«Знание - сила» 1953 №11, с.19-22
Г. ГОРИН
Цветная вкладка А. Катковского - см. то же в формате djvu
| В |
НАШЕМ предыдущем путешествии* мы пересекли всю атмосферу и вышли на просторы мирового пространства. Мы миновали область, которая изучается метеорологией и геофизикой. И оказались в сфере действия совсем другой науки — астрономии.
Астрономия — одна из древнейших наук. Отмечая это, Фридрих Энгельс пишет, что она была «из-за времен года абсолютно необходима для пастушеских и земледельческих народов». И до сих пор мы ведем счет дней, месяцев, лет по движениям Солнца, Луны, звезд.
Уже древние астрономы подсчитывали звезды, видимые невооруженным глазом. Их не так много — меньше шести тысяч в обоих полушариях. Древние знали также, что созвездия не меняют свою форму, перемещаются же среди звезд только немногочисленные блуждающие светила — планеты.
Не что такое планеты и как устроена наша планетная система, объяснил только в 16 веке великий польский ученый Коперник**.
А в начале 17 века был изобретен телескоп, и итальянский ученый Галилей впервые направил его на небо.
Телескоп необычайно раздвинул границы наших знаний. С помощью телескопа было изучено строение планет и Солнца, открыты новые планеты, двойные звезды. С помощью телескопа знаменитый русский астроном Струве впервые определил расстояния до звезд. Современный телескоп позволяет видеть не тысячи, а сотни миллионов звезд.
В середине 19 века был открыт спектральный анализ***.
* В 10 номере журнала «Знание - сила» за этот год.
** Статья о Копернике была напечатана в № 9 нашего журнала за 1953 год.
*** О спектральном анализе было рассказано в статье «Вспышки на солнце» в № 7 нашего журнала за 1953 год.
Он позволяет определить химический состав атмосферы и температуру самых далеких звезд, скорость приближения или удаления звезды, скорость ее вращения, наличие невидимых спутников, их массу и так далее.
На помощь телескопу пришла также фотография, а в дальнейшем и радиоволны, инфракрасные лучи и другие средства исследования.
И хотя ни один еще человек не покидал пределов Земли, обширные сведения, добытые астрономами, позволяют нам совершить мысленно путешествие по планетам и звездам. Нам предстоит долгий путь, путь, где миллион километров — это «совсем рядом», а расстояния выражаются «астрономическими» числами, значение которых трудно себе представить. Чтобы внести в эти числа порядок, давайте заранее запасемся серией схем — своеобразных «небесных карт» и прежде всего договоримся о масштабе. Пусть на каждой последующей схеме масштаб будет в сто раз меньше, чем на предыдущей.
На нашей исходной схеме 1 изображен зеленый лист. Он уменьшен раза в четыре. Значит масштаб здесь примерно 1:4.
На следующей схеме 2 масштаб 1 : 400. Здесь можно уместить уже не один листок, а целое дерево. На схеме 3 в масштабе 1 : 40 000 изображены Крымские горы. Это невысокие горы. Их вершины доходят до полутора километров. На схеме 4 можно дать разрез атмосферы до высоты 150 километров — всю стратосферу и нижнюю часть ионосферы. Масштаб этого рисунка — 1:4 000 000. Это число можно записать и так: 1 : 4.106. Здесь 6 — это показатель степени. У нас он будет совпадать с количеством нулей в знаменателе.
Масштаб схемы 5 — одна четырехсотмиллионная (1:4.108). Здесь уместился весь земной шар. Оказывается; Земля во столько же раз больше Крымских гор, во сколько раз Крымские горы больше зеленого листа. Такого рода сравнения вы сможете сами подыскать по другим схемам.
Схема 6 (масштаб 1 :4.1010) переносит нас за пределы Земли в межпланетное пространство. Земля получилась здесь в виде крошечного светлого кружочка. Неподалеку от нее (на расстоянии, равном 30 земным диаметрам) мы видим светлую точку. Это наша старая знакомая — Луна.
384 тысячи километров отделяют нас от Луны. Реактивный самолет, летящий со скоростью 1 000 километров в час, смог бы преодолеть такое расстояние за 16 суток.
Луна меньше Земли, по диаметру почти в четыре раза, по массе — в 81 раз. Поэтому Луна притягивает тела гораздо слабее, чем Земля — на лунной поверхности тяжесть уменьшается в шесть раз. На Луне каждый из нас без особого труда поднял бы трех человек, прыгал бы выше головы вдвое, легко побивал бы все земные рекорды. Но именно этот недостаток притяжения сослужил скверную службу Луне - она не сумела удержать свою атмосферу.
На Луне нет воздуха, значит нет и звука. Вечное безмолвие царит там. На Луне нет ветра, нет и воды, горные породы не выветриваются и не размываются. Даже непрочные и в земных условиях недолговечные отложения вулканического пепла на Луне лежат тысячелетиями.
Небо там всегда звездное, бархатно-черное и днем и ночью. Днем (а лунный день в 14 раз длиннее нашего) на звездном небе ослепительно сверкает солнце, окруженное жемчужной короной. Рисунок I изображает лунный пейзаж: кольцеобразные горы, угольно-черные тени на склонах. На небе — огромный диск Земли.
На схеме 6 больше нет ни одной светлой точки. Берем следующую схему 7, охватывающую пространство в 100 раз обширнее. Земля с Луной вместе изображены здесь слева. В этом масштабе (1:4.1012) они сливаются в одну точку. Зато появились новые небесные тела — Солнце и планеты, находящиеся между Солнцем и Землей, — Меркурий и Венера. Из этих тел Венера — ближайшая к нам. До ее орбиты «всего лишь» 40 миллионов километров. Тот же самолет, который мог бы долететь до Луны за 16 суток, потратил бы 4 с половиной года, чтобы достигнуть Венеры.
Венера близка по размерам к Земле, и масса ее вполне достаточна, чтобы удержать атмосферу. И атмосфера там на самом деле есть — она открыта в 1761 году нашим великим соотечественником Михаилом Васильевичем Ломоносовым. В атмосфере Венеры плавают густые и плотные облака, которые мешают нам что-либо рассмотреть на поверхности этой планеты.
Похожи ли эти облака на земные? Ученые пытливо исследовали свет, отраженный Венерой. Никаких следов водяного пара обнаружить не удалось, зато в огромном количестве найден был углекислый газ. Почему же на Венере так много углекислого газа? Означает ли это, что там нет растительности? И облака Венеры и природа этой планеты все еще загадочны. За Венерой мы минуем Меркурий. Это небольшая планета, подобно Луне потерявшая свою атмосферу. Меркурий обращен к Солнцу всегда одной и той же стороной. На этой стороне вечный зной, а на противоположной — вечный мороз.
Мы приближаемся к Солнцу.
Вся сила воображения понадобится нам, чтобы представить грандиозность и ослепительное великолепие нашего дневного светила. Сравнительные размеры Солнца и планет изображены на рисунке III. Земной шар по сравнению с Солнцем кажется капелькой.
Перед нашими глазами — бушующий огненный океан. На десятки, а иногда и на сотни тысяч километров вздымаются языки раскаленного газа. Температура светоносного слоя Солнца около 6000 градусов.
Обогнем Солнце на почтительном расстоянии... Но мы уже вышли за пределы 7-й схемы. Возьмем следующею схему — восьмую (масштаб ее — 1:4.1014).
На этой схеме уместилась уже вся солнечная система — и Солнце и все планеты, вплоть до самых отдаленных. Размеры самих планет по сравнению с расстояниями между ними здесь сильно преувеличены. На самом деле в этом масштабе их нужно было изображать микроскопическими точками.
Теперь мы удаляемся от Солнца. Опять пересекаем орбиты Меркурия, Венеры и Земли.
Следующая планета на нашем пути — Марс (рисунок II). Мы видим полярную шапку — тонкий слой замерзшей воды у полюса. Весной полярная шапка тает, низменные места увлажняются. Появляются зеленоватые полосы и пятна — их условно называют морями и каналами. По всей вероятности это области, занятые растительностью. Но большая часть поверхности Марса — однообразные пустыни.
Марс получает гораздо меньше тепла от Солнца, чем наша Земля. Воздух там есть, в нем имеется кислород и, повидимому, водяной пар. Условия на Марсе суровы, но все-таки жизнь возможна там. По заключению советского астронома Г. А. Тихова растительность Марса напоминает нашу тундровую или высокогорную.
Покинув Марс, мы уже не встретим в нашей солнечной системе планет, благоприятных для жизни. Далекие планеты получают от Солнца слишком мало тепла и света. За Марсом начинается область вечного мороза.
Мы видим Юпитер — самую большую из планет солнечной системы. Диаметр Юпитера в 12 раз больше земного. У Юпитера своя планетная система — сейчас известно уже 12 спутников; 4 из них по размерам близки к Луне.
Густая плотная атмосфера окутывает Юпитер. Она состоит, главным образом, из ядовитых газов — аммиака и болотного газа. В атмосфере плавают аммиачные облака. Здесь царит нестерпимый мороз — около 100 градусов ниже нуля.
Следующая планета на нашем пути — Сатурн (рисунок IV). У него тоже много спутников, тоже густая атмосфера из ядовитых газов. Но Сатурн отличается своим замечательным кольцом. Знаменитый русский астрофизик А. А. Белопольский установил, что кольцо Сатурна состоит из многочисленных твердых частиц. Возможно, это остатки разорвавшегося спутника.
По своей природе похожи на Юпитер и далекие планеты — Уран и Нептун. Список известных нам планет замыкает Плутон, открытый в 1930 году.
Расстояния между планетами выражаются огромными числами - сотнями и тысячами миллионов километров. Можно выражать их также в астрономических единицах. Одна астрономическая единица — это расстояние от Земли до Солнца. От Солнца до Марса около 1,5 такой единицы, до Юпитера — 5, до Сатурна — 9, до Урана — 19, до Нептуна — 30, до Плутона — около 40. Возможно, что есть и более далекие, еще неизвестные нам планеты.
Итак, солнечную систему мы осмотрели. Вся она уместилась на схеме 8. Чтобы взглянуть за ее пределы, нужно взять следующую — 9-ю схему (масштаб 1:4.1016). И вот солнечная система, которая казалась нам такой необъятной, превратилась в светлое пятнышко. На этой схеме нет больше ничего. На всем пространстве длиной в 10 тысяч астрономических единиц мы не встречаем других значительных небесных тел.
Приходится еще раз уменьшить масштаб в сто раз и взять следующую схему — десятую (масштаб 1:4.1018). Здесь, кроме нашего Солнца изображены и соседние солнца — Процион из созвездия Малого Пса, звезда Сириус — самая яркая на нашем небе и альфа Центавра — ближайшая из всех.
Очень далека эта звезда, даже самая ближайшая. Расстояние до нее — около 40 миллионов миллионов километров. Тот самолет, который доставил бы нас на Луну за 16 суток, должен был бы лететь до альфы Центавра четыре с половиной миллиона лет. Даже луч света, преодолевающий 300 тысяч километров в секунду, идет от этой звезды 4,3 года. Расстояния до звезд так и принято выражать — в световых годах.
Итак мы приближаемся к альфе Центавра. Перед нами не одно солнце, а сразу два. По размерам они чуть побольше нашего Солнца, одно такое же яркое, как наше, другое — слабее и светит более красным светом. Эти два светила находятся друг от друга на таком же расстоянии, как Солнце и Уран. Они обращаются вокруг общего центра тяжести в соответствии с тем же законом всемирного тяготения, который управляет и движениями планет в солнечной системе. А вокруг этих двух светил на довольно большом расстоянии обращается третье небольшое солнышко. Это Проксима Центавра. «Проксима» означает «ближайшая». Эта звезда к нам несколько ближе, чем альфа Центавра. Проксима заметно меньше нашего Солнца и менее горяча. Температура на ее поверхности около трех тысяч градусов. Проксима дает гораздо меньше света, чем Солнце, и хотя она — ближайшая, простым глазом видеть её невозможно. Такие небольшие, тусклые, светящие красноватым светом звезды носят название красных карликов.
Сириус — звезда совсем иного типа. Это могучее яркое солнце и больше и горячее нашего. Температура его поверхности — около 11 тысяч градусов. Сириус светит, как 26 солнц вместе взятых. Но этот ослепительный колосс находится на расстоянии 8,7 световых лет, и нам он кажется мерцающей голубоватой искоркой.
Сириус, так же как и альфа Центавра, — двойная звезда. Спутник его — небольшое солнышко, гораздо меньше наших планет — Юпитера или Сатурна. Но зато масса Сириуса-спутника почти равна солнечной. Расчет показывает, что плотность вещества на этой планете — около 40 000, в 20 тысяч раз больше, чем плотность платины. Если бы мы могли веществом этой звезды наполнить спичечную коробку, такая коробка весила бы на Земле около полутора тонн.
Спутник Сириуса и подобные ему звезды (белые карлики) состоят из тех же атомов, что Земля, планеты, Солнце и другие звезды. Но на Сириусе-спутнике эти атомы разрушены, потеряли часть электронов. Обломки атомов занимают меньше места, укладываются плотнее, чем целые атомы.
Следующая 11-я схема (масштаб 1:4.1020) вся усеяна светлыми пылинками. И каждая пылинка — звезда. Одна из этих пылинок — Солнце. Ближайшие к ней — альфа Центавра и Сириус. Стрелками мы отметили яркие звезды — Вегу, Бетельгейзе, Денеб. Самая большая из них — Бетельгейзе — находится в созвездии Ориона. Внутри нее могла бы уместиться целиком вся орбита Марса. Но интересно, что масса этой звезды ненамного больше массы Солнца. Гигантские размеры искупаются невероятно малой плотностью. Звезда Бетельгейзе гораздо разреженнее, чем воздух, которым мы дышим.
На следующей, 12-й схеме (масштаб 1:4. 1022) уместилась вся наша звездная система. Она называется Галактикой. По подсчетам советских ученых в Галактике около 150 миллиардов звезд. Число это пишется так: 150 000 000 000, или так: 1,5.1011. Что же оно означает?
Если вам, читатель, 15 лет, это значит, что вы не прожили еще полумиллиарда секунд. 150 миллиардов секунд тому назад — это времена Древнего Египта. Другой пример: в этом журнале около двухсот тысяч букв. Наш журнал издается стотысячным тиражом, стало быть во всех экземплярах № 11 напечатано около 20 миллиардов знаков. Звезд в Галактике в несколько раз больше.
Диаметр Галактики — около 100 тысяч световых лет, толщина примерно в 7 раз меньше. В середине Галактики находится ядро, где звезды расположены гораздо гуще, чем в окрестностях Солнца. К сожалению, мы не видим этого ядра. Оно закрыто от нас темными непрозрачными туманностями. Наше Солнце находится на расстоянии около 25 000 световых лет от центра Галактики. Большая часть звезд расположена в той же плоскости, что и Солнце. Их совместное сияние образует на небе Млечный путь.
Часть его показана на рисунке V из окна воображаемого космического корабля. Если бы нам удалось посмотреть на Галактику со стороны, мы увидели бы примерно то, что изображено на рисунке VI.
Собственно говоря, рисунок VI изображает не нашу Галактику, а соседнюю — туманность в созвездии Андромеды, которая имеет приблизительно такую же форму, как наша. Расстояние до нее около 800 миллионов световых лет.
На рисунке VII показано взаимное расположение нашей Галактики и ближайших к ней. Сравнительно со своими размерами галактики расположены гораздо гуще, чем звезды. Расстояния между звездами больше отдельной звезды в сотни миллионов раз. Расстояния между галактиками больше самих галактик приблизительно в 10 раз. На схеме 12 у нас поместилась только одна галактика, а на следующей схеме 13 мы уже видим сотни.
Каждая из этих черточек — звездная система с десятками и сотнями миллиардов миров.
Астрономы насчитывают сейчас десятки миллионов галактик. Галактики заполняют всю известную нам часть Вселенной.
Эта часть изображена на схеме 14. Масштаб ее 1 : 4 .1026 — одна четырехсотквадриллионная. Здесь уже нельзя было изобразить отдельных галактик. Нужно было поместить десятки и сотни их в каждом квадратном миллиметре. У нас получилось что-то вроде облаков. Там, где галактики расположены гуще — облака светлее, где галактики реже — облака темнее.
Еще один раз уменьшим масштаб в 100 раз. Возьмем последнюю 15-ю схему. На ней изображено светлое пятнышко. Вокруг него — тьма. Но эта тьма не обозначает пустоту. Просто мы еще не знаем, что нужно изобразить на ее месте. Светлое пятнышко — это часть Вселенной, доступная телескопу. За ее пределами — неведомые пространства.
Конечно, эти пространства не уместились бы и на 16-й схеме. Чтобы изобразить их, нужно было бы добавить и 16-ю, и 17-ю, и еще десятки и сотни схем со все уменьшающимся, масштабом, нужно было бы заполнить схемами весь журнал, другие журналы, толстые тома, целые библиотеки, но и тогда мы не дошли бы до конца необъятной материальной Вселенной.
Наука движется вперед, и нет сомнения, 15-я схема начнет заполняться в ближайшие годы. Вероятно, будет найдено много неожиданного и нового, потому что бесконечная материя едина в своих законах, но бесконечно разнообразна и изменчива в формах.
Просмотрев еще раз все наши «небесные карты», мы не можем не заметить интересную особенность. Известная нам часть Вселенной состоит из галактик, галактики — из звезд и планет, планеты — из горных пород, горные породы — из минералов. Вселенная походит на дом, сложенный из кирпичей, где каждый кирпич состоит из более мелких кирпичиков. До сих пор мы странствовали среди кирпичей-великанов. Для того, чтобы познакомиться с самыми малыми кирпичиками, нужно предпринять еще одно путешествие — путешествие внутрь вещества.