Значение этой величины все уточняется.

120

 

Рис. 102. Красное смещение в спектрах галактик возрастает с расстоянием до
них (на фотографии спектра заметнее всего две главные линии погло-
щения ионизованного кальция). Ширина спектра зависит от видимого
размера и яркости галактики. Яркие линии — спектр земного источника
света.

Рис. 103. Спиральная галактика, видимая с ребра, с темными пылевыми туман-
ностями, скрывающими от нас ее ядро.

 

Рис. 104. Большое Магелланово Облако — ближайшая к нам галактика. Относится
к типу неправильных галактик.

больше их по размерам. Они вращаются крайне медленно и потому
почти не сплюснуты в отличие от быстро вращающихся спиральных
галактик (рис. 105, в). Эллиптические галактики не содержат ни
звезд-сверхгигантов, ни темных, или светлых диффузных туман-
ностей.

Разнообразны светимости галактик.

У гигантских галактик абсолютная звездная величина около
—21. Существуют галактики-карлики, в тысячи раз более слабые,
с абсолютной звездной величиной около —13.

Академик В. А. Амбарцумян первым показал, что в центральных
областях многих спиральных и эллиптических галактик — их яд-
рах — происходят взрывоподобные явления, сопровождающиеся вы-
делением очень большого количества энергии.

Мир галактик так же разнообразен, как и мир звезд.

30 1. Линии спектра далекой галактики оказались сдвинуты на величи у, соответ-
ствующую скорости удаления от нас в 15 000 км/с Каково расстояние до нее?
Каков ее размер, если она видна как пятнышко 20" в диаметре?

В галактике, у которой красное смещение линий в спектре соответствует
2000 км/с, вспыхнула сверхновая звезда. Ее яркость в максимуме соответ-
ствовала 18-й видимой звездной величине. Каковы ее абсолютная звездная
величина и светимость?

По фотографии (рис. 100) оцените угол наклона спиральной галактики к
лучу зрения.

На каком расстоянии (в парсеках) от центра галактики (рис. 85) находится
в проекции на небо сверхновая звезда, если красное смещение в их спектрах
10 000 км/с, а видимый диаметр галактики 2'?

2. Радиогалактики и квазары. Галактики излучают радиоволны.
Радиоизлучение исходит от нейтрального водорода на длине вол-
ны 21 см, а также от ионизованного горячего водорода в свет-

122

 

лых туманностях. Кроме того, га-
лактики служат источниками не-
теплового (синхротронного) радио-
излучения, происходящего от тормо-
жения очень быстрых электронов
магнитным полем галактик. Радио-
галактики отличаются очень мощ-
ным синхротронным излучением. За-
мечательно, что чаще всего радио-
галактика имеет два очага радио-
излучения, расположенные по обе
стороны от оптически видимой га-
лактики.

На месте некоторых радиоисточ-
ников нашли объекты, неотличимые
на фотографиях от очень слабых
звезд. В их спектре имеются яркие
линии со значительным красным сме-
щением. В некоторых случаях это
линии, обычно наблюдаемые в ультра-
фиолетовой области спектра, сме-
щенные в его видимую часть.
Красное смещение их так велико,
что ему соответствуют расстояния
в миллиарды световых лет. Эти объ-
екты, названные квазизвездны-
м и (звездоподобными) источниками
радиоизлучения или квазарами,
являются самыми далекими небесны-
ми телами, расстояние до которых
удалось определить. Ярчайший из
квазаров выглядит как звезда 13-й
звездной величины, но по светимо-
сти квазары оказываются в сотни
раз ярче, чем гигантские галактики.
Остается неясным происхождение
колоссальных потоков энергии, из-
лучаемой ими в виде света и в виде
радиоволн. Наблюдения свидетельст-
вуют, что квазары сходны по своей
природе с активными ядрами галак-
тик и, вероятно, являются ядрами
очень далеких звездных систем.

Рис. 105. Основные типы галактик (масштабы
фотографий различны):
а — неправильная; 6 — эллипти-
ческая; в — спиральная.

123

 

3. Метагалактика и космология. Галактики, подобно звездам, быва-
ют двойными, кратными, образуют группы и скопления. Большинство
галактик сосредоточено в скоплениях (рис. 106). Скопления галак-
тик, как и скопления звезд, бывают рассеянными и шарообразными и
содержат десятки, иногда тысячи членов. Ближайшее к нам скопле-
ние галактик находится в созвездии Девы на расстоянии около
20 млн. пк (20 Мпк).

Наблюдениям доступно гигантское количество галактик.

Самый большой каталог (составленный в СССР) содержит
30000 галактик ярче 15-й звездной величины.

При помощи сильного телескопа можно сфотографировать много
миллионов галактик до 22—23-й звездной величины, из которых са-
мые далекие с трудом отличимы от слабых звезд и отстоят от нас
на несколько миллиардов световых лет. Распределение скоплений
галактик в пространстве, по-видимому, равномерно, и нет приз-
наков уменьшения плотности распределения скоплений на больших
расстояниях.

Вся наблюдаемая система галактик и их скоплений называется
Метагалактикой. Чтобы яснее представить себе масштабы Вселенной,
рассмотрите внимательно рисунок 107.

В Метагалактике действует закон красного смещения Хаббла,
и признано, что это смещение действительно отражает движение

Рис. 106. Часть скопления галактик в созвездии Девы.

 

 

галактик. А это означает, что галактики удаляются от нас (и
друг от друга) во все стороны, и тем быстрее, чем они от нас
дальше. Этот процесс захватывает всю наблюдаемую часть Вселен-
ной, а возможно, и всю Вселенную, и потому его назвали расши-
рением Вселенной. На возможность расширения Вселенной
впервые указал в своих теоретических работах советский ученый
А. А. Фридман на основании общей теории относительности
А. Эйнштейна. Сделано это было за несколько лет до открытия
закона Хаббла.

Наука, которая изучает Вселенную, рассматривая ее как еди-
ное целое, а Метагалактику — как часть безграничной Вселенной,
называется космологией. Большинство существующих космологичес-
ких теорий базируется на общей теории относительности. Один
из выводов этой теории заключается в том, что массивные небес-
ные тела меняют свойства окружающего пространства, «искривля-
ют» его, делая не совсем точными для него аксиомы и теоремы
евклидовой геометрии. Совокупное действие всех тел Вселенной
приводит к появлению кривизны пространства, которую можно из-
мерить, наблюдая очень далекие объекты. Она очень мала и из-
вестна еще недостаточно точно.

В космологии широко используется метод моделирования,
ученые ищут теоретические модели Вселенной, которые бы наглядно
представляли наблюдаемые явления. Реальная Вселенная, как ока-
залось, хорошо описывается моделями расширяющейся Вселенной,
в которой средняя кривизна пространства медленно уменьшается
со временем.

Расширение Вселенной говорит о том, что раньше галактики
были в среднем ближе друг к другу, чем сейчас, а около
10—15 млрд. лет назад средняя плотность материи во Вселенной, по-
видимому, была такой высокой, что вещество в ней не могло су-
ществовать в форме звезд и галактик. Оно представляло собой
плотный и быстро расширяющийся газ, состоящий в основном из
водорода и гелия. Из этого газа потом и возникли галактики и
звезды.

Что представляла собой Вселенная до начала расширения,
на самых ранних его этапах, и сменится ли в будущем расширение
сжатием? Это очень сложные вопросы, над решением которых уче-
ные работают сейчас.

Идеалисты и богословы спешат воспользоваться тем, что
природа указанного явления пока еще не изучена. Они торопятся
сделать угодный религии вывод о том, что начало расширения
Вселенной порождено было сверхъестественным, «божественным
актом». Такое заявление является ничем не обоснованной вы-
думкой. Она нужна противникам материализма для якобы научного
подтверждения библейской легенды о сотворении мира. Однако
все огромное многообразие качественных изменений материи,
наблюдаемых в процессе расширения Метагалактики, происходит
без нарушения законов сохранения и не требует никаких сверхъесте-
ственных сил. Открытие эволюции нашей Метагалактики представля-

126

 

ет грандиозную победу человеческого разума. Это достижение
означает проникновение человека в глубь мироздания, в
его далекое прошлое и разбивает миф об ограниченности челове-
ческого познания.

Раздел астрономии, занимающийся вопросами происхождения
и развития небесных тел, называется космогонией.

Материалистическая космогония считает бессмысленным воп-
рос о начале мира и о происхождении Вселенной. Весь опыт чело-
вечества показывает, что материя несозидаема и неуничтожаема.
Она лишь меняет форму своего существования. Закон сохранения
вещества и закон сохранения и превращения энергии лежат в ос-
нове научной космогонии. Космогония опирается не только на всю
совокупность наук о природе, но и на философию.

Основная трудность решения вопросов космогонии состоит в том,
что небесные тела развиваются и меняются чрезвычайно мед-
ленно. В сравнении с возрастом науки возраст небесных тел не-
обычайно велик. Земля существует около 5 • 109 лет, а есть све-
тила еще более старые, хотя известны и совсем молодые.

ВОЗРАСТ НЕБЕСНЫХ ТЕЛ. ВОЗНИКНОВЕНИЕ И РАЗВИТИЕ
ГАЛАКТИК И ЗВЕЗД

1. Возраст небесных тел. Возраст Земли определяют разными ме-
тодами. Самый точный из них состоит в определении возраста гор-
ных пород. Он заключается в подсчете отношения количества ра-
диоактивного урана к количеству свинца, находящихся в данной
породе. Дело в том, что свинец является конечным продуктом са-
мопроизвольного распада урана. Скорость этого процесса извест-
на точно, и изменить ее нельзя никакими способами. Чем меньше
урана осталось и чем больше свинца накопилось в породе, тем
больше ее возраст. Самые древние горные породы в земной коре
имеют возраст несколько миллиардов лет. Земля в целом возник-
ла, очевидно, несколько раньше, чем земная кора. Изучение ока-
менелых Ъстатков животных и растений показывает, что за послед-
ние сотни миллионов лет излучение Солнца существенно не изме-
нилось. По современным оценкам возраст Солнца составляет около
5 млрд. лет. Солнце старше Земли

Есть звезды, которые много моложе, чем Земля, например —
горячие сверхгиганты. По темпу расходования энергии горячими
сверхгигантами можно судить о том, что возможные запасы
их энергии позволяют им расходовать ее так щедро лишь короткое
время. Значит, горячие сверхгиганты молоды — им 106—107 лет.

Молодые звезды находятся в спиральных ветвях галактики,
как и газовые туманности, из вещества которых возникают звез-
ды. Звезды, не успевшие рассеяться из ветви, молоды. Выходя
из ветви, они стареют.

Звезды шаровых скоплений, по современной теории внутрен-
него строения и эволюции звезд, самые старые. Им может быть

127

 

более 1010 лет. Ясно, что звездные системы — галактики должны
быть старше, чем звезды, из которых они состоят. Возраст боль-
шинства из них должен быть не меньше чем Ю10 лет

В звездной Вселенной происходят не только медленные из-
менения, но и быстрые, даже катастрофические. Например, за
время порядка года обычная на вид звезда вспыхивает, как «сверх-
новая» (§ 24.3), и примерно за то же время ее яркость спадает.

В результате она, вероятно, превращается в крохотную звез-
ду, состоящую из нейтронов и вращающуюся с периодом по-
рядка секунды и быстрее, (нейтронную звезду). Ее плотность воз-
растает до плотности атомных ядер (1016 кг/м ), и она становится
мощнейшим излучателем радио- и рентгеновских лучей, которые, как
и ее свет, пульсируют с периодом вращения звезды. Примером та-
кого пульсара, как их называют, служит слабая звездочка в
центре расширяющейся Крабовидной радиотуманности (§ 24.3).
Остатков вспышек сверхновых звезд в виде пульсаров и радиотуман-
ностей, подобных Крабовидной, известно уже много.

Вопрос о происхождении Солнечной системы должен решаться
вместе с проблемой происхождения и развития звезд. Пожалуй,
ее трудно решить правильно без знания того, как формируются
и развиваются галактики.

2. Возникновение галактик и звезд. Академик В. А. Амбарцумян
высказал предположение, что галактики образовались из какого-то
сверхплотного «дозвездного вещества». По его мысли, оно обладает
способностью самопроизвольно дробиться и образует галактики.
Ядра их путем дальнейшего дробления порождают ассоциации
«дозвездных» тел, а те, дробясь, порождают и звезды, и диф-
фузную материю. Галактики с активными ядрами, с которыми свя-
зано мощное радиоизлучение и из которых происходит выброс боль-
ших масс газа, в рамках этого предположения считаются моло-
дыми.

Большинство ученых придерживаются более подробно разрабо-
танной гипотезы о том, что звезды и галактики возникали из
во дородно-гелиевой среды Метагалактики путем ее распада на
отдельные облака. За этим следовало сжатие этих облаков за
счет тяготения. Они распадались на множество сгустков, имеющих
почти сферическое распределение. Так возникли шаровые скопления,
эллиптические галактики и ядра спиральных галактик.

В эллиптических системах повышенная плотность газа бла-
гоприятствовала конденсации его в звезды. Процесс образования
звезд в шаровых и эллиптических системах давно закончился.
Их звезды являются самыми старыми звездами.

В 1931 г. автором этого учебника было доказано и теперь
признано всеми, что звезды в процессе эволюции выбрасывают столь-
ко газа, что его достаточно для формирования новых поколений
звезд.

В недрах звезд, особенно сверхновых, в процессе ядерных
реакций вырабатываются тяжелые элементы. Поэтому выбрасы-
ваемый звездами газ уже обогащен ими. Так возникали и возника-

128

 

Рис. 108. Глобулы — маленькие, черные, очень плотные газопылевые туманности.

ют путем конденсации вторично накопившегося газа звезды ново-
го поколения, более молодого. Они отличаются от прежних своим
химическим составом: содержат больше химических элементов тя-
желее гелия, чем старые звезды шаровых скоплений.

Во Вселенной идет непрерывное развитие и изменение не
только органического, но и неорганического вещества — вечный
круговорот его, а не простое повторение уже пройденных эта-
пов.

3- Развитие звезд. В пользу возникновения звезд путем грави-
тационной конденсации (т. е. взаимного тяготения частиц) из
облаков газовой или газопылевой среды говорят многие факты.
Молодые звезды почти всегда наблюдаются в таких областях, где
плотность холодного межзвездного газа особенно высока. На фоне
светлых туманностей были открыты очень маленькие, но плотные
пылевые туманности, названные глобулами (рис. 108). Возмож-
но, что они являются зародышами звезд. Наряду с этим Аро
(Мексика) и Хербиг (США) в пылевых туманностях созвездия
Ориона обнаружили крохотные, крайне слабые сгустки (рис. 109).
В одном из них позднее появилась туманная звездочка, которой
раньше здесь не видели. Может быть, это зародилась звезда. За-
рождающиеся звезды называются протозвездами

129

 

Рис. 109. Звезды Аро-Хербига. Объекты, появившиеся на правом снимке (1954 г.)

и отсутствовавшие на левом снимке (1947 г.), может быть, являются
возникающими звездами.

Протозвезды на диаграмме Ц—С (рис. 88) находятся правее
главной последовательности, так как их температура еще ниже,
чем у звезд, которые из них возникнут.

Сжимаясь, звезда «движется» горизонтально влево по диаграм-
ме Ц—С, пока в недрах звезды температура не поднимется
до нескольких миллионов градусов. Тогда начнутся ядерные
реакции с участием легких элементов и выделением энергии. Пе-
ременность яркости молодых звезд — знак того, что они еще не стали
устойчивыми. Нагрев вводит в действие реакцию превращения во-
дорода в гелий и останавливает сжатие. Давление газа изнутри
уравновешивает тяготение к центру. Звезда становится устойчи-
вой и попадает на главную последовательность. Звезда с массой
такой, как у Солнца, сжалась и появилась на главной последова-
тельности за 108 лет. Место прихода звезды на главную последо-
вательность тем выше, чем больше ее масса. Чем массивнее звез-
да, тем температура в ее недрах выше и быстрее «выгорает» во-
дород, превращаясь в гелий. Голубые звезды «сжигают» водород,
находясь на главной последовательности, за 106 — 107 лет, а та-
кие, как Солнце,— лишь за Ю10 лет. Внутренней энергии Солнца
хватит еще на миллиарды лет.

С выгоранием водорода в ядре звезды начинается третья
стадия эволюции. Звезда движется по диаграмме Ц—С вправо и
вверх, превращаясь в красный гигант. В конце этой стадии в
красных гигантах идет реакция выгорания гелия и превращения
его в углерод. С уменьшением запасов гелия эта реакция прекраща-
ется. Звезда сжимается, приходит в состояние белого, крайне плот-
ного карлика. При малой поверхности (и поэтому малом расходе
энергии) белый карлик может светить очень долгое время.

130

 

ВОЗНИКНОВЕНИЕ ПЛАНЕТНЫХ СИСТЕМ И ЗЕМЛИ

Решение вопроса о происхождении Солнечной системы встре-
чает основную трудность в том, что иные подобные системы в
других стадиях развития мы не наблюдаем. Нашу Солнечную систе-
му не с чем пока еще сравнивать, хотя системы, подобные нашей
Солнечной системе, должны быть достаточно распространены и
их возникновение должно быть не делом случая, а закономерным
явлением.

Для развития материалистического мировоззрения огромную
роль играли первые научные предположения о происхождении Сол-
нечной системы. Первой была гипотеза немецкого философа Канта.
В середине XVIII в. он изложил идею о возникновении Солнечной
системы из облака холодных пылинок, находящихся в хаотическом
движении. В 1796 г. французский ученый Лаплас подробно описал
гипотезу образования Солнца и планет из уже вращающейся газо-
вой туманности. Лаплас учел основные характерные черты Солнеч-
ной системы, которые должна объяснить любая гипотеза о ее
происхождении: основная масса системы сосредоточена в Солнце;
орбиты планет и спутников почти круговые и лежат почти в од-
ной плоскости; расстояния между ними возрастают по определен-
ному закону; почти все планеты не только обращаются вокруг
Солнца, но и вращаются вокруг своих осей в одном направлении.

В настоящее время ученые пришли к выводу о том, что Зем-
ля никогда не была ни газовой, ни огненно-жидкой.

В данный период наиболее разработанной является гипотеза,
основы которой были заложены работами советского академика
О. Ю. Шмидта.

По гипотезе Шмидта, планеты возникли из вещества огром-
ного холодного газопылевого облака, вращавшегося вокруг Солн-
ца. Со временем облако неизбежно должно было сплющиваться.
Это вызывалось столкновением частиц и обменом энергий между
ними. Постепенно вещество распределилось в виде диска, имею-
щего толщину, в тысячу раз меньшую его диаметра. Орбиты час-
тиц стали круговыми с движениями в одном направлении. Крупные
частицы присоединяли к себе мелкие. Возникали сгустки вещества.
Быстрее всего росла масса крупнейших сгустков. Затем из большого
числа первоначально образовавшихся «рыхлых» комков вещества
всевозможных размеров возникло несколько крупных тел — планет
(рис. 110). Расчеты показывают, что Земля выросла до ее совре-
менной массы за несколько сот миллионов лет. Земля, холодная на
поверхности, стала разогреваться за счет распада радиоактивных
элементов. Это привело к расплавлению земных недр. Тяжелые
элементы продиффундировали вниз, образовав ядро, а легкие обра-
зовали кору. В рое частиц, окружавшем зародыши планет, повто-
рялся процесс слипания частиц, и возникли спутники планет.
В частях газопылевого диска, удаленных от Солнца, царила низкая
температура, и водород при формировании больших планет не уле-
тучился. Сильный нагрев облака вблизи Солнца ускорял рассеяние

131

 

В противоположность религии,
которая приписывает все происхо-
дящее воле бога и утверждает, что
мир непознаваем, наука шаг за ша-
гом познает Вселенную, опираясь на
добытые знания, а не на догму или
слепую веру. Наука строго разгра-
ничивает известное и предполагае-
мое, предполагаемое и неизвестное.
Сила науки в* ее движении вперед.
Она постепенно заменяет предпо-
лагаемое твердо установленным, а
неизвестное заменяет предполагае-
мым. Этим наука постоянно доказы-
вает возможность неограниченного
познания природы.

Вселенная в свете научных данных оказывается бесконечной
во времени, т. е. вечной и вечно меняющейся. Она никогда не
имела начала и никогда не будет иметь конца, она всегда сущест-
вовала и будет существовать. Все это касается Вселенной в це-
лом, точнее, материи, из которой она состоит. Отдельные же ее части,
например Земля, Солнечная система, звезды и даже звездные
системы — галактики, возникают, совершают долгий путь разви

водорода, и в планетах земной груп-
пы его почти не сохранилось Шмид-
ту удалось также впервые теорети-
чески вывести наблюдаемый закон
планетных расстояний от Солнца
Большую трудность представляет
объяснение того, как первоначаль-
ное газопылевое облако, окружавшее
молодое Солнце, сохранило свои
большие размеры и получило быстрое
вращение.

Теоретические расчеты, учиты-
вающие наличие магнитного поля
и ряд других факторов, позволяют
объяснить происхождение планетной
системы, но отдельные моменты этой
теории все еще нуждаются в про-
верке и уточнении.

32. МАТЕРИАЛИСТИЧЕСКАЯ
КАРТИНА МИРОЗДАНИЯ.
ПРОБЛЕМА ВНЕЗЕМНЫХ
ЦИВИЛИЗАЦИЙ

Рис. 110. Этапы возникновения
Земли и планет из газо-
пылевого облака по ги-
потезе О. Ю. Шмидта.

132

 

тия и, наконец, прекращают свое существование, с тем чтобы
образующая их материя приняла новую форму. Медленно меня-
ется и вся окружающая нас Вселенная. Об этом говорит, напри-
мер, происходящее увеличение расстояний между галактиками. На
смену отжившим мирам возникают новые. На них с течением вре-
мени при благоприятных условиях может возникнуть жизнь, путем
постепенного усложнения воспроизводящая свое высшее выраже-
ние — разумные мыслящие существа.

В настоящее время мы не можем еще даже приблизительно
оценить, у какого количества звезд есть планеты, на скольких
из них могла зародиться жизнь, где жизнь успела воспроизвести
разумные существа и технику, допускающую возможность обмена
по радио информацией с другими цивилизациями. Мы знаем, что
центральное тело нашей планетной системы — Солнце является
обычной звездой. И Солнце, и Земля, и другие члены Солнечной
системы состоят из тех же химических элементов и подчиняются
тем же законам физики, что и другие тела, наблюдаемые на самых
различных расстояниях. Поэтому условия, которые когда-то
привели к зарождению жизни на Земле, должны реализовываться
и в других областях Вселенной, даже если эти условия связаны
с редким стечением обстоятельств. Очаги жизни, а тем более ра-
зумной жизни, могут быть отделены друг от друга очень большим
расстоянием, что сильно затрудняет их поиск. Развитие науки
и техники позволит в будущем ответить на вопрос о распростра-
ненности жизни во Вселенной, а может быть, и установить кон-
такт с иными цивилизациями.

 

ПРИЛОЖЕНИЯ

I. ПРИБЛИЖЕННЫЕ ЧИСЛОВЫЕ ЗНАЧЕНИЯ (ЖЕЛАТЕЛЬНЫЕ ДЛЯ ЗАПОМИНА-
НИЯ) НАИБОЛЕЕ ВАЖНЫХ ВЕЛИЧИН, ВСТРЕЧАЮЩИХСЯ В АСТРОНОМИИ

Видимый угловой диаметр Солнца и Луны 1/2°

Наклон эклиптики к экватору 23 1/2°