Свет во тьме. Черные дыры, Вселенная и мы - Фальке Хайно

Даже если все условия совпадали, ученым еще предстояло озаботиться тем, чтобы ни в коем случае не пропустить прохождение планеты. Снова и снова астрономы из разных стран отправлялись в путешествие по миру, чтобы наблюдать прохождение Венеры по диску Солнца под всеми возможными углами. В определенном отношении эти экспедиции явились предшественниками наших современных экспедиций к черным дырам, но в то время и такие предприятия были далеко не простыми. А некоторых исследователей постигала неудача, даже если они не выезжали из дома: например, Джереми Хоррокс в Англии едва не пропустил транзит Венеры 4 декабря 1639 года. Сначала он ждал рядом с телескопом, который навел на Солнце, но, поскольку Венера все никак не появлялась, оставил свой пост и отправился, предположительно, на церковную службу. Когда же Хоррокс вернулся к телескопу, то выяснилось, что он почти опоздал. Транзит давно начался, и Венера уже двигалась по диску Солнца. Из-за этого Хоррокс смог только приблизительно оценить полную продолжительность транзита.

Ученые решили гораздо более внимательно понаблюдать за следующими транзитами Венеры в 1761 и 1769 годах и поэтому отправились в различные международные экспедиции, которые тогда было не так‐то просто организовать. Самое драматическое фиаско потерпел Гийом Лежантиль, который планировал наблюдать за транзитом из Индии. Его корабль прибыл в пункт назначения в Пондичерри (город на юго-востоке страны) как раз тогда, когда британцы в ходе военной кампании только-только захватили город. Французу Лежантилю не разрешили сойти на берег, и он был вынужден делать свои измерения на борту судна. Но деревянный корабль, качающийся на волнах, – не самое подходящее место для точных астрономических измерений, и результат оказался непригодным. Лежантиль решил подождать восемь лет до следующего транзита, но именно в тот момент, когда начался транзит, небо заволокло тучами. Для работы астроному нужно везение, и, в частности, требуется, чтобы погода в нужный момент была на его стороне. Удача – это вообще дама капризная. Когда француз наконец собрался отплыть домой после многих лет, проведенных за границей, он заболел дизентерией и чуть не умер. А вернувшись во Францию, обнаружил, что семья уже давно разделила его имущество, посчитав родственника погибшим. Даже его место во Французской академии наук было отдано другому ученому.

Так или иначе, но научное сообщество все же смогло с приемлемой точностью измерить расстояние между Землей и Солнцем. Значение астрономической единицы, определенное тогда, отличалось от установленного сегодня значения в 149 597 870 700 метров всего лишь примерно на 1,5 процента.

А точное расстояние до звезды 61 Лебедя первым определил в 1838 году немецкий астроном Фридрих Бессель, применивший метод параллакса и значение астрономической единицы. Смещение звезды на небе, которое Бессель измерял в течение года, составило мизерное значение, равное 0,3 угловой секунды, что примерно эквивалентно ширине волоса, видимого на расстоянии 50 метров. С помощью простой тригонометрии, зная значение астрономической единицы, он смог вычислить расстояние от Земли до звезды, и оно составило 100 триллионов километров, то есть 11,4 светового года. Бессель изумился, поняв, что измеренный им свет от звезды шел к Земле более десяти лет. Благодаря этому измерению было наконец снято последнее из первоначальных научных возражений против модели гелиоцентрического мироустройства.

Поскольку почти все расстояния в астрономии опираются на метод параллакса, астрономы придумали в его честь особую меру длины – парсек: сокращенное название, заменяющее словосочетание “параллакс секунда”. Парсек равен расстоянию, на котором параллакс звезды равен одной угловой секунде.

Это расстояние составляет около 3,26 светового года. Таким образом, парсек – это не мера времени, как можно понять из некоторых серий “Звездных войн”[34], а мера длины.

Ближайшая к нам звезда – Проксима Центавра – находится на расстоянии 4,2 светового года, или 1,3 парсека. Это означает, что в радиусе одного парсека от Солнца нет ни одной звезды. Сегодня с помощью европейского космического зонда Gaia мы можем измерить параллаксы почти двух миллиардов звезд в нашем Млечном Пути, находящихся на расстоянии до нескольких тысяч световых лет. При помощи глобальной сети радиотелескопов можем измерить параллаксы нескольких звезд и местоположение газовых облаков на другом краю Млечного Пути, на расстоянии более 60 000 световых лет[35].

Сегодня спутники с легкостью лунатиков бороздят просторы Солнечной системы, а астрономы с большой точностью определяют размеры Вселенной, и всем этим мы, помимо прочего, обязаны успехам более ранних (состоявшихся в XVII, XVIII и XIX веках) экспедиций астрономов, которые исследовали нашу Солнечную систему, имея в своем распоряжении только первые примитивные телескопы и запас смелых идей. Ни один из этих астрономов не отправлялся в экспедицию втайне от других. Космос принадлежит всем нам, и иногда для его изучения нужны усилия всего мира. Сама природа астрономии подразумевает глобальное сотрудничество и конкуренцию. Астрономы всегда – начиная с первых наблюдений астрологов Востока еще в библейские времена, через изучение Солнечной системы и экспедиции по наблюдению прохождения Венеры по диску Солнца и вплоть до сегодняшних попыток регистрации гравитационных волн и получения радиоизображений черных дыр – отправлялись и отправляются в путь по миру и Вселенной, работая бок о бок и соревнуясь друг с другом, с единственной целью: наблюдать космос и проводить в нем измерения.

Часть II

Тайны Вселенной

Путешествие по той Вселенной, какой мы ее знаем сегодня, и по истории современной астрономии и радиоастрономии: революция, спровоцированная теорией относительности, рождение звезд и черных дыр, тайна квазаров, расширяющаяся Вселенная и Большой взрыв

Солнце – это самое яркое светило на нашем небе, а размер Солнечной системы – фундаментальная мера космических расстояний, используемая в астрономии для измерения расстояний в нашей Вселенной. Мы измеряем расстояния в Солнечной системе в интервалах времени, за которые его проходит свет, то есть в световых секундах до Луны, световых минутах до Солнца и световых часах до планет на внешних орбитах. Но и в нашей повседневной жизни мы используем свет для измерения самых разных расстояний, даже не подозревая об этом. До 1966 года все единицы длины соотносились с Международным эталоном метра. Это был платиново-иридиевый стержень, который хранился в Париже и служил стандартной мерой расстояний. Международный эталон метра равнялся длине одной десятимиллионной доли четверти окружности Земли, измеренной от Северного полюса до экватора вдоль меридиана, проходящего через Париж (так что неудивительно, что британцы до сих пор так и не ввели у себя метрическую систему). Сегодня эталон метра определяется через скорость света и равен точному расстоянию, которое свет проходит в вакууме за 1/299 792 458 секунды. Почему в знаменателе такое некрасивое число? Ну, это понятно: длина эталона должна быть такой же, как у парижского международного эталона метра, но теперь этот эталон уже не ущемляет ничье национальное достоинство. Тот, кто использует измерительную рулетку, в действительности измеряет интервалы времени прохождения света.

3

Самая счастливая мысль в жизни Эйнштейна

Поскольку свет – это электромагнитные колебания, мы также используем его для хронометрирования. Свет реально стал основной мерой всех вещей, и в этом утверждении кроется глубокая истина. Эйнштейн как‐то спросил себя: а что было бы, если бы свет всегда двигался с одной и той же скоростью, независимо от того, как быстро движемся мы сами? Подобное предположение оказалось способно перевернуть с ног на голову все наши представления о неизменном и абсолютном пространстве.