Новое в астрономии | ТМ 1938-03

По заявке Ю. КУРОЧКИНА (ОКДВА)

Проф. К. БАЕВ

За последние 10—15 лет в астрономии произошли сдвиги, которые в корне меняют наше прежнее представление о Вселенной. Оказывается, Вселенная совсем не такова, какой представляли ее себе даже в начале нашего столетия, до 1914 г.

Для доказательства правильности этого утверждения возьмем такой пример. В 1913 г. в Йеркской обсерватории был сделан фотоснимок большой туманности в созвездии Андромеды. Но что собой представляет эта удивительная туманность, до 1914 г. не знали. О ее природе делались лишь осторожные предположения. Некоторые считали, что это далекий Млечный путь, или галактика (по-древнегречески «галактиос» значит молочный, млечный). Так предполагал и автор этой статьи, о чем писал в 1913 г. в «Атласе картин по астрономии». Другие предполагали, что большая туманность в созвездии Андромеды является частью нашего Млечного пути, среди звезд которого затеряно наше Солнце со своими планетами.

Теперь мы твердо знаем, что эта туманность является одной из «островных вселенных», т. е. изолированной системой звезд, сравнимой по своим колоссальным размерам с размерами нашего Млечного пути. Итак, далекая большая спиральная туманность в созвездии Андромеды является, безусловно, самостоятельной, изолированной галактикой.

Слева — Спиральная туманность в созвездии Треугольника (фотоснимок Ричи).
Справа — Большая туманность в созвездии Ориона (фотоснимок).

Строение спиральных туманностей помог нам рассмотреть самый мощный современный зеркальный телескоп — 100-дюймовый рефлектор обсерватории на горе Вильсон (США, Южная Калифорния). Этот чудовищно большой инструмент представляет собой очень сложную машину, прекрасно приспособленную для изучения отдаленнейших глубин Вселенной.

100-дюймовый рефлектор обсерватории на горе Вильсон (США, Южная Калифорния).

Во всех зеркальных телескопах изображения далеких предметов получаются при помощи больших вогнутых зеркал. В настоящее время большие зеркальные телескопы, или рефлекторы, используются для фотографирования наблюдаемого предмета. Громадное, 100-дюймовое зеркало гигантского рефлектора на горе Вильсон помещается в нижней части решетчатой трубы. У верхнего конца трубы обычно помещается кассета с чувствительной фотографической пластинкой, на которой фиксируется получаемое на вогнутом зеркале изображение, так что чувствительная фотопластинка непосредственно воспринимает изображение, которое дается большим зеркалом. Сорок электрических моторов приводят трубу в движение, поворачивая к востоку, западу, северу и югу. Эти же моторы поворачивают огромнейший купол, под которым помещается мощный инструмент, устанавливая щель купола в нужном направлении.

Труба 100-дюймового рефлектора, как и всякого телескопа, должна двигаться за тем небесным объектом, фотографирование которого на ней производится. Для этого должна приводиться в движение полярная ось, т. е. ось, направленная на точку, вокруг которой происходит видимое суточное вращение неба, на «полюс мира». Труба телескопа и скрепленная с ней полярная ось приводятся поэтому в движение часовым механизмом. Но все это сооружение, весит около 100 т, и при вращении получалась очень большая сила трения. Значительно уменьшить силу трения удалось следующим образом: к верхнему и нижнему концам полярной оси были приделаны два больших полых стальных цилиндра. Их заставили плавать в ртути, налитой в два специально приспособленных чугунных бака. При движении трубы телескопа стальной цилиндр скользит по ртути, которая играет здесь роль смазки, благодаря чему сила трения резко падает. Это дает возможность часовому механизму двигать совершенно равномерно и легко гигантский инструмент.

Часто к 100-дюймовому рефлектору прилаживают сильный спектрограф — прибор, приспособленный для исследования спектров даже очень слабых (не ярких) звезд. На этом гигантском инструменте в 1924—1926 гг. работал астроном Хаббл, которому удалось разложить краевые области большой спиральной туманности в созвездии Андромеды и некоторых других ярких спиральных туманностей на отдельные звездообразные объекты. Предположение, будто эти звездообразные объекты не что иное, как звезды, превратилось в уверенность, когда Хаббл обнаружил, что они меняют свой блеск, что является типичным свойством переменных звезд.

Прекрасная оптика 100-дюймового гиганта, этого «чуда» американской техники, очень хорошие фотографические пластинки и исключительное мастерство Хаббла позволили ему разложить на звезды также и отдельные светлые «узлы», и «комочки», замечаемые на ветвях спиральных туманностей. Следовательно, загадка была разрешена: спиральные туманности действительно оказались далекими от нас млечными путями, галактиками.

После открытия Хаббла сделалось понятным, почему в спектрах спиральных туманностей бывают видимы светлые линии: ведь и в нашей галактической системе имеются газовые светящиеся туманности. Светлые линии и в большой спиральной туманности в созвездии Андромеды, открытые Максом Вольфом, объясняются, очевидно, тем, что и в туманности Андромеды, как и в нашей галактике, имеются газовые светящиеся облака колоссальнейшего протяжения. Таким образом, спиральная туманность в созвездии Андромеды весьма похожа по своему строению на наш Млечный путь, ничтожно маленькой частью которого является наше Солнце со всеми своими планетами.

Строящийся гигантский 200-дюймовый телескоп. (На рисунке показана его предполагаемая монтировка.)

*

А вот другое замечательное открытие, сделанное при помощи гигантского, 100-дюймового рефлектора. К мощному 100-дюймовику был прилажен особый прибор — интерферометр, и им были измерены с достаточной точностью диаметры нескольких звезд. Еще 13 декабря 1920 г. астроном Пиз при помощи интерферометра, присоединенного к 100-дюймовому рефлектору, измерил диаметр огромной красноватой звезды в плече Ориона (созвездие Ориона имеет очертания человеческой фигуры). Эта звезда называется Бетельгейзе, что по-арабски значит «звезда в плече гиганта». Диаметр Бетельгейзе оказался равным 0,047" дуги, что составляет длину, в 280 раз большую диаметра Солнца.

После гиганта Бетельгейзе были измерены другие звезды-гиганты, тоже красноватые и желтые: Альфа Геркулеса, Антарес в созвездии Скорпиона, Арктур в созвездии Волопаса и др. Самый большой из этих гигантов — Антарес: его поперечник почти равен поперечнику орбиты Марса, объем почти в 35 млн. раз больше объема Солнца. Правда, плотность вещества таких, гигантов, как Антарес или Бетельгейзе, чрезвычайно мала: их средняя плотность примерно в тысячу раз меньше плотности воздуха при нормальных условиях (0° Ц и 760 мм ртутного столба). Вообще звезды-гиганты очень мало плотные, и поверхность их довольно холодная.

На замечательных снимках Хаббла, о которых мы говорили выше, показывающих разложение ветвей в спиральных туманностях на отдельные звезды, усматриваются гиганты, подобные Бетельгейзе, Антаузе и др.

*

Как известно, звезды — это далекие от нас солнца. Эту истину возвестил миру еще Джордано Бруно, великий страдалец за истинную науку, сожженный живым на костре поповской и монашеской кликой.

Но если далекие звезды действительно солнца, то почему же они не дают никакого тепла Земле? Какие же это солнца, если они не дают тепла?

Все дело в том, что звезды удалены от нас на колоссальные расстояния. Так, самая близкая к нам звезда — Альфа Центавра на южном небе — удалена от нас в действительности на такое гигантское расстояние, что поезд, идущий со скоростью 100 км/час, притом нигде не останавливаясь, добрался бы до этой ближайшей к нам звезды только через 46 млн. лет! Свет успевает покрыть это гигантское расстояние в 4,3 года, а ведь свет пробегает в одну секунду почти 300 тыс. км!

Тепловое излучение, посылаемое нам звездами, пытался впервые измерить зачинатель звездной спектроскопии (науки о звездных спектрах) Вильям Хаггинс. Это был любитель астрономии, не имевший ученых званий, но обладавший некоторым богатством, позволявшим ему заниматься астрономией. В своих опытах Вильям Хаггинс воспользовался замечательным открытием физика Зеебека.

В 1822 г. физик Зеебек нашел, что если спаять два разнородных металла и место спая нагреть, то в проводнике, соединяющем разнородные металлы, возникает электрический ток. На этом основано действие термоэлементов. После открытия Зеебека физик Нобили построил чувствительный гальванометр для обнаружения даже очень слабых токов и первый применил термопару, соединенную с чувствительным гальванометром, для измерения незначительных изменений температуры. В 1895 г. наш знаменитый физик П. Н. Лебедев выяснил, что термопара бывает более чувствительна к. изменению температуры тогда, когда она помещена в вакууме (безвоздушном пространстве).

Опыты Хаггинса относятся к 1869 г. К своему 8-дюймовому телескопу он прикрепил небольшую термопару, с помощью которой пытался обнаружить и измерить тепловое излучение наиболее ярких звезд. В настоящее время тепло от звезд не только обнаружено, но и точно измерено. Помог все тот же мощный 100-дюймовый рефлектор в обсерватории на горе Вильсон.

Для измерения теплового излучения звезд американские астрономы Петтит и Никольсон устанавливали вакуумную термопару на верхнем конце гигантской трубы 100-дюймового телескопа, в фокусе 100-дюймового зеркала. Отклонения гальванометра, вызываемые тепловым излучением исследуемой звезды, регистрировались фотографически и измерялись с высокой степенью точности. Петтит и Никольсон смогли измерить тепловое излучение даже одной очень слабой звезды.

Итак, звезды тоже посылают нам тепло, как и наше Солнце. Но они настолько от нас далеки, что их тепло нашими «грубыми» органами чувств почти не ощущается.

Солнце — это наиближайшая к нам звезда. С 1929 г. оно изучается особенно тщательно, так как выяснено, что между явлениями на Солнце и на Земле наблюдается некоторая зависимость. Так, например, чем больше на Солнце пятен и «извержений», тем больше наблюдается на Земле магнитных бурь, полярных сияний и гроз.

Чтобы лучше наблюдать солнечные извержения, в настоящее время употребляется особый прибор — спектрогелиоскоп, изобретенный американским астрофизиком Джорджем Хэйлом, прославившимся изучением в обсерватории на горе Вильсон солнечной атмосферы и солнечных пятен. Не входя в сложные детали устройства спектрогелиоскопа, скажем только, что он представляет собой, в сущности, двухщелевой спектроскоп, причем вторая его щель выделяет одну определенную линию солнечного спектра, т. е. лучи лишь определенной длины волны. Щель спектрогелиоскопа при этом колеблется, вследствие чего наблюдатель видит перед собой часть поверхности Солнца. Большей частью поверхность Солнца представляется покрытой густой сетью мелких пятнышек, называемых флоккулами.

Флоккулы, как и все на Солнце (пятна, факелы, извержения), изо дня в день меняются по своей форме, яркости и размерам. Однако в этих изменениях наблюдается закономерность. Изредка на Солнце появляются очень яркие, существующие только в течение нескольких часов флоккулы. Их считают извержениями из более глубоких частей солнечной атмосферы. Спектрогелиоскоп — прибор, при помощи которого можно наблюдать быстрое развитие солнечных извержений. Ход их развития наблюдатель может описать, а сами флоккулы — зарисовать и измерить скорость их перемещения. Наблюдения при помощи спектрогелиоскопа привели Хэйла и других наблюдателей к выводу, что подобные извержения вовсе не так редки, как думали прежде. Однако в спектрогелиоскоп можно наблюдать только водородные извержения, так как водородные линии лежат в видимой части спектра, а, например, ультрафиолетовые — в невидимой.

Произведенные уже исследования показали, что число и яркость солнечных пятен меняются за период в 11 лет с небольшим. В ряде случаев констатирована несомненная связь между появлениями ярких флоккулов и магнитными бурями на Земле, т. е. с особенно сильными колебаниями земного магнитного поля. Можно было даже из сопоставления шести случаев извержений на Солнце с магнитными бурями на Земле определить скорость распространения от Солнца к Земле тех корпускул (частичек), которые вызывают магнитные возмущения. Скорость эта оказалась равной 1500 км/сек. Но необходимы, конечно, дальнейшие кропотливые изыскания относительно связи между солнечными и земными явлениями. И недаром, у нас в СССР астрономами и геофизиками поставлена даже специальная проблема: Земля—Солнце, над которой работает целый ряд советских ученых.

При помощи записывающего прибора — спектрогелиографа — Хэйл еще в 1908 г. обнаружил вихри над солнечными пятнами. Существование подобных вихрей наряду с данными целого ряда других исследований приводит к выводу, что солнечные пятна — гигантские, мощные вихри, зарождающиеся, вероятно, в недрах Солнца.

Луна, планеты, кометы теперь изучаются тоже главным образом при помощи фоторегистрации их дисков. Очень интересно, например, изучение планеты Марса при помощи различных светофильтров — разноцветных стекол, каждое из которых пропускает лучи с определенной длиной волны. Фотоснимки Марса через разные светофильтры весьма интересны: красный фильтр дает изображение поверхности самой планеты, а синий и ультрафиолетовый — изображение атмосферы этой планеты. При помощи крошечных термопар определена в настоящее время даже температура различных областей далекой «красной» планеты, и можно утверждать, что Марс — вовсе не ужасная ледяная пустыня, как утверждали раньше: на его поверхности есть какая-то флора и, вероятно, фауна.

Но главная задача современной астрономии — исследование Вселенной. Необходимо исследовать нашу галактику и другие галактики, другие «звездные города» Вселенной, рассеянные по бесконечному пространству. Каждый такой «звездный город» удален от другого, ближайшего к нему звездного города на гигантское расстояние, которое свет успевает покрыть в среднем в 2 млн. лет.

Хаббл, об исследованиях которого мы уже упоминали, сумел на основании изучения яркости различных звезд, открытых им в спиральных туманностях, дать приблизительные цифры расстояний до ближайших к нам галактик. Оказалось, например, что большая спиральная туманность в созвездии Андромеды удалена от нас на такое огромнейшее расстояние, которое луч света успевает пробежать только в 800 тыс. лет!

Великий ученый Бруно, замученный инквизицией, представлял себе Вселенную бесконечной. Таковой же должен представлять ее себе и современный астроном-материалист. Хаббл совсем недавно пришел к выводу, что можно (при некоторых дополнительных предположениях) признать Вселенную именно бесконечной.

Для решения ряда вопросов, связанных со строением Вселенной, необходимы еще большие инструменты, нежели могучий 100-дюймовый рефлектор обсерватории на горе Вильсон.

У нас в Советском Союзе построены замечательные обсерватории (в Харькове, Ташкенте, Пулкове). Советские исследователи получили теперь вполне современные инструменты. В дальнейшем изготовление в нашей стране больших инструментов, необходимых для исследования Вселенной, будет развиваться все больше и больше. Под водительством нашей партии и правительства мы, без всякого сомнения, и в строительстве больших астрономических инструментов догоним и перегоним зарубежные страны.