Гайд по астрономии. Путешествие к границам безграничного космоса

Уоллер Уильям

Некоторые астрономы видят обширные галактические поверхности, похожие на пузыри. Другие говорят, что крупномасштабная структура галактик и связанной с ними темной материи подобна космической паутине, которая состоит из тонких «нитей», сходящихся к более плотным «узлам», где и располагаются сверхскопления. Наш Млечный Путь, по-видимому, является частью нити сверхскоплений Девы — Центавра — Гидры. Помимо галактик и неуловимой темной материи, нити содержат сгустки горячего газа, на что намекают результаты наблюдений неба в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах. На данный момент мы не знаем, какой смысл в подобном устроении, но нас воодушевляет тот факт, что оно согласуется с расстоянием

между пятнами, заметным на недавних картах космического микроволнового фона — послесвечения Большого взрыва. Такое впечатление, что распределение галактик в огромнейших масштабах указывает нам на то, как организовалась материя в мельчайших масштабах в первые наносекунды после возникновения нашей Вселенной.

Ланиакея и запределье

Самая большая структура, к которой мы принадлежим, известна как Ланиакея, в переводе с гавайского — «необъятные небеса». Она охватывает сверхскопления Девы — Гидры — Центавра, Печи — Эридана и Павлина — Индейца. Огромное пустое пространство отделяет Ланиакею от следующей крупной галактической системы, центром которой является сверхскопление Персея — Рыб. Вместе они простираются более чем на миллиард световых лет. Помимо этих структур, наша выборка галактик слишком мала, чтобы делать какие-то выводы. Мы можем видеть несколько галактик, в которых наблюдаются яркие квазары и гамма-всплески, и немного первозданных «звездных колыбелей» с красным смещением, которое отдаляет их на расстояние до 10 млрд световых лет от нас, — но, конечно, этих «чудовищ» недостаточно для создания подробных трехмерных карт. Впрочем, новые возможности телескопических наблюдений и методов съемки могут восполнить этот пробел в нашей галактической переписи, что позволит нам проследить как структуру, так и эволюцию материи во всей наблюдаемой Вселенной.

Космические масштабы

Почти всю эту главу мы посвятили пространственной иерархии космических «вложений» и тому, как астрономы начали ее измерять. В каком-то смысле сведений слишком много, чтобы обдумать все сразу. Тут нам и поможет математика. Удобный способ разобраться с невероятным диапазоном размеров и расстояний во Вселенной — начать с какого-нибудь легко измеряемого масштаба (скажем, метра), умножить его на десять — и повторить этот шаг еще много-много раз. Так мы пройдем всю Вселенную, как в фильме «Степени десяти», и придем к границе всего пространства (и времени) всего за двадцать пять шагов.

105 м = 10² км (штат Массачусетс [с севера на юг], большая часть известных астероидов, спутник Урана Миранда);

106 м = 10³ км (Мексиканский залив, крупнейший астероид Церера, Луна);

107 м = 10⁴ км (Земля, белый карлик Сириус В);

108 м = 10⁵ км (расстояние от Земли до Луны [4 • 10⁵ км], Юпитер);

109 м = 10⁶ км (Солнце, Сириус А и другие «обычные» звезды, сжигающие водород, кома кометы);

1010 м = 10⁷ км (водородное гало кометы, голубая звезда-сверхгигант Ригель);

1011 м = 10⁸ км (хвост кометы, красная звезда-сверхгигант Бетельгейзе, расстояние от Земли до Солнца [1,5 • 10⁸ км] = 1 а. е.);

1012 м = 10⁹ км ~ 10 а. е. (расстояние от Солнца до Сатурна: 9,2 а. е.);

1013 м = 10^[3] км ~ 10² а. е. (диаметр

орбиты Плутона ~ 80 а. е.)

1014 м = 10¹¹ км ~ 10³ а. е. (остаточный диск около звезды ? Живописца);

1015 м = 10¹² км ~ 10⁴ а. е. (расстояние от Солнца до кометного облака Оорта: 5000–50 000 а. е.);

1016 м = 10¹³ км ~ 10⁵ а. е. (расстояние, которое свет проходит за один год: 1 световой год [св. год] = 9,5 • 10¹⁵ м = 9,5 • 10¹² км = 6,3 • 10⁴ а. е., расстояние до Проксимы Центавра = 4,2 св. года = 2,6 • 10⁵ а. е.);

1017 м ~ 10 св. лет (расстояние до ближайших тридцати звезд в окрестностях Солнца, размер ядра молекулярного облака, размер туманности Ориона);

10¹⁸ м ~ 10² св. лет (радиус окрестностей Солнца, расстояние до ближайшего молекулярного облака [4 • 10² св. лет], размер гигантского молекулярного облака);

10¹⁹ м ~ 10³ св. лет (расстояние до ближайшего гигантского молекулярного облака [1,5 • 10³ св. лет], толщина диска Млечного Пути);

10²⁰ м ~ 10⁴ св. лет (ширина спирального рукава Млечного Пути);

10²¹ м ~ 10⁵ св. лет (размер Млечного Пути);

10²² м ~ 10⁶ св. лет (расстояние до галактики Андромеды [2,5 • 10⁶ св. лет]);

10²³ м ~ 10⁷ св. лет (расстояние до большинства других галактик в локальной Вселенной);

10²⁴ м ~ 10⁸ св. лет (размер сверхскопления Девы);

10²⁵ м ~ 10⁹ св. лет (расстояние до квазаров и первозданных галактик);

10²⁶ м ~ 10¹⁰ св. лет (расстояние до видимого «края» Вселенной… до эпохи Большого взрыва).

Иногда передать космические масштабы помогала видеоанимация. Хорошими примерами станут новаторское путешествие по макроскопической и микроскопической Вселенной под названием «Степени десяти» — фильм, который сняли Чарльз и Рэй Имз; интерактивная веб-страница «Масштабы Вселенной»; эпизод из «Симпсонов» и фантастическая концовка первой части «Людей в черном».

А теперь, когда мы добрались до границ известной Вселенной, давайте глубже вникнем в ее миры, начав с нашей Солнечной системы, — единственной звездной и планетной системы, которую мы можем непосредственно исследовать.

ЧАСТЬ II. СОСТАВЛЯЮЩИЕ КОСМОСА

4. Знакомство с Солнечной системой

Разумные существа других систем, изучая солнечную систему с полной беспристрастностью, сделали бы, по всей вероятности, такую запись о Солнце: «Звезда x, спектральный класс G2, четыре планеты плюс обломки» ^[4].