Вселенная. Путешествие во времени и пространстве - Сергей Арктурович Язев

1. Первый рефрактор Галилео Галилея, 1609 год.

2. Первый рефлектор Исаака Ньютона, 1668 год.

Но, по большому счету, в наблюдаемой Вселенной ничего не происходит. На Земле меняются времена года, вокруг Солнца летают планеты, вокруг планет — их спутники, издали светят звезды. Вселенная выглядит стационарной. Этот термин применяют физики, когда хотят подчеркнуть, что ничто не меняется со временем. Понятно, что, наверно, когда-нибудь погаснут какие-то звезды (люди еще не знали, что такое звезды и почему они светят). Но на смену погасшим могут появиться новые звезды, и в среднем Вселенная останется такой же, какой была. И так, наверное, будет всегда — считали сторонники концепции стационарной Вселенной. Ситуация в таком мире подобна деревьям в огромном лесу: старые деревья погибают и засыхают, но все время подрастают новые, и лес в среднем остается таким же, каким и был.

…Уже в Средние века появлялись люди, которые догадывались, что Вселенная может со временем изменяться, но эта идея была не в почете. Астрономы прежде всего пытались выяснить свойства наполняющих Вселенную небесных тел исходя из ее неизменности.

Параллакс — наблюдаемое смещение объекта относительно фона при изменении точки наблюдения.

Возможности исследователей росли. Телескопы становились все мощнее, увеличивалась их проницающая сила (можно было видеть все более слабые источники света, которые невозможно разглядеть невооруженным глазом). Вместе с размерами и качеством астрономической оптики росла разрешающая способность (можно было рассматривать все более мелкие детали изображений Луны, планет, хвостов комет и загадочных туманных пятен в звездном небе). Впрочем, звезды при наблюдениях в любой телескоп оставались просто точками. Телескопы делали их все более яркими, но увидеть звезду в виде диска с деталями оказалось невозможно. Это означало, что предположения древних были верны: звезды чрезвычайно далеки, а значит, Вселенная невероятно велика. Люди все-таки сумели определить расстояния до ближайших звезд. Как это сделать, было ясно еще полторы тысячи лет назад. Если положения звезды на небе определять много раз в течение года и наносить точки на карту звездного неба, эти точки должны выстроиться в маленький кружок (точнее, эллипс) из-за того, что сама ­Земля совершает круг в течение года и мы смотрим на звезду из разных точек.

Измерение расстояний в космосе с использованием годичного параллакса Земли. Неподвижные звезды соответствуют карте звездного неба. Положения близкой звезды, многократно нанесенные на карту, образуют эллипс. Показана годичная орбита Земли, лежащая в плоскости эклиптики, и большая ось орбиты. Точки А, В, C, D — некоторые положения Земли на эллиптической орбите Земли и направления на близкую звезду S.

Астрономы пытались заметить этот эффект, но это не удавалось: казалось, что в течение года все звезды остаются на своих местах. Не смогли зафиксировать эффект даже великие астрономы-наблюдатели — ­Иоганн Кеплер и Вильям Гершель. Для сторонников идеи о центральном положении Земли это было доводом в пользу того, что наша планета непо­движна. Что же касается гелиоцентристов, то они утверждали, что эффект не удается заметить просто из-за огромной удаленности звезд и недостаточной точности определения положения звезды.

Гелиоцентристы оказались правы.

Точнейшие (астрономы применяют слово прецизионные) наблюдения с помощью высокоточного телескопа, изготовленного замечательным немецким оптиком Йозефом Фраунгофером (1787–1826), выполнил немецкий астроном и математик Фридрих Бессель (1784–1856). Он-то и получил золотую медаль Лондонского астрономического общества за первое в истории подтвержденное определение расстояния до звезды 61 в созвездии Лебедь. Оказалась, что она находится на чудовищном расстоянии в 90 триллионов (девятка и тринадцать нулей после нее ­означают ­девяносто миллионов миллионов) километров. Чтобы не связываться со множеством нулей, астрономы сегодня используют единицу длины под названием световой год (это примерно десять триллионов километров — расстояние, которое свет со скоростью 300 000 км/с проходит за один год.) ­Согласно современным данным, звезда 61 Лебедя расположена в 11,36 светового года от нас.

Созвездие Лебедь с указанием звезды 61 и расстояния до нее

Это не самая близкая к нам звезда. В комплексе Альфа Кентавра в Южном полушарии есть слабая звездочка, которую назвали Проксима, то есть «ближайшая» по-гречески. Расстояние до нее равно 4,2 светового года (свет от нее идет к нам 4,2 года). Ближе звезд нет (кроме Солнца).

Так мы узнали, что среднее расстояние между соседними звездами в нашей области Вселенной составляет несколько световых лет. Для сравнения — свет от Солнца идет к нам чуть больше восьми минут. Звезды действительно оказались чрезвычайно далекими объектами — поэтому они и выглядят всего лишь как яркие точки, поэтому мы и не могли на протяжении двух тысяч лет определить расстояние даже до ближайшей из них.

Российский популяризатор астрономии Михаил Шевченко сравнил представления о расстояниях до звезд, существовавшие в разные времена.

Если выражать эту величину в километрах, то Анаксимандр считал, что до звезд 200 тысяч км (на самом деле это примерно половина расстояния до Луны). Согласно Архимеду, до сферы неподвижных звезд — 40 миллионов километров (на самом деле это примерно кратчайшее расстояние до планеты Венеры). Пожалуй, одному Аристарху из череды великих греков удалось сделать близкую к реальности оценку — по его представлениям, расстояние до сферы неподвижных звезд составляет 10 триллионов километров, то есть один световой год (напоминаю, что до ближайшей звезды Проксимы 4,2 светового года). Птолемей давал оценку в 100 миллионов км (на самом деле это в полтора раза меньше, чем до ­Солнца). Замечательный арабский ученый Абу Райхане аль-Бируни (973–1048) писал про 140 миллионов км (это чуть меньше расстояния от Земли до Солнца). Великий наблюдатель Тихо Браге полагал, что до звезд 90 миллионов километров (еще меньше, чем по Птолемею).

Если расстояния в космосе представить в масштабе 1 см : 200 тыс. км, то расстояние от Земли до Луны составит 2 сантиметра, расстояние от Земли до Солнца будет равно 750 см, а один световой год составит 50 000 км. Часть рисунка с Землей и Луной выполнена в указанном масштабе 1 см : 200 тыс. км. Диаметр Земли в этом масштабе — примерно 1,5 мм. Прочие расстояния не помещаются на странице.

Мы видим, что почти все предшественники Бесселя существенно занижали расстояние до ближайших звезд, и только измерения великих наблюдателей середины XIX века (почти одновременно с Бесселем измерить расстояние до звезд удалось Вильгельму Струве (1793–1864) в Российской империи и англичанину Томасу Гендерсону (1798–1844), наблюдавшему звезды с мыса Доброй Надежды на юге Африки) дали окончательный ответ на этот вопрос.

Вручая премию