Если выбрать любую звезду из сотен миллиардов галактик во Вселенной, то можно провести с ней мысленный эксперимент. Вокруг этой звезды вращаются десятки планет и спутников. Представим, что на одной из них есть разумная жизнь. Это одна из десяти миллионов форм жизни на этой планете. И эта подгруппа считает, что все знает. Их мир является центром Вселенной, которая сотворена для них и они знают все ее устройство. Их знание является полным. Насколько серьезно вы воспримите их утверждение?
Наши предки верили, что Вселенная сотворена для них. Было естественно допустить, что мы находимся в ее центре. В конце концов, все выглядит так, как будто все звезды и солнце вращаются вокруг нас. Мы до сих пор говорим, что Солнце восходит. Структура нашего языка, мифы и грезы, унаследованы нами от донаучной эры.
Первом глобус, сделанный в 1492 году, был передовой моделью Земли. На нем было три континента: Европа, Африка, и Азия. Эти три континента разделял один единственный великий мировой океан. Географы тех времен и представить себе не могли, что северные и южные Америки вообще существуют. Весьма ограниченный взгляд, не так ли? Но суть в том, что они знали о своем мире, Земле, бесконечно больше, чем мы знаем о нашем мире, Вселенной.
Как Виктор Гесс открыл космическую радиацию
В 1912 году, Виктор Гесс, совершил несколько полетов над Австрией и открыл нечто, что ученые любят больше всего: загадку, бросающую вызов традиционному научному пониманию. И даже сейчас, век спустя, мы по-прежнему не можем до конца объяснить то, что обнаружил Гесс.
Был открыт новый вид энергии – радиоактивность. Она испускалась некоторыми элементами, такими, как, радий. Но, она также была обнаружена в воздухе, далеко от радиоактивной руды. Она была повсюду. Откуда бралась эта странная энергия? Никто не знал.
Гесс предположил, что она может исходить из-под земли. И чтобы проверить свою гипотезу, он запустил датчики радиоактивности высоко в небо. Во время рискованного подъема на шаре, наполненным водородом, он достиг более пяти километров. Когда он достиг одного из верхних тонких слоев атмосферы, он обнаружил, что радиация здесь была сильнее, более чем в два раза, нежели чем на Земле. Должно быть, она исходит сверху. Вот почему ее интенсивность была слабее, чем на поверхности. Атмосфера Земли поглощает большую ее часть.
Ученые предполагали, что радиация испускается Солнцем. Чтобы проверить эту идею, Гесс поднялся на шаре вверх во время солнечного затмения. Но затмение никак не повлияло на радиацию. Гесс также отметил, что радиация была одинакова и днем и ночью. Она исходила сверху, но не от Солнца. Чего Гесс не знал, так это того, что солнечный ветер, не движется так быстро. Тем не менее, неправильным путем, он пришел к верному умозаключению. Гесс открыл космическую радиацию. Поток субатомных частиц, двигающийся по всей Вселенной со скоростью близкой к скорости света. Эта радиация была бы смертельной для нас, если бы не было, покрывающей Землю атмосферы.
Некоторые космические лучи обладают энергией, сравнимой с энергией пули, выпущенной из ружья. Потребуется десятки лет, чтобы проследить происхождение этих лучей, во взрыве, невообразимой силы.
Космическое излучение, обнаруженное Виктором Гессом в небе Австрии, озадачило ученых. Радиоактивность земных минералов, таких, как, урановая руда, является следствием распада атомов. Но лучи из космоса, были явно другой природы. Они оказались, гораздо сильнее всего того, что было известно в то время. На протяжении двух десятилетий, ученые строили гипотезы относительно происхождения этого излучения.
Гениальные открытия Фрица Цвики
В 1933 году, Фриц Цвики обнаружил, что некоторые звезды вспыхивают, и прежде, чем вновь погаснуть, на протяжении нескольких недель светят ярче, чем их целая родительская галактика. Он предположил, что так гибнут массивные звезды. Взрываясь, они выбрасывают все свое вещество в космос. Это явление гибели звезды, ученые назвали – Сверхновой. Умирающая звезда, сжимается от, более чем полутора километров в диаметре, всего, до пятнадцати километров. Оставшееся ядро, обладает такой высокой плотностью, что мельчайшая ее крупинка, будет весить, как великая пирамида Хеопса. Оно практически целиком состоит из субатомных частиц, называемых нейтронами, поэтому, эти причудливые объекты, назвали нейтронными звездами.
И через тридцать пять лет, после предсказания их существования, астрономы стали их находить. Когда они быстро вращаются, и испускают периодические всплески радиоволн, мы зовем их — пульсарами.
Нейтронными звездами и Сверхновыми, можно объяснить широкий спектр космического излучения, но откуда берется, самое высокоэнергетическое излучение? Наука еще не может дать объяснение этому.
Цвики, была также выдвинута идея, что гравитация галактики деформирует ткань пространства и действует как линза. Свет от других галактик, находящихся сзади, искажается и притягивается, поэтому астрономы на Земле видят несколько искаженных изображений, одной и той же, удаленной галактики, совсем, как в кривом зеркале.
Спустя сорок лет после этого предсказания, мы наблюдали и это явление. Но Цвики сделал и, еще одно открытие, в далеких 30-х годах прошлого столетия. Изучая скопление галактик «Волосы Вероники», он отметил нечто любопытное. Эти галактики двигались слишком уж быстро. Быстро настолько, что они должны были бы по идее разлететься в разны стороны друг от друга, так как их собственной гравитации, не хватило бы, чтобы сдержать скопления вместе. Цвики подумал, что там должно быть что-то еще, что сдерживает их. Эта недостающая составляющая должна была весить, примерно, в 50 раз больше, чем все те звезды. Но никто тогда не обратил должного внимания на этот невероятный факт.
В нашей Солнечной системе, ближайшая к Солнцу планета Меркурий, движется на много быстрее, самой отдаленной планеты – Нептуна. И в этом есть смысл. Чем сильнее вы, что-либо тянете или толкаете, тем быстрее, оно движется. Притяжение Солнца слабеет с расстоянием, поэтому дальние его планеты движутся медленнее. Все полагали, что та же картина будет наблюдаться в случае, отдаленных от центра галактики, звезд.
Удивительные наблюдения астронома Веры Рубен
Большинство звезд сконцентрировано в центре галактики, поэтому, их суммарная гравитация будет притягивать остальные звезды, так же, как и Солнце, притягивает свои планеты. Но в 70-х годах 20 века, астроном Вера Рубен, изучая галактику Андромеда, обнаружила, что внешние звезды не подчиняются этому правилу. В отличие от внешних планет Солнечной системы, отдаленные звезды в галактике двигались с той же скоростью, что и близкие к его центру. То есть, гораздо быстрее, чем это ожидалось. «Забавно», подумала Вера, « с галактикой Андромеда, должно быть что-то не так». Поэтому она пронаблюдала за еще одной галактикой – та же история. Затем за еще одной, еще, и т.д. Вера изучила 60 галактик, и выяснила, что все они, будто нарушают, закон тяготения – один из фундаментальных признаков физики.
После некоторого здорового скепсиса, ее коллеги прошли по стопам Веры и поняли, что она права. Закон всемирного тяготения Ньютона не ошибочен. Вера Рубен открыла, что звезды движутся так быстро из-за гравитации чего-то массивного и невидимого.
Фриц Цвики, еще в 1933 году, предсказывал неизвестный источник гравитации скопления галактик, который он назвал «темной материей»
Вера Рубен подтвердила существование нового, намного более широкого космоса. В нем, так же, как и в нашем, было полно загадок.
Темная материя невидима, ее можно засечь только, по оказываемому ею гравитационному эффекту, который заставляет видимые звезды и галактики двигаться быстрее. Ее происхождение это еще одна тайна, покрытая мраком. Рубен представила доказательства того, что невидимая нам материя, почти в десять раз больше, той, что мы можем наблюдать. Это, как мы, стоя на морском пляже, ошибочно приняли бы пену от волн за весь океан.
Вера Рубен, наблюдая за звездами, поняла, что они есть, только пена на волнах. Что огромнейшая часть океана остается неизвестной.
Темная энергия. Расширение Вселенной
Наша галактика, Млечный путь, включает в себя несколько миллиардов звезд. А еще в ней есть облака газа и пыли – строительный материал будущих звезд. А это одна из сотен миллиардов таких же галактик, и это не считая миллиардов триллионов планет, спутников и комет. И все это лишь пять процентов от того, что существует на самом деле. Следствием этого является, еще большая загадка, чем темная материя – темная энергия. Именно она составляет большую часть Вселенной и заставляет ее расширяться. И именно Сверхновые Фрица Цвики, озарили путь к тайне ее существования.
По одному из сценариев, когда звезда вырабатывает все свое ядерное топливо, она охлаждается, и внезапно калапсирует под действием собственной гравитации. На это звезда отвечает невероятной силой взрыва, оставляя после себя нейтронную звезду, или же черную дыру. Так как массы исходных звезд бывают разными, то и максимальная яркость этих звезд, широко варьируется. Поэтому нельзя сказать насколько далеко звезда, ссылаясь на ее яркость. Сверхновая, находящаяся относительно недалеко, может показаться столь же яркой, что и более мощная, но, находящаяся значительно дальше.
Но есть еще один вид сверхновых, которые светят одинаково ярко. Это явление знаменует собой грандиозное окончание смертельного танца двух звезд: Гиганта и Карлика. Когда эти звезды вращаются близко друг к другу, Карлик поглощает внешние слои Гиганта. Когда приобретенная Карликом масса пресекает критическую черту, тот взрывается, словно колоссальнейшая термоядерная бомба. На протяжении нескольких недель яркость такой Сверхновой затмевает суммарный свет от всех звезд этой галактики. Этот тип Сверхновых объединяет одинаково исходящая интенсивность свечения. Она в пять миллиардов раз ярче нашего Солнца. При помощи больших телескопов, мы можем их наблюдать даже на краю обозримой Вселенной.
Благодаря тому, что они обладают одинаковой мощностью, они являются идеальным инструментом измерения расстояния самых отдаленных рубежей Вселенной. Мы зовем их – стандартными свечами.
В 1929 году, Эдвин Хаббл, обнаружил, что Вселенная расширяется. Далекие галактики улетают друг от друга. Позже мы узнали, что это расширение началось во взрыве, породившим Вселенную, почти 14 миллиардов лет тому назад.
Все полагали, что скорость расширения будет снижаться из-за взаимного притяжения всех частей Вселенной. Если в ней достаточно темной материи, то ее гравитация постепенно остановит расширение и Вселенная начнет сжиматься. В таком случае, все закончится большим сжатием. Но с другой стороны, если во Вселенной не так много темной материи, то расширение будет продолжаться вечно, становясь все медленнее.
Две конкурирующие команды астрономов наблюдали такие Сверхновые в далеких галактиках. В итоге, они получили еще один любопытный результат. В 1998 году, команды независимо друг от друга, пришли к одному и тому же заключению: расширение отнюдь не замедляется, напротив, оно только набирает скорость. Это означает, что расширение Вселенной будет длиться вечно. Как будто есть, какая-то таинственная сила во Вселенной, которая сокрушает гравитацию и разрывает Космос на части. Почти вся энергия во Вселенной связана с этой неизвестной силой. Мы зовем ее темной энергией, но данное имя, как и в случае темной материи, является лишь следствием нашего незнания. Нет ничего страшного в том, чтобы не знать все ответы. Страшнее искренне верить в то, что может оказаться ошибочным. Думая, что ты все знаешь, ты упускаешь возможность, докопаться до истины.