Звездное небо

При сжатии протозвезды температура ее повышается и значительная часть освобождающейся потенциальной энергии излучается в окружающее пространство. Так как размеры сжимающегося газового шара очень велики, то излучение с единицы его поверхности будет незначительным. Коль скоро поток излучения с единицы поверхности пропорционален четвертой степени температуры (закон Стефана - Больцмана), температура поверхностных слоев звезды сравнительно низка, между тем как ее светимость почти такая же, как у обычной звезды с той же массой. Поэтому на диаграмме «спектр - светимость» такие звезды расположатся вправо от главной последовательности, т.е. попадут в область красных гигантов или красных карликов, в зависимости от значений их первоначальных масс.

В дальнейшем протозвезда продолжает сжиматься. Ее размеры становятся меньше, а поверхностная температура растет вследствие чего спектр становится все более ранним. Таким образом, двигаясь по диаграмме «спектр - светимость», протозвезда довольно быстро «сядет» на главную последовательность. В этот период температура звездных недр уже оказывается достаточной для тою, чтобы там начались термоядерные реакции. При этом давление газа внутри будущей звезды уравновешивает притяжение и газовый шар перестает сжиматься. Протозвезда становится звездой.

ГЛАВА 10 ОБРАЗОВАНИЕ ЗВЕЗД

Чтобы пройти самую раннюю стадию своей эволюции, протозвездам нужно сравнительно немного времени. Если, например, масса протозвезды больше солнечной, нужно всего лишь несколько миллионов лет, если меньше - несколько сот миллионов лет. Так как время эволюции протозвезд сравнительно невелико, эту самую раннюю фазу развития звезды обнаружить трудно. Все же звезды в такой стадии, по-видимому, наблюдаются. Мы имеем в виду очень интересные звезды типа Т Тельца, обычно погруженные в темные туманности.

Б 5966 г. совершенно неожиданно выявилась возможность наблюдать протозвезды на ранних стадиях их эволюции. Велико же было удивление радиоастрономов, когда при обзоре неба на волне 18 см, соответствующей радиолинии ОН, были обнаружены яркие, чрезвычайно компактные (т.е. имеющие малые угловые размеры) источники. Это было настолько неожиданно, что первое время отказывались даже верить, что столь яркие радиолинии могут принадлежать молекуле гидроксила. Была высказана гипотеза, что эти линии принадлежат какой-то неизвестной субстанции, которой сразу же дали «подходящее» имя «мистериум». Однако «мистериум» очень скоро разделил судьбу своих оптических «братьев» - «небулия» и «короння». Дело в том, что многие десятилетия яркие линии туманностей и солнечной короны не поддавались отождествлению с какими бы то ни было известными спектральными линиями. Поэтому их приписывали неким, неизвестным на земле, гипотетическим элементам - «небулию» и «коронию». В 1939-1941 гг. было убедительно показано, что загадочные линии «корония» принадлежат многократно ионизованным атомам железа, никеля и кальция.

Если для «развенчания» «небулия» и «корония» потребовались десятилетия, то уже через несколько недель после открытия стало ясно, что линии «мистериума» принадлежат обыкновенному гидроксилу, но только находящемуся в необыкновенных условиях.

Итак, источники «мистериума» - это гигантские, природные космические мазеры, работающие на волне линии гидроксила, длина которой 18 см. Именно в мазерах (а на оптических и инфракрасных частотах - в лазерах) достигается огромная яркость в линии, причем спектральная ширина ее мала. Как известно, усиление излучения в линиях благодаря такому эффекту возможно тогда, когда среда, в которой распространяется излучение, каким-либо способом «активирована». Это означает, что некоторый «сторонний» источник энергии (так называемая «накачка») делает концентрацию атомов или молекул на исходном (верхнем) уровне аномально высокой. Без постоянно действующей «накачки» мазер или лазер невозможны. Вопрос о природе механизма «накачки» космических мазеров, пока еде окончательно не решен. Однако, скорее всего «накачкой» служит достаточно мощное инфракрасное излучение. Другим возможным механизмом «накачки» могут быть некоторые химические реакции.

Механизм «накачки» этих мазеров пока еще не совсем ясен, все же можно составить себе грубое представление о физических условиях в облаках, излучающих мазерным механизмом линию 18 см. Прежде всего, оказывается, что эти облака довольно плотны: в кубическом сантиметре там имеется, по крайней мере, 10⁸-10⁹ частиц, причем существенная (а может быть и большая) часть их - молекулы. Температура вряд ли превышает две тысячи градусов, скорее всего она порядка 1000 градусов. Эти свойства резко отличны от свойств даже самых плотных облаков межзвездного газа. Учитывая еще сравнительно небольшие размеры облаков, мы невольно приходим к выводу, что они скорее напоминают протяженные, довольно холодные атмосферы звезд - сверхгигантов. Очень похоже, что эти облака есть не что иное, как ранняя стадия развития протозвезд, следующая сразу за их конденсацией из межзвездной среды. В пользу этого утверждения (которое автор этой книги высказал еще в 1966 г.) говорят и другие факты. В туманностях, где наблюдаются космические мазеры, видны молодые горячие звезды. Следовательно, там недавно закончился и, скорее всего, продолжается и в настоящее время, процесс звездообразования. Пожалуй, самое любопытное это то, что, как показывают радиоастрономические наблюдения, космические мазеры этого типа как бы «погружены» в небольшие, очень плотные облака ионизованного водорода. В этих облаках имеется много космической пыли, что делает их ненаблюдаемыми в оптическом диапазоне. Такие «коконы» ионизуются молодой, горячей звездой, находящейся внутри них. При исследовании процессов звездообразования весьма полезной оказалась инфракрасная астрономия. Ведь для инфракрасных лучей межзвездное поглощение света не так существенно.

Мы можем теперь представить следующую картину: из облака межзвездной среды, путем его конденсации, образуются несколько сгустков разной массы, эволюционирующих в протозвезды. Скорость эволюции различна: для более массивных сгустков она будет больше. Поэтому раньше всего превратится в горячую звезду наиболее массивный сгусток, между тем как остальные будут более или менее долго задерживаться на стадии протозвезды. Их-то мы и наблюдаем как источники мазерного излучения в непосредственной близости от «новорожденной» горячей звезды, ионизующей не сконденсировавший в сгустки водород «кокона». Разумеется, эта грубая схема будет в дальнейшем уточняться, причем, конечно, в нее будут внесены существенные изменения. Но факт остается фактом: неожиданно оказалось, что некоторое время (скорее всего - сравнительно короткое) новорожденные протозвезды, образно выражаясь, «кричат» о своем появлении на свет, пользуясь новейшими методами квантовой радиофизики (т.е. мазерами).

Оказавшись на главной последовательности и перестав сжигаться, звезда длительно излучает практически не меняя своего положения на диаграмме «спектр - светимость». Ее излучение поддерживается термоядерными реакциями, идущими в центральных областях. Таким образом, главная последовательность представляет собой как бы геометрическое место точек на диаграмме «спектр - светимость», где звезда (в зависимости от ее массы) может длительно и устойчиво излучать благодаря термоядерным реакциям. Место звезды на главной последовательности определяется ее массой. Следует заметить, что имеется еще один параметр, определяющий положение равновесной излучающей звезды на диаграмме «спектр- светимость». Таким параметром является первоначальный химический состав звезды. Если относительное содержание тяжелых элементов уменьшится, звезда «ляжет» на диаграмме ниже. Именно этим обстоятельством объясняется наличие последовательности субкарликов. Как уже говорилось выше, относительное содержание тяжелых элементов у этих звезд в десятки раз меньше, чем у звезд главной последовательности.

Время пребывания звезды на главной последовательности определяется ее первоначальной массой. Если масса велика, излучение звезды имеет огромную мощность и она довольно быстро расходует запасы своего водородного «горючего». Так, например, звезды главной последовательности с массой, превышающей солнечную в несколько десятков раз (это горячие голубые гиганты спектрального класса О), могут устойчиво излучать, находясь на этой последовательности всего лишь несколько миллионов лет, в то время как звезды с массой, близкой к солнечной, находятся на главной последовательности 10-15 млрд. лет.

«Выгорание» водорода (т.е. превращение его в гелий при термоядерных реакциях) происходит только в центральных областях звезды. Это объясняется тем, что звездное вещество перемешивается лишь в центральных областях звезды, где идут ядерные реакции, в то время как наружные слон сохраняют относительное содержание водорода неизменным. Так как количество водорода в центральных областях звезды ограниченно, рано или поздно (в зависимости от массы звезды) он там практически весь «выгорит». Расчеты показывают, что масса и радиус центральной ее области, в которой идут ядерные реакции, постепенно уменьшаются, при этом звезда медленно перемещается на диаграмме «спектр - светимость» вправо. Этот процесс происходит значительно быстрее у сравнительно массивных звезд.

Что же произойдет со звездой, когда весь (или почти весь) водород в ее ядре «выгорит»? Так как выделение энергии в центральных областях звезды прекращается, температура и давление не могут поддерживаться там на уровне, необходимом для противодействия силе тяготения, сжимающей звезду. Ядро звезды начнет сжиматься, а температура его будет повышаться. Образуется очень плотная горячая область, состоящая из гелия (в который превратился водород) с небольшой примесью более тяжелых элементов. Газ в таком состоянии носит название «вырожденного». Он обладает рядом интересных свойств. В этой плотной горячей области ядерные реакции происходить не будут, но они будут довольно интенсивно протекать на периферии ядра, в сравнительно тонком слое. Звезда как бы «разбухает», и начнет «сходить» с главной последовательности, переходя в области красных гигантов. Далее, оказывается, что звезды гиганты с меньшим содержанием тяжелых элементов будут иметь при одинаковых размерах более высокую светимость.

ГЛАВА 11 КОНЕЦ ЗВЕЗДЫ

Что произойдет со звездами, когда реакция «гелий - углерод» в центральных областях исчерпает себя, так же как и водородная реакция в тонком слое, окружающем горячее плотное ядро? Какая стадия эволюции наступит вслед за стадией красного гиганта?

11.1 Белые карлики

Совокупность данных наблюдений, а также ряд теоретических соображений говорят о том, что на этом этапе эволюции звезды, масса которых меньше, чем 1,2 массы Солнца, существенную часть своей массы, образующую их наружную оболочку, «сбрасывают». Такой процесс мы наблюдаем, по-видимому, как образование так называемых «планетарных туманностей». После того как от звезды отделится со сравнительно небольшой скоростью наружная оболочка, «обнажатся» ее внутренние, очень горячие слои. При этом отделившаяся оболочка будет расширяться, все дальше и дальше отходя от звезды.

Мощное ультрафиолетовое излучение звезды - ядра планетарной туманности - будет ионизовать атомы в оболочке, возбуждая их свечение. Через несколько десятков тысяч лет оболочка рассеется и останется только небольшая очень горячая плотная звезда. Постепенно, довольно медленно остывая, она превратится в белый карлик.

Таким образом, белые карлики как бы «вызревают» внутри звезд - красных гигантов - и «появляются на свет» после отделения наружных слоев гигантских звезд. В других случаях сбрасывание наружных слоев может происходить не путем образования планетарных туманностей, а путем постепенного истечения атомов. Так или иначе, белые карлики, в которых весь водород «выгорел» и ядерные реакции прекратились, по-видимому, представляют собой заключительный этап эволюции большинства звезд. Логическим выводом отсюда является признание генетической связи между самыми поздними этапами эволюции звезд и белыми карликами.

11.2 Черные карлики

Постепенно остывая, они все меньше и меньше излучают, переходя в невидимые «черные» карлики. Это мертвые, холодные звезды очень большой плотности, в миллионы раз плотнее воды. Их размеры меньше размеров земного шара, хотя массы сравнимы с солнечной. Процесс остывания белых карликов длится много сотен миллионов лет. Так кончает свое существование большинство звезд. Однако финал жизни сравнительно массивных звезд может быть значительно, более драматическим.

11.3 Нейтронные звезды

Если масса сжимающейся звезды превосходит массу Солнца более чем в 1,4 раза, то такая звезда, достигнув стадии белого карлика, на том не остановится. Гравитационные силы в этом случае очень велики, что электроны вдавливаются внутрь атомных ядер. В результате изотопы превращаются в нейтроны способные прилетать друг к другу без всяких промежутков. Плотность нейтронных звезд превосходит даже плотность белых карликов; но если масса материала не превосходит 3 солнечных масс, нейтроны, как и электроны, способны сами предотвратить дальнейшее сжатие. Типичная нейтронная звезда имеет в поперечнике всего лишь от 10 до 15 км, а один кубический сантиметр ее вещества весит около миллиарда тонн. Помимо неслыханно громадной плотности, нейтронные звезды обладают еще двумя особыми свойствами, которые позволяют их обнаружить, невзирая на столь малые размеры: это быстрое вращение и сильное магнитное поле. В общем, вращаются все звезды, но когда звезда сжимается, скорость ее вращения возрастает - точно так же, как фигурист на льду вращается гораздо быстрее, когда прижимает к себе руки. Нейтронная звезда совершает несколько оборотов в секунду. Наряду с этим исключительно быстрым вращением, нейтронные звезды имеют магнитное поле, в миллионы раз более сильное, чем у Земли.

11.4 Пульсары

Первые пульсары были открыты в 1968 г., когда радиоастрономы обнаружили регулярные сигналы, идущие к нам из четырех точек Галактики. Ученые были поражены тем фактом, что какие-то природные объекты могут излучать радиоимпульсы в таком правильном и быстром ритме. В начале, правда, ненадолго астрономы заподозрили участие неких мыслящих существ, обитающих в глубинах Галактики. Но вскоре было найдено естественное объяснение. В мощном магнитном поле нейтронной звезды, движущиеся по спирали электроны генерируют радиоволны, которые излучаются узким пучком, как луч прожектора. Звезда быстро вращается, и радиолуч пересекает линию нашего наблюдения, словно маяк. Некоторые пульсары излучают не только радиоволны, но и световые, рентгеновские и гамма-лучи. Период самых медленных пульсаров около четырех секунд, а самых быстрых - тысячные доли секунды. Вращение этих нейтронных звезд было по каким-то причинам еще более ускорено; возможно, они входят в двойные системы.

11.5 Сверхновые

Звезды, массы которых не достигают 1,4 солнечной, умирают тихо и безмятежно. А что происходит с более массивными звездами? Как возникают нейтронные звезды и черные дыры? Катастрофический взрыв, которым заканчивается жизнь массивной звезды, - это воистину впечатляющее событие. Это самое мощное из природных явлений, совершающихся в звездах. В мгновение высвобождается больше энергии, чем излучает ее наше Солнце за 10 миллиардов лет. Световой поток, посылаемый одной гибнущей звездой, эквивалентен целой галактике, а ведь видимый свет составляет лишь малую долю полной энергии. Остатки взорвавшейся звезды разлетаются прочь со скоростями до 20 000 км в секунду.

Такие грандиозные звездные взрывы называются сверхновыми. Сверхновые - довольно редкое явление. Каждый год и других галактиках обнаруживают от 20 до 30 сверхновых, главным образом в результате систематического поиска. За столетие в каждой галактике их может быть от одной до четырех. Однако в нашей собственной Галактике сверхновых не наблюдали с 1604 г. Может быть, они и были, но остались невидимыми из-за большого количества пыли в Млечном Пути.

11.6 Черные дыры

От звезды, имеющей массу больше, чем три солнечных, и радиус больше 8,85километра, свет уже не сможет уйти от нее в пространство. Уходящий от поверхности луч искривляется в поле силы тяжести так сильно, что возвращается обратно на поверхность. Кванты света - фотоны - излучаемые телом, возвращаются обратно, как брошенные вверх на земле камни. Никакое излучение не прорывается во внешний мир, чтобы донести весть о печальной судьбе звезды.

Превратившись в черную дыру, небесное тело не исчезает из Вселенной. Оно дает о себе знать внешнему миру благодаря своей гравитации. Черная дыра поглощает световые лучи, идущие от нее на более значительное расстояние. Черная дыра может вступать в гравитационное взаимодействие с другими телами: она может удерживать около себя планеты или образовывать с другой звездой двойную систему.

Мы неоднократно подчеркивали, что скорость эволюции звезд определяется их первоначальной массой. Так как по ряду признаков со времени образования нашей звездной системы - Галактики - прошло около 15-20 млрд. лет, то за это конечное (хотя и огромное) время весь описанный эволюционный путь прошли только те звезды, массы которых превышают некоторую величину. По-видимому, эта «критическая» масса всего лишь на 10-20% превышает массу Солнца. С другой стороны, как уже подчеркивалось, процесс образования звезд из межзвездной газово-пылевой среды происходил в нашей Галактике непрерывно. Он происходит и сейчас. Именно поэтому мы наблюдаем горячие массивные звезды в левой верхней части главной последовательности. Но даже звезды, образовавшиеся в самом начале формирования Галактики, если их масса их меньше чем 1,2 солнечной, еще не успели сойти с главной последовательности. Заметим, кстати, что темп звездообразования в настоящее время значительно ниже, чем много миллиардов лет назад. Солнце образовалось около 5 млрд. лет назад, когда Галактика уже давно сформировалась и в основных чертах была сходна с «современной». Вот уже, по крайней мере, 4,5 млрд. лет оно «сидит» на главной последовательности, устойчиво излучая благодаря ядерным реакциям превращения водорода в гелий, протекающим в его центральных областях. Сколько еще времени это будет продолжаться? Расчеты показывают, что наше Солнце станет красным гигантом через 8 млрд. лет. При этом его светимость увеличится в сотни раз, а радиус - в десятки. Эта стадия эволюции нашего светила займет несколько сот миллионов лет. Наконец, тем или иным способом разбухшее Солнце сбросит свою оболочку и превратится в белый карлик. Вообще говоря, нам, конечно, небезразлична судьба Солнца, так как с нею тесно связано развитие жизни на Земле.

туманность взрыв звезда солнце

ГЛАВА 12 СОЛНЦЕ

12.1 Химические свойства

Возраст Солнца примерно равен 4,7 миллиарда лет. Кто знает, как долго пребывало Солнце в своём гордом одиночестве, прежде чем неведомая странница облагодетельствовала его семьёй? Ведь возможно, что планетная система появилась сравнительно недавно, а его собственное существование исчисляется десятками или даже сотнями миллиардов лет.

Подобный чудовищный срок жизни Солнца стал казаться реальным с тех пор, как был понят взаимный переход массы в энергию и обратно. Излучение Солнца поддерживалось за счёт его массы, но кто мог сказать, какова была его первоначальная масса? Если она была вдвое больше современной и убывала постоянно с теперешней скоростью, то для того, чтобы обладать своей теперешней массой, Солнце должно было просуществовать 1500 миллиардов лет. И, следовательно, при нынешней мощности излучения ему предстоит просуществовать ещё около 1500 миллиардов лет, прежде чем оно исчезнет совсем.

Однако представляется чрезвычайно маловероятным, чтобы масса терялась с одинаковой скоростью до полного исчезновения. Физики, работавшие с атомными ядрами, убедились, что энергия производится за счёт массы обычно в тех случаях, когда ядра одного вида превращались в ядра другого вида. При этом лишь очень незначительная часть общей массы преобразуется в энергию. Таким образом, если Солнце получает свою энергию от проходящих внутри него ядерных реакций, оно может потерять лишь незначительную долю своей массы. Затем, когда все ядра его вещества будут преобразованы в ядра нового вещества, ядерные реакции прекратятся. И хотя Солнце сохранит ещё огромную массу, оно не будет производить никакой или почти никакой энергии.

Итак, количество содержащейся в Солнце энергии, а следовательно, и срок его существования в прошлом и в будущем зависят от характера происходящих в нём ядерных реакций. Но как могли учёные определить этот характер? На первый взгляд такая задача представляется неразрешимой: ведь сначала нужно определить, из каких веществ состоит Солнце и в каких условиях эти вещества находятся, а уж потом пытаться установить, какого типа ядерные реакции будут происходить в таких веществах при подобных условиях.

Да, конечно, это очень сложная задача. Во-первых как определить химический состав Солнца с расстояния 150000000 км.? В начале XIX в. казалось нелепым даже мечтать о подобной возможности. Французский философ Огюст Конт (1798-1875), рассматривая вопрос об абсолютных пределах человеческого знания, в качестве примера непознанных и навеки не познаваемых фактов привёл химический состав небесных тел.

Однако не всё, что связанно с Солнцем, находится от нас на расстоянии 150000000км. Его излучения преодолевает космическое пространство и достигает нас. По мере того как XIX в. близился к концу, учёные находили всё новые способы извлекать всё больше сведений из этого излучения.

В 1929 г. американский астроном Генри Норрис Рессел (1877-1957) изучил солнечные спектры, и ему удалось установить, что солнце поразительно богато водородом. Он решил, что на водород приходится три пятых всего объёма Солнца. Это было абсолютной неожиданностью, так как водород, хотя и не является редким элементом в точном смысле этого слова, составляет всего лишь 0,14% земной коры.

Однако последующие исследования показали, что Рессел был слишком осторожен в своей оценке. Недавние подсчёты американского астронома Дональда Говарда Мензела (род. 1901) показывают, что водород составляет 81,76% объёма Солнца, а гелий 18,17%, так что на долю всех остальных элементов остается только 0,07%.

По-видимому можно с уверенностью сказать, что Солнце практически представляет собой светящуюся смесь водорода и гелия в пропорции (по объему) 4:1. Английский астроном Джозеф Норман Локьер (1836-1920) предположил, что некоторые неопознанные линии солнечного спектра принадлежат ещё не открытому элементу, который он в честь греческого бога солнца Гелиоса назвал гелием. На Земле же гелий был обнаружен шотландским химиком Ульямом Рамзеем (1852-1916) только в 1895 г.

12.2 Температура поверхности Солнца

Когда стал известен Химический состав Солнца, число ядерных реакций, которые могли бы служить возможным источником огромного количества вырабатываемой Солнцем энергии, резко сократилось. Само собой разумелось, что говорить можно было только о реакциях, топливом в которых служи водород и, может быть, отчасти гелий. Никакие другие элементы не представлены на Солнце в достаточных количествах.

В таком случае ежесекундная потеря Солнцем 4600000т. массы - это потеря массы в результате превращения водорода в гелий. Водород является ядерным топливом Солнца, а гелий - его ядерным «пеплом». Поскольку потеря массы в ходе превращения водорода в гелий составляет 0,73% всей массы сливающегося водорода, ежесекундная потеря 4600000т. массы означает, что каждую секунду 630000000 т. водорода превращается в гелий.

Этот факт позволяет предположительно оценить возраст Солнца. Общую массу Солнца можно вычислить, исходя из силы, с которой оно притягивает Землю на расстоянии 150000000 км; она составляет 2220000000000000000000000000 т. Каждую секунду прибавляется 630000000 т. водорода, и если мы примем, что первоначально Солнце состояло только из водорода, что атомы этого водорода всё время сливались в гелий с одной и той же скоростью и что солнечное вещество всегда хорошо перемешивалось, то можно подсчитать, сколько требуется секунд, чтобы количество водорода уменьшилось со 100 до 81,76%. Оказывается, на это потребовалось бы 20 миллиардов лет. А для того, чтобы израсходовать всё оставшееся водородное топливо, потребуется ещё 90 миллиардов лет.

Разумеется, было бы слишком смело полагать, что скорость синтеза гелия из водорода останется неизменной до полного истощения запаса топлива или что она всегда была такой же, как и теперь. Несомненно, присутствие разных количеств гелиевого «пепла» может оказать влияние на скорость реакции или даже на её характер.

Но одного предположения, что солнечная энергия пополняется за счёт слияния водорода в гелий, было ещё недостаточно. Необходимо было ещё доказать, что на Солнце существуют условия для такого слияния. У нас на Земле есть большие запасы водорода, хотя бы в мировом океане, и всё же синтеза гелия из его атомов не происходит. Если бы они начали сливаться, Земля взорвалась бы и испарилась, в очень маленькую и очень недолговечную звезду. С другой стороны, если бы такую реакцию можно было проводить медленно и под контролем, человечество было бы обеспечено энергией на миллионы лет. Однако условия на Земле таковы, что возможность самопроизвольного слияния атомов водорода исключена, а учёным не удалось создать условий для контролируемой реакции. Единственное, что они сумели сделать, - это добиться неконтролируемого превращения в гелий небольших количеств водорода, создав водородную бомбу 50-х годов.

В 1893 г. немецкий физик Вильгельм Вин (1864-1928) подробно изучил это явление. Каждой температуре соответствует свой максимум излучения - волна определённой длины, преобладающая в этом излучении. Вин обнаружил, что по мере повышения температуры этот пик смещается в сторону коротких волн, причём его смещение может быть выражено простой математической формулой. Таким образом, если при излучении спектра какого-либо предмета удаётся установить пик излучения этого спектра, можно узнать температуру самого предмета. Характер спектральных линий тоже меняется с изменением температуры, и они тоже помогают её определить.

По солнечному спектру удалось установить, что температура поверхности Солнца составляет 6000'С. Таким же способом можно определить температуру поверхности других звёзд, и некоторые из них оказались более горячими, чем Солнце. Температура поверхности Сириуса, например, равна 11 000'C, а у Альфы Южного Креста она достигает 21000'C.

По земным представлениям очень поверхность Солнца очень горяча. Она достаточно горяча, чтобы расплавить и обратить в пар все известные нам вещества.

12.3 Температура в недрах Солнца

Определение свойств поверхности Солнца было огромным достижением - на первый взгляд оно вообще казалось невозможным. Так насколько же труднее, думается, должно быть изучение недр Солнца!

Однако некоторые выводы о недрах Солнца сделать довольно легко. Например, мы знаем, что поверхность Солнца постоянно излучает в пространство огромное количество тепла, и тем не менее его температура не меняется. Совершенно очевидно, что это тепло должно поступать изнутри с той же скоростью, с какой оно излучается в пространство, а отсюда следует, что недра Солнца должны быть более горячими, чем его поверхность.

Поскольку поверхность Солнца уже на столько горяча, что на ней превращаются в пар любые известные вещества, и поскольку внутренние области Солнца ещё горячее, напрашивается вывод, что всё Солнце газообразно, что просто шар сверхраскалённого газа. Если это так, то можно считать, что астрономам очень повезло, ибо свойства газа установить легче, чем свойства жидкостей и твёрдых тел.

В 20-х годах ХХ в. вопросом о внутреннем строении Солнца занялся английский астроном Артур Стенли Эддингтон (1882-1944), исходивший из предположения, что звёзды представляют собой газовые шары.

Эддингтон рассуждал так: раз Солнце - всего лишь газовый шар, то, если бы на него воздействовала только сила его собственного тяготения, оно стремительно сжалось бы. А поскольку этого не происходит, значит, силу тяготения уравновешивает какая-то другая сила, действие которой направленно изнутри наружу. Такая направленная наружу сила могла возникнуть благодаря стремлению газов расширяться под действием высокой температуры.

Исходя из значений массы Солнца и силы его тяготения, Эддингтон в 1926 г. рассчитал, какие температуры необходимы для того, чтобы уравновешивать силу тяготения на различной глубине под поверхностью Солнца. Он получил потрясающие цифры. Температура в центре Солнца должна была достигать гигантской величины в 15000000'C. Согласно современным расчётам она ещё выше: 21000000'C.

Несмотря на всю поразительность этих результатов, большинство астрономов согласилось с ними. Во-первых, такие температуры были необходимы для того, чтобы могло происходить слияние атомов водорода. Хотя поверхность Солнца намного холоднее, чем требуется для этой реакции, внутренние области, согласно расчётам Эддингтона, оказались, безусловно, достаточно горячими для неё.

Во-вторых, рассуждения Эддингтона помогали объяснить и некоторые другие явления. Солнце находилось в состоянии чуткого равновесия между силой тяготения, обращённой внутрь, и действием температуры, направленным наружу.

После того как все астрономы пришли к согласию относительно температуры и давления во внутренних областях Солнца, оставалось выяснить процессы, позволяющие водороду при этих условиях превращаться в гелий со скоростью, которая была бы достаточна для объяснения общего количества солнечного излучения. В 1939 г. американский физик, немец по происхождению, Ганс Альбрехт Бете (род. в 1906 г.) сумел разработать проходящий цикл ядерных реакций. Скорость их протекания в условиях, царящих внутри Солнца, вполне отвечала этим требованиям.

Таким образом, вопрос об источнике солнечной энергии, поставленным Гельмгольцем в 40-х годах XIX в., Бете окончательно разрешил почти 100 лет спустя. А вместе с этим была также установлена возможная длительность жизни Солнца - 100 миллиардов лет.

ГЛАВА 13 ЛЕГЕНДЫ О ЗВЕЗДНОМ НЕБЕ

13.1 История названия созвездий

История созвездий очень интересна. Ещё очень давно наблюдатели неба объединили наиболее яркие и заметные группы звёзд в созвездия и дали им различные наименования. Это были имена различных мифических героев или животных, персонажей легенд и сказаний - Геркулес, Центавр, Телец, Цефей, Кассиопея, Андромеда, Пегас и др.

В названиях созвездий Павлин, Тукан, Индеец, Юж. Крест, Райская Птица была отражена эпоха Великих географических открытий.

Созвездий очень много - 88. Но не все из них яркие и заметные. Наиболее богато яркими звёздами зимнее небо.

На первый взгляд, названия многих созвездий кажутся странными. Часто в расположении звёзд очень трудно или даже просто невозможно рассмотреть то, о чём говорит название созвездия. Большая Медведица, например, напоминает ковш, очень трудно представить на небе Жирафа или Рысь. Но если вы посмотрите старинные атласы звёздного неба, то на них созвездия изображены в виде животных.

13.2 Что древние греки рассказывали о медведицах

О Большой и Малой Медведицах существует много легенд. Вот одна из них. Когда-то в незапамятные времена, у царя Ликаон, правившего страной Аркадией, была дочь по имени Каллисто. Красота её была столь необыкновенной, что она рискнула соперничать с Герой - богиней и супругой всемогущего верховного бога Зевса. Ревнивая Гера, в конце концов, отомстила Каллисто: пользуясь своим сверхъестественным могуществом, она превратила её в безобразную медведицу. Когда сын Каллисто, юный Аркад, однажды возвратившись с охоты, увидел у дверей своего дома дикого зверя, он ничего не подозревая, чуть не убил свою мать-медведицу. Этому помешал Зевс - он удержал руку Аркада, а Каллисто навсегда взял к себе на небо, превратив в красивое созвездие - Большую Медведицу. В Малую Медведицу заодно была превращена и любимая собака Каллисто. Не остался на Земле и Аркад: Зевс и его превратил в созвездие Волопаса, обречённого навеки сторожить в небесах свою мать.

Главная звезда этого созвездия называется Арктур, что означает «страж медведицы». Большая и Малая Медведицы являются незаходящими созвездиями, наиболее заметными на северном небе.

Существует и другая легенда об околополярных созвездиях. Опасаясь злого бога Кроноса, который пожирал младенцев, мать Зевса Рея спрятала своего новорожденного в пещере, где его вскармливали кроме козы Амалтеи, две медведицы - Мелисса и Гелика, впоследствии помещенные за это на небо. Иногда Мелиссу называют Киносурой, что означает «хвост собаки». В легендах разных народов Большую Медведицу называют часто колесницей, повозкой или просто семью быками.

Рядом со звездой Мицар (от арабского слова «конь») - второй, или средней, звездой в ручке ковша Большой Медведицы - едва заметна звезда Алькор (на арабском языке это означает «всадник», «наездник»). По этим звездам можно проверять зрение; каждая звезда должна быть видна невооруженным глазом.

13.3 Как Персей спас Андромеду

В названиях звездного неба отразился миф о герое Персее. Давным-давно, если верить древним грекам, Эфиопией правил царь по имени Цефей и царица, которую звали Кассиопея. Была у них единственная дочь красавица Андромеда. Царица очень гордилась своей дочерью и однажды имела неосторожность похвастать своей красотой и красотой своей дочери перед мифическими обитательницами моря - Нереидами. Те очень рассердились, так как считали, что они самые красивые на свете. Нереиды пожаловались своему отцу - богу морей Посейдону, чтобы он наказал Кассиопею и Андромеду. И могущественный властелин морей послал на Эфиопию огромное морское чудовище - Кита. Из пасти Кита вырывался огонь, из ушей валил черный дым, хвост был покрыт острыми шипами. Чудовище опустошало и жгло страну, грозило гибелью всему народу. Чтобы умилостивить Посейдона, Цефей и Кассиопея согласились отдать любимую дочь на съедение чудовищу. Красавица Андромеда была прикована цепями к прибрежной скале и покорно ждала своей участи. А в это время на другом краю света один из самых известных легендарных героев - Персей - совершил необыкновенный подвиг. Он проник на остров, где жили горгоны - чудовища в образе женщин, у которых вместо волос кишели змеи. Взгляд горгон был так ужасен, что всякий, рискнувший посмотреть им в глаза, мгновенно окаменевал. Но ничто не могло остановить бесстрашного Персея. Улучив момент, когда горгоны заснули. Персей отрубил голову одной из них - самой главной, самой страшной - горгоне Медузе. В тот же момент из огромного туловища Медузы выпорхнул крылатый конь Пегас. Персей вскочил на Пегаса и помчался на родину. Пролетая над Эфиопией, он заметил прикованную к скале Андромеду, которую вот-вот должен был схватить ужасный Кит. Отважный Персей вступил в схватку с чудовищем. Долго продолжалась эта борьба. Волшебные сандалии Персея подняли его в воздух, он вонзил в спину Киту свой изогнутый меч. Кит взревел и бросился на Персея. Персей направил на чудовище мертвящий взгляд отрубленной головы Медузы, которая была прикреплена к его щиту. Чудовище окаменело и утонуло, превратившись в остров. А Персей расковал Андромеду и привез ее во дворец Цефея. Обрадованный царь отдал Андромеду в жены Персею. В Эфиопии много дней продолжался веселый пир. А на небе с тех пор горят созвездия Кассиопеи, Цефея, Андромеды, Персея. На карте звездного неба вы найдете созвездие Кита, Пегаса. Так древние мифы Земли нашли свое отражение на небе.

13.4 Как крылатый конь Пегас «залетел» на небо

Рядом с Андромедой находится созвездие Пегаса, которое особенно хорошо видно в полночь в середине октября. Три звезды этого созвездия и звезда альфа Андромеды образуют фигуру, получившую у астрономов название «Большой квадрат». Его можно легко найти на осеннем небе. Крылатый конь Пегас возник из обезглавленного Персеем тела Медузы Горгоны, но не унаследовал от нее ничего плохого. Он был любимцем девяти муз - дочерей Зевса и богини памяти Мнемозины, на склоне горы Геликон он выбил копытом источник Иппокрены, вода которого приносила поэтам вдохновение.

И еще одна легенда, в которой упомянут Пегас. Внук царя Сисифа Беллерофонт должен был убить огнедышащее чудовище Химеру (Химера - по-гречески «коза»). Страшилище имело голову льва, туловище козы и хвост дракона. Беллерофонту удалось сразить Химеру с помощью Пегаса. Однажды он увидел крылатого коня, и желание завладеть им охватило юношу. Во сне к нему явилась богиня Афина, любимая дочь Зевса, мудрая и воинственная, покровительница многих героев. Она подарила Беллерофонту чудесную, усмиряющую коней уздечку. С ее помощью Беллерофонт поймал Пегаса и отправился на битву с Химерой. Высоко поднявшись в воздух, он бросал в чудовище стрелы, пока оно не испустило дух.

Но своей удачей Беллерофонт не удовлетворился, а пожелал на крылатом коне подняться на небо, в жилище бессмертных. Зевс, узнав про это, разгневался, привел Пегаса в ярость, и тот сбросил своего всадника на Землю. Пегас после этого поднялся на Олимп, где носил молнии Зевса.

Главная достопримечательность созвездия Пегаса - яркое шаровое скопление. В бинокль видно круглое светящееся туманное пятнышко, края которого искрятся, как огни большого города, видимого с борта самолета. Оказывается, в этом шаровом скоплении заключено около шести миллионов солнц!

13.5 Самое красивое созвездие южного неба

На всем небе нет иного созвездия, которое бы содержало столько интересных и легко доступных для наблюдения объектов, как Орион, расположенный вблизи созвездия Тельца. Орион был сыном Посейдона - бога морей по греческой мифологии (по римской - Нептун). Он был знаменитым охотником, сражался с быком и похвалялся тем, что нет животного, которого он не смог бы победить, за что Гера, могущественная супруга могущественного Зевса, наслала на него Скорпиона. Орион очистил от диких зверей остров Хиос и стал просить у царя этого острова руки его дочери, но тот отказал ему. Орион попытался похитить девушку, и царь отомстил ему: напоив допьяна, он ослепил Ориона. Гелиос возвратил Ориону зрение, но от укуса посланного Герой Скорпиона Орион все же погиб. Зевс поместил его на небе таким образом, что он может всегда уйти от своего преследователя, и действительно, эти два созвездия одновременно на небе не видны никогда.

13.6 Откуда на небе волосы вероники

У древнего созвездия Льва на небе была довольно большая «территория», а сам Лев был обладателем великолепной «кисточки» на хвосте. Но в 243 году до н.э. он ее лишился. Произошла забавная история, о которой гласит легенда.

У египетского царя Птолемея Эвергета была красавица супруга, царица Вероника. Особенно великолепны были ее роскошные длинные волосы. Когда Птолемей отправился на войну, его опечаленная супруга дала клятву богам: если они сохранят ее любимого мужа целым и невредимым, принести в жертву свои волосы. Вскоре Птолемей благополучно вернулся домой, но, увидев остриженную супругу, был расстроен. Царственную чету несколько успокоил астроном Конон, заявив, что боги вознесли волосы Вероники на небо, где им предназначено украшать весенние ночи.

13.7 Созвездие тельца

У древних народов самым главным было созвездие Тельца, так как новый год начинался весной. В зодиаке Телец самое древнее созвездие, поскольку в жизни древних народов скотоводство играло огромную роль, и с быком (тельцом) связывали то созвездие, где Солнце как бы побеждало зиму и возвещало приход весны и лета. Вообще многие древние народы почитали это животное, считали его священным. В Древнем Египте был священный бык Апис, которому поклонялись при его жизни и мумию которого торжественно погребали в великолепной гробнице. Каждые 25 лет Аписа заменяли новым. В Греции бык тоже пользовался большим почетом. На Крите быка звали Минотавр. Герои Эллады Геракл, Тесей, Ясон усмиряли быков. Созвездие Овна также было весьма почитаемо в древности. Верховный бог Египта Амон-Ра изображался с бараньей головой, а дорога к его храму представляла собой аллею из сфинксов с бараньими головами. Считалось, что созвездие Овна названо в честь Овна с золотым руном, за которым и плыли аргонавты. На небе, кстати, существует ряд созвездий, отражающих Корабль Арго. Звезда альфа (самая яркая) этого созвездия называется Гамаль (по-арабски «взрослый баран»). Самая яркая звезда в созвездии Тельца носит название Альдебаран.

13.8 Откуда на небе близнецы

В этом созвездии две яркие звезды находятся очень близко одна от другой. Свое название они получили в честь аргонавтов Диоскуров - Кастора и Поллукса - близнецов, сыновей Зевса, самого могущественного из олимпийских богов, и Леды, легкомысленной земной красавицы, братьев Елены прекрасной - виновницы Троянской войны.

Кастор славился как искусный возничий, а Поллукс как непревзойденный кулачный боец. Они участвовали в походе аргонавтов и калидонской охоте. Но однажды Диоскуры не поделили добычу со своими двоюродными братьями, великанами Идасом и Линкеем. В битве с ними братья были сильно изранены. И когда Кастор умер, бессмертный Поллукс не захотел расстаться с братом и попросил Зевса не разлучать их. С тех пор по воле Зевса братья полгода проводят в царстве мрачного Аида, а полгода - на Олимпе. Бывают периоды, когда в один и тот же день звезда Кастор видна на фоне утренней зари, а Поллукс - вечерней. Возможно, именно это обстоятельство и дало повод к рождению легенды о братьях, обитающих то в царстве мертвых, то на небе.

Братья Диоскуры считались в древности покровителями моряков, попавших в бурю. А появление на мачтах кораблей перед грозой «Огней Святого Эльма» считалось посещением Близнецов их сестрой Еленой. Огни Святого Эльма - светящиеся разряды атмосферного электричества, наблюдаемые на остроконечных предметах (верхушках мачт, громоотвода и т.п.). Диоскуры почитались также как хранители государства и покровители гостеприимства.

В Древнем Риме имела хождение серебряная монета «Диоскуры» с изображением звезд.

13.9 Как на небе появился рак

Созвездие Рака - одно из самых малозаметных зодиакальных созвездий. История его очень интересна. Существует несколько довольно экзотических объяснений происхождения названия этого созвездия. Так, например, всерьез утверждалось, что египтяне поместили в эту область неба Рака как символ разрушения и смерти, потому что это животное питается падалью. Рак движется хвостом вперед. Около двух тысяч лет назад в созвездии Рака находилась точка летнего солнцестояния (т.е. самая большая продолжительность светового дня). Солнце, достигнув в это время предельного удаления к северу начинало «пятиться» назад. Продолжительность дня постепенно уменьшалось.

По классической древней мифологии огромный морской Рак напал на Геракла, когда он боролся с Лернейской Гидрой. Герой раздавил его, но богиня Гера, ненавидевшая Геракла, поместила Рака на небо.

В Лувре хранится знаменитый египетский круг зодиака, в котором созвездие Рака располагается выше всех остальных.

13.10 Страшен ли лев на небе

Около 4,5 тысяч лет назад в этом созвездии находилась точка летнего солнцестояния, и Солнце оказывалось в этом созвездии в самое жаркое время года. Поэтому у многих народов именно Лев стал символом огня.

Ассирийцы так и называли это созвездие «великий огонь», и халдеи связывали свирепого льва с не менее свирепой жарой, Которая была к аждое лето. Они полагали, что Солнце получает дополнительную силу и теплоту, находясь среди звёзд льва.

В Египте тоже связывали это созвездие с летним периодом: стаи львов, спасаясь от жары, перекочевали из пустыни в долину Нила, который в это время разливался. Поэтому египтяне помещали на затворах шлюзов ирригационных каналов, направлявших воду на поля, изображения в виде львиной головы с открытой пастью.

13.11 Дева

Созвездие Девы, расположенное рядом со Львом, это созвездие иногда представлялось сказочным сфинксом - мифическим существом с телом льва и головой женщины. Нередко в ранних мифах Деву отождествляли с Реей, матерью бога Зевса, супругой бога Кроноса. Иногда в ней видели Фемиду, богиню правосудия, которая в своем классическом обличье держит в руках весы (зодиакальное созвездие рядом с Девой). Есть сведения, что в этом созвездии древние наблюдатели видели Астрею, дочь Фемиды и бога Зевса, последнюю из богинь, покинувшую Землю в конце бронзового века. Астрея - богиня справедливости, символ чистоты и невинности, покинула Землю из-за преступлений людей. Такой мы видим Деву в древних мифах.

Деву обычно изображают с жезлом Меркурия и колосом. Спикой (в пер. с латыни «колос») названа самая яркая звезда созвездия. Само название звезды и то, что Дева изображалась с колосом в руках, указывает на связь этой звезды с сельскохозяйственной деятельностью человека. Возможно, что с появлением ее на небе совпадало начало каких-либо земледельческих работ.

13.1 Весы - единственное «неживое» зодиакальное созвездие

Действительно, кажется странным, что среди животных и «полуживотных» в Зодиаке есть знак Весы. Свыше двух тысячелетий назад в этом созвездии находилась точка осеннего равноденствия. Равенство дня и ночи могло стать одной из причин, по которой зодиакальное созвездие получило название «Весы».

Появление на небе Весов в средних широтах указывало, что пришло время сева, а древние египтяне уже в конце весны могли рассматривать это как сигнал к началу уборки первого урожая. Весы - символ равновесия - могли просто напоминать древним земледельцам о необходимости взвесить собранный урожай.

У древних греков Астрея - богиня справедливости с помощью Весов взвешивала судьбы людей. Один из мифов объясняет появление зодиакального созвездия Весы как напоминание людям о необходимости строго соблюдать законы. Дело в том, что Астрея была дочерью всемогущего Зевса и богини правосудия Фемиды. По поручению Зевса и Фемиды Астрея регулярно «инспектировала» Землю (вооружившись весами и завязав повязкой глаза, дабы судить обо всем объективно, снабжать Олимп добротной информацией и беспощадно карать обманщиков, лжецов и всех, кто осмеливался свершить всякого рода несправедливые поступки). Вот Зевс и решил, что Весы дочери следует поместить на небо.

13.13 Действительно ли созвездие похоже на скорпиона

Не только из-за внешнего сходства этому созвездию была отведена роль ядовитого существа.

Солнце вступало в эту область неба поздней осенью, когда вся природа как бы умирала, чтобы вновь возродиться, подобно богу Дионису, ранней весной следующего года. Солнце считалось «ужаленным» каким-то ядовитым существом (кстати, в этой области неба есть и созвездие Змеи!), «от того болело» всю зиму, оставаясь слабым и бледным.

Согласно классической греческой мифологии это тот самый Скорпион, который ужалил великана Ориона и был спрятан богиней Герой на диаметрально противоположной части небесной сферы. Именно он, небесный Скорпион, испугал больше всего несчастного Фаэтона, сына бога Гелиоса, решившего прокатиться по небу на своей огненной колеснице, не послушав предостережений отца.

Другие народы давали этому созвездию свои имена. Например, для жителей Полинезии оно представлялось рыболовным крючком, которым бог Маун вытащил из глубины Тихого океана остров Новая Зеландия. У индейцев майя это созвездие связывалось с именем Ялагау, что означает «Владыка тьмы».

По мнению многих астрономов, знак Скорпиона самый зловещий - символ смерти. Он казался особенно страшным, когда в нем оказывалась планета бедствий - Сатурн.

Скорпион - это созвездие, где нередко вспыхивают новые звезды, кроме того, это созвездие богато яркими звездными скоплениями.

13.14 В кого целится звездный стрелец

По древнегреческой мифологии мудрейший из кентавров Хирон, сын бога Хроноса и богини Фемиды, создал и первую модель небесной сферы. При этом одно место в Зодиаке он отвел для себя. Но его опередил коварный кентавр Кротос, занявший обманом его место и ставший созвездием Стрельца. А самого Хирона бог Зевс превратил после смерти в созвездие Кентавра. Вот так и оказалось на небе целых два кентавра. Злобного Стрельца боится даже сам Скорпион, в которого тот целится из лука.

Иногда можно встретить изображение Стрельца в виде кентавра с двумя лицами: одно обращено назад, другое - вперед. Этим он напоминает римского бога Януса. С именем Януса связан первый месяц года - январь. А Солнце находится в Стрельце зимой.

Таким образом, созвездие как бы символизирует конец старого и начало нового года, причем одно его лицо смотрит в прошлое, а другое - в будущее.

В направлении созвездия Стрельца находится центр нашей Галактики. Если посмотреть на карту звездного неба, то Млечный Путь проходит и через созвездие Стрельца.

Как и Скорпион, Стрелец очень богат красивыми туманностями. Пожалуй, это созвездие больше любого другого заслуживает название «небесная сокровищница». Многие звездные скопления и туманности поразительно красивы.

13.15 Куда скачет козерог

Козерог - мифическое существо с телом козла и хвостом рыбы. По наиболее распространенной древнегреческой легенде козлоногий бог Пан, сын Гермеса, покровитель пастухов, испугался стоглавого великана Тифона и в ужасе бросился в воду. С тех пор он стал водным богом, и у него вырос рыбий хвост. Превращенный богом Зевсом в созвездие, Козерог стал владыкой вод и предвестником бурь. Считалось, что он посылает на землю обильные дожди. По другой легенде - это коза Амалтея, вскормившая своим молоком Зевса.

Индейцы назвали это созвездие Макара, т.е. чудо-дракон, тоже наполовину козел, наполовину - рыба. Некоторые народы изображали его полукрокодилом - полуптицей. Сходные представления бытовали и в Южной Америке. Когда Солнце вступало в созвездие Козерога, индейцы праздновали Новый год, надевая для церемониальных танцев маски, изображавшие козлиные головы. А вот коренные австралийцы называли созвездие Козерога созвездием Кенгуру, за которым гоняются небесные охотники, чтобы убить его и зажарить на большом костре.

У многих древних народов козу почитали как священное животное, в честь козы совершались богослужения. Люди облачались в священные одежды из козьих шкур и приносили дар богам - жертвенного козла.