Эволюция Вселенной и происхождение жизни - Пекка Теерикор

Рис. 19.10. Изображение солнечной короны, подученное во время затмения 1999 года.

Гораздо труднее было отождествить Скорпион Х-1 в созвездии Скорпиона. Только когда положение источника рентгеновских лучей определили с точностью 2', была выявлена тусклая голубая звезда, которая могла иметь отношение к рентгеновскому излучению. Звезда оказалась настолько далека от нас, что ее рентгеновское излучение должно быть мощнее солнечного в 10 млрд раз, разумеется, если отождествление проведено верно. Вскоре выяснилось, что эта звезда, а точнее — звездная пара, отождествлена правильно, причем источником рентгеновских лучей служит более слабая (практически невидимая) звезда из этой пары. Она стаскивает газ у более яркой звезды и в своем сильном гравитационном поле нагревает его до температуры в миллионы градусов. Горячий газ вращается вокруг невидимой звезды и излучает в рентгеновском диапазоне. Когда в 1966 году отождествили Скорпион Х-1, единственной идеей о природе невидимой звезды было предположение, что это белый карлик. Но с момента открытия пульсаров более подходящим кандидатом стала нейтронная звезда. Вещество, падающее на поверхность нейтронной звезды, разгоняется до скорости около 80 % скорости света. Это крайне эффективная машина для производства рентгеновских лучей.

До того момента вся информация об источниках рентгеновского излучения добывалась с помощью ракет вертикального полета, длительность пребывания которых вне атмосферы составляет всего несколько минут. Но поскольку результаты оказались интересными, Риккардо Джаккони предложил НАСА создать постоянную рентгеновскую обсерваторию на спутнике, обращающемся вокруг Земли. В 1970 году с космодрома в Кении на околоземную орбиту над экватором был запущен спутник, названный «Ухуру», что на языке суахили означает «свобода».

За два года «Ухуру» открыл более 150 источников. Одним из наиболее интересных стал рентгеновский источник Лебедь Х-1. Он обращается вокруг звезды в 15 раз более массивной, чем Солнце. Но рентгеновская звезда не демонстрирует регулярных пульсаций, которые могли бы указывать, что это вращающаяся нейтронная звезда. Орбитальное движение этой двойной звезды показывает, что масса рентгеновского источника как минимум в 5, а может быть, и в 10 раз превосходит массу Солнца. Нейтронная звезда не может иметь такую большую массу, поэтому остается единственная возможность — предположить, что рентгеновским источником в Лебеде Х-1 является черная дыра (рис. 19.11). С той поры обнаружены и другие похожие кандидаты в черные дыры. И это еще не всё. В центрах галактик существуют гораздо более массивные черные дыры (см. главу 26). Теперь мы переходим от звезд к галактикам и начнем с нашего Млечного Пути.

Рис. 19.11. Система Лебедь X-1. Потерянный звездой HDE 226868 газ попадает на диск, окружающий черную дыру. Приближаясь к черной дыре, газ нагревается и становится источником рентгеновских лучей.

Глава 20 Тайна Млечного Пути

Темной ясной безлунной ночью вдали от городских огней можно заметить, что небосвод пересекает усыпанная звездами и подернутая дымкой полоса. Она делит небо на две половины, проходя через созвездия Кассиопеи и Персея, далее следует между Орионом и Близнецами. По другую сторону от Кассиопеи на этом небесном пути расположены Лебедь и Орел, а наиболее красивая южная его часть видна в Стрельце. На многих языках эту полосу называют «путем»: например, по-английски Млечный Путь называется Milky Way, что тоже согласуется с греческим названием «galaktos», молоко. На финском языке это Птичий Путь, на шведском — Зимний Путь. Китайцы называют его Серебристая Река, а индейцы-чероки — Путь Убегающей Собаки. В отличие от блуждающих планет. Млечный Путь не меняет своего положения относительно звезд; в этом он похож на созвездия.

Астрономы Античности более всего стремились найти закономерности движения Солнца, Луны и планет. Равномерно вращающаяся сфера звезд, включающая Млечный Путь, не вызывала у них большого интереса. Телескоп еще не изобрели, так что, если философы высказывали какие-либо гипотезы о природе звезд, не было способа их проверить.

По поводу Млечного Пути Аристотель в своей книге «Метеорология» сообщает, что некоторые пифагорейцы считали Млечный Путь кругом, по которому раньше двигалось Солнце и выжгло его. Аристотель критикует эту точку зрения, утверждая, что современная орбита Солнца — эклиптика — была бы выжжена еще сильнее, тем более что по ней перемещаются и планеты. Но ничего похожего на Млечный Путь вдоль эклиптики не замечено. А что же сам Аристотель думал о Млечном Пути? В его модели мира звезды прикреплены к самой внешней сфере из хрусталя, неизменной и идеальной, расположенной за сферой Луны. Аристотель знал, что Млечный Путь вращается на небе так же, как звезды. Тем не менее он поместил эту структуру неправильной формы под сферой Луны, в нижний, неидеальный, изменчивый мир.

Аристотель полагал, что Млечный Путь — это природное явление, подобное кометам, неожиданное появление которых казалось загадочным и даже пугало людей той эпохи (в Древней Греции эти небесные знаки беды считались душами умерших людей). По мнению Аристотеля, кометы не могли располагаться в неизменном мире над сферой Луны. Он считал, что кометы возникают из болотных испарений и возгораются под действием тепла, идущего от Солнца и звезд. В зависимости от формы и скорости горения этих паров они могут выглядеть как разные типы комет и даже как метеоры. В зоне Млечного Пути звезд больше, чем в других местах, а значит, они могут сильнее нагревать поднимающийся к ним пар. Поэтому Аристотель рассматривал Млечный Путь как огромную постоянно существующую комету. Но эта идея так и не стала популярной, несмотря на то что остальная часть его модели мира долгое время служила основой науки.

Преемник Аристотеля на посту директора основанной им школы «Лицей» Теофраст (ок. 370–286 до н. э.) предполагал, что Млечный Путь — это стык, по которому две половины небесной сферы склеены друг с другом. Данная идея получила бы большую поддержку, если бы стык проходил по небесному экватору (лежащему в плоскости земного экватора), но они сильно наклонены друг относительно друга. Большой круг Млечного Пути наклонен и относительно другого важного круга небесной сферы — эклиптики (годичного пути Солнца). И все же это был шаг в правильном направлении: Теофраст понял, что Млечный Путь проходит по большому кругу на небе вдали от Земли. Сейчас астрономы называют этот крут галактическим экватором. Но на вопрос: «Почему Млечный Путь делит небо на две половины?» не было найдено ответа в течение последующих двух тысячелетий.

Впрочем, некоторые античные философы правильно объясняли свечение Млечного Пути. Демокрит, развивший концепцию атомов, считал, что в этой части неба располагается несметное количество тусклых звезд. Они так близки друг к другу, что их свет объединяется в общее однородное свечение. Это прекрасный пример научной дедукции: даже если мы не можем увидеть далекие звезды, мы можем предположить, что они существуют, и объяснить этим ранее непонятное явление.

Идея о том, что Млечный Путь — это совокупность множества тусклых звезд, время от времени обсуждалась в средневековых работах, однако пионеры новой астрономии — Николай Коперник и Иоганн Кеплер почти не упоминали о Млечном Пути. В их поисках небесной гармонии центральное место занимало движение планет. Однако «новая звезда» Тихо Браге, которую он наблюдал в 1572 году, привела его к мысли о том, что возможно рождение звезды из космического вещества, составляющего Млечный Путь.

Рис. 20.1. Галилей увидел в свой телескоп гораздо больше тусклых звезд в Плеядах, чем те шесть ярких звезд, которые обычно видны невооруженным глазом. На этом рисунке из его «Звездного вестника» яркие звезды показаны более крупными.

Поворотной точкой стало рождение телескопа. Осенью 1609 года Галилео Галилей начал обзор неба с помощью своего телескопа, обнаруживая звезды, невидимые невооруженным глазом (рис. 20.1). В своей книге 1610 года «Звездный вестник» Галилей так описывал Млечный Путь:

«Третье: я наблюдал природу и вещество Млечного Пути. С помощью телескопа он был изучен тщательно и с такой достоверностью, что все спорные вопросы, которые философы пережевывали многие годы, теперь разрешены, и мы, по крайней мере, свободны от словесных споров об этом. Фактически Галактика — не что иное, как скопление бесчисленного количества звезд, объединенных в скопления. На какую часть из них ни направить телескоп, в тот же миг перед глазами открывается их огромное число. Многие из них довольно крупные и яркие, тогда как количество более мелких не поддается подсчету».