Гайд по астрономии. Путешествие к границам безграничного космоса
Самоотверженность и гениальность Галилея, Кеплера, Ньютона, Гершеля, Пейн-Гапошкиной, Шепли, Хаббла и многих других астрономов подарили нам возможность созерцать поистине дивную Вселенную — непредставимо безграничную, изобильную и способную к преображению. Безусловно, история не стоит на месте, и новые открытия совершаются с головокружительной быстротой. Работая над книгой, я не пытался написать обновленный компендиум, охватывающий все, что познано нами, — я хотел создать путеводитель для начинающих и рассказать обо всем, что есть в нашей Вселенной, а также о том, как она устроена, как появилась на свет и как продолжает развиваться. А это означало, что мне придется умолчать о многих темах, достойных внимания, — ради того, чтобы книга получилась цельной и связной. Иногда я приводил и свои размышления, которые, возможно, внесут нотку человеческого участия в повествование о необъятных космических просторах. И если порой мои рассуждения покажутся немного хвастливыми, то так тому и быть: такие уж мы, астрономы.
Поделиться своими мыслями мне помогли великодушие и чуткая поддержка огромного числа моих коллег, друзей и родственников. Особенно я признателен ученым, профессорско- преподавательскому составу, служебному персоналу и студентам Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики, Вашингтонского и Массачусетского университетов, университета Тафтса и государственных школ Рокпорта, которые на протяжении десятилетий помогали мне находить верный путь в изучении и преподавании астрономической науки. Многие мои коллеги из той «вселенной», которую представляет собой отдел NASA, проводящий информационную работу с общественностью в области космических наук, дали мне шанс преодолеть ту пропасть, которая лежит между формальным образованием и более публичными формами общения, принятыми в современной астрономии. Любители из астрономического клуба Глостера и других подобных организаций поддерживали мой энтузиазм, устраивая веселые встречи и вдохновляющие вечера под звездным небом. Коллеги из других стран напомнили мне, что все восхищаются космосом и каждому стоит воспитать в себе этот восторг. А родственники, и ныне здравствующие, и уже покинувшие этот мир, неизменно одобряли мое стремление к астрономии и созданию научно-популярных проектов, таких как этот путеводитель для начинающих. Именно их благословения — и, конечно же, непреодолимо влекущие чудеса дневного и ночного неба — сыграли в моем стремлении решающую роль.
Уильям Уоллер,
Рокпорт, штат Массачусетс
Вступление
Космос — это все, что когда-либо существовало, все, что существует сейчас, и все, что будет существовать в грядущем. Даже при мимолетной мысли о нем мы приходим в волнение, душу пронзает трепет, голос дрожит, и откуда-то приходит чувство падения с высоты, подобное смутному, далекому отголоску памяти, — так мы осознаем, что стоим в преддверии величайшей из тайн.
Карл Саган. Космос
Сфера астрономии охватывает всю Вселенную и все, что в ней есть. Те, кто стремится ее изучить, в плановом порядке постигают удивительнейшие явления в огромнейших масштабах. Но даже сегодня астрономы-профессионалы — это редчайший род людей. Международный астрономический союз, объединивший астрономов всего мира, насчитывает примерно 11 000 человек. И даже если мы условно удвоим эту цифру, то получим одного астронома на каждые 300 000 человек, живущих на планете, — конечно, это не один на миллион, но, безусловно, близко. Впрочем, сколь бы мизерным ни казалось число специалистов и аспирантов, астрономия — это одна из самых популярных наук, а возможно, и самая популярная. Во всем мире сотни миллионов людей интересуются чудесами Вселенной, посещают академические курсы, записываются в любительские клубы, читают журналы, смотрят шоу в планетариях и телепередачи, заходят на сайты, приобретают книги. И мой путеводитель для новичков призван утолить интерес любознательных читателей и дать им понятное и легкое в изложении руководство, посвященное астрономии и космосу, в котором мы живем.
Сегодня мы сталкиваемся со странным парадоксом. Мы никогда еще не знали так много о Вселенной — и все же мы еще никогда не знали о ней так мало. Мы открыли планеты у других звезд, мы сделали снимки новорожденных галактик на границе пространства и времени, мы с неведомой прежде точностью измерили космические бездны, — и все наши открытия неизменно поражали нас и бросали нам вызов. Каждая планета Солнечной системы обладает своим причудливым характером и совершенно не похожа на другие; Солнце настолько непостоянно, что это внушает тревогу; а наши звездные окрестности в прямом смысле затоплены выбросами от недавних вспышек сверхновых. И более того, настало время, когда нам просто необходимо взглянуть правде в глаза и осмыслить тот факт, что большая часть материи во Вселенной, как ни странно, невидима, — мы называем эту материю темной, — и что всей тканью пространства-времени может управлять некая неосязаемая действующая сила, которую мы окрестили темной энергией. Эти перспективы настолько ошеломляют, что всех нас — космологов-теоретиков, астрофизиков- наблюдателей, разработчиков программ, водителей такси, работников поддержки и теологов — объединило желание представить и познать ту Вселенную, которая нас окружает.
Главная цель этого путеводителя — позволить читателям яснее почувствовать и осознать то место, которое мы занимаем в космосе. В первой части мы взглянем на небо невооруженным глазом, а во второй углубимся в предмет и познакомимся с необычайно прекрасной иерархией, в которой перед нами предстанут планеты нашей Солнечной системы, Солнце как одна из многих звезд Млечного Пути, сам Млечный Путь как основной игрок в Местной группе галактик — и Местная группа как маленькая пылинка на бескрайнем галактическом небосводе. По пути мы поговорим о таинственных формах материи и энергии, которые, по большей части, и сейчас ускользают от самых пристальных исследований. Кстати, благодаря этому мы гораздо лучше поймем, как проходит процесс научных изысканий, неизменно ведущий нас вперед, несмотря на всю напряженную полемику и споры, без которых он не обходится.
Когда же мы подготовим космическую сцену и опишем всех чудесных актеров, третья часть книги расскажет нам величественную историю бытия и становления. И может быть, читатели, пускай и опосредованно, сумеют ощутить, какие удивительные преображения происходили около 14 млрд лет назад, после Большого взрыва. Эти метаморфозы — от рождения галактик из раскаленного хаоса до формирования в них звезд и планетных систем и появления жизни на одной особенно влажной планете — очертят границы космоса, унаследованного нами, и соединят нас со всем, что когда-либо возникало в бытии. И, конечно же, мы будем неустанно обращаться к научным проблемам и загадкам, поскольку история Вселенной далека от завершения.
А в последней главе я приглашу читателей задуматься о нашей космической судьбе и о том наследии, которое мы оставим. Что ждет нас всех или тех, кто вытеснит нас с этой драгоценной планеты? Высока ли вероятность того, что за пределами Земли мы встретим других разумных существ? И как нам вести себя теперь, когда мы стали гражданами Млечного Пути?
ЧАСТЬ I. ЧЕЛОВЕК ВО ВСЕЛЕННОЙ
1. Первые представления
Самый прекрасный опыт, доступный нам, — это чувство тайны. Именно из него проистекают истинное искусство и наука.
Альберт Эйнштейн. Во что я верю
Небо влекло людей непрестанно — это заметно уже в первых неизгладимых отпечатках, оставленных на камнях нашими далекими предками. Австралийские аборигены и сейчас создают наскальные рисунки с небесной тематикой, причем начали они это делать, как полагают ученые, еще 15 000 лет тому назад. А примерно в 2500 году до нашей эры представители неолитической культуры возвели на Британских островах знаменитую каменную постройку — мегалитический памятник Стоунхендж. Расположение гигантских вертикальных глыб и лежащих на них камней- перемычек, а также круг из пятидесяти шести ям позволили некоторым археоастрономам предположить, что Стоунхендж помогал древним народам, населявшим эти края, отслеживать дни зимнего и летнего солнцестояний и предсказывать солнечные затмения.