Космос. Прошлое, настоящее, будущее

Из наблюдений периодических изменений блеска астероида, связанных с его вращением, английский любитель установил, что 2008 HJ делает один оборот вокруг своей оси менее чем за минуту (по его данным, за 42,7 секунды, что очень близко к уточненным – 42,67 секунды). До того как была определена скорость вращения астероида 2008 HJ, рекордсменом считался астероид 2000 DO8 с периодом вращения 78 секунд. Не исключено, что будут открыты и другие рекордсмены такого рода. Кандидат в их число – объект 2008 КХ2 размером около 50 метров (астероид 2008 HJ несколько меньше, его размеры – 12×24 метра), к наблюдению которого привлечено внимание профессиональных астрономов и астрономов-любителей.

За съемкой Гаспры последовало фотографирование других астероидов, уже проведен ряд совершенно фантастических экспериментов, как, например, посадка космического аппарата на поверхность астероида Эрос (февраль 2001 года) или взятие пробы грунта с астероида Итокава (сентябрь 2005 года) при подлете к нему АМС «Хаябуса». Среди многочисленных «подвигов» АМС «Галилео» – открытие в 1993 году спутника астероида Ида. Двойной астероид Ида достигает в длину почти 60 километров, а его спутник, названный Дактиль, – всего 1,5 километра.

Еще более необычен, чем Ида и другие двойные астероиды, астероид Сильвия, оказавшийся, как выяснилось впоследствии, первым тройным астероидом. Сильвию открыли в 1866 году. Он находится от Солнца на среднем расстоянии 3,5 а.е. Астероид делает оборот вокруг Солнца примерно за 6,5 лет, а оборот вокруг своей оси – за 5 часов 11 минут – такова продолжительность «сильвианских» суток. Это довольно крупный астероид (388×264×232 км), названный в честь героини римской мифологии Реи Сильвии, матери основателей Рима – Ромула и Рема. Два спутника (первый был открыт в 2001 году, второй – в 2004-м) получили имена сыновей Сильвии. (Размер Ромула – 18 километров, расстояние от Сильвии – 1360 километров, период обращения вокруг Сильвии – 87,6 часа; размер Рема – 7 километров, расстояние от Сильвии – 710 километров, период обращения – 33 часа.)

Таким образом, спутники бывают не только у планет (у Юпитера их 63, у Сатурна – 60, у Урана – 27, у Нептуна – 13, у Марса – 2, у Земли – 1), но и у некоторых астероидов. Возможно, что спутники астероидов – это осколки, образовавшиеся при их столкновении. Такие «аварии» в поясе астероидов нередки, поскольку их там очень много и соблюдать «правила движения» в плотном потоке довольно трудно.

Особый интерес представляют астероиды, ко- торые время от времени приближаются к Земле на опасное расстояние или даже могут столкнуться с ней. С этой точки зрения ученые считают опасными астероиды размером более 100–200 метров, способные приблизиться к Земле менее чем на 7,5 миллиона километров. Таких астероидов может быть несколько тысяч. К глобальной катастрофе способно привести столкновение Земли с астероидами, размеры которых не менее 1 километра. Астероиды размером в сотни метров могут представлять угрозу для целых стран, экземпляры поменьше (несколько десятков метров) не сулят ничего хорошего городам, на которые могли бы упасть.

Сближение астероидов с Землей в последние годы происходило неоднократно. Так, 29 сентября 2004 года астероид Тоутатис, названный по имени одного из богов кельтской мифологии, пролетел на расстоянии около 1,5 миллиона километров от нашей планеты. И хотя Тоутатис сближается с Землей один раз в четыре года, так близко, как в 2004 году, он снова подлетит к нам только в 2562-м. Форма этого астероида весьма необычна: он похож на огромный арахис (4,7×2,4×1,9 км), состоящий из двух глыб, на которых есть кратеры размером от 100 до 600 метров и хребты.

Другой пример. Совсем недавно, 29 января 2008 года, астероид размером 250–600 метров и массой в несколько миллионов тонн пролетел на расстоянии немногим более 0,5 миллиона километров от Земли. Если бы такой «гость» из Главного пояса астероидов врезался в Землю, он мог бы стать причиной катастрофических землетрясений или цунами, не говоря уж о других последствиях.

Опасным астрономы считают астероид 2004 MN4, получивший название Апофис, по имени древнеегипетского бога мрака и разрушения. Пока он движется по довольно устойчивой орбите, совершая один оборот вокруг Солнца за 323 земных суток. По мнению российских астрономов, через некоторое время орбита Апофиса должна измениться, и в 2036 году он даже может столкнуться с Землей. А астероид этот, между прочим, не маленький: 400–600 метров. Уточнить свои предположения астрономы собираются в 2029 году, когда Апофис приблизится к Земле на расстояние всего лишь около 40 000 километров.

Игнорировать астероидную опасность недопустимо. Поэтому во многих странах, включая Россию, разрабатываются проекты по предотвращению столкновений астероидов с нашей планетой. Таких проектов уже немало. Например, предлагается уничтожать опасно приблизившиеся к Земле астероиды, направляя к ним приспособленные для этого космические ракеты. Согласно другим проектам, обезопасить угрожающий нам астероид можно, отклонив его от пути к Земле.

Исследования малых планет с помощью наземных телескопов и космических аппаратов продолжаются. Интересны они нам по крайней мере по двум причинам: во-первых, позволяют подробнее изучить настоящее и прошлое Солнечной системы, во-вторых – с точки зрения обеспечения безопасности нашей планеты. Так что впереди нас непременно ждут новые открытия.

Вифлеемская звезда

Каждый год под Рождество во многих планетариях мира с неизменным успехом идут программы на библейский сюжет – о Вифлеемской звезде. Той самой, что, согласно евангелисту Матфею, возвестила рождение младенца Иисуса Христа и привела к нему мудрецов с востока… И вот астрономы, «обращая вспять время», пытаются найти ответ: что же было на самом деле? Может быть, в основе легенды о Вифлеемской звезде лежит какое-то реальное астрономическое явление?

Таинственная звезда упоминается только в одном из четырех канонических Евангелий: «…Когда же Иисус родился в Вифлееме Иудейском во дни царя Ирода, пришли в Иерусалим волхвы с востока и говорят: „Где родившийся Царь Иудейский? Ибо мы видели звезду Его на востоке и пришли поклониться Ему“. Услышав это, Ирод-царь встревожился, и весь Иерусалим с ним. И, собрав всех первосвященников и книжников народных, спрашивал у них: где должно родиться Христу? Они же сказали ему: в Вифлееме Иудейском, ибо так написано чрез пророка: „И ты, Вифлеем, земля Иудина, ничем не меньше воеводств Иудиных; ибо из тебя произойдет Вождь, Который упасет народ Мой Израиля“. Тогда Ирод, тайно призвав волхвов, выведал от них время появления звезды. И, послав их в Вифлеем, сказал: пойдите, тщательно разведайте о Младенце и, когда найдете, известите меня, чтобы и мне пойти поклониться Ему. Они, выслушавши царя, пошли. И се, звезда, которую видели они на востоке, шла перед ними, как наконец пришла и остановилась над местом, где был Младенец. Увидевши же звезду, они возрадовались радостью весьма великою. И вошедши в дом, увидели Младенца с Мариею, Матерью Его, и падши поклонились Ему; и, открывши сокровища свои, принесли Ему дары: золото, ладан и смирну» (Евангелие от Матфея, 2, 1–11).

Город Вифлеем (Бейт-Лахм) реально существует и поныне. Он находится немного южнее Иерусалима. Согласно Библии, это место рождения царя Давида и ожидаемого мессии, избавителя – Христа. В Библии же говорится о том, что рождение Христа должно быть возвещено некоей звездой (Числа, 24, 17).

Итак, волхвы, согласно легенде, направили свои стопы в Вифлеем. Однако из Библии не явствует ни сколько было волхвов, ни откуда конкретно они пришли. Говорится просто о мудрецах с востока, но не очень понятно, наблюдали ли они саму звезду в восточной части неба или же увидели ее, находясь на востоке, у себя дома. И откуда возник образ именно трех волхвов, столь знакомый нам по литературе и живописи?

Уже давно подмечено, что символика многих христианских мифов тесно переплетена с астрономией. Например, созвездия Овна и Рыб – символы христианства. Двенадцать апостолов – это двенадцать знаков зодиака. Символ креста – пересечение экватора и эклиптики. Согласно евангелисту Луке (2, 12), Иисус Христос родился в яслях. А ведь такое название – ясли – издревле носит рассеянное звездное скопление в Раке, а звезды γ и δ Рака называют Ослятами. «Тремя волхвами» называли в древности Пояс Ориона. Само же созвездие Ориона у многих древних народов было символом воскресения. Все это говорит о глубокой связи древних религий с астрономией.

Вот почему понятны и вполне оправданны современные попытки найти астрономические обоснования легенды о Вифлеемской звезде. Например такие: прообразом Вифлеемской звезды послужило редкое и зрелищное соединение планет, появление кометы, метеор или болид, вспышка новой или сверхновой звезды. Хотя, разумеется, все это лишь гипотезы, и возражений против любой из них можно найти при желании более чем достаточно, они подкупают своим необычным, нетрадиционным и, главное, научным подходом к проблеме. А кроме того, демонстрируют возможности астрономии, которая, как известно, уже не раз приходила на помощь историкам.

Расскажем про некоторые из этих гипотез подробнее.

В 7 году до нашей эры произошло редкое тройное соединение Юпитера и Сатурна в созвездии Рыб. Современный аппарат планетария позволяет прокрутить «время вспять» и в точности воспроизвести, как это было…

Итак, 29 мая 7 года до нашей эры. Время близится к рассвету. Небо довольно светлое, хотя звезды еще видны. Звездное небо выглядит почти так же, каким мы его видим сегодня, в начале XIX века (разумеется, с поправкой на географическую широту и процессию).

Привлекают внимание два ярких немерцающих звездообразных объекта в созвездии Рыб.

Любители астрономии тут же признали бы в них Юпитер и Сатурн. В этот день планеты находились в конфигурации соединения. Угловое расстояние между ними составляло всего лишь 0°98′.

Соединения Юпитера и Сатурна происходят редко, примерно раз в 20 лет. А в том году, как показывают астрономические расчеты, соединение было особое – тройное, то есть планеты сходились трижды. Сначала – 29 мая. Потом, всего через четыре месяца, 30 сентября того же 7 года до нашей эры они вновь оказались «рядом», и все в том же созвездии Рыб (вы, конечно, понимаете, что «рядом» они только кажутся для нас, наблюдателей с Земли!). Угловое расстояние между ними было 0°97′. Но и это еще не все: через два месяца, 5 декабря, планеты вновь оказались в соединении. На этот раз между ними 1°05′…

Такие тройные, или Великие, соединения Юпитера и Сатурна повторяются примерно через 120 лет.

«Крестным отцом» гипотезы, идентифицирующей Вифлеемскую звезду с тройным соединением, считают И. Кеплера. 17 декабря 1603 года, за несколько дней до Рождества, Кеплер наблюдал соединение Юпитера и Сатурна, причем в том же созвездии Рыб. Соединение в 1603 году было Великое, тройное: в течение 6 месяцев Юпитер и Сатурн сближались три раза. А весной 1604 года вблизи них оказался еще и Марс. Осенью 1603 года в созвездии Змееносца появилась сверхновая – «Сверхновая Кеплера».

Гипотеза довольно убедительная, а все же непонятно, что могло заставить древних магов соединение посчитать за Вифлеемскую звезду. Ведь мы знаем, что многие из них были искуснейшими астрологами. Как могли они принять за одну звезду два хорошо знакомых им небесных тела, причем находящихся одно от другого на угловом расстоянии до двух поперечников лунного диска! Можно думать, их сильно поразило, что соединение было, во-первых, тройным, а во-вторых, произошло под знаком Рыб.

С древнейших времен соединениям Юпитера и Сатурна, особенно Великим, придавали огромное мистическое значение. Подобные соединения служили поводом для религиозных и политических прорицаний, над ними размышляли философы ислама и христианства, такие соединения считали предвестниками важных событий.

Вот что написано об этом в книге Э. Церена «Лунный бог»: «…Израильская традиция, по-видимому, придавала Великому соединению в созвездии Рыб большое значение. Еще в XV веке испанский философ и богослов Исаак бен Иегуда Арбабенель, отталкиваясь, очевидно, от сведений, сообщаемых Иосифом Флавием, писал о Великом соединении под знаком Рыб, которое произошло якобы за три года до рождения законоучителя и освободителя Моисея, благодаря которому израильский народ освободился из египетского плена. А за три века до Арбабенеля средневековый авторитет в вопросах иудаизма Маймонид (XII век) утверждал, что все израильтяне утверждают, что при соединении Юпитера и Сатурна под знаком Рыб появится новый мессия…»

Почему придавалось особое значение тому, что соединение происходило под знаком Рыб? Дело в том, что каждому народу в древности астрологи приписывали «свой» знак зодиака. Созвездие Рыб как раз астрологически было связано с еврейским народом. Юпитер издревле почитался царственной, счастливой звездой. А Сатурн – защитником еврейского народа. Кроме того, Солнце перемещается по созвездию Рыб при переходе от зимы к весне, то есть это время перемен от старого к новому…

Великое соединение 7 года до нашей эры древними астрологами было заранее предсказано. Расчеты и предсказания обнаружены в Сиппаре (Вавилония), городе, известном своей астрономической и астрологической школой. Предыдущие соединения Юпитера и Сатурна (правда, не тройные, а простые) в Рыбах были в 66 и 126 годах до нашей эры, что, как считают, могло уже тогда оживить надежды на приход мессии. Вот почему Великое соединение 7 года до нашей эры, вероятно, ожидали с нетерпением.

Итак, редкое астрономическое явление под знаком Рыб, конечно, могло привлечь к Иерусалиму внимание восточных мудрецов, для которых различные планетные конфигурации были полны глубочайшего тайного смысла, пророчеств, знамений…

Между 12 годом до нашей эры и 7 годом нашей эры происходило около 200 соединений разных планет.

Внимание американского астронома Р. Синнотта привлекло соединение, которое происходило 17 июня 2 года до нашей эры.

По его расчетам, вырисовывается такая картина. Наблюдатель, расположившийся в этот день на вершине какого-нибудь храма-зиккурата некоего восточного города, мог увидеть, как на востоке поднимается Луна, а на западе, как раз над тем местом, где только что зашло Солнце, ярко блистает Венера. Совсем рядом с ней желтоватый Юпитер, хотя и не столь яркий. В тот день две планеты находились друг к другу чрезвычайно близко. У самого горизонта они слились в одну точку, искрящуюся, как огромный светоч.

А находились планеты в созвездии Льва, которое в Иудее глубоко почиталось – считалось «царственным созвездием», изображение льва было на знаменах племени иудеев. Да еще соединение планет произошло вблизи самой яркой звезды созвездия – Регула.

Вообще-то вблизи Регула в ту пору было два соединения Юпитера и Венеры. Одно – 12 августа 3 года до нашей эры, другое – 17 июня 2 года до нашей эры. Но в первом случае планеты были видны на востоке, на утреннем небе, угловое расстояние между ними было около 12', а во втором – над западным горизонтом, всего через несколько дней после наибольшей восточной элонгации Венеры, и угловое расстояние между планетами составляло менее 0'5''. Всего через два часа после захода Солнца разделить их невооруженным глазом было уже невозможно…

Привлекают внимание и другие астрономические гипотезы о Вифлеемской звезде. Так, например, слова о том, что «звезда шла перед ними» и «остановилась» над местом, где был Младенец, невольно наводят на мысль о комете и в то же время исключают возможность того, что там был метеорит или болид.

Вот что писал в свое время ученый Н. Морозов: «…Конечно, такое сказание могло бы быть объяснено кометой, прошедшей от Магов, т. е. трех звезд пояса Ориона, в группу Ясли в созвездии Рака, но это надо еще доказать… Кометы большей частью считались вестницами несчастий».

Ну, а если все же попробовать доказать? Конечно, прежде всего приходит на ум самая знаменитая из комет – комета Галлея. Об этом не без юмора писал английский популяризатор науки Н. Колдер: «…Когда Эдмунд Галлей разобрался в привычках своей кометы, ученые-схоласты наперебой ринулись доказывать, что она-то и была Вифлеемской звездой». Хотя идея эта жила и раньше. Еще в 1305 году флорентийский художник Джотто ди Бондоне изобразил на фреске «Поклонение волхвов» в виде Вифлеемской звезды именно комету Галлея 1301 года!

В начале XX века гамбургский астроном А. Стенцель доказывал, что основой легенды могла послужить комета Галлея 12 года до нашей эры. Китайские хроники гласят, что комета появилась около 25 августа в созвездии Близнецов, вблизи звезды μ и исчезла примерно через 60 дней в Скорпионе. При этом она проходила и вблизи Регула, и около рассеянного звездного скопления Ясли в Раке.

Советский исследователь А. Резников сопоставил историческую хронологию со временем появления кометы в 12 году до нашей эры. Из его работы, в частности, следует, что речь могла идти… о другом Вифлееме (их действительно было два), Вифлееме Галилейском, что в 10 километрах северо-западнее города Назарета!

И, наконец, еще гипотеза – о вспышке новой или сверхновой звезды. Доказательством могут служить свидетельства о подобных вспышках в древних хрониках. В китайских летописях Ма-Туанлинь есть упоминание о двух «звездах-гостьях», появившихся одна в 5-м, другая – в 4 году до нашей эры. Первая из них заблистала около 24 марта 5 года до нашей эры. Анализ китайских и корейских хроник показывает, что ее наблюдали около 70 дней в восточной части неба, невысоко над горизонтом в созвездии Козерога. О том, что именно она могла послужить основой легенды, указывают английские астрономы Д. Кларк, Дж. Паркинсон и Ф. Стефенсон. Хотя в астрономической литературе, посвященной именно Вифлеемской звезде, эту «звезду-гостью» иногда называют кометой.

А американский ученый А. Морхауз склоняется к тому, что прообразом Вифлеемской звезды стала новая (сверхновая) 4 года до нашей эры. Китайские хроники указывают, что эта «мерцающая звезда» появилась в созвездии Хо-Ку (α, β и γ Орла). Именно в этой области неба неподалеку от γ Орла в 1975 году был открыт пульсар PSR 1913 + 16b, то есть след вспышки сверхновой. Пульсар удивительный, двойной. Трудно, конечно, сказать, какой яркости была эта сверхновая. По некоторым оценкам, ее яркость могла быть даже минус 4m! Расчеты показывают, что в первый день года (начало года в древности было весной) из Иерусалима ее можно было видеть как раз над Вифлеемом. Для жителей древнего города, всегда ждавших и искавших небесных знамений, вспышка звезды не прошла незамеченной.

Мы не беремся судить, какая из гипотез заслуживает большего внимания. У нас другая задача. Нам хотелось показать возможности астрономии, которая порой способна творить поистине чудеса в совершенно неастрономических областях.

Вот почему образ Вифлеемской звезды давно уже стал не только христианским символом спасения и надежды, не только темой, к которой обращались величайшие писатели, поэты, художники, но и предметом пристального изучения астрономов. Однако не исключено, что все эти астрономические исследования не дадут какого-либо конкретного результата. И, наверное, прав был М. Булгаков, когда писал в «Мастере и Маргарите»: «– Ваш рассказ чрезвычайно интересен, профессор, хотя он и совершенно не совпадает с евангелийскими рассказами.

– Помилуйте, – снисходительно усмехнувшись, отозвался профессор, – уж кто-кто, а вы-то должны знать, что ровно ничего из того, что написано в Евангелиях, не происходило на самом деле никогда, и если мы начнем ссылаться на Евангелие как на исторический источник… – он еще раз усмехнулся…»

Почему планеты описывают петли?

Вообразите на минуту, что представителям какой-то внеземной цивилизации показали часы, совсем неведомые им ранее, и предложили разгадать, почему движутся стрелки. Допустим, что среди этих инопланетян были маленькие дети, студенты, инженеры и ученые. Дети, вероятно, предположили бы, что внутри часов кто-то сидит и передвигает стрелки, студенты придумали бы что-нибудь похитрее, а инженеры и ученые стали бы размышлять над тем, какой механизм спрятан в футляре часов, и, порядком повозившись, наверное, докопались бы до истины. Так и людям, живущим на Земле, нелегко было понять, почему «блуждающие светила» (планеты), передвигаясь по небу, описывают на фоне созвездий какие-то замысловатые петли. Человечество, прежде чем разгадать эту загадку, прошло большой и трудный путь познания – от первых наивных представлений о строении мира до воздвигнутого гением титанов величественного здания небесной механики.

Уже древние греки пытались не просто наблюдать явления на небе, но и создать некоторую общую систему представлений о мире и из этой системы вывести наблюдаемые явления.

Так, в IV веке до нашей эры «божественный философ» Платон завещал своим ученикам «отыскать те совершенные круговые движения, комбинация которых порождает наблюдаемые загадочные блуждания планет». Впервые это попытался сделать Эвдокс из Книда, а затем его ученик Калипп. В «системе мира», составленной Эвдоксом, неподвижная Земля находилась в центре, и ее окружало 27 сфер. Аристотель довел число сфер до 56 – у каждой планеты несколько сфер. Свое завершение геоцентрическая система получила в «Альмагесте» («Великом построении») Клавдия Птолемея (II век). Воспользовавшись уже введенным до него понятием эпициклов (такое название получили круги, по которым перемещались планеты, причем центры этих кругов двигались вокруг Земли по другим кругам, деферентам), Птолемей создал весьма сложную геометрическую теорию движения планет. Эта теория, несмотря на совершенно ошибочную главную идею – центральное положение Земли, – позволяла довольно точно предсказывать местоположение планет на небе! Такое иногда случается при решении математических или физических задач, когда ученику удается получить правильный (заранее известный!) ответ, хотя все решение задачи совсем неверное…

Почти полторы тысячи лет геоцентрическая система мира, поддерживаемая авторитетом церкви, считалась правильной и непоколебимой. Николаю Копернику (1473–1543), ученому эпохи Возрождения, суждено было стать величайшим реформатором науки о Вселенной.

«Пусть никто не полагает, – писал в „Малом Комментарии“ Коперник, – что мы вместе с пифагорейцами легкомысленно утверждаем подвижность Земли; для этого он найдет серьезные доказательства в моем описании кругов. Ведь те доводы, при помощи которых натурфилософы главным образом пытаются установить ее неподвижность, опираются большей частью на видимость; все они сразу же рухнут, если мы так же на основании видимых явлений заставим Землю вращаться». В этих словах уже проявился знаменитый принцип Коперника, согласно которому нельзя принимать на веру видимые явления, нужно проникнуть в их сущность, и тогда может оказаться, что видимое явление совершенно не тождественно действительному, истинному, их вызвавшему.

Загадочные петли, которые «блуждающие светила» вычерчивают на фоне звездного неба, получили в теории Коперника простое и естественное объяснение. Заключается оно в том, что планеты с определенными скоростями движутся вокруг Солнца, а мы наблюдаем их движение с Земли, тоже обращающейся вокруг Солнца.

Эпиграфом к своему произведению «О вращениях небесных сфер» Коперник взял слова, начертанные, по преданию, на дверях платоновой академии: «Пусть не входит никто, не знающий геометрии». В этой работе Коперник подробно излагает математическое обоснование своей теории. Гениальное решение загадки мироздания было настолько смелым, неожиданным и на первых порах мало кому понятным, что, например, святая инквизиция лишь через 73 года после смерти ученого «одумалась» и запретила учение Коперника: «Учение, что Солнце находится в центре мира и неподвижно, ложно и нелепо, еретично и противно Священному Писанию. Учение же, будто Земля не находится в центре мира и движется, обладая к тому же суточным вращением, ложно и нелепо с философской точки зрения, с богословской же по меньшей мере ошибочно».

Почти два века труд Коперника «О вращениях небесных сфер» числился в мрачном «Индексе запрещенных книг» католической церкви. Но остановить движение, развитие научной мысли невозможно.

Какая сила удерживает планеты на орбитах?

Открытием законов Кеплера, конечно, не за- вершилась многовековая история поиска гармонии мира. Узнав, как движутся планеты, люди, естественно, захотели узнать, почему планеты движутся именно так, а не иначе. Какая сила удерживает их на орбитах, не позволяя им, отдавшись власти инерции, умчаться в бесконечность? Первые два закона Кеплера указали на то, что в любой точке орбиты сила, действующая на планету, точно направлена к Солнцу. Третий закон Кеплера показал, как должна зависеть сила, действующая на планету, от расстояния до Солнца: она обратно пропорциональна квадрату этого расстояния.

Исааку Ньютону (1643–1727), который в 26 лет уже был профессором Кембриджского университета, а еще через три года – членом Лондонского королевского общества, удалось подметить, что сила, с которой Солнце притягивает планету, есть частный случай силы, действующей между любыми телами во Вселенной. Например, сила, сообщающая телам вблизи поверхности Земли ускорение свободного падения g = 981 см/сек2, изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния от центра Земли. Зная это, легко подсчитать, что тело, удаленное на расстояние, равное расстоянию от Земли до Луны (а это расстояние равно примерно 60 земным радиусам), будет испытывать ускорение:

g’ = g/602 = 0,27 см/сек2.

А теперь пренебрежем эллиптичностью лунной орбиты и найдем центростремительное ускорение, которым, как мы знаем из курса физики средней школы, обладает любое движущееся по окружности тело. Это ускорение (w) можно вычислить по формуле:

где Р – период обращения Луны вокруг Земли (27,3 суток), а r – расстояние между центрами Земли и Луны (r = 60 × 6378 км). Тогда:

То, что g’ = w, как раз и означает, что ускорение свободного падения и центростремительное ускорение Луны порождены одной и той же силой. Это и есть сила тяготения.

Отступая от традиций популяризации, мы не станем рассказывать здесь историю об упавшем с дерева яблоке и об озарении, постигшем Ньютона в связи с этим падением. Скажем лишь, не боясь повториться, что открытый Ньютоном закон всемирного тяготения – одно из самых замечательных достижений человеческого разума. Согласно закону всемирного тяготения сила, действующая между двумя любыми материальными точками (так принято называть тела, размерами которых можно пренебречь по сравнению с расстоянием между ними), пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:

где m₁ и m₂ – массы материальных точек, r – расстояние между ними, G – постоянная тяготения (или гравитационная постоянная).

Сила тяготения – одна из самых могущественных сил, действующих во Вселенной. На Земле мы просто привыкли к ней и не замечаем, как не замечаем воздуха, которым дышим. Именно эта сила притягивает к центру Земли все находящиеся на ней тела, она же определяет «верх» и «низ» в привычном нам мире, она же когда-то «округлила» Землю, это с ней «борются» прыгуны и штангисты, ей человек противопоставляет силу тяги могучих двигателей космических ракет. Оговоримся, что во всех приведенных примерах эта сила велика, так как одним из взаимодействующих тел здесь выступает наша достаточно массивная планета. Но если мы рассмотрим взаимодействие двух каких-нибудь тел, находящихся на Земле, хотя бы, например, двух предметов, лежащих на столе, то мы просто не заметим проявлений силы тяготения. Почему? Да потому, что сила тяготения между двумя лежащими на столе книгами очень мала по сравнению с силой трения между книгой и столом.

Только во Вселенной в полной мере проявляется действие всемирного тяготения. Тяготение удерживает планеты на орбитах вокруг Солнца, естественные и искусственные спутники – на орбитах вокруг планет. Тяготение, противодействуя силе газового давления, обеспечивает устойчивое равновесие внутри Солнца и других похожих на него звездных шаров. Миллиарды лет назад, подчиняясь силам тяготения, из роя небольших твердых частиц сформировались планеты Солнечной системы. Солнце, звезды, галактики – в их рождении тяготение играло первостепенную роль! По меткому выражению современного американского ученого К. Торна, необузданное гравитационное сжатие (коллапс) может играть во Вселенной роль и повивальной бабки, и могильщика.

В тех случаях, когда ничто не препятствует силе тяготения, она становится источником энергии во много раз более эффективным, чем термоядерные превращения. Под ее действием рождаются и приходят к гибели массивные и сверхмассивные звезды, образуются такие экзотические разновидности космических объектов, как белые карлики, нейтронные звезды, черные дыры, которыми живо интересуются и специалисты, и любители астрономии.

Закон всемирного тяготения опубликован Ньютоном в его знаменитой книге «Математические начала натуральной философии» (1687). Дальнейшее изучение законов небесной механики дало бесчисленное множество подтверждений справедливости этого закона. Выяснилось, что силы тяготения обладают свойствами, отличающими их от электрических, магнитных, ядерных сил. Тяготение не знает преград в буквальном смысле этого слова, оно действует между любыми телами независимо от того, как далеко друг от друга они находятся, независимо от их химического состава, агрегатного состояния. Сила тяготения одинаково действует на различные тела, сообщая им одинаковые ускорения. И хотя природа тяготения до сих пор остается не вполне разгаданной, знание закона всемирного тяготения позволяет разобраться в очень широком круге вопросов мироздания.

За занавесом созвездий

Глядя на небо, невозможно определить, какая из звезд дальше, а какая ближе к нам. Кажется, что они все на одинаковом расстоянии, и трудно представить, что, например, крайняя звезда в ручке «ковша» Большой Медведицы вдвое дальше от нас, чем средняя звезда, та, что «рядом» с ней. И уж совсем никому на протяжении тысячелетий не приходило в голову, что едва заметное светлое пятнышко в созвездии Андромеды – это гигантская звездная система, которая (как теперь знают даже школьники) превосходит по размерам нашу Галактику. И что это одна из ближайших к нам галактик, а свет от нее до нас идет почти 2 миллиона 300 тысяч лет…

Лишь в XX веке человек осознал, что наше прекрасное небо с созвездиями – словно легкий занавес, образованный тысячами звезд, а за ним находятся тысячи миллиардов звезд нашей Галактики и великое множество других галактик. Можно было бы, конечно, сравнить видимую картину звездного неба с вершиной айсберга, основная часть которого погружена в воду. Но это было бы слишком слабое сравнение, потому что за роскошным занавесом созвездий от нашего взора скрыта беспредельная Вселенная. Наблюдения с помощью крупнейших оптических и радиотелескопов позволяют астрономам проникнуть на миллиарды световых лет в глубины Вселенной. Совокупность данных современной внегалактической астрономии дает возможность нарисовать грандиозную астрономическую картину мира, в которой не только наша Солнечная система, но и наша Галактика – лишь небольшой фрагмент.

Прежде всего напомним, что наша Галактика с ее спутниками (Магеллановыми Облаками и несколькими карликовыми галактиками), а так-же галактики в созвездии Андромеды и Треугольника (тоже вместе со своими спутниками – карликовыми галактиками) образуют устойчивую Местную группу галактик. Центр масс Местной группы расположен на линии, соединяющей центры нашей Галактики и галактики в Андромеде (М31) на расстоянии 2/3 от М31.

Радиоастрономы, исследовавшие южное небо, неожиданно открыли в 70-х годах протяженный водородный рукав, в который погружены Магеллановы Облака и ряд карликовых галактик. Этот рукав, получивший название Магелланов поток, тянется от созвездия Пегаса к созвездию Скульптора, проходит через Магеллановы Облака и Южный полюс нашей Галактики. Оказалось, что газ в Магеллановом потоке движется, причем скорость его непрерывно меняется. Газ в потоке разрежен, но общая суммарная масса его велика и, вероятно, в миллиард раз превосходит массу Солнца.

Существование Магелланова потока – свидетельство эволюционных процессов, происходящих в Местной группе галактик. Ученые предполагают, что Магелланов поток содержит газ, некогда потерянный Магеллановыми Облаками, причем не исключено, что часть газа уже израсходована на образование некоторых карликовых галактик Местной группы. Согласно другой гипотезе, Магелланов поток – своего рода кильватерный след, который остается в газовой короне Галактики после прохождения в ней Магеллановых Облаков и их некоторых карликовых собратьев.

Большое Магелланово Облако (оно расположено в созвездии Золотой Рыбы) находится от нас на расстоянии 52 кпк, а Малое Магелланово Облако (созвездие Тукана) – на расстоянии 71 кпк. Большое Магелланово Облако особенно удобно для наблюдения, и не только потому, что оно ближе к нам, оно еще удачно «развернуто» по отношению к земному наблюдателю. В Большом Магеллановом Облаке примерно 100 миллионов звезд ярче Солнца. К числу достопримечательностей этой Галактики относится комплекс газовых туманностей Тарантул (диаметром 600 кпк), одна из ярчайших звезд S Золотой Рыбы (абсолютная звездная величина —10m), множество звездных скоплений, переменных звезд, десятки новых звезд и остатков сверхновых, а в 1982 году там был открыт первый пульсар…

Особенно интересные данные принесло изучение больших галактик, входящих в Местную группу. По выражению известного американского астронома Харлоу Шепли, галактика в Андромеде со своими спутниками и галактика в Треугольнике все вместе образуют «архипелаг Андромеды». Это своеобразная лаборатория внегалактической астрономии, в которой удается, например, исследовать эллиптические и неправильные галактики (напомним, что наша Галактика, а так- же галактики в Андромеде и Треугольнике относятся к числу спиральных).

Наша Местная группа галактик не одинока: примерно такие же группы галактик находятся на расстоянии в несколько мегапарсек (Мпк) от нее. До соседнего крупного скопления галактик около 20 Мпк.

Галактика Сомбреро – одна из гигантских спиральных галактик, входящих в состав скопления в созвездии Девы. В него входит не менее 200 довольно ярких галактик и, вероятно, 2–3 тысячи галактик малой светимости. Размер скопления в Деве достигает 5 Мпк (считается, что скопления галактик имеют не сферическую форму, а близки к эллипсоиду, то есть сплюснуты). Известны десятки различных скоплений, находящихся от нас на расстояниях от 130 до 5200 Мпк. Каждое из скоплений, кроме галактик и разреженного газа, вероятно, включает довольно большое количество невидимого вещества («скрытая масса»), гравитация которого обеспечивает устойчивость скопления, удерживает галактики в скоплении. Природа «скрытой массы» до сих пор во многом остается загадочной. Это могут быть и невидимые погасшие звезды, и газ, и черные дыры, и нейтрино (масса которых, возможно, отличается от нулевой), и т. д.

Большой интерес у астрономов вызывает богатое скопление галактик в созвездии Волосы Вероники, находящееся от нас на расстоянии около 140 Мпк (довольно близкое скопление).

По размеру оно напоминает скопление в Деве. В каталоги занесено более 1500 галактик, но на самом деле их, наверное, больше (просто слабые галактики не видны на таком расстоянии). Скоплениям в Деве и в Волосах Вероники посвящено так много работ, выполненных астрономами разных стран, что эти скопления во многом стали эталоном при изучении других скоплений галактик.

Сделав следующий шаг по иерархической лестнице структур нашей Вселенной, мы окажемся в мире скоплений скоплений галактик. Подобно тому как существует наша Солнечная система, наша Галактика, наша Местная группа галактик, существует, оказывается, и наше скопление скоплений галактик. Оно даже «видно» на небе! Дело в том, что на небе есть два «млечных пути». Один из них известен всем – это Млечный Путь, видимая «с ребра» часть нашей собственной Галактики. Этот Млечный Путь доступен для наблюдений каждому, и изучение его в телескоп (или хотя бы в хороший бинокль) доставляет большое удовольствие любителям астрономии. Второй – это «млечный путь» галактик (он расположен почти перпендикулярно привычному нам Млечному Пути). Так вот, «млечный путь» галактик – это видимое «с ребра» наше Локальное скопление скоплений галактик, или, как его еще называют, Локальное сверхскопление. Размеры этой системы (около 60 Мпк) превосходят возможности воображения…

Скопление в созвездии Девы, о котором мы уже говорили, – ядро Локального сверхскопления. Определить точное число галактик, больших и карликовых, входящих в эту систему, едва ли возможно. Но достаточно обоснованные оценки существуют и, согласно некоторым из них, Локальное сверхскопление содержит около 20 тысяч галактик. Распределены галактики в нашем сверхскоплении неравномерно. В этом убеждает, в частности, факт существования Местной группы галактик и других аналогичных групп. Пространственной фигурой, дающей приближенное представление о форме Локального сверхскопления, считается эллипсоид (отношение осей 1:10).