Страница:
Дмитрий Геннадьевич Брашнов
Удивительная астрономия
Предисловие
Звездное небо привлекало внимание людей с незапамятных времен. Сколько легенд и мифов, сколько суеверий и пророчеств связано с ним!
Астрономия – одна из древнейших наук. Невозможно не восхищаться терпением и мудростью ученых всех времен и народов, годами с помощью примитивных инструментов наблюдавших движение светил и сумевших рассчитать их орбиты и вывести закономерности появления на земном небосводе.
Развитие технических средств для астрономических наблюдений, особенно во второй половине ХХ века, позволило ответить на массу вопросов, веками не дававших покоя пытливым умам, раскрыть множество космических тайн и постепенно создать целостную картину и нашей Галактики, и Вселенной в целом.
За последние двадцать лет астрономия накопила огромное количество сведений о планетах и подобных им объектах во Вселенной – начиная от ближайших соседей Земли и заканчивая космическими телами где-то на окраине Галактики. Знакомству с такими небесными объектами и посвящена настоящая книга.
О чем здесь пойдет речь? Много нового будет рассказано о планетах Солнечной системы и их естественных спутниках, то есть о ближайших соседях Земли. При этом основное внимание будет уделено тем объектам, о которых в учебниках или популярной литературе удается отыскать не так уж много сведений. Например, о ледяных карликах, которые могут оказаться самыми многочисленными представителями класса малых планет.
Но главная задача книги – познакомить читателя с планетами, которые не входят в Солнечную систему, то есть с планетами, обращающимися вокруг других звезд. Такие космические объекты получили название экзопланет (от греч. exos – «внешний, находящийся снаружи»). На сегодняшний день неплохо изучены десятки экзопланет. Наши представления о природных условиях на их поверхности приблизились к тому, чтобы смело предполагать, могут ли там встречаться обитатели, а если могут, то что они собой представляют.
Как читать эту книгу? Почти все главы можно читать в произвольном порядке. Но начать книгу лучше все-таки с первой главы, поскольку там объясняются некоторые очень важные вещи, помогающие понять остальной текст. А некоторые полезные пояснения будут даны уже здесь.
Сегодня каждый хотя бы немного представляет, насколько внушительны размеры небесных тел и, соответственно, насколько велики расстояния между ними. «Дистанции огромного размера», как сказал бы грибоедовский Скалозуб. Поэтому пользоваться обычными километрами для измерения таких величин не слишком удобно. Среднее расстояние от Земли до Луны достигает 384 тысяч километров. Максимальное расстояние от Земли до Плутона превосходит 7,5 миллиарда километров. Что же говорить о меж звездных просторах!
По этой причине астрономами созданы особые мерные отрезки, с помощью которых не приходится прибегать к использованию чисел-гигантов с десятками нулей. В первую очередь к таким числам относится астрономическая единица. Ее величина – 149,6 миллиона километров. Именно на такое расстояние удалена наша планета от Солнца.
Астрономическую единицу удобно применять тогда, когда речь заходит о расстояниях между ближайшими космическими объектами. Однако для измерения межзвездных расстояний эта единица уже не поможет, здесь приходится использовать световой год. Именно его нам чаще всего и предстоит применять.
Как известно, световой луч является самым быстрым «бегуном» в природе. В космическом вакууме он развивает скорость около 300 тысяч км/с, а точнее – 299 792 км/с. Можно представить, какое огромное расстояние преодолевает свет за год! Нетрудно подсчитать, что это 9,46 триллиона км или 63 240 астрономических единиц. И тем не менее звезды настолько удалены друг от друга, что именно световой год как нельзя лучше подходит для описания межзвездных дистанций. Так, ближайшая к нам звезда Проксима Центавра (альфа Центавра) находится более чем в 41 триллионе километров. Это расстояние свет пробегает за 4 года и 4 месяца.
Но для вычислений астрономы по ряду причин уже давно не пользуются такой единицей, как световой год. Ученым гораздо более удобен парсек, который равен 3,2 светового года или 30,27 триллиона километров.
Можно сказать, что космос – это большая машина времени. Ведь мы видим небесные тела только потому, что от них до Земли доходят световые лучи. Поэтому человек в состоянии наблюдать космические объекты только в прошлом: пока свет добирается от них до Земли, проходит несколько лет. Поэтому астрономы изучают Проксиму такой, какой она была 4 года тому назад, Спику – 156 лет назад, Бетельгейзе – 653 года назад… В дальнейшем мы убедимся, что парадоксы Вселенной этим не исчерпываются.
Астрономия – одна из древнейших наук. Невозможно не восхищаться терпением и мудростью ученых всех времен и народов, годами с помощью примитивных инструментов наблюдавших движение светил и сумевших рассчитать их орбиты и вывести закономерности появления на земном небосводе.
Развитие технических средств для астрономических наблюдений, особенно во второй половине ХХ века, позволило ответить на массу вопросов, веками не дававших покоя пытливым умам, раскрыть множество космических тайн и постепенно создать целостную картину и нашей Галактики, и Вселенной в целом.
За последние двадцать лет астрономия накопила огромное количество сведений о планетах и подобных им объектах во Вселенной – начиная от ближайших соседей Земли и заканчивая космическими телами где-то на окраине Галактики. Знакомству с такими небесными объектами и посвящена настоящая книга.
О чем здесь пойдет речь? Много нового будет рассказано о планетах Солнечной системы и их естественных спутниках, то есть о ближайших соседях Земли. При этом основное внимание будет уделено тем объектам, о которых в учебниках или популярной литературе удается отыскать не так уж много сведений. Например, о ледяных карликах, которые могут оказаться самыми многочисленными представителями класса малых планет.
Но главная задача книги – познакомить читателя с планетами, которые не входят в Солнечную систему, то есть с планетами, обращающимися вокруг других звезд. Такие космические объекты получили название экзопланет (от греч. exos – «внешний, находящийся снаружи»). На сегодняшний день неплохо изучены десятки экзопланет. Наши представления о природных условиях на их поверхности приблизились к тому, чтобы смело предполагать, могут ли там встречаться обитатели, а если могут, то что они собой представляют.
Как читать эту книгу? Почти все главы можно читать в произвольном порядке. Но начать книгу лучше все-таки с первой главы, поскольку там объясняются некоторые очень важные вещи, помогающие понять остальной текст. А некоторые полезные пояснения будут даны уже здесь.
Сегодня каждый хотя бы немного представляет, насколько внушительны размеры небесных тел и, соответственно, насколько велики расстояния между ними. «Дистанции огромного размера», как сказал бы грибоедовский Скалозуб. Поэтому пользоваться обычными километрами для измерения таких величин не слишком удобно. Среднее расстояние от Земли до Луны достигает 384 тысяч километров. Максимальное расстояние от Земли до Плутона превосходит 7,5 миллиарда километров. Что же говорить о меж звездных просторах!
По этой причине астрономами созданы особые мерные отрезки, с помощью которых не приходится прибегать к использованию чисел-гигантов с десятками нулей. В первую очередь к таким числам относится астрономическая единица. Ее величина – 149,6 миллиона километров. Именно на такое расстояние удалена наша планета от Солнца.
Астрономическую единицу удобно применять тогда, когда речь заходит о расстояниях между ближайшими космическими объектами. Однако для измерения межзвездных расстояний эта единица уже не поможет, здесь приходится использовать световой год. Именно его нам чаще всего и предстоит применять.
Как известно, световой луч является самым быстрым «бегуном» в природе. В космическом вакууме он развивает скорость около 300 тысяч км/с, а точнее – 299 792 км/с. Можно представить, какое огромное расстояние преодолевает свет за год! Нетрудно подсчитать, что это 9,46 триллиона км или 63 240 астрономических единиц. И тем не менее звезды настолько удалены друг от друга, что именно световой год как нельзя лучше подходит для описания межзвездных дистанций. Так, ближайшая к нам звезда Проксима Центавра (альфа Центавра) находится более чем в 41 триллионе километров. Это расстояние свет пробегает за 4 года и 4 месяца.
Но для вычислений астрономы по ряду причин уже давно не пользуются такой единицей, как световой год. Ученым гораздо более удобен парсек, который равен 3,2 светового года или 30,27 триллиона километров.
Можно сказать, что космос – это большая машина времени. Ведь мы видим небесные тела только потому, что от них до Земли доходят световые лучи. Поэтому человек в состоянии наблюдать космические объекты только в прошлом: пока свет добирается от них до Земли, проходит несколько лет. Поэтому астрономы изучают Проксиму такой, какой она была 4 года тому назад, Спику – 156 лет назад, Бетельгейзе – 653 года назад… В дальнейшем мы убедимся, что парадоксы Вселенной этим не исчерпываются.
Наш космический адрес
Мы живем в Галактике
Слово «галактика» сегодня является одним из наиболее популярных. Им заполнены фантастические фильмы, книги, веб-сайты. И в настоящей книге тоже пойдет речь о планетах нашей Галактики. Что же такое Галактика? Ответить на этот вопрос проще всего, попытавшись представить свой «адрес» в мировом пространстве.
Если приглашать в гости иностранного друга, то в письме нельзя написать просто название города, улицы и номер дома. Этого будет мало, поскольку иностранец должен знать еще и название области, в которой этот город находится, а также название всей страны. Если приглашать в гости инопланетянина, то ему придется писать адрес гораздо подробнее. В том числе понадобится сообщить названия нашей планеты, планетной системы и, для надежности, название звездной системы.
С названием планеты проблем не возникнет. Все мы знаем, что живем на Земле. Это огромное космическое тело, обладающее массой 6 септиллионов (6×1024) тонн. Оно слегка напоминает грушу или, точнее, шарообразную картофелину. Именно поэтому ученые иногда называют форму нашей планеты «потатоид», то есть картофелеподобная фигура.
Люди обитают на поверхности тонкой кожицы этой космической картофелины – земной коре, которая сложена песками, глинами и твердыми каменными породами. Толщина земной коры составляет в среднем 30 км, лишь изредка увеличиваясь до 40–70 км. Земная кора очень некрасива, если смотреть из космоса. Местами она вздыблена горными грядами, а местами проваливается огромными котловинами.
Котловины на земной поверхности заполняет соленая вода; это океаны, дающие приют сотням видов живых существ. Хотя гораздо больше растений и животных населяют сушу. Если все наземные и все океанические организмы положить на разные чаши весов, то суша перетянет, так как ее живое вещество окажется тяжелее в 2000 раз. Это по-своему удивительно – ведь океан занимает площадь свыше 361 миллионов квадратных километров, то есть примерно 71 % площади земной поверхности.
Внутри наша космическая «картофелина» имеет плотное ядро, состоящее из смеси двух металлов – железа и никеля. Земное ядро окружено вязкой массой, которую можно сравнить с пластилином, разогретым до нескольких тысяч градусов. Вот только по составу это не пластилин, а силикаты – вещества, сходные с песком. Вязкая масса носит название мантии.
Мантия нагрета неравномерно, ее температура растет с глубиной: от +1000 °C близ земной коры до +5000 °C в области ядра. Но даже у земной коры температура мантии может сильно изменяться от места к месту. Наиболее горячие ее участки носят название магматических очагов. Здесь под большим давлением скапливается расплав, называемый магмой. Магматический очаг прожигает земную кору, порождая на земной поверхности область вулканизма. В такой области грохочут огненные горы (вулканы), простираются лавовые долины, бьют из-под земли горячие фонтаны гейзеров, пыхтят паром «курильщики»– фумаролы (так называются трещины и отверстия в кратерах и на склонах вулканов).
Внутреннее строение Земли
Землю окружает тонкий, толщиной всего в 100 км, слой газовой смеси – атмосфера. Газовая смесь земной атмосферы называется воздухом и представляет собой сочетание главным образом четырех газов – азота, кислорода, аргона и двуокиси углерода (или углекислого газа). Прочие газы в составе воздуха присутствуют в незначительных количествах. Основная доля воздуха – почти 5000 триллионов тонн – сосредоточена в приземном слое атмосферы, называемом тропосферой и достигающем толщины 10 км.
Земля – планета. Может показаться поразительным, но люди еще в каменном веке открыли планеты, и только в 1543 году было научно доказано, что Земля относится к числу таких объектов. Каким же способом древний человек сумел обнаружить другие планеты, если не имел представления о реальной природе собственной? Способ у наших далеких пращуров был один – наблюдательность.
Пользуясь звездным небом как часами и календарем, первобытный скотовод или землепашец замечал, что светила движутся по-разному, хотя все одинаково восходят и заходят. Но одни светила, восходя и заходя, сохраняют на небе строго определенное положение относительно своих соседей. Такие светила стали называть звездами. (К слову, русское слово звезда как раз и означает «поставленный свет».)
Другие же светила ежемесячно меняли свою позицию относительно звезд. Например, сегодня такой скиталец сияет недалеко от Денеболы, а спустя месяц окажется ближе к Спике. По этой причине странные светила назвали «блуждающими» – именно так с греческого и переводится слово планета. Источник таких различий понятен: с Земли движения звезд в мировом пространстве почти незаметны, зато орбитальное движение планет наблюдать очень удобно.
Всего в древности знали пять планет – Меркурий, Венеру, Марс, Юпитер и Сатурн. Изобретение телескопа и появление небесной механики позволили обнаружить и две другие, невидимые невооруженным глазом, – Уран и Нептун. Одно время к планетам причисляли Плутон, но с 2006 года его отнесли в разряд «ледяных карликов».
Только в середине прошлого века стало окончательно ясно, чем звезды отличаются от планет, если не принимать в расчет различия в движении. Звезды представляют собой особо крупные сгустки самосветящегося горячего газа – плазмы. Даже самые холодные звезды обладают температурой около 3000 °C на поверхности, тогда как в центре светила жар может достигать миллионов градусов.
Первопричиной необычных свойств звезды является ее большая масса. В недрах любого космического объекта с массой свыше 1/20 массы Солнца протекают особые процессы, которые не наблюдаются внутри планет, – термоядерный синтез, то есть слияние атомных ядер. Эти процессы сопровождаются выделением огромного количества тепла, а также испусканием света и различных типов невидимого излучения. Отсюда высокая температура и свечение звезд. Планеты и их спутники (луны) сами светить не могут, они лишь сияют отраженным светом.
Конечно, одна двадцатая – это очень маленькая доля. Однако такое количество вещества составляет примерно 100 септиллионов тонн, что в 16 500 раз больше массы земного шара. К слову, и наше Солнце не столь велико, как можно подумать. Астрономы относят его к числу звезд-карликов.
По закону всемирного тяготения все тела в природе притягивают друг друга. На земной поверхности этому мешает сопротивление среды – трение. В вакууме никаких препятствий нет, из-за чего притягиваемые объекты движутся вокруг общего центра масс – барицентра. Так планеты становятся спутниками звезд: поскольку основная масса вещества сосредоточена в звездах, то и барицентр оказывается где-то вблизи центра звезды.
Сравнительные размеры Солнца и планет Солнечной системы
Например, если сложить массу Солнца и всех его спутников, то на долю Солнца придется не менее 99 % полученного числа. Пышная солнечная свита включает в себя Землю, другие планеты с их лунами, большую группу малых планет, кометы и метеороиды. Все эти объекты обращаются вокруг Солнца по замкнутому пути эллиптической формы – по орбите. Подобная свита носит название планетной системы. Как показывают исследования, планетными системами обладает множество звезд во Вселенной.
Но использовать название созвездия в космическом адресе не удастся, потому что созвездие – это воображаемая картинка на земном небосводе, которую строит человек, мысленно соединяя звезды перемычками. В результате каждое созвездие объединяет в себе звезды как очень близкие к Земле, так и невероятно далекие. Разумеется, на другой планете карта звездного неба будет отличаться от привычной нам. И чем дальше находится эта планета от Земли, тем сильнее проявят себя различия. Небосвод далекой экзопланеты украшают совершенно другие «картинки», в которых невозможно найти ничего общего, например, с нашим зодиаком (так называется пояс на небесной сфере вдоль эклиптики, по которому проходят видимые пути Солнца, Луны и планет).
Вот почему вместо созвездия следует указать в космическом адресе название нашей звездной системы. Как и планеты, звезды тоже объединяются вокруг некоего центра масс, который обегают по огромным орбитам. В результате Вселенную заполняют большие «звездные острова». Тот «остров», в состав которого входит Солнце, включает в себя примерно 200 миллиардов светил. Известны как более крупные, так и меньшие «острова».
Земному наблюдателю хорошо видно «ребро» нашей звездной системы, поскольку здесь сосредоточено наибольшее количество звезд. Их так много, что на ночном небе они сливаются в сплошную неровную полосу – Млечный Путь (то есть «молочная» дорога, как бы след от пролившегося молока). По-гречески Млечный Путь звучит как галактика. Именно так астрономы и называют наш главный небесный дом – наша Галактика.
Все прочие звездные системы называются галактиками (со строчной буквы). Вселенная густо заполнена галактиками. Есть среди них похожие по размерам на нашу, но есть также карлики и гиганты. Среди ближайших соседей Млечного Пути преобладают карлики, свыше 20 таких объектов разбросаны на обширной площади в 6 миллионов световых лет в поперечнике. При этом две карликовые галактики – Большое и Малое Магеллановы Облака – являются спутниками Млечного Пути.
Млечный Путь, или наша Галактика
Большое и Малое Магеллановы Облака
Если бы у людей была возможность удалиться хотя бы на миллион световых лет от Земли и посмотреть на Млечный Путь «снаружи», то стало бы ясно, что Галактика немного напоминает по форме исполинское блюдечко толщиной (в центральной части) до 4500 световых лет, достигающее в поперечнике 100 тысяч световых лет.
Что находится в центре Галактики, до сих пор точно неизвестно. Видимо, там расположен какой-то очень плотный и массивный объект, который притягивает к себе такое несметное множество звезд. От телескопов загадочный объект, получивший название «Стрелец А», надежно заслонен «толпой» гигантских звезд, образующих вместе с ним центральное сгущение. Из сердца центрального сгущения исходят мощные радиоволны, а временами вырываются на огромной скорости потоки газа. По этим и некоторым другим признакам астрономы предполагают, что Стрелец А может оказаться сверхмассивной черной дырой – небесным телом с совершенно особенными свойствами; о нем мы еще поговорим в дальнейшем.
Газ, выброшенный центральной звездой в созвездии Змееносца, образует кольцо или цилиндр
Звезды в Галактике распределены неравномерно. Некоторые из них собираются в шаровые и рассеянные скопления, а также в ассоциации. Основное число звезд «идет в ногу» друг с другом, формируя протяженные шеренги, как на военном параде. Такие шеренги принято называть галактическими рукавами. С Земли удалось хорошо разглядеть только три рукава – Персеев, Орионов и рукав Стрельца. Сколько всего рукавов в нашей Галактике, пока подсчитать невозможно.
Однако можно точно сказать, что все галактические рукава спирально закручены, отчего Млечный Путь относят к спиральным галактикам. Изгиб рукавов объясняется различными скоростями обращения звезд вокруг галактического ядра. В районе центрального сгущения скорость звезд невелика, но затем, по мере удаления от центра, их движение ускоряется. Солнце находится на расстоянии 33 тысяч световых лет от центрального сгущения, то есть в области сверхбыстрых звезд. Наше светило движется по своей орбите со скоростью свыше 200 км/с, а некоторые соседние звезды разгоняются даже до 250 км/с. Это своего рода рекорд. Дальше от Солнца в направлении края Галактики (до которого остается «всего» 17 тысяч световых лет) звезды вновь замедляют свой бег.
Если приглашать в гости иностранного друга, то в письме нельзя написать просто название города, улицы и номер дома. Этого будет мало, поскольку иностранец должен знать еще и название области, в которой этот город находится, а также название всей страны. Если приглашать в гости инопланетянина, то ему придется писать адрес гораздо подробнее. В том числе понадобится сообщить названия нашей планеты, планетной системы и, для надежности, название звездной системы.
С названием планеты проблем не возникнет. Все мы знаем, что живем на Земле. Это огромное космическое тело, обладающее массой 6 септиллионов (6×1024) тонн. Оно слегка напоминает грушу или, точнее, шарообразную картофелину. Именно поэтому ученые иногда называют форму нашей планеты «потатоид», то есть картофелеподобная фигура.
Люди обитают на поверхности тонкой кожицы этой космической картофелины – земной коре, которая сложена песками, глинами и твердыми каменными породами. Толщина земной коры составляет в среднем 30 км, лишь изредка увеличиваясь до 40–70 км. Земная кора очень некрасива, если смотреть из космоса. Местами она вздыблена горными грядами, а местами проваливается огромными котловинами.
Котловины на земной поверхности заполняет соленая вода; это океаны, дающие приют сотням видов живых существ. Хотя гораздо больше растений и животных населяют сушу. Если все наземные и все океанические организмы положить на разные чаши весов, то суша перетянет, так как ее живое вещество окажется тяжелее в 2000 раз. Это по-своему удивительно – ведь океан занимает площадь свыше 361 миллионов квадратных километров, то есть примерно 71 % площади земной поверхности.
Внутри наша космическая «картофелина» имеет плотное ядро, состоящее из смеси двух металлов – железа и никеля. Земное ядро окружено вязкой массой, которую можно сравнить с пластилином, разогретым до нескольких тысяч градусов. Вот только по составу это не пластилин, а силикаты – вещества, сходные с песком. Вязкая масса носит название мантии.
Мантия нагрета неравномерно, ее температура растет с глубиной: от +1000 °C близ земной коры до +5000 °C в области ядра. Но даже у земной коры температура мантии может сильно изменяться от места к месту. Наиболее горячие ее участки носят название магматических очагов. Здесь под большим давлением скапливается расплав, называемый магмой. Магматический очаг прожигает земную кору, порождая на земной поверхности область вулканизма. В такой области грохочут огненные горы (вулканы), простираются лавовые долины, бьют из-под земли горячие фонтаны гейзеров, пыхтят паром «курильщики»– фумаролы (так называются трещины и отверстия в кратерах и на склонах вулканов).
Землю окружает тонкий, толщиной всего в 100 км, слой газовой смеси – атмосфера. Газовая смесь земной атмосферы называется воздухом и представляет собой сочетание главным образом четырех газов – азота, кислорода, аргона и двуокиси углерода (или углекислого газа). Прочие газы в составе воздуха присутствуют в незначительных количествах. Основная доля воздуха – почти 5000 триллионов тонн – сосредоточена в приземном слое атмосферы, называемом тропосферой и достигающем толщины 10 км.
Земля – планета. Может показаться поразительным, но люди еще в каменном веке открыли планеты, и только в 1543 году было научно доказано, что Земля относится к числу таких объектов. Каким же способом древний человек сумел обнаружить другие планеты, если не имел представления о реальной природе собственной? Способ у наших далеких пращуров был один – наблюдательность.
Пользуясь звездным небом как часами и календарем, первобытный скотовод или землепашец замечал, что светила движутся по-разному, хотя все одинаково восходят и заходят. Но одни светила, восходя и заходя, сохраняют на небе строго определенное положение относительно своих соседей. Такие светила стали называть звездами. (К слову, русское слово звезда как раз и означает «поставленный свет».)
Другие же светила ежемесячно меняли свою позицию относительно звезд. Например, сегодня такой скиталец сияет недалеко от Денеболы, а спустя месяц окажется ближе к Спике. По этой причине странные светила назвали «блуждающими» – именно так с греческого и переводится слово планета. Источник таких различий понятен: с Земли движения звезд в мировом пространстве почти незаметны, зато орбитальное движение планет наблюдать очень удобно.
Всего в древности знали пять планет – Меркурий, Венеру, Марс, Юпитер и Сатурн. Изобретение телескопа и появление небесной механики позволили обнаружить и две другие, невидимые невооруженным глазом, – Уран и Нептун. Одно время к планетам причисляли Плутон, но с 2006 года его отнесли в разряд «ледяных карликов».
Только в середине прошлого века стало окончательно ясно, чем звезды отличаются от планет, если не принимать в расчет различия в движении. Звезды представляют собой особо крупные сгустки самосветящегося горячего газа – плазмы. Даже самые холодные звезды обладают температурой около 3000 °C на поверхности, тогда как в центре светила жар может достигать миллионов градусов.
Первопричиной необычных свойств звезды является ее большая масса. В недрах любого космического объекта с массой свыше 1/20 массы Солнца протекают особые процессы, которые не наблюдаются внутри планет, – термоядерный синтез, то есть слияние атомных ядер. Эти процессы сопровождаются выделением огромного количества тепла, а также испусканием света и различных типов невидимого излучения. Отсюда высокая температура и свечение звезд. Планеты и их спутники (луны) сами светить не могут, они лишь сияют отраженным светом.
Конечно, одна двадцатая – это очень маленькая доля. Однако такое количество вещества составляет примерно 100 септиллионов тонн, что в 16 500 раз больше массы земного шара. К слову, и наше Солнце не столь велико, как можно подумать. Астрономы относят его к числу звезд-карликов.
По закону всемирного тяготения все тела в природе притягивают друг друга. На земной поверхности этому мешает сопротивление среды – трение. В вакууме никаких препятствий нет, из-за чего притягиваемые объекты движутся вокруг общего центра масс – барицентра. Так планеты становятся спутниками звезд: поскольку основная масса вещества сосредоточена в звездах, то и барицентр оказывается где-то вблизи центра звезды.
Например, если сложить массу Солнца и всех его спутников, то на долю Солнца придется не менее 99 % полученного числа. Пышная солнечная свита включает в себя Землю, другие планеты с их лунами, большую группу малых планет, кометы и метеороиды. Все эти объекты обращаются вокруг Солнца по замкнутому пути эллиптической формы – по орбите. Подобная свита носит название планетной системы. Как показывают исследования, планетными системами обладает множество звезд во Вселенной.
В разговорной речи мы часто путаем слова «вращается» и «обращается», но в астрономии так нельзя. Вращается небесное тело только вокруг собственной оси, а вот обращается вокруг барицентра в процессе движения по орбите.Мы привыкли объединять звезды в созвездия, поскольку это заметно облегчает поиск тех или иных небесных светил. Всего с Земли наблюдаются 88 созвездий, носящих названия различных животных, сказочных существ, мифологических героев и какихлибо предметов. Некоторые созвездия были выделены астрономами по историческим меркам не слишком давно, в XVI–XVII веках. Однако значительную часть созвездий впервые выделили и поименовали во времена античности. Причем проделали эту работу поначалу мореходы и пастухи, и только потом к ним присоединились древние астрономы.
Но использовать название созвездия в космическом адресе не удастся, потому что созвездие – это воображаемая картинка на земном небосводе, которую строит человек, мысленно соединяя звезды перемычками. В результате каждое созвездие объединяет в себе звезды как очень близкие к Земле, так и невероятно далекие. Разумеется, на другой планете карта звездного неба будет отличаться от привычной нам. И чем дальше находится эта планета от Земли, тем сильнее проявят себя различия. Небосвод далекой экзопланеты украшают совершенно другие «картинки», в которых невозможно найти ничего общего, например, с нашим зодиаком (так называется пояс на небесной сфере вдоль эклиптики, по которому проходят видимые пути Солнца, Луны и планет).
Вот почему вместо созвездия следует указать в космическом адресе название нашей звездной системы. Как и планеты, звезды тоже объединяются вокруг некоего центра масс, который обегают по огромным орбитам. В результате Вселенную заполняют большие «звездные острова». Тот «остров», в состав которого входит Солнце, включает в себя примерно 200 миллиардов светил. Известны как более крупные, так и меньшие «острова».
Земному наблюдателю хорошо видно «ребро» нашей звездной системы, поскольку здесь сосредоточено наибольшее количество звезд. Их так много, что на ночном небе они сливаются в сплошную неровную полосу – Млечный Путь (то есть «молочная» дорога, как бы след от пролившегося молока). По-гречески Млечный Путь звучит как галактика. Именно так астрономы и называют наш главный небесный дом – наша Галактика.
Все прочие звездные системы называются галактиками (со строчной буквы). Вселенная густо заполнена галактиками. Есть среди них похожие по размерам на нашу, но есть также карлики и гиганты. Среди ближайших соседей Млечного Пути преобладают карлики, свыше 20 таких объектов разбросаны на обширной площади в 6 миллионов световых лет в поперечнике. При этом две карликовые галактики – Большое и Малое Магеллановы Облака – являются спутниками Млечного Пути.
Если бы у людей была возможность удалиться хотя бы на миллион световых лет от Земли и посмотреть на Млечный Путь «снаружи», то стало бы ясно, что Галактика немного напоминает по форме исполинское блюдечко толщиной (в центральной части) до 4500 световых лет, достигающее в поперечнике 100 тысяч световых лет.
Что находится в центре Галактики, до сих пор точно неизвестно. Видимо, там расположен какой-то очень плотный и массивный объект, который притягивает к себе такое несметное множество звезд. От телескопов загадочный объект, получивший название «Стрелец А», надежно заслонен «толпой» гигантских звезд, образующих вместе с ним центральное сгущение. Из сердца центрального сгущения исходят мощные радиоволны, а временами вырываются на огромной скорости потоки газа. По этим и некоторым другим признакам астрономы предполагают, что Стрелец А может оказаться сверхмассивной черной дырой – небесным телом с совершенно особенными свойствами; о нем мы еще поговорим в дальнейшем.
Звезды в Галактике распределены неравномерно. Некоторые из них собираются в шаровые и рассеянные скопления, а также в ассоциации. Основное число звезд «идет в ногу» друг с другом, формируя протяженные шеренги, как на военном параде. Такие шеренги принято называть галактическими рукавами. С Земли удалось хорошо разглядеть только три рукава – Персеев, Орионов и рукав Стрельца. Сколько всего рукавов в нашей Галактике, пока подсчитать невозможно.
Однако можно точно сказать, что все галактические рукава спирально закручены, отчего Млечный Путь относят к спиральным галактикам. Изгиб рукавов объясняется различными скоростями обращения звезд вокруг галактического ядра. В районе центрального сгущения скорость звезд невелика, но затем, по мере удаления от центра, их движение ускоряется. Солнце находится на расстоянии 33 тысяч световых лет от центрального сгущения, то есть в области сверхбыстрых звезд. Наше светило движется по своей орбите со скоростью свыше 200 км/с, а некоторые соседние звезды разгоняются даже до 250 км/с. Это своего рода рекорд. Дальше от Солнца в направлении края Галактики (до которого остается «всего» 17 тысяч световых лет) звезды вновь замедляют свой бег.
Как правильно писать названия: Солнце, Земля и Луна – с заглавной буквы или строчной? Если речь идет о космических телах, то всегда только с большой (заглавной). И со строчной, если используем эти слова в обыденном значении, как обозначения кусочков мозаики, из которых складывается пейзаж. Например:
Чудная картина,
Как ты мне родна:
Белая равнина,
Полная луна…
Афанасий Фет
Классы звезд и типы планет
Химический состав звезд примерно одинаков: их плазма состоит главным образом из атомов водорода и гелия, то есть из самых легких атомов в природе. Примесь остальных элементов, более тяжелых, очень невелика. Эти светила астрономы распределяют, словно учеников в школе, по классам. Каждый класс носит буквенное обозначение, причем используются буквы латинского алфавита.
Поначалу ученые не располагали точным средством распределения звезды по классам, поэтому, едва обнаружив несколько похожих светил, приписывали им какую-нибудь букву в алфавитном порядке. Так появились классы А, В, С и т. д. Когда астрономы добрались до буквы О, то поняли, что проделали слишком много лишней работы и выделили несуществующие классы. Пришлось заново объединять звезды, устраняя ошибочные классы. В результате оказалось, что всего в Галактике семь звездных классов. Их располагают в следующем порядке:
O (О) – B (Б) – A (А) – F (Ф) – G (Жи) – K (К) – M (М)
Дело в том, что все отличия между звездами разных классов тесно связаны с температурой на поверхности этих светил. При разных температурах свойства звездного излучения сильно меняются, в том числе меняется и цвет звезды. Поэтому звезды класса О – это очень горячие голубоватые светила. На их поверхности плазма нагрета до +30 000 °C. К таким относится, например, лямбда Ориона.
Классы звезд
Звезды класса В – это голубовато-белые светила, чуть менее горячие. Их температура составляет около +20 000 °C. Пример – Спика из созвездия Девы.
Класс А включает в себя белые звезды с относительно высокой (порядка +10 000 °C) температурой поверхности. Среди типичных представителей этого класса числятся ярчайшие звезды Северного полушария земного неба – Сириус (из созвездия Большого Пса) и Вега (из созвездия Лиры).
Горячие светила, как принято считать, способны сжечь все живое вокруг. Если бы Сириус, например, на несколько минут заменил собой Солнце, то наша планета моментально превратилась бы в знойную пустыню, лишенную воздуха, воды и, разумеется, любых живых организмов.
Другим общим свойством горячих звезд является их быстрое вращение вокруг собственной оси. Трудно сказать, какая сила разгоняет эти светила, но они вращаются быстрее в сравнении со звездами остальных классов. Скажем, у звезды фи Персея (класс В) скорость вращения экватора составляет 500 км/с. А у Солнца, которое по радиусу лишь в три раза уступает фи Персея, скорость вращения экватора достигает только 2 км/с.
В класс F занесены негорячие звезды желтоватого цвета, например Процион из созвездия Малого Пса. Температура поверхности таких светил составляет 8000 °C.
Наше Солнце принадлежит к классу G, куда относятся все желтые карликовые звезды с умеренной температурой поверхности, не превосходящей обычно 6000 °C.
Несколько холоднее оранжевые звезды, они зачислены в класс К. Температура их поверхности может опускаться до 4000 °C. Типичные представители этого класса – Арктур из созвездия Волопаса и Поллукс из Близнецов.
Звезды этих трех классов (F, G и К) обладают наиболее мягким и ровным излучением, способным согревать планеты, не сжигая живые клетки. По этой причине поиски планет вблизи таких светил считаются астрономами наиболее перспективными и интересными: ведь в здешних планетных системах могут оказаться обитаемые миры.
Закрывает перечень класс М, куда относятся холодные звезды красного цвета. Их температура составляет около 3000 °C. По своим размерам представители этого класса особенно разнообразны: в «одной корзине» оказались и карлики, и гиганты, и сверхгиганты. При этом красные карлики являются одними из самых тусклых звезд в Галактике, их светимость может быть в сотни раз ниже солнечной. А вот красные гиганты и сверхгиганты обладают светимостью в 100, 1000 и более раз превосходящей сияние нашего Солнца.
Подобно звездам, планеты тоже неодинаковы. В зависимости от размеров и свойств они делятся на два типа – большие и малые планеты. Когда ученые рассуждают о жизни на других планетах, то имеют в виду именно большие планеты, то есть массивные объекты, обладающие правильной шарообразной формой и способные расчистить вокруг себя космическое пространство. Под словом «расчистить» астрономы понимают способность планеты притянуть к себе весь космический мусор в пределах орбиты. Скажем, Земля – типичная планета, поскольку, во-первых, ее форма близка к идеальному шару, а во-вторых, земная орбита очищена от пыли, метеорных частиц и обломков много миллионов лет назад.
Наша Солнечная система включает в себя восемь больших планет. При этом они поровну делятся на планеты земной группы и планеты-гиганты. Если не считать Земли, то планеты земной группы представлены Меркурием, Венерой и Марсом. Все эти тела объединяются схожестью по размерам, составу и внутреннему строению. Данные, которыми располагают ученые, показывают, что планеты земной группы обладают тяжелым центральным ядром, а снаружи покрыты каменистой корой, сложенной различными минералами – преимущественно окислами кремния и железа. Все планеты земной группы, кроме Меркурия, окружены достаточно плотной газовой оболочкой (атмосферой).
Все планеты земной группы расположены кучно в окрестностях Солнца и разделены между собой небольшими расстояниями. Ближе всего к дневному светилу Меркурий (около 58 млн км), затем следуют Венера (свыше 108 млн км), Земля (почти 150 млн км) и наконец Марс (228 млн км).
Планеты-гиганты по-другому называются «планетами юпитерианской группы», поскольку их типичный и самый крупный (в Солнечной системе) представитель – Юпитер. Планеты-гиганты во много раз превосходят по размерам планеты земной группы, с чем связаны отличия в химическом составе и внутреннем строении. Главное из этих отличий состоит в том, что планеты-гиганты не имеют твердой, каменной коры. Они сложены из холодных сжиженных газов – водорода, гелия, метана, водяного пара, аммиака и некоторых других. Эти газы с глубиной уплотняются, превращаясь в так называемую «металлическую жидкость». В центре таких планет, вероятно, находится твердое ядро, сложенное каменистыми породами и льдом.
Планеты земной группы очень плотные; гиганты, напротив, обладают низкой плотностью вещества. Например, Сатурн по своей средней плотности легче воды. Если бы нашлась огромная ванна, способная вместить в себя Сатурн, то эта планета бултыхалась бы на поверхности воды, тогда как Земля непременно утонула бы. В Солнечной системе все гигантские планеты сильно удалены от дневного светила. Ближайшая из них – Юпитер – лежит в 779 млн км от нашей звезды. Еще дальше расположены Сатурн (1427 млн км), Уран (2869 млн км) и Нептун (4498 млн км).
Скорее всего, прочие планетные системы нашей Галактики тоже содержат как «твердые», так и гигантские планеты, хотя точно утверждать это пока невозможно. Зато смело можно предполагать, что в любой планетной системе насчитываются миллионы малых планет. Малой планетой называется объект неправильной формы, который обращается вокруг Солнца, подобно большой планете, но из-за ничтожных размеров не имеет сложного строения и не способен своей массой расчистить собственную орбиту от космического мусора.
Поначалу ученые не располагали точным средством распределения звезды по классам, поэтому, едва обнаружив несколько похожих светил, приписывали им какую-нибудь букву в алфавитном порядке. Так появились классы А, В, С и т. д. Когда астрономы добрались до буквы О, то поняли, что проделали слишком много лишней работы и выделили несуществующие классы. Пришлось заново объединять звезды, устраняя ошибочные классы. В результате оказалось, что всего в Галактике семь звездных классов. Их располагают в следующем порядке:
O (О) – B (Б) – A (А) – F (Ф) – G (Жи) – K (К) – M (М)
Этот порядок легко запомнить с помощью поговорки: «Один Бритый Англичанин Финики Жевал Как Морковку».Почему сегодня выбран именно такой порядок, не похожий на алфавитный? Из-за температуры.
Дело в том, что все отличия между звездами разных классов тесно связаны с температурой на поверхности этих светил. При разных температурах свойства звездного излучения сильно меняются, в том числе меняется и цвет звезды. Поэтому звезды класса О – это очень горячие голубоватые светила. На их поверхности плазма нагрета до +30 000 °C. К таким относится, например, лямбда Ориона.
Звезды класса В – это голубовато-белые светила, чуть менее горячие. Их температура составляет около +20 000 °C. Пример – Спика из созвездия Девы.
Класс А включает в себя белые звезды с относительно высокой (порядка +10 000 °C) температурой поверхности. Среди типичных представителей этого класса числятся ярчайшие звезды Северного полушария земного неба – Сириус (из созвездия Большого Пса) и Вега (из созвездия Лиры).
Горячие светила, как принято считать, способны сжечь все живое вокруг. Если бы Сириус, например, на несколько минут заменил собой Солнце, то наша планета моментально превратилась бы в знойную пустыню, лишенную воздуха, воды и, разумеется, любых живых организмов.
Другим общим свойством горячих звезд является их быстрое вращение вокруг собственной оси. Трудно сказать, какая сила разгоняет эти светила, но они вращаются быстрее в сравнении со звездами остальных классов. Скажем, у звезды фи Персея (класс В) скорость вращения экватора составляет 500 км/с. А у Солнца, которое по радиусу лишь в три раза уступает фи Персея, скорость вращения экватора достигает только 2 км/с.
В класс F занесены негорячие звезды желтоватого цвета, например Процион из созвездия Малого Пса. Температура поверхности таких светил составляет 8000 °C.
Наше Солнце принадлежит к классу G, куда относятся все желтые карликовые звезды с умеренной температурой поверхности, не превосходящей обычно 6000 °C.
Несколько холоднее оранжевые звезды, они зачислены в класс К. Температура их поверхности может опускаться до 4000 °C. Типичные представители этого класса – Арктур из созвездия Волопаса и Поллукс из Близнецов.
Звезды этих трех классов (F, G и К) обладают наиболее мягким и ровным излучением, способным согревать планеты, не сжигая живые клетки. По этой причине поиски планет вблизи таких светил считаются астрономами наиболее перспективными и интересными: ведь в здешних планетных системах могут оказаться обитаемые миры.
Закрывает перечень класс М, куда относятся холодные звезды красного цвета. Их температура составляет около 3000 °C. По своим размерам представители этого класса особенно разнообразны: в «одной корзине» оказались и карлики, и гиганты, и сверхгиганты. При этом красные карлики являются одними из самых тусклых звезд в Галактике, их светимость может быть в сотни раз ниже солнечной. А вот красные гиганты и сверхгиганты обладают светимостью в 100, 1000 и более раз превосходящей сияние нашего Солнца.
Подобно звездам, планеты тоже неодинаковы. В зависимости от размеров и свойств они делятся на два типа – большие и малые планеты. Когда ученые рассуждают о жизни на других планетах, то имеют в виду именно большие планеты, то есть массивные объекты, обладающие правильной шарообразной формой и способные расчистить вокруг себя космическое пространство. Под словом «расчистить» астрономы понимают способность планеты притянуть к себе весь космический мусор в пределах орбиты. Скажем, Земля – типичная планета, поскольку, во-первых, ее форма близка к идеальному шару, а во-вторых, земная орбита очищена от пыли, метеорных частиц и обломков много миллионов лет назад.
Наша Солнечная система включает в себя восемь больших планет. При этом они поровну делятся на планеты земной группы и планеты-гиганты. Если не считать Земли, то планеты земной группы представлены Меркурием, Венерой и Марсом. Все эти тела объединяются схожестью по размерам, составу и внутреннему строению. Данные, которыми располагают ученые, показывают, что планеты земной группы обладают тяжелым центральным ядром, а снаружи покрыты каменистой корой, сложенной различными минералами – преимущественно окислами кремния и железа. Все планеты земной группы, кроме Меркурия, окружены достаточно плотной газовой оболочкой (атмосферой).
Все планеты земной группы расположены кучно в окрестностях Солнца и разделены между собой небольшими расстояниями. Ближе всего к дневному светилу Меркурий (около 58 млн км), затем следуют Венера (свыше 108 млн км), Земля (почти 150 млн км) и наконец Марс (228 млн км).
Планеты-гиганты по-другому называются «планетами юпитерианской группы», поскольку их типичный и самый крупный (в Солнечной системе) представитель – Юпитер. Планеты-гиганты во много раз превосходят по размерам планеты земной группы, с чем связаны отличия в химическом составе и внутреннем строении. Главное из этих отличий состоит в том, что планеты-гиганты не имеют твердой, каменной коры. Они сложены из холодных сжиженных газов – водорода, гелия, метана, водяного пара, аммиака и некоторых других. Эти газы с глубиной уплотняются, превращаясь в так называемую «металлическую жидкость». В центре таких планет, вероятно, находится твердое ядро, сложенное каменистыми породами и льдом.
Планеты земной группы очень плотные; гиганты, напротив, обладают низкой плотностью вещества. Например, Сатурн по своей средней плотности легче воды. Если бы нашлась огромная ванна, способная вместить в себя Сатурн, то эта планета бултыхалась бы на поверхности воды, тогда как Земля непременно утонула бы. В Солнечной системе все гигантские планеты сильно удалены от дневного светила. Ближайшая из них – Юпитер – лежит в 779 млн км от нашей звезды. Еще дальше расположены Сатурн (1427 млн км), Уран (2869 млн км) и Нептун (4498 млн км).
Скорее всего, прочие планетные системы нашей Галактики тоже содержат как «твердые», так и гигантские планеты, хотя точно утверждать это пока невозможно. Зато смело можно предполагать, что в любой планетной системе насчитываются миллионы малых планет. Малой планетой называется объект неправильной формы, который обращается вокруг Солнца, подобно большой планете, но из-за ничтожных размеров не имеет сложного строения и не способен своей массой расчистить собственную орбиту от космического мусора.