Переменные звезды. Пульсары
Много чудес на небе! Еще с давних пор астрономы заметили, что яркость некоторых звезд по временам изменяется: звезда светит то слабее, то ярче. Такие звезды назвали переменными.
Какие могут быть причины того, что сила света звезды меняется? Таких причин оказалось две. Одна из них более простая и понятная. Узнали ее, наблюдая звезду Альголь в созвездии Персея.
Эта звезда в продолжение двух с половиной суток очень ярка, потом в течение пяти часов ее свет постепенно ослабевает, а затем восстанавливается ее первоначальная яркость. Астрономы догадались о причине изменения яркости Альголя уже 200 лет назад. Они сказали:
"Очевидно, вокруг Альголя вращается большой темный спутник, огромная планета. По временам она заслоняет от нас Альголь, но не весь, а значительную его часть. Потом планета уходит, и Альголь снова открывается нам. Мы наблюдаем периодически повторяющиеся затмения Альголя. Период изменения блеска звезды - это и есть период обращения вокруг нее темного спутника".
Предположение оказалось верным.
В наше время известно несколько сотен таких "затменных" звезд. Это, строго говоря, не переменные звезды, а двойные.
Но есть во Вселенной и настоящие переменные звезды - "цефеиды". Их назвали так потому, что первая такая звезда обнаружена в созвездии Цефея. Цефеиды - одно из удивительных явлений космоса. Это своего рода километровые столбы или, лучше сказать, маяки, расставленные в безграничном океане Вселенной для отважных звездоплавателей.
Рассказ о том, как астрономы сумели воспользоваться цефеидами для исследования Вселенной, очень интересен.
Представь себе звезду, которая с каждым часом и даже с каждой минутой светит все сильнее, как будто какой-то исполин подливает в нее горючее. Потом она начинает угасать, словно приток горючего прекратился и догорает лишь остаток. Но проходит некоторое время, исполин снова принимается за работу, и звезда опять разгорается. Такое изменение яркости звезды ученые назвали пульсированием. Ведь у человека пульс бьется потому, что его сердце то сжимается, то расширяется и, таким образом, гонит кровь по артериям.
Каждая цефеида тоже сжимается и расширяется, как колоссальное сердце. Когда она сжимается, ее температура увеличивается, звезда начинает светить ярче, когда расширяется - светит слабее. Но почему пульсирует звезда? Этого астрономы пока не знают.
Пульсирование цефеид происходит с удивительной точностью: по нему можно проверять часы!
У некоторых цефеид период пульсации и изменения силы блеска очень маленький - всего час с небольшим. У коротко-периодических цефеид период пульсации продолжается от часа до суток, долгопериодические цефеиды имеют период пульсации до 70 суток.
В 1912 году было сделано замечательное открытие. Оказалось, что цефеида пульсирует тем быстрее, чем она меньше, а чем она больше, тем пульсирует медленнее. Да это и понятно: для сжатия и расширения большой массы надо и больше времени.
По периоду цефеиды стало возможно определять ее истинную яркость, то есть такую, какую звезда имеет на самом деле. А кажущаяся яркость звезды зависит от ее расстояния до Земли. Ведь даже слабая звезда, расположенная близко, кажется яркой. Сравнивая истинную яркость звезды и ее кажущуюся яркость, астрономы научились очень точно узнавать расстояние до каждой цефеиды.
Цефеиды - мигающие маяки в океане Вселенной. Исследовав цефеиду какого-нибудь звездного острова, астроном уверенно говорит: "Этот звездный остров удален от нас на 70 тысяч световых лет".
Огромную пользу принесли науке переменные звезды и особенно цефеиды.
О пульсации звезд, то есть о периодическом изменении их яркости, ты уже знаешь.
В недавнее время были открыты источники так называемого пульсирующего радиоизлучения, их так и назвали - пульсарами. На странице 186 уже упоминалось о том, что небесные тела, звезды и планеты испускают радиоволны. Специальная область науки, радиоастрономия, изучает радиоволны, приходящие из космоса, и делает выводы о природе объектов, которые их послали.
Радиоизлучения небесных тел, доходящие до Земли, имеют очень малую мощность: они в миллионы и миллиарды раз слабее сигналов, подаваемых земными передатчиками. Чтобы поймать "передачи" из космоса, надо иметь чрезвычайно чувствительные приемники, оснащенные целой сетью огромных антенн. Такие устройства созданы, они называются радиотелескопами. Радиотелескопы имеют то преимущество перед оптическими приборами, что работают в любую погоду, им не страшны облака и туманы.
Вот при помощи такого весьма мощного радиотелескопа сотрудница Мюллардской обсерватории в Англии 6 августа 1967 года открыла первый пульсар в созвездии Лисички. За ним вскоре были найдены другие.
Ученый мир пришел в неописуемое волнение. Начать с того, что английские радиоастрономы утаили от ученых других стран и даже от своих соотечественников открытие пульсаров на целые полгода.
Почему? Да просто-напросто боялись, что им никто не поверит.
Принимаемые на ленты скоростных самописцев радиоимпульсы следовали друг за другом с таким удивительным постоянством, что невольно хотелось считать их сигналами внеземной цивилизации и взяться за их расшифровку.
Радиосигналы пульсаров обладают огромной интенсивностью. Их мощность в десять миллиардов раз превышает мощность всех наших земных радиопередатчиков, вместе взятых, а ведь она очень и очень велика.
Английские астрономы опубликовали свое открытие в феврале 1968 года, и тотчас ученые всех стран включились в наблюдение за пульсарами. У нас были пущены в ход радиотелескопы в Серпухове и Симеизе (Крым).
Изучение пульсаров, запись посылаемых ими радиосигналов пошли полным ходом. Астрономы узнали, от каких небесных тел эти радиоволны доходят. Оказалось, что пульсар в созвездии Лисички удален от нас на 380 световых лет. По звездным масштабам не так уж и далеко! Это слабая звездочка, которую можно разглядеть только в мощные телескопы.
Она светит в 100 тысяч раз слабее самой слабой звезды, которую можно видеть простым глазом.
Пульсары по своей световой мощности, "светимости", как говорят астрономы, в тысячи и десятки тысяч раз слабее Солнца. Наше Солнце - рядовая звезда, но по сравнению с пульсарами это исполин звездного мира!
Но как же все-таки объяснить поразительную периодичность радиосигналов, испускаемых пульсарами? Какое естественное происхождение могут они иметь?
Многие ученые считают, что пульсары - это особые, неизвестные ранее быстровращающиеся звезды крайне малых размеров, но феноменальной плотности: при диаметре в десятки километров они обладают звездной массой. Такие звезды, о которых теоретики писали уже раньше, называют нейтронными. На поверхности подобной звезды, как считают ученые, есть горячее излучающее "пятно" - пульсар оказывается чем-то похожим на известные морякам вращающиеся маяки. Огромная плотность нейтронных звезд во много раз превышающая даже плотность "белых карликов", о которых рассказывалось выше, объясняется тем, что они состоят из плотно спрессованных ядерных частиц - нейтронов, это огромные "капли" ядерного вещества,
Млечный путь
Посмотри на небо в безлунную летнюю ночь. Ты увидишь там нежно светящуюся полосу, которая огромной дугой охватывает небесный свод. Эта полоса неравной ширины в разных местах, очертания ее неправильны, кое-где на ней проступают огромные темные пятна.
Беловатый цвет полосы напоминает молоко, пролитое на темный свод неба. И еще в древности за это полосу прозвали Млечным (то есть молочным) Путем.
Присмотрись к Млечному Пути. В летние ночи он колоссальной аркой проходит у нас над головой, и концы его скрываются за горизонтом. Обрывается ли там Млечный Путь? Конечно, нет: он кольцом охватывает все небо. И если путешествовать вокруг Земли, всегда будешь видеть на небе Млечный Путь.
Много догадок высказывали люди, стараясь понять, что такое Млечный Путь. Когда у ученых не было хороших телескопов, они думали, что Млечный Путь - рассеянное вещество, нечто вроде мельчайшей пыли и паров, скопившихся в мировом пространстве. Такие скопления астрономы называют туманностями, так как они похожи на слабо светящийся туман.
Туманности во Вселенной существуют. Но Млечный Путь оказался не туманностью. Когда были построены большие телескопы, выяснилось, что Млечный Путь состоит из множества мельчайших звездочек. Этих звездочек так много, что сосчитать их не могли, да они иногда просто сливаются для глаза в целые скопления. Эти скопления называются звездными роями или облаками.
Значит ли это, что звезды Млечного Пути так близки друг к другу, что лежат вплотную, как пчелы в пчелином рое?
Совсем нет. Они так же далеки одна от другой, как Проксима от нашего Солнца. Но они намного дальше от нас, и потому кажется, что они очень близки друг к другу. Так всегда бывает с отдаленными предметами.
Звезды Млечного Пути, сливающиеся для глаза в серебристый туман, отстоят от нас на десятки тысяч световых лет.
Современные астрономы доказали, что Млечный Путь - одна великая система в мировом пространстве, и этой системе дали название - Галактика. Это ученое слово тоже происходит от греческого слова "галактикос", что значит "молочный".
Галактика - колоссальный остров в океане Вселенной. Все звезды, которые мы видим на небе - и наше Солнце, и блестящий Сириус, и громадные Антарес и Бетельгейзе, и Полярная звезда, и все прочие звезды и созвездия, - все они принадлежат Галактике, входят в нее.
Галактика не беспредельна. Пространство, занятое ею, можно себе представить в виде колоссального автомобильного колеса, у которого световой луч мчится от одного края до другого сто тысяч лет.
Вообразим колесо, толщина которого раз в десять меньше диаметра. Такова Галактика. Луч света, чтобы пройти ее по толщине, как бы по оси колеса, должен затратить десять тысяч лет. И это колесо более или менее равномерно заполнено звездами.
Представь себе рой комаров внутри автомобильной камеры. Это более совершенная модель Галактики, так как комары будут двигаться по различным направлениям. То же происходит и со звездами.
Количество звезд в Галактике огромно. Астрономы полагают, что их несколько сотен миллиардов.
Наш солнечный город (ты помнишь, что так мы назвали Солнечную систему?) - лишь один из сотен миллиардов солнечных городов, составляющих исполинский звездный материк - Галактику.
Является ли Галактика беспорядочным скоплением звезд, случайно собравшихся в одном уголке Вселенной? Нет. Уже было сказано, что Галактика - система, а в системе все светила связаны между собой силой всемирного тяготения.
Как ни далеки одна от другой звезды Галактики, но все они друг друга притягивают. Громадный Сириус удален от нас на 12 световых лет, но притягивает Землю с силой 10 миллионов тонн; а Солнце он притягивает с силой в 330 тысяч раз большей. В свою очередь Земля и Солнце притягивают Сириус с такой же силой, с какой он притягивает их.
Вся Галактика вращается вокруг определенного центра. Но она не сплошное тело, а состоит из множества звезд. Каждая звезда вращается тем быстрее, чем она ближе к центру вращения, и тем медленнее, чем дальше от него (то же самое происходит и с планетами в Солнечной системе). Это общий закон Вселенной.
Солнце не в центре Галактики, оно удалено от него приблизительно на 30 тысяч световых лет. Если представить себе Галактику в виде колеса, то Солнце не у втулки, а ближе к ободу. Но оно, как и все звезды, не стоит неподвижно. Оно мчится по колоссальному эллипсу и, как рассчитали астрономы, делает один полный оборот вокруг центра вращения примерно за двести миллионов земных лет. Этот огромный период вращения называют галактическим годом. Земля существует 20–25 галактических лет, а земных получается 4–5 миллиардов!
Галактическая орбита Солнца настолько велика, что если даже взять очень большой ее отрезок, например такой, какой Солнце проходит за тысячу лет, он покажется прямой линией. Вот и выходит, будто Солнце несется по прямой линии к точке, находящейся где-то в созвездии Цефея. Скорость этого движения около 300 километров в секунду, более миллиона километров в час и около 10 миллиардов километров в год.
В этом своем движении Солнце увлекает и всю свою семью: планеты, кометы, метеорные потоки, искусственные спутники Земли.
Мы говорим, что Земля обращается вокруг Солнца по эллипсу. Это совершенно верно, но в мировом пространстве она движется по очень растянутой спирали. Намотай кусок мягкой проволоки на карандаш и растяни полученную спираль: это и будет путь Земли в мировом пространстве. Земля, как и другие небесные тела, никогда не возвращается в ту точку пространства, где она была. Сегодня она здесь, а в то же число следующего года окажется за 10 миллиардов километров от этого места.
ВО ВСЕЛЕННОЙ НЕТ ПОКОЯ, ВСЕ НАХОДИТСЯ В ВЕЧНОМ, НЕПРЕСТАННОМ ДВИЖЕНИИ.
Сколько галактик в океане Вселенной
Существует ли во Вселенной только один звездный материк - наша Галактика? А если в мировом пространстве есть и другие звездные материки, то можем ли мы их видеть и изучать? На эти вопросы современная астрономия дает утвердительные ответы.
Наша Галактика - грандиозное скопление огромных солнц. Но если бы она была только одна, то в ней и была бы заключена вся Вселенная. Она имела бы границы, ее всю можно было бы объехать за какое-то, хотя бы и очень большое, время.
Но это не так. Существует бесчисленное множество галактик (наименование чужих галактик мы пишем с маленькой буквы - это уже не собственное имя).
Мы видели большое разнообразие звезд: есть звезды-великаны и звезды-карлики, звезды очень горячие и звезды остывающие. Так же разнообразны и галактики. Одни из них больше, другие меньше; они могут отличаться одна от другой по форме. Но каждая галактика - только звездный материк в безграничном океане Вселенной.
Видел ли кто-нибудь из людей другую галактику? Да, астрономы наблюдают в телескопы множество галактик, но лишь некоторые из них можно заметить на небе простым глазом в виде бледных пятнышек. К числу таких галактик относится галактика в созвездии Андромеды.
Здесь надо сделать важное замечание. Когда астрономы говорят - галактика в созвездии Андромеды, это вовсе не значит, что она находится среди звезд Андромеды: ведь в этом случае она находилась бы в пределах нашей Галактики. Она только видна за этим созвездием, как видны за окном отдаленные дома, горы, облака. Я вижу в окне тучу, но эта туча в тысячи раз дальше от меня, чем оконное стекло. Так и галактика в созвездии Андромеды в сотни раз дальше от нас, чем те звезды, которые это созвездие составляют. Называя созвездие, астрономы только указывают "адрес" галактики.
Кстати скажу, что галактики часто называют туманностями. Вот и ту галактику, о которой я только что говорил, обычно называют туманностью Андромеды (таково и заглавие известного романа советского фантаста И. Ефремова). Но подлинные туманности - огромные скопления мельчайших твердых частичек и газов. По мнению ученых, туманности - материал для образования новых звезд и галактик. Чрезвычайно разреженное вещество туманности, постепенно сгущаясь, разогревается, собирается в огромный шар, начинает вращаться вокруг оси. Получается молодая звезда, красный сверхгигант.
Прежде, пока телескопы не достигли большой силы, все бледные пятнышки на небе считались туманностями. Но потом многие туманности оказались скоплениями миллионов и миллиардов звезд.
Астрономы по привычке называют их туманностями, но это туманности ложные, их следует называть галактиками.
Туманность в созвездии Андромеды - ложная туманность. Она оказалась колоссальной галактикой, примерно таких же размеров, как наша - около ста тысяч световых лет в диаметре.
Туманности (истинные и ложные), видимые на небе, заносятся астрономами в звездные каталоги. Туманность Андромеды - огромная вселенная, с сотнями миллиардов звезд, со множеством планет, где, возможно, существуют цивилизации, подобные нашей, - значится у нас под скромным номером М-31. Интересно, под каким обозначением записана у астрономов Андромеды наша Галактика?
Как далека от нас туманность Андромеды? Свет от нее летит до Земли полтора миллиона лет!
Вдумайся: тот луч света, который сегодня ночью попадает тебе в глаз от туманности Андромеды, отправился в путь полтора миллиона лет назад, когда на Земле еще не было человека и смутные начатки разума едва обнаруживались у человекоподобных существ, беспечно прыгавших по деревьям. Сегодня мы видим туманность Андромеды, какой она была в те отдаленные времена. А какова она сейчас, это узнают люди через полтора миллиона лет.
Галактика Андромеды во многом похожа на нашу. В ней примерно столько же звезд, у нее такие же размеры, в ней, как и в нашей Галактике, вспыхивают новые звезды и мигают цефеиды. Вот по этим-то маякам-цефеидам и определили расстояние до соседнего звездного материка - туманности Андромеды.
Расстояние до галактики Андромеды почти невозможно вообразить, и тем не менее это соседний с нами звездный материк в неизмеримом океане Вселенной. Есть множество галактик, свет от которых доходит до нас через сотни миллионов и миллиардов лет.
В последние десятилетия астрономы узнали, что в нашей области Вселенной, которую принято называть Метагалактикой, отдельные галактики удаляются от Солнечной системы с огромными скоростями - до десятков тысяч километров в секунду. Это определили, изучая спектры разбегающихся галактик. Среди великого множества галактик есть такие, которые получили название радиогалактик. Радиогалактики посылают в пространство колоссальное количество энергии в виде радиоволн.
Радиогалактика Лебедь-А, находящаяся от нас за 600 миллионов световых лет, излучает энергии в полтора миллиона раз больше, чем вся наша Галактика. Таким образом, для радиотелескопа галактика Лебедь-А является необычайно "яркой", а для оптических приборов она самая обычная.
От пульсаров, о которых говорилось в этой книге и которые также посылают очень мощные радиоизлучения, радиогалактики отличаются тем, что в их сигналах нет такой поразительной регулярности, никто не подумает принять их за передачи разумных существ иных цивилизаций.
Некоторые радиогалактики удаляются с колоссальной скоростью. Так, радиогалактика ЗС295 мчится в пространстве со скоростью 140 тысяч километров в секунду., Это почти половина скорости света, а ведь нет во Вселенной скорости, которая могла бы превысить скорость света. И удалена эта радиогалактика от Солнечной системы на 5 миллиардов световых лет. Чудовищные цифры, их невозможно обнять воображением!
Радиогалактики - удивительное явление Вселенной, но затем на небе были обнаружены еще более удивительные и непонятные объекты - квазары.
Слово "квазар" происходит от латинского слова "квази" - "как будто". Вновь обнаруженные объекты, имеющие вид слабых звездочек, получили название "квазизвездных объектов" - "как бы звездных объектов", сокращенно "квазаров".
Особенность квазаров - их необычайно яркая светимость. Один квазар ЗС273-В испускает света в 100 раз больше, чем вся наша Галактика с ее сотнями миллиардов звезд!