Солнечная система находится не строго на галактической оси, а примерно на расстоянии 50 световых лет от нее, что, впрочем, весьма мало в сравнении с общими размерами Галактики.
Звезды и газовые облака совершают внутри Галактики сложные движения, а сама она вращается вокруг оси, перпендикулярной своей плоскости, совершая полный оборот за двести миллионов лет.
Мы видим, что картина мира, появившаяся после открытий Гершеля, действительно напоминает безумный танец, 'а романтическое представление о неподвижном ясном небе обманчиво...
Но если на этом остановиться, описание Вселенной будет неполным. Все тот же добродушный английский ученый первым высказал
ниальную догадку, что должно существовать бесчисленное множество других "малых вселенных", подобных Галактике и также состоящих из миллиардов звезд. Но с помощью инструментов своего времени он не мог этого доказать.
В 1924 году 2,54-метровый телескоп, установленный американцами на горе Вильсон, позволил Эдвину Пауэллу Хабблу превратить гипотезу Гершеля в доказанный факт. Хаббл показал, что все туманности, расположенные за пределами нашей Галактики, составлены из миллиардов звезд и большинство из них имеет спиральную структуру. Ему удалось даже измерить расстояние до некоторых галактик. Ближайшая из них, туманность Андромеды, оказалась на расстоянии порядка 2 000 000 световых лет.
Теперь, когда появляются все более и более крупные телескопы (диаметр телескопа Маунт Паломар в Соединенных Штатах -5 м, а русские построили телескоп диаметром 6 м) и астрофизики совершают новые открытия, которые стали возможными также благодаря распространению радиотелескопов, можно утверждать, что в пространстве содержатся миллиарды галактик, подобных нашей. Невозможно представить себе эти все возрастающие величины. Понятие бесконечности стало реальностью, которую человек, если он хочет составить себе точное представление о своем месте в мире, должен признать.
Межгалактическая бездна постепенно начинает раскрывать свои тайны. Так, можно установить различные типы галактических структур. Некоторые галактики просто эллиптические, другие похожи на "простую" спираль, подобную ярмарочным огням, которые крутятся вокруг своей оси и освещают темноту дождем огненных искр. Есть и галактики, представляющие собой
раль, перечеркнутую двойной линией звездного скопления, - в виде гигантской буквы S.
Внимательный и зоркий наблюдатель может невооруженным глазом увидеть в созвездии Андромеды нашу удивительную соседку М31, имеющую форму почти плоского эллипса.
Заметим, что малопоэтическое имя "М31" означает, что эта галактика была закаталогизирована в качестве "туманности" выдающимся астрономом Шарлем Месье в конце XVIII века. Он работал в обсерватории Клюни и с таким успехом занимался наблюдением комет, что Людовик XVI даже прозвал его "кометным ловчим".
Здесь надо сделать еще одно замечание общего характера. Оно касается иллюзии, от которой, наблюдая небо, надо решительно отказаться, обмана зрения, создающего впечатление, что звезды привычных созвездий (Кассиопея с ее характерным W, Большая Медведица, Орион...) расположены в одной плоскости. Это совершено неверно. Для доказательства достаточно простого опыта.
В одном из городов, расположенных на берегу большого водоема и освещенных по ночам тысячами электрических ламп - в Венеции, Женеве, Ницце, Чикаго, - возьмем лодку и отплывем от берега. Поначалу мы будем отчетливо видеть глубину прибрежной картины. Никак не спутаешь ряды фонарей вдоль набережных с фонарями уходящих вдаль проспектов, с огнями в окнах домов, с мигающими вывесками и рекламами, с разноцветными сигнальными огнями.
Но чем дальше .лодка уходит от берега, тем больше пропадает глубина. Некоторые огни на заднем плане еще выделяются, другие сливаются, и каждый отдельный фонарь уже не различишь в общем сгустке света. Возникают фигуры, никак не соотносящиеся ни с расстоянием фонарей между
собой, ни с их расстоянием от нас. Глаз замечает лишь самые яркие точки. С какого-то момента становится невозможно определить истинные расстояния. Все светящиеся точки кажутся расположенными в одной плоскости.
То же самое мы видим и на небе. Только с помощью расчетов, измерений и анализа данных можно точно установить положение звезд по отношению друг к другу.
Вот почему расстояние до туманности Андромеды, получившей свое название от созвездия Андромеды, в котором она находится, гораздо больше, чем до любой из звезд, составляющих это созвездие.
Наблюдение за галактикой М31 представляет для нас колоссальный интерес, поскольку помогает лучше понять строение Млечного Пути. Оказывается, они имеют совершенно аналогичную спиральную структуру. Современные инструменты насквозь обшарили, прослушали, изучили туманность Андромеды. Она втрое больше Млечного Пути, но тоже состоит из звезд и газовых туманностей, которые находятся в разнообразном, нередко хаотичном движении, производящем впечатление полного беспорядка. "Рассеянные скопления" звезд весьма многочисленны, небогаты звездами (содержат от нескольких сот до нескольких тысяч) и расположены вблизи галактической плоскости. Напротив, "шаровые скопления" обладают чрезвычайной плотностью, немногочисленны и являются отдаленными спутниками галактик.
Галактики производят впечатление такого беспорядка, что невольно возникает вопрос: неужели столкновения небесных тел происходят редко? Трудно поверить, но это так. Ведь расстояния между звездами столь велики, что у них почти нет шансов встретиться между собой.
В окрестностях Солнца среднее расстояние между звездами более чем в десять миллионов раз превосходит их диаметр. Считается, что в центре Галактики, где звезды расположены гораздо гуще, может происходить одно межзвездное столкновение в миллион лет. Но вероятней, что в течение всей истории Галактики, насчитывающей около десяти миллиардов лет, таких столкновений было очень мало.
В Южном полушарии можно видеть две другие довольно близкие к нам всего 146 тысяч световых лет - галактики: Магеллановы облака (Большое и Малое). Эти галактики - спутники Млечного Пути.
Ныне опознано и занесено в каталоги более 12 тысяч галактик. Замечено, что существуют "галактические скопления", подобные звездным. Наша Галактика принадлежит к одному из таких скоплений - так называемая Местная группа, состоящая из двух десятков галактик и представляющая собой шарообразную систему с радиусом в три миллиона световых лет. Галактики нашей группы связаны между собой силой притяжения и вращаются вокруг точки, расположенной между двумя самыми крупными из них: М31 и нашей Галактикой.
Чтобы достичь ближайшего скопления галактик за пределами нашей Местной группы, расположенного в созвездии Девы, надо преодолеть пропасть в тридцать миллионов световых лет. А беспредельная Вселенная все глубже и глубже исследуется мощными инструментами, созданными человеком... В наше время полагают, что на участке небесной сферы размером с полную Луну находится в среднем 400 галактик и что с помощью большого пятиметрового телескопа Маунт Паломар можно будет сфотографировать миллиард галактик...
Самая дальняя из доступных ныне наблюдению галактик ЗС295 находится от нас на расстоянии 6 миллиардов световых лет. Это значит, что доходящие от нее световые волны были испущены тогда, когда еще не было ни Земли, ни даже Солнца. Но радиотелескопы позволяют нам проникнуть в бесконечные бездны Вселенной еще глубже: они улавливают волны, странствовавшие на протяжении десяти миллиардов лет и даже более.
Где же конец этой бездне? На этот великий вопрос человек, возможно, никогда не получит ответа. Но мы должны всегда помнить о нем, обращаясь к проблеме жизни. Почему, собственно, жизнь должна быть привилегией для такой малой песчинки, как Земля?
СОВРЕМЕННЫЕ АСТРОНОМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
Любопытный и склонный к критике ум может задаться вопросом: каким образом астрономы могут выдвигать подобные теории и оперировать такими числами, не опасаясь противоречий и нелепостей? Сразу надо признать, что погрешности здесь часто довольно велики. Когда мы говорим, что туманность Андромеды находится от нас на расстоянии двух миллионов световых лет, это может значить, что действительное расстояние полтора миллиона, а может - три. Астрономы осознают наличие таких погрешностей, хотя и не оговаривают их всякий раз. На самом деле они несущественны: ни выводы из производимых измерений, ни тем более общая картина Вселенной, которую мы сейчас очертили, от них не зависят.
Скорее стоит удивиться, что человек вообще способен представлять себе и хотя бы
тельно оценивать такие расстояния. Мы здесь не можем детально описывать методы, которые позволили шаг за шагом прийти к этому. За последнее столетие они достигли невероятного прогресса. Долгое время астрономы отмечали только положение звезд. Но усовершенствование техники дало возможность измерить расстояние до многих из них (впервые это сделал Бессель в 1838 г.), а для некоторых "двойных" звезд, одна из которых вращается вокруг другой, - даже массу.
Но решительный поворот произошел с возникновением астрофизики, т.е. дисциплины, изучающей 'физику небесных тел, их состав и эволюцию. Основополагающим было открытие спектрального анализа. Он столь важен, что о нем следует сказать несколько слов. Этот метод, освоенный всего около ста лет тому назад, основан на изучении лучей разного цвета, на которые распадается белый. У небесных тел изучаются "спектральные полосы" - тонкие детали спектра, характерные для излучающих их веществ. Они позволяют получить интереснейшие результаты, поскольку подчиняются весьма строгим законам.
Огюст Конт пессимистически предсказывал, что мы никогда не узнаем, из чего сделаны звезды. Но уже в 1864 году Хаггинс попытался приложить спектральный анализ к исследованию звезд. Через несколько лет стало ясно, что даже самые отдаленные небесные объекты состоят из веществ, известных нам на Земле. Была доказана и единая природа света. Это явилось весьма многообещающим для науки открытием.
Спектральный анализ позволяет узнавать и точно вычислять не только температуру, давление, магнитное поле и химическое строение небесных тел, но и их "радиальную скорость", то есть скорость перемещения тела по направлению взгляда наблюдателя.
Есть и другое первостепенной важности следствие из углубленного изучения "спектральных линий". Установили, что каждый тип спектра соответствует определенной мощности излучения, называемой "абсолютной звездной величиной". Ее сопоставление с видимым блеском звезды позволяет вычислять расстояния до звезд и их массу. В результате всего за несколько десятилетий астрономам удалось дать нам современное описание Вселенной.
Но за этим успехом возникла необходимость создания телескопов-гигантов. Чтобы разглядеть все более далекие объекты, необходимо все больше и больше света. Тогда на смену большим астрономическим телескопам (более 16 м длины - самая большая труба в Европе) пришли большие телескопы-рефракторы. Назовем 1,52, а затем 2,57-метровые телескопы на горе Вильсон,. пятиметровый гигант в Маунт Паломар и телескоп Шмидта диаметром 1,80 м*. Эти инструменты (все в США) помогли достичь хороших результатов. Самым большим французским телескопом остается 1,93-метровый инструмент в Сен-Мишель де Прованс, хотя уже проектируется 3,5-метровый**. Однако по качеству наши инструменты относятся к лучшим в мире, особенно телескоп Пик дю Миди, который к тому же еще и расположен в исключительно благоприятном месте.
Впрочем, создание больших телескопов имеет свои пределы: земная атмосфера становится для этих монстров весьма неудобной. Абсорбция и особенно турбуленция воздуха не позволяют до конца использовать их достоинства.
* "Телескоп Шмидта" - особый тип телескопа; диаметр крупнейших из них - более 2 м. - Прим. пер.
** К 1988 году построен не был; дальнейших сведений мы не имеем. - Прим. пер
мер, пятиметровый телескоп Маунт Паломар лишь в исключительных случаях дает разрешающую способность в 1/5 дуговой секунды, что в восемь раз хуже расчетной. Конечно, эти проблемы будут сняты, когда мы научимся размещать такие инструменты на орбите или на Луне. Но из телескопов, построенных на Земле, сегодня крупнейшим считается построенный в СССР, - его диаметр 6 м*. Чтобы создать такой инструмент, приходится преодолевать неимоверные трудности. Огромные проблемы связаны с отливкой и особенно охлаждением зеркал из жаростойкого стекла: первое 42-тонное зеркало для русского шестиметровика при охлаждении треснуло, а охлаждали его два года! Обточкой и полировкой таких зеркал занимаются специалисты, которых в мире, возможно, всего несколько человек. Один из самых знаменитых мастеров в этой области - француз Текеро. .
Обычно астронома представляют себе прильнувшим к окуляру телескопа и рисующим цветными мелками увиденную им картину. Но, за исключением некоторых наблюдений за планетами, первичную информацию, как правило, получают, используя вспомогательные устройства, установленные в обсерватории: фотопластинки, различные спектрографы и многие другие. Особо упомянем "электронную камеру". Этот прибор, изготовленный французским астрономом Лальманом, позволяет достичь гораздо большей чувствительности, чем обычные фотопластинки. В общем, все эти вспомогательные приспособления к главному инструменту становятся все сложнее... и дороже.-Теперь, например, невозможно представить себе телескоп,
* Новые технологии уже позволили построить несколько 8-метровых телескопов и проектируются телескопы с диаметром зеркала более 10м.- Прим. пер.
ный в обсерватории, без компьютера, управляющего его движением и обрабатывающего полученные данные. Особенно сильное впечатление производят радиотелескопы. Сам по себе такой "телескоп" - это просто большая металлическая решетка, которую разве что время от времени красят. А в обсерватории находятся приемники с кучей проводов, которые гораздо больше поражают непосвященного.
Столь сложная аппаратура повышает эффективность работы, но труд астронома теряет поэтичность, которая так пленяла еще полвека тому назад. Бывают астрономы, которым никогда не приходилось глядеть своими глазами в телескоп. Обычно теперь начинающий ученый несколько лет мастерит какой-нибудь новый приемник или что-то в этом роде, точит детали, паяет, возится с крохотными штучками, каждая из которых стоит целое состояние. А когда наконец все гото- ХХ во, наблюдения сводятся к долгому сидению перед записывающим устройством. Потом астроном уносит с собой бобину с перфолентой или магнитной лентой, и только после того, как компьютер все просчитает, станет ясно, был ли толк в его работе, принесла ли она новые знания о Вселенной.
Можно сожалеть об этой эволюции (касающейся, впрочем, не только астрономии) и с ностальгией вспоминать ночь на 7 января 1610 года, когда Галилей, едва направив трубку на небо, сделал больше открытий, чем любой нынешний астроном за всю свою жизнь. Но только ценой этих сложностей, этой работы, где подчас больше рутины, чем творчества, мы постепенно смогли установить описанную здесь модель Вселенной.
Но это описание было бы неполным, если не сказать еще об одной великой, захватывающей тайне: общее движение галактик. Недавно
ло известно, что большая часть галактик с огромной скоростью удаляются от нас, и притом тем быстрее, чем дальше находятся. Впечатление такое, что в космосе когда-то произошел грандиозный взрыв. Есть мнение, что перед нами циклическое движение. Галактические системы в какое-то время удаляются друг от друга - это фаза расширения Вселенной, в которую мы и живем, - а в какое-то время сближаются. Так что космос напоминает воздушный шарик, который то надувают, то снова спускают.
Документ 3
РАССЛЕДОВАНИЕ В ПРЕДЕЛАХ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ
БЛИЖНЕЕ ОКОЛОЗЕМЬЕ
Естественно начать поиски жизни с ближайших окрестностей Земли - с мест, которые мы, зная все сказанное, назовем "ближним околоземьем".
Само собой, люди прежде всего подумали о Луне и о планетах Солнечной системы. Диск Луны нам давно привычен, а со времени изобретения первых астрономических труб представлялось очевидным, что на ней есть рельеф, подобный земному: горы, долины, океаны. Что касается других планет, то после того, как была принята система Коперника, стало невозможным сказать априори, что Земля получила среди них какую-то особую благодать.
Много веков человеческое воображение забавлялось тем, что придумывало и описывало обитателей соседних планет. В середине XVII века иезуит Афанасий Кирхер своей фантазией поселил на Сатурне каких-то угрюмых стариков, которые ходят черепашьим шагом и всегда держат в руках погребальные факелы. Один Бог знает, отчего он изобразил Сатурн таким мрачным местом, подверженным злым чарам! Легче понять, почему он не находит слов, описывая красоту молодых людей, гуляющих по Венере... Эти любимцы судеб - прекрасные юноши в "прозрачных, как хрусталь", одеждах - целыми днями наслаждаются танцами под звуки лир и цимбал.
После Фонтенеля становится невозможно перечислить всех селенитов, венерианциев и марсиан, все научно-фантастические романы от Жюля Верна до Уэллса и создателя незабываемого Тарзана Э.Р.Берроуза, заполнившие библиотечные полки.
Но обычно писатели, посвятившие себя такого рода литературе, изображают антропоморфные существа. Нам представляется, что теперь следует идти гораздо дальше.
Изучение планет получило сильный толчок с изобретением новых инструментов, разрешающая способность которых в XVII веке за семьдесят лет выросла в десять раз. Но даже самое тщательное прямое наблюдение всерьез не продвинуло к разгадке проблемы жизни. В конце же прошлого века интерес к ней всколыхнуло открытие марсианских "каналов". Вот как было дело.
В 1864 году Доуз заметил, что марсианские "моря" соединены очень тонкими прямыми темными линиями. Патер Секки назвал их по-итальянски "canali", то есть морские проливы. Но это слово можно перевести и как "каналы". Этого было достаточно, чтобы у широкой публики пробудил-, ся огромный интерес к изучению Марса. Многие астрономы подтвердили "существование каналов", уточнили их количество и трассы.
В 1894 году американиц Персиваль Ловелл за собственный счет построил обсерваторию, предназначенную для изучения планет, и особенно Марса. Он поставил в ней мощную трубу диаметром 60 см. Два года спустя Ловелл, работая вместе с Дугласом, не только подтвердил наличие "каналов", но и подробно описал их. Многочисленные перекрещивающиеся прямые линии он объявил полосами растительности вдоль искусственных каналов, отводящих воду из тающих полярных ледниковых шапок. Изменения цвета
каналов, как и подобные изменения в больших темных зонах Марса, - это сезонные явления, зависящие от цвета растительности. Наконец, пятнышки на пересечении прямых - это не водоемы, а оазисы. Итак, представлялось доказанным, что разумные существа на Марсе есть.
Но некоторые астрономы сохранили скептицизм: они не видели пресловутых "каналов". Началась полемика.
Первые фотографии Марса, которые в 1907 году в обсерватории Ловелла получил Слайфер, оставляли место сомнению. Но 83-сантиметровая труба Медонской обсерватории позволила Антониади в 1909 году установить: на Марсе видны линии пятен, а не "каналы" четкой геометрической формы. Последующие исследования подтвердили это наблюдение и заставили вновь усомниться в существовании марсиан. Как мы увидим далее, стетографии, полученные с помощью американских зондов, положили конец этому спору.
Серьезные исследования морфологии планет начались только в начале нашего века: лишь современные методы позволили с большой точностью установить элементы их физической географии. С помощью инфракрасных датчиков можно легко измерить их температуру, а спектральный анализ позволяет точно узнать состав атмосферы, если она существует.
В связи с вычислением расстояний, отделяющих нас от звезд, мы уже говорили (см. Документ 2, с. 38), что принцип спектрального анализа состоит в изучении цветов, составляющих белый, и особенно тонких спектральных "линий". Эти "линии" появляются из-за наличия в источнике света тех или иных веществ, которые отражают или поглощают лучи определенных цветов. Таким образом, "линии" характеризуют химические вещества. Поскольку спектр каждого
вещества можно получить в лаборатории, его можно методически искать и в небесных телах. В 1862 году Кирхгоф и Бунзен впервые при помощи спектрального анализа установили химический состав Солнца. Сегодня этот метод стал общераспространенным, усовершенствован применением радио. Например, если водород в оптическом диапазоне излучает "линию" с длиной волны 0,656 микрон, то в радиодиапазоне он излучает "линию" с длиной волны 21,1 см. Таким образом, спектральный анализ предоставляет радиоастрономии безграничные возможности для изысканий.
Больше всего проблем для астрономов при использовании этого метода создает земная атмосфера, потому что она тоже содержит те самые элементы, которые ищут на небесных телах.
Чтобы свести ее влияние к минимуму, обсерватории строят на высоких горах, а некоторые астрономы используют стратостаты. Именно таким образом, например, Одуэн Дольфюс открыл в атмосфере Венеры следы водных паров. В мае 1954 года он поднялся в стратостате, подвешенном к сотне шаров-зондов, на высоту 7000 м, а в 1959 году - на 14 000 м. Подытожил же он свои наблюдения в 1963 году в обсерватории на ЮнгфрауИох, вычислив, что, если водяной пар, содержащийся в верхних слоях атмосферы Венеры, выпадет в виде осадков, он образует слой толщиной 70 микрон. Судите сами, какова была точность его измерений!
Но при изучении планет, которые считались уже достаточно исследованными, за последние годы произошел колоссальный скачок: теперь на планету можно отправиться непосредственно с помощью космических зондов. Это, несомненно, чрезвычайно многообещающее достижение, на которое многие ученые надеялись, но немногие
считали возможным. Оно уже перевернуло некоторые привычные представления о планетах.
ОТКРЫТИЕ НЕПТУНА И ЗАГАДКИ ПЛУТОНА
Прежде всего подытожим, в каком состоянии находятся ныне исследования, касающиеся жизни в Солнечной системе.
Вокруг Солнца обращается девять планет (табл. их характеристик см. в Приложении). Шесть из них известны с античности: это "блуждающие звезды" греков - Меркурий, Венера, Марс, Ю-питер, Сатурн и, конечно, Земля. Как мы уже говорили, в 1781 году Гершель открыл Уран. Открытие же Нептуна произошло благодаря чрезвычайно точному и необыкновенному математическому расчету.
В 1821 году было замечено, что движение Урана по орбите испытывает какие-то возмущения: расчетное положение планеты существенно расходилось с наблюдаемым. Сразу же была выдвинута гипотеза о том, что движение Урана нарушается притяжением неизвестной планеты. Но лишь в 1843 году совсем молодой английский математик Джон Кауч Адаме решил провести необходимые расчеты. Он работал два года, определил элементы орбиты и массу гипотетической планеты. В 1845 году Адаме передал свои расчеты королевскому астроному Англии, а тот положил их в долгий ящик.
Но в том же самом году директор Парижской обсерватории Араго прославленный ученый, обладавший необыкновенным даром отыскивать таланты, - сообщил о задаче, связанной с Ураном, одному замечательному математику. Это был тридцатипятилетний преподаватель Политехнической школы Урбен Леверье, который страстно
любил сложные расчеты. Он взялся решить за-' дачу и год спустя представил решение. Если возмущающая планета существует, она должна находиться на 326° 32' эклиптической долготы. 18 сентября 1846 года Леверье передал свой расчет берлинскому астроному Иоганну Готфриду Галле. Тот немедленно направил телескоп в указаную точку. Планета находилась менее чем в одном градусе от предсказанного места!
Любопытная деталь. Можно подумать, что Леверье сразу бросился к телескопу, чтобы посмотреть на "свою" планету. Ничего подобного! Говорят даже, что он до самой смерти не проявлял к своему детищу никакого интереса... Впрочем, это вообще был человек, мягко говоря, со странностями. Будучи после смерти Араго назначен директором обсерватории, он вдрызг рассорился со всеми сотрудниками. Однажды он распорядился заложить кирпичами дверь кабинета одного из своих недругов! Можно себе представить, какой поднялся шум. Весь персонал обсерватории покинул ее. Вмешалась пресса. Академия наук стала полем грандиозных сражений, в ходе которых дело не раз доходило чуть не до кулаков...
Итак, Нептун был открыт 23 сентября 1846 года. Что до несчастного Адамса, судьба продолжала испытывать его. Следуя его расчетам, наблюдатели трижды видели Нептун. Но не проанализировав сразу результаты своих наблюдений, они не поняли, что видели именно новую планету.
Девятая планета, Плутон, была замечена около столетия спустя на основании расчетов Пикеринга и Ловелла. Основа рассуждений была той же самой, поскольку движение Нептуна еще не объясняло полностью все аномалии движения Урана. Значит, должна была существовать еще одна возмущающая планета. Ее искали двадцать
Звезды и газовые облака совершают внутри Галактики сложные движения, а сама она вращается вокруг оси, перпендикулярной своей плоскости, совершая полный оборот за двести миллионов лет.
Мы видим, что картина мира, появившаяся после открытий Гершеля, действительно напоминает безумный танец, 'а романтическое представление о неподвижном ясном небе обманчиво...
Но если на этом остановиться, описание Вселенной будет неполным. Все тот же добродушный английский ученый первым высказал
ниальную догадку, что должно существовать бесчисленное множество других "малых вселенных", подобных Галактике и также состоящих из миллиардов звезд. Но с помощью инструментов своего времени он не мог этого доказать.
В 1924 году 2,54-метровый телескоп, установленный американцами на горе Вильсон, позволил Эдвину Пауэллу Хабблу превратить гипотезу Гершеля в доказанный факт. Хаббл показал, что все туманности, расположенные за пределами нашей Галактики, составлены из миллиардов звезд и большинство из них имеет спиральную структуру. Ему удалось даже измерить расстояние до некоторых галактик. Ближайшая из них, туманность Андромеды, оказалась на расстоянии порядка 2 000 000 световых лет.
Теперь, когда появляются все более и более крупные телескопы (диаметр телескопа Маунт Паломар в Соединенных Штатах -5 м, а русские построили телескоп диаметром 6 м) и астрофизики совершают новые открытия, которые стали возможными также благодаря распространению радиотелескопов, можно утверждать, что в пространстве содержатся миллиарды галактик, подобных нашей. Невозможно представить себе эти все возрастающие величины. Понятие бесконечности стало реальностью, которую человек, если он хочет составить себе точное представление о своем месте в мире, должен признать.
Межгалактическая бездна постепенно начинает раскрывать свои тайны. Так, можно установить различные типы галактических структур. Некоторые галактики просто эллиптические, другие похожи на "простую" спираль, подобную ярмарочным огням, которые крутятся вокруг своей оси и освещают темноту дождем огненных искр. Есть и галактики, представляющие собой
раль, перечеркнутую двойной линией звездного скопления, - в виде гигантской буквы S.
Внимательный и зоркий наблюдатель может невооруженным глазом увидеть в созвездии Андромеды нашу удивительную соседку М31, имеющую форму почти плоского эллипса.
Заметим, что малопоэтическое имя "М31" означает, что эта галактика была закаталогизирована в качестве "туманности" выдающимся астрономом Шарлем Месье в конце XVIII века. Он работал в обсерватории Клюни и с таким успехом занимался наблюдением комет, что Людовик XVI даже прозвал его "кометным ловчим".
Здесь надо сделать еще одно замечание общего характера. Оно касается иллюзии, от которой, наблюдая небо, надо решительно отказаться, обмана зрения, создающего впечатление, что звезды привычных созвездий (Кассиопея с ее характерным W, Большая Медведица, Орион...) расположены в одной плоскости. Это совершено неверно. Для доказательства достаточно простого опыта.
В одном из городов, расположенных на берегу большого водоема и освещенных по ночам тысячами электрических ламп - в Венеции, Женеве, Ницце, Чикаго, - возьмем лодку и отплывем от берега. Поначалу мы будем отчетливо видеть глубину прибрежной картины. Никак не спутаешь ряды фонарей вдоль набережных с фонарями уходящих вдаль проспектов, с огнями в окнах домов, с мигающими вывесками и рекламами, с разноцветными сигнальными огнями.
Но чем дальше .лодка уходит от берега, тем больше пропадает глубина. Некоторые огни на заднем плане еще выделяются, другие сливаются, и каждый отдельный фонарь уже не различишь в общем сгустке света. Возникают фигуры, никак не соотносящиеся ни с расстоянием фонарей между
собой, ни с их расстоянием от нас. Глаз замечает лишь самые яркие точки. С какого-то момента становится невозможно определить истинные расстояния. Все светящиеся точки кажутся расположенными в одной плоскости.
То же самое мы видим и на небе. Только с помощью расчетов, измерений и анализа данных можно точно установить положение звезд по отношению друг к другу.
Вот почему расстояние до туманности Андромеды, получившей свое название от созвездия Андромеды, в котором она находится, гораздо больше, чем до любой из звезд, составляющих это созвездие.
Наблюдение за галактикой М31 представляет для нас колоссальный интерес, поскольку помогает лучше понять строение Млечного Пути. Оказывается, они имеют совершенно аналогичную спиральную структуру. Современные инструменты насквозь обшарили, прослушали, изучили туманность Андромеды. Она втрое больше Млечного Пути, но тоже состоит из звезд и газовых туманностей, которые находятся в разнообразном, нередко хаотичном движении, производящем впечатление полного беспорядка. "Рассеянные скопления" звезд весьма многочисленны, небогаты звездами (содержат от нескольких сот до нескольких тысяч) и расположены вблизи галактической плоскости. Напротив, "шаровые скопления" обладают чрезвычайной плотностью, немногочисленны и являются отдаленными спутниками галактик.
Галактики производят впечатление такого беспорядка, что невольно возникает вопрос: неужели столкновения небесных тел происходят редко? Трудно поверить, но это так. Ведь расстояния между звездами столь велики, что у них почти нет шансов встретиться между собой.
В окрестностях Солнца среднее расстояние между звездами более чем в десять миллионов раз превосходит их диаметр. Считается, что в центре Галактики, где звезды расположены гораздо гуще, может происходить одно межзвездное столкновение в миллион лет. Но вероятней, что в течение всей истории Галактики, насчитывающей около десяти миллиардов лет, таких столкновений было очень мало.
В Южном полушарии можно видеть две другие довольно близкие к нам всего 146 тысяч световых лет - галактики: Магеллановы облака (Большое и Малое). Эти галактики - спутники Млечного Пути.
Ныне опознано и занесено в каталоги более 12 тысяч галактик. Замечено, что существуют "галактические скопления", подобные звездным. Наша Галактика принадлежит к одному из таких скоплений - так называемая Местная группа, состоящая из двух десятков галактик и представляющая собой шарообразную систему с радиусом в три миллиона световых лет. Галактики нашей группы связаны между собой силой притяжения и вращаются вокруг точки, расположенной между двумя самыми крупными из них: М31 и нашей Галактикой.
Чтобы достичь ближайшего скопления галактик за пределами нашей Местной группы, расположенного в созвездии Девы, надо преодолеть пропасть в тридцать миллионов световых лет. А беспредельная Вселенная все глубже и глубже исследуется мощными инструментами, созданными человеком... В наше время полагают, что на участке небесной сферы размером с полную Луну находится в среднем 400 галактик и что с помощью большого пятиметрового телескопа Маунт Паломар можно будет сфотографировать миллиард галактик...
Самая дальняя из доступных ныне наблюдению галактик ЗС295 находится от нас на расстоянии 6 миллиардов световых лет. Это значит, что доходящие от нее световые волны были испущены тогда, когда еще не было ни Земли, ни даже Солнца. Но радиотелескопы позволяют нам проникнуть в бесконечные бездны Вселенной еще глубже: они улавливают волны, странствовавшие на протяжении десяти миллиардов лет и даже более.
Где же конец этой бездне? На этот великий вопрос человек, возможно, никогда не получит ответа. Но мы должны всегда помнить о нем, обращаясь к проблеме жизни. Почему, собственно, жизнь должна быть привилегией для такой малой песчинки, как Земля?
СОВРЕМЕННЫЕ АСТРОНОМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
Любопытный и склонный к критике ум может задаться вопросом: каким образом астрономы могут выдвигать подобные теории и оперировать такими числами, не опасаясь противоречий и нелепостей? Сразу надо признать, что погрешности здесь часто довольно велики. Когда мы говорим, что туманность Андромеды находится от нас на расстоянии двух миллионов световых лет, это может значить, что действительное расстояние полтора миллиона, а может - три. Астрономы осознают наличие таких погрешностей, хотя и не оговаривают их всякий раз. На самом деле они несущественны: ни выводы из производимых измерений, ни тем более общая картина Вселенной, которую мы сейчас очертили, от них не зависят.
Скорее стоит удивиться, что человек вообще способен представлять себе и хотя бы
тельно оценивать такие расстояния. Мы здесь не можем детально описывать методы, которые позволили шаг за шагом прийти к этому. За последнее столетие они достигли невероятного прогресса. Долгое время астрономы отмечали только положение звезд. Но усовершенствование техники дало возможность измерить расстояние до многих из них (впервые это сделал Бессель в 1838 г.), а для некоторых "двойных" звезд, одна из которых вращается вокруг другой, - даже массу.
Но решительный поворот произошел с возникновением астрофизики, т.е. дисциплины, изучающей 'физику небесных тел, их состав и эволюцию. Основополагающим было открытие спектрального анализа. Он столь важен, что о нем следует сказать несколько слов. Этот метод, освоенный всего около ста лет тому назад, основан на изучении лучей разного цвета, на которые распадается белый. У небесных тел изучаются "спектральные полосы" - тонкие детали спектра, характерные для излучающих их веществ. Они позволяют получить интереснейшие результаты, поскольку подчиняются весьма строгим законам.
Огюст Конт пессимистически предсказывал, что мы никогда не узнаем, из чего сделаны звезды. Но уже в 1864 году Хаггинс попытался приложить спектральный анализ к исследованию звезд. Через несколько лет стало ясно, что даже самые отдаленные небесные объекты состоят из веществ, известных нам на Земле. Была доказана и единая природа света. Это явилось весьма многообещающим для науки открытием.
Спектральный анализ позволяет узнавать и точно вычислять не только температуру, давление, магнитное поле и химическое строение небесных тел, но и их "радиальную скорость", то есть скорость перемещения тела по направлению взгляда наблюдателя.
Есть и другое первостепенной важности следствие из углубленного изучения "спектральных линий". Установили, что каждый тип спектра соответствует определенной мощности излучения, называемой "абсолютной звездной величиной". Ее сопоставление с видимым блеском звезды позволяет вычислять расстояния до звезд и их массу. В результате всего за несколько десятилетий астрономам удалось дать нам современное описание Вселенной.
Но за этим успехом возникла необходимость создания телескопов-гигантов. Чтобы разглядеть все более далекие объекты, необходимо все больше и больше света. Тогда на смену большим астрономическим телескопам (более 16 м длины - самая большая труба в Европе) пришли большие телескопы-рефракторы. Назовем 1,52, а затем 2,57-метровые телескопы на горе Вильсон,. пятиметровый гигант в Маунт Паломар и телескоп Шмидта диаметром 1,80 м*. Эти инструменты (все в США) помогли достичь хороших результатов. Самым большим французским телескопом остается 1,93-метровый инструмент в Сен-Мишель де Прованс, хотя уже проектируется 3,5-метровый**. Однако по качеству наши инструменты относятся к лучшим в мире, особенно телескоп Пик дю Миди, который к тому же еще и расположен в исключительно благоприятном месте.
Впрочем, создание больших телескопов имеет свои пределы: земная атмосфера становится для этих монстров весьма неудобной. Абсорбция и особенно турбуленция воздуха не позволяют до конца использовать их достоинства.
* "Телескоп Шмидта" - особый тип телескопа; диаметр крупнейших из них - более 2 м. - Прим. пер.
** К 1988 году построен не был; дальнейших сведений мы не имеем. - Прим. пер
мер, пятиметровый телескоп Маунт Паломар лишь в исключительных случаях дает разрешающую способность в 1/5 дуговой секунды, что в восемь раз хуже расчетной. Конечно, эти проблемы будут сняты, когда мы научимся размещать такие инструменты на орбите или на Луне. Но из телескопов, построенных на Земле, сегодня крупнейшим считается построенный в СССР, - его диаметр 6 м*. Чтобы создать такой инструмент, приходится преодолевать неимоверные трудности. Огромные проблемы связаны с отливкой и особенно охлаждением зеркал из жаростойкого стекла: первое 42-тонное зеркало для русского шестиметровика при охлаждении треснуло, а охлаждали его два года! Обточкой и полировкой таких зеркал занимаются специалисты, которых в мире, возможно, всего несколько человек. Один из самых знаменитых мастеров в этой области - француз Текеро. .
Обычно астронома представляют себе прильнувшим к окуляру телескопа и рисующим цветными мелками увиденную им картину. Но, за исключением некоторых наблюдений за планетами, первичную информацию, как правило, получают, используя вспомогательные устройства, установленные в обсерватории: фотопластинки, различные спектрографы и многие другие. Особо упомянем "электронную камеру". Этот прибор, изготовленный французским астрономом Лальманом, позволяет достичь гораздо большей чувствительности, чем обычные фотопластинки. В общем, все эти вспомогательные приспособления к главному инструменту становятся все сложнее... и дороже.-Теперь, например, невозможно представить себе телескоп,
* Новые технологии уже позволили построить несколько 8-метровых телескопов и проектируются телескопы с диаметром зеркала более 10м.- Прим. пер.
ный в обсерватории, без компьютера, управляющего его движением и обрабатывающего полученные данные. Особенно сильное впечатление производят радиотелескопы. Сам по себе такой "телескоп" - это просто большая металлическая решетка, которую разве что время от времени красят. А в обсерватории находятся приемники с кучей проводов, которые гораздо больше поражают непосвященного.
Столь сложная аппаратура повышает эффективность работы, но труд астронома теряет поэтичность, которая так пленяла еще полвека тому назад. Бывают астрономы, которым никогда не приходилось глядеть своими глазами в телескоп. Обычно теперь начинающий ученый несколько лет мастерит какой-нибудь новый приемник или что-то в этом роде, точит детали, паяет, возится с крохотными штучками, каждая из которых стоит целое состояние. А когда наконец все гото- ХХ во, наблюдения сводятся к долгому сидению перед записывающим устройством. Потом астроном уносит с собой бобину с перфолентой или магнитной лентой, и только после того, как компьютер все просчитает, станет ясно, был ли толк в его работе, принесла ли она новые знания о Вселенной.
Можно сожалеть об этой эволюции (касающейся, впрочем, не только астрономии) и с ностальгией вспоминать ночь на 7 января 1610 года, когда Галилей, едва направив трубку на небо, сделал больше открытий, чем любой нынешний астроном за всю свою жизнь. Но только ценой этих сложностей, этой работы, где подчас больше рутины, чем творчества, мы постепенно смогли установить описанную здесь модель Вселенной.
Но это описание было бы неполным, если не сказать еще об одной великой, захватывающей тайне: общее движение галактик. Недавно
ло известно, что большая часть галактик с огромной скоростью удаляются от нас, и притом тем быстрее, чем дальше находятся. Впечатление такое, что в космосе когда-то произошел грандиозный взрыв. Есть мнение, что перед нами циклическое движение. Галактические системы в какое-то время удаляются друг от друга - это фаза расширения Вселенной, в которую мы и живем, - а в какое-то время сближаются. Так что космос напоминает воздушный шарик, который то надувают, то снова спускают.
Документ 3
РАССЛЕДОВАНИЕ В ПРЕДЕЛАХ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ
БЛИЖНЕЕ ОКОЛОЗЕМЬЕ
Естественно начать поиски жизни с ближайших окрестностей Земли - с мест, которые мы, зная все сказанное, назовем "ближним околоземьем".
Само собой, люди прежде всего подумали о Луне и о планетах Солнечной системы. Диск Луны нам давно привычен, а со времени изобретения первых астрономических труб представлялось очевидным, что на ней есть рельеф, подобный земному: горы, долины, океаны. Что касается других планет, то после того, как была принята система Коперника, стало невозможным сказать априори, что Земля получила среди них какую-то особую благодать.
Много веков человеческое воображение забавлялось тем, что придумывало и описывало обитателей соседних планет. В середине XVII века иезуит Афанасий Кирхер своей фантазией поселил на Сатурне каких-то угрюмых стариков, которые ходят черепашьим шагом и всегда держат в руках погребальные факелы. Один Бог знает, отчего он изобразил Сатурн таким мрачным местом, подверженным злым чарам! Легче понять, почему он не находит слов, описывая красоту молодых людей, гуляющих по Венере... Эти любимцы судеб - прекрасные юноши в "прозрачных, как хрусталь", одеждах - целыми днями наслаждаются танцами под звуки лир и цимбал.
После Фонтенеля становится невозможно перечислить всех селенитов, венерианциев и марсиан, все научно-фантастические романы от Жюля Верна до Уэллса и создателя незабываемого Тарзана Э.Р.Берроуза, заполнившие библиотечные полки.
Но обычно писатели, посвятившие себя такого рода литературе, изображают антропоморфные существа. Нам представляется, что теперь следует идти гораздо дальше.
Изучение планет получило сильный толчок с изобретением новых инструментов, разрешающая способность которых в XVII веке за семьдесят лет выросла в десять раз. Но даже самое тщательное прямое наблюдение всерьез не продвинуло к разгадке проблемы жизни. В конце же прошлого века интерес к ней всколыхнуло открытие марсианских "каналов". Вот как было дело.
В 1864 году Доуз заметил, что марсианские "моря" соединены очень тонкими прямыми темными линиями. Патер Секки назвал их по-итальянски "canali", то есть морские проливы. Но это слово можно перевести и как "каналы". Этого было достаточно, чтобы у широкой публики пробудил-, ся огромный интерес к изучению Марса. Многие астрономы подтвердили "существование каналов", уточнили их количество и трассы.
В 1894 году американиц Персиваль Ловелл за собственный счет построил обсерваторию, предназначенную для изучения планет, и особенно Марса. Он поставил в ней мощную трубу диаметром 60 см. Два года спустя Ловелл, работая вместе с Дугласом, не только подтвердил наличие "каналов", но и подробно описал их. Многочисленные перекрещивающиеся прямые линии он объявил полосами растительности вдоль искусственных каналов, отводящих воду из тающих полярных ледниковых шапок. Изменения цвета
каналов, как и подобные изменения в больших темных зонах Марса, - это сезонные явления, зависящие от цвета растительности. Наконец, пятнышки на пересечении прямых - это не водоемы, а оазисы. Итак, представлялось доказанным, что разумные существа на Марсе есть.
Но некоторые астрономы сохранили скептицизм: они не видели пресловутых "каналов". Началась полемика.
Первые фотографии Марса, которые в 1907 году в обсерватории Ловелла получил Слайфер, оставляли место сомнению. Но 83-сантиметровая труба Медонской обсерватории позволила Антониади в 1909 году установить: на Марсе видны линии пятен, а не "каналы" четкой геометрической формы. Последующие исследования подтвердили это наблюдение и заставили вновь усомниться в существовании марсиан. Как мы увидим далее, стетографии, полученные с помощью американских зондов, положили конец этому спору.
Серьезные исследования морфологии планет начались только в начале нашего века: лишь современные методы позволили с большой точностью установить элементы их физической географии. С помощью инфракрасных датчиков можно легко измерить их температуру, а спектральный анализ позволяет точно узнать состав атмосферы, если она существует.
В связи с вычислением расстояний, отделяющих нас от звезд, мы уже говорили (см. Документ 2, с. 38), что принцип спектрального анализа состоит в изучении цветов, составляющих белый, и особенно тонких спектральных "линий". Эти "линии" появляются из-за наличия в источнике света тех или иных веществ, которые отражают или поглощают лучи определенных цветов. Таким образом, "линии" характеризуют химические вещества. Поскольку спектр каждого
вещества можно получить в лаборатории, его можно методически искать и в небесных телах. В 1862 году Кирхгоф и Бунзен впервые при помощи спектрального анализа установили химический состав Солнца. Сегодня этот метод стал общераспространенным, усовершенствован применением радио. Например, если водород в оптическом диапазоне излучает "линию" с длиной волны 0,656 микрон, то в радиодиапазоне он излучает "линию" с длиной волны 21,1 см. Таким образом, спектральный анализ предоставляет радиоастрономии безграничные возможности для изысканий.
Больше всего проблем для астрономов при использовании этого метода создает земная атмосфера, потому что она тоже содержит те самые элементы, которые ищут на небесных телах.
Чтобы свести ее влияние к минимуму, обсерватории строят на высоких горах, а некоторые астрономы используют стратостаты. Именно таким образом, например, Одуэн Дольфюс открыл в атмосфере Венеры следы водных паров. В мае 1954 года он поднялся в стратостате, подвешенном к сотне шаров-зондов, на высоту 7000 м, а в 1959 году - на 14 000 м. Подытожил же он свои наблюдения в 1963 году в обсерватории на ЮнгфрауИох, вычислив, что, если водяной пар, содержащийся в верхних слоях атмосферы Венеры, выпадет в виде осадков, он образует слой толщиной 70 микрон. Судите сами, какова была точность его измерений!
Но при изучении планет, которые считались уже достаточно исследованными, за последние годы произошел колоссальный скачок: теперь на планету можно отправиться непосредственно с помощью космических зондов. Это, несомненно, чрезвычайно многообещающее достижение, на которое многие ученые надеялись, но немногие
считали возможным. Оно уже перевернуло некоторые привычные представления о планетах.
ОТКРЫТИЕ НЕПТУНА И ЗАГАДКИ ПЛУТОНА
Прежде всего подытожим, в каком состоянии находятся ныне исследования, касающиеся жизни в Солнечной системе.
Вокруг Солнца обращается девять планет (табл. их характеристик см. в Приложении). Шесть из них известны с античности: это "блуждающие звезды" греков - Меркурий, Венера, Марс, Ю-питер, Сатурн и, конечно, Земля. Как мы уже говорили, в 1781 году Гершель открыл Уран. Открытие же Нептуна произошло благодаря чрезвычайно точному и необыкновенному математическому расчету.
В 1821 году было замечено, что движение Урана по орбите испытывает какие-то возмущения: расчетное положение планеты существенно расходилось с наблюдаемым. Сразу же была выдвинута гипотеза о том, что движение Урана нарушается притяжением неизвестной планеты. Но лишь в 1843 году совсем молодой английский математик Джон Кауч Адаме решил провести необходимые расчеты. Он работал два года, определил элементы орбиты и массу гипотетической планеты. В 1845 году Адаме передал свои расчеты королевскому астроному Англии, а тот положил их в долгий ящик.
Но в том же самом году директор Парижской обсерватории Араго прославленный ученый, обладавший необыкновенным даром отыскивать таланты, - сообщил о задаче, связанной с Ураном, одному замечательному математику. Это был тридцатипятилетний преподаватель Политехнической школы Урбен Леверье, который страстно
любил сложные расчеты. Он взялся решить за-' дачу и год спустя представил решение. Если возмущающая планета существует, она должна находиться на 326° 32' эклиптической долготы. 18 сентября 1846 года Леверье передал свой расчет берлинскому астроному Иоганну Готфриду Галле. Тот немедленно направил телескоп в указаную точку. Планета находилась менее чем в одном градусе от предсказанного места!
Любопытная деталь. Можно подумать, что Леверье сразу бросился к телескопу, чтобы посмотреть на "свою" планету. Ничего подобного! Говорят даже, что он до самой смерти не проявлял к своему детищу никакого интереса... Впрочем, это вообще был человек, мягко говоря, со странностями. Будучи после смерти Араго назначен директором обсерватории, он вдрызг рассорился со всеми сотрудниками. Однажды он распорядился заложить кирпичами дверь кабинета одного из своих недругов! Можно себе представить, какой поднялся шум. Весь персонал обсерватории покинул ее. Вмешалась пресса. Академия наук стала полем грандиозных сражений, в ходе которых дело не раз доходило чуть не до кулаков...
Итак, Нептун был открыт 23 сентября 1846 года. Что до несчастного Адамса, судьба продолжала испытывать его. Следуя его расчетам, наблюдатели трижды видели Нептун. Но не проанализировав сразу результаты своих наблюдений, они не поняли, что видели именно новую планету.
Девятая планета, Плутон, была замечена около столетия спустя на основании расчетов Пикеринга и Ловелла. Основа рассуждений была той же самой, поскольку движение Нептуна еще не объясняло полностью все аномалии движения Урана. Значит, должна была существовать еще одна возмущающая планета. Ее искали двадцать