Небесные механики - Николай Горькавый

– То есть Андромеда попросту падает на нас? – удивился Андрей.

– Да. Согласно расчетам астрономов, через пять миллиардов лет туманность Андромеды должна столкнуться с нашей Галактикой. Когда это случится, то в небе Земли появится перекресток двух млечных путей.

Что произойдёт с Солнцем и Землей в тот момент, когда туманность Андромеды налетит на нашу Галактику? На этот вопрос ответа ещё нет. Чтобы его найти, нужен упорный человек, влюблённый в звёзды, способный расспросить их о космических тайнах – и расслышать ответ.

– Вот этим я точно сама займусь! – решительно заявила Галатея. – У меня прекрасный слух.

Примечания для любопытных

Ликская обсерватория – одна из первых горных обсерваторий (высота над уровнем моря – 1283 метра). Построена в 1887 году на деньги миллионера-мецената Джеймса Лика.

Джон Гудрайк (1764–1786) – молодой астроном, открывший и объяснивший переменность звёзд Алголь (бета Персея) и Шелиак (бета Лиры). В 1784 году открыл первую пульсирующую звезду-цефеиду – дельту Цефея, с переменностью блеска в пять дней и девять часов. Избран членом Лондонского королевского общества (1786) и награжден его высшей наградой – медалью Копли.

Эдуард Пикеринг (1846–1919) – американский астроном, директор Гарвардской обсерватории с 1877 года.

Персиваль Лоуэлл (1855–1916) – дипломат, востоковед и бизнесмен. С 1893 года – астроном, основавший Лоуэлловскую обсерваторию. На основании возмущений Урана вычислил положение невидимой девятой планеты и организовал её поиски, которые привели к открытию Плутона в 1930 году К. У. Томбо (1906–1997).

Уильям Кэмпбелл (1862–1938) – американский астроном, спектроскопист. Директор Ликской обсерватории в 1900–1930 годах.

Генриетта Ливитт (1868–1921) – астроном, работала в Гарвардской обсерватории с 1893 по 1921 год. Открыла 4 новых и 2400 переменных звёзд. В 1908 году обнаружила особый класс звёзд-гигантов – цефеид, позволивших измерять галактические и межгалактические расстояния.

Виллем де Ситтер (1872–1934) – голландский астроном и математик. Получил важные нестационарные космологические решения эйнштейновских уравнений («пространство де Ситтера», «вселенная де Ситтера»).

Весто Мелвин Слайфер (1875–1969) – астроном Лоуэлловской обсерватории (с 1916 по 1952 год – её директор). Определил скорость движения Андромеды и открыл разбегание галактик.

Эдвард Фэсс (1878–1959) – американский астроном, работавший в Ликской обсерватории.

Артур Стэнли Эддингтон (1882–1944) – выдающийся английский астрофизик. Директор Кембриджской обсерватории с 1914 года. Знаток и популяризатор теории относительности Эйнштейна. В 1919 году при полном затмении Солнца подтвердил предсказание Эйнштейна об отклонении света звезды в искривлённом пространстве. Создатель теории строения звёзд. В 1920-х годах выдвинул теорию о термоядерном источнике светимости звёзд. Высказал правильное предположение о причине пульсаций звёзд-цефеид.

Эдвин Хаббл (1889–1953) – юрист по образованию, ставший астрономом обсерватории Маунт-Вилсон. Предложил классификацию галактик по форме (диаграмма Хаббла). Нашёл цефеиды в туманности Андромеды и оценил расстояние до неё в 900 тысяч световых лет (по современным данным – два с половиной миллиона световых лет). Показал, что скорость разбегания галактик пропорциональна расстоянию до них (закон Хаббла).

Жорж Леметр (1894–1966) – бельгийский астроном, математик и католический священник. Внес важный вклад в разработку теории расширяющейся Вселенной.

Цефеиды – пульсирующие жёлтые звёзды-гиганты, которые меняют свой размер и блеск с периодом в несколько дней. Ближайшей к нам цефеидой является Полярная звезда. Период пульсации цефеид зависит от их массы и тем самым связан со средней светимостью звезды. Физическую модель пульсаций цефеид построил российский астроном Сергей Владимирович Жевакин (1916–2001).

Туманность Андромеды (М31 по каталогу Мессье) – спиральная галактика, ближайшая к Млечному Пути. Расположена в созвездии Андромеды на расстоянии 2,5 миллиона световых лет от Земли.

Галактика Сомбреро (М104 по каталогу Мессье) – спиральная галактика в созвездии Девы на расстоянии 28 миллионов световых лет от Земли.

Малое Магелланово Облако – карликовая галактика, спутник Млечного Пути. Расположена в созвездии Тукана на расстоянии 200 тысяч световых лет.

Сказка о Королевстве Кривых Пространств и дневных звёздах

Королева Никки пришла на ужин к принцессе Дзинтаре. Дети Дзинтары – Андрей и Галатея – обрадовались и после ужина сразу потребовали:

– Расскажи сказку!

Королева давно знает: идёшь в гости к принцессе – неси сказку в зубах, а то принцессовы… то есть принцессины… дети живой не выпустят.

– Ох и хитрую сказку вам сейчас поведаю, сразу все ваши извилины в узелок завяжутся.

– Не завяжутся! – смело воскликнул Андрей.

– А мы маму попросим – она потом развяжет, – осторожно сказала Галатея. – Она даже мои шнурки ухитряется развязывать.

И Никки начала сказку:

– Жил-был мудрый учёный Эйнштейн. И любил он ставить мысленные эксперименты. Они очень удобны – ведь для них никакого оборудования не надо, кроме самого важного прибора – головы.

Придумал Эйнштейн такой мысленный эксперимент:

«Найдём огромный гладкий пустырь. Поставим на пустыре пушку, которая стреляет круглыми ядрами параллельно земле, то есть – горизонтально. Посадим рядом с пушкой невысокую яблоню с большими яблоками. Когда пушка выстрелит, с яблони одновременно сорвётся яблоко. И полетят с одной высоты два предмета: ядро – над землей по пологой кривой, а яблоко – вниз по прямой. Кто быстрее достигнет земли – ядро или яблоко?»

Провёл мысленный эксперимент Эйнштейн и получил удивительный результат: ядро и яблоко ударятся в землю одновременно, только очень далеко друг от друга.

Много выстрелов из своей мысленной пушки сделал Эйнштейн – его соседи даже забеспокоились и стали жаловаться в полицию на странные вибрации дома.

Какое бы тело ни брал Эйнштейн – свинцовое ядро, деревянное яблоко, лебединое пёрышко – все они падали на землю одинаково. Конечно, без влияния воздуха – в мысленном эксперименте весь воздух с планеты можно было откачать одним движением мысли.

«Почему все тела разного веса так одинаково себя ведут?» – задумался Эйнштейн. И думал он десять лет, десять месяцев и десять дней.

Наконец он понял, что объяснить поразительно одинаковое поведение разных предметов в гравитационном поле можно, если предположить, что каждое тело во время падения катится по невидимой искривлённой поверхности, как по рельсам. А рельсы – они прочные, им всё равно, кто по ним катится – тяжёлый поезд или лёгкая дрезина.

Тем самым открыл Эйнштейн новый закон: тяготение – это движение в искривлённом пространстве вокруг массивных тел. Как санки с горы катятся вниз, так и все тела падают в искривлённом пространстве Земли или Солнца.

Галилей открыл закон, по которому тела любят двигаться по самым прямым линиям без всякого ускорения. Эйнштейн подтвердил – именно так всё и происходит даже в искривлённом пространстве возле Земли, да вот только самая прямая линия в кривом пространстве тоже кривая и называется геодезической. Попробуйте нарисовать прямую линию на поверхности глобуса – у вас не получится ничего прямее кривого меридиана.

Когда поезд едет между Москвой и Петербургом, то пассажирам кажется, что их дорога пряма как стрела, на самом деле они движутся по дуге на поверхности земного шара. Обитателям геодезической линии их жизнь и движение кажутся прямыми и равномерными, но их пространство искривлено, поэтому никому из его обитателей верить нельзя – только Мистеру Тензорному Анализу. Сами жители Кривландии не замечают, как они ускоряются возле Земли. Они при падении испытывают невесомость – летят, нежатся, а потом – хлоп! – прибыли, вылезай: рельсы закончились на земной поверхности. Кто ушибся – Эйнштейн не виноват.

– Готово дело, у меня ни одной незапутанной извилины не осталось! – воскликнула Галатея.

– Не мешай, – нетерпеливо сказал Андрей. – Потом я сам тебе всё распутаю.

Королева улыбнулась:

– Представить себе искривлённое пространство непросто. Люди тысячелетиями жили в прозрачном пространстве Евклида. Его легко описать тремя координатами, оно похоже на комнату со своей высотой, длиной и шириной. Отдельно от пространства существовало время, которое равномерно течёт сквозь наш мир – или несёт его вперёд, в будущее. В своей теории гравитации Эйнштейн связал три пространственные координаты и время в единое четырёхмерное пространство – и показал, что оно должно быть искривлено возле звёзд и планет! Такое искривлённое пространство описал ещё математик Риман, а Эйнштейн сумел доказать, что именно риманово пространство отвечает за ньютоновскую силу притяжения. Это была ошеломляющая мысль: таинственное время и неуловимое пространство оказались столь реальными и осязаемыми, что их странные свойства стали влиять на жизнь людей!