелковый потертый кисет, развернул его, и я успел прочитать вышитую на уголке надпись: "Дорогому бойцу от ученицы 6-го класса Лебедянской средней школы".

Мы закурили крепчайшего самосада и долго молчали. Он положил на колени большие темные руки, сгорбился. Я сбоку взглянул на него, и мне стало что-то не по себе...

Видали вы когда-нибудь глаза, словно присыпанные пеплом, наполненные такой неизбывной смертной тоской, что в них трудно смотреть? Вот такие глаза были у моего случайного собеседника.

Украдкой рассматривая отца и сынишку, я с удивлением отметил про себя одно, странное, на мой взгляд, обстоятельство. Мальчик был одет просто, но добротно, и то, как сидела на нем подбитая легкой, поношенной цигейкой длиннополая курточка, и то, что крохотные сапожки были сшиты с расчетом надевать их на шерстяной носок, и очень искусный шов на разорванном когда-то рукаве курточки-все выдавало женскую заботу, умелые материнские руки.

А отец выглядел иначе: прожженный в нескольких местах ватник был небрежно и грубо заштопан, латка на выношенных защитных штанах не пришита как следует, а скорее наживлена широкими, мужскими стежками. На нем были почти новые солдатские ботинки, но плотные шерстяные носки изъедены молью.

От миниатюрных чёрных дыр до полного искажения материи и понятия пространство-время, от галактик, поглощающих друг друга, до материи, не имеющей массы, которую нельзя ни увидеть, ни вычислить, используя современные технологии и новейшие компьютеры, — таковы лишь некоторые космические секреты, неподдающиеся натиску человеческого разума, в необъятном космосе есть огромное количество необъяснимых загадок, напомним вам о некоторых из них.

КВАЗАРЫ

Яркие маяки светят и сигналят нам от самого далёкого края видимой части Вселенной, что настойчиво напоминает нашим учёным о космическом хаосе и младенческом возрасте нашей родной галактики. Эти сигнальные огни мы называем квазарами, в чью компетенцию входит способность излучать такое количество энергии, которое сопоставимо с сотнями галактик одновременно. Но главный вывод, сделанный мировым сообществом учёных, заключается в том, что квазары есть ни что иное, как чудовищные чёрные дыры в самом сердце бесконечно далёких галактик. Одного из этих космических монстров удалось запечатлеть на фотоплёнку ещё в 1979 году, его кодовое имя ЗС 273.

Квантовая физика объясняет нам, что, противореча собственному внешнему облику, пустые пространства являются целыми виртуальными заводами по производству субатомных частиц, которые беспрерывно там создаются и тут же уничтожаются. Быстрые частицы заполняют каждый кубический сантиметр Вселенной, принося с собой определённое количество энергии, которая, согласно закону относительности, создаёт там антигравитационные силы, пытающиеся разорвать космос на части, расширить его. Но, увы, никто не знает, что же заставляет увеличивать и ускорять такую экспансию Вселенной…

АНТИВЕЩЕСТВО И ЧЁРНЫЕ ДЫРЫ

Теперь коснёмся другой загадки, называемой антиматерия (антивещество). Частицы и молекулы, составляющие обычную материю, из коей состоят все земные и космические вещества и тела, имеют противоположную версию самих себя. К примеру, электроны (основные структурные элементы всякого вещества) несут в себе отрицательный заряд. Но их эквивалент антивещества — позитрон — имеет положительный. Поэтому материя и антиматерия аннигилируют, когда сталкиваются в пространстве, а их массы конвертируются в чистую энергию, согласно уравнению Эйнштейна Е=mс2. Вот поэтому космические межпланетные корабли будущего уже сейчас проектируются с прицелом на энергию антивещества.

Изумление у нас вызывают и миниатюрные чёрные дыры. Если радикально новая теория силы тяготения «бесконечного мира» (braneworld) верна, тогда по всему пространству нашей галактики (а может, и Вселенной) разбросано невероятное количество миниатюрных чёрных дыр, размеры которых не превышают габаритов атомного ядра. Однако в отличие от своих «глобальных» собратьев эти миниатюрные чёрные дыры изначально являют собой остаток и отголосок теории «Большого взрыва». Миниатюрные чёрные дыры влияют на пространство-время совершенно иным образом, из-за их близкого «родства» с пятым измерением.

И если уж мы упомянули теорию «большого взрыва», то здесь будет уместно напомнить всем об истоках космического микроволнового излучения. Это излучение — последствие самого «Большого взрыва», который зародился во Вселенной. Впервые его обнаружили в 60-х годах прошлого века по радиошумам, исходившим, как тогда показалось, из всех точек Космоса. Учёные посчитали, что излучение космических микроволн — лучшее подтверждение теории «Большого взрыва», которая только может существовать. Последние измерения показали, что температура в районах микроволнового излучения равна -270° по Цельсию.

Темной загадкой представляется нам и тёмная материя, которой в космосе огромное количество. Но её пока нельзя ни видеть, ни вычислить всеми доступными нам способами, используя даже самое последнее оборудование. Кандидатами на составную часть тёмной материи являются нейтрино (стабильная незаряженная элементарная частица с нулевой массой). Именно они считаются составной частью чёрных дыр. Некоторые учёные задаются вопросом: чёрная материя вообще-то реальна? Они полагают, что разгадка этой задачи лежит в области иного рассмотрения и понимания теории гравитации.

ЗЕМНЫЕ СТРАСТИ КОСМОСА

Вплоть до 90-х годов прошлого столетия мы знали только о близких нам планетах нашей солнечной системы. Но прошло совсем немного времени, и астрономы идентифицировали уже более 190 планет, находящихся вне солнечной системы. Планеты сильно разнятся по своим размерам и физическим данным, от гигантских газовых шаров до самых минимальных, чью орбиту даже невозможно вычислить. Но поиски новой (или второй) Земли пока к положительным результатам не привели. Однако астрономы уверены, что новейшие технологии позволят учёным обнаружить миры, схожие с нашей земной жизнью.

Волны гравитации подобны складкам на тканом материале. Именно так они представляются специалистам согласно теории относительности Альберта Эйнштейна. Волны гравитации распространяются со скоростью света, но они очень слабы. Специалисты надеются вычислить их уже в момент их образования во время любого серьёзного космического события. К примеру, в момент их поглощения одной из чёрных дыр Вселенной.

Уже созданы установки, которые смогут запечатлеть такое событие.

Кстати, такие явления (поглощения иных планет чёрной дырой) называются сегодня красивым словосочетанием — галактический каннибализм.

Как и на Земле, в космосе происходит борьба за выживание. Одна галактика пожирает другую, продолжая развиваться и со временем эволюционировать. Ближайшая соседка Млечного Пути — Андромеда «обедает» в данное время со своими сателлитами. Более чем дюжина звёздных скоплений разбросаны в туманности Андромеды, они являются всего лишь останками её предыдущих питательных процессов.

Учёные попытались компьютерно обрисовать галактическое столкновение Андромеды с нашей галактикой, которую астрономы ожидают в ближайшие 3 млрд лет. Впечатляющая получилась картина!

Тайной покрыто и малоизвестное нам нейтрино — стабильная незаряженная элементарная частица с нулевой массой, которая может беспрепятственно преодолевать любые расстояния. Некоторые из них прошли сквозь ваше тело, пока вы читаете эту статью, между прочим. Эти частицы возникли в глобальных котельных сгорающих здоровых звёзд или при суперновых галактических взрывах, погибающих звёзд. Детекторы нейтрино сейчас устанавливаются в глубинах мирового океана, согласно новому проекту IceCube. Некоторые такие детекторы крепятся к днищам огромных ледяных айсбергов. А результаты данных работ скоро станут нам известны.

И это лишь некоторые загадки космоса, которые человеку предстоит раскрыть в будущем.