Мыслящая Вселенная

Мизун Юрий Гаврилович

Измерения показали, что квазары движутся (вернее, двигались) со скоростями, составляющими 87 % от скорости света. Скорости квазаров направлены от нас, то есть они разлетаются во все стороны с огромными скоростями. Измерялись не скорости, а смещение частоты излучения квазаров за счет эффекта Доплера. Оказалось, что смещение линий излучения атомов водорода происходит в сторону красного края спектра, то есть частота излучения увеличивается, что имеет место при удалении источника. Квазары движутся со скоростями, превышающими 250 000 км/с! Такие скорости запрещены другим объектам. Так, если бы звезда имела скорость движения больше 1000 км/с, то она покинула бы свою галактику. Кроме того, звезды движутся как от нас, так и к нам. Квазары же движутся исключительно от нас.

Как «работает» квазар?

Этот вопрос астрофизики изучают давно. Самым сложным оказалось понять, откуда квазар черпает такое большое количество энергии. За это время было предложено множество гипотез, объясняющих устройство квазара. Но они оказались несостоятельными. Поэтому их нет смысла рассматривать.

Оказалось, что проблема квазаров связана с проблемой активных ядер галактик. Они были открыты еще в 1943 году американским астрономом К. Сейфертом.

В спектрах излучения, приходящего от космических объектов, были обнаружены широкие («размытые») и очень интенсивные линии водорода, азота, кислорода и других химических элементов. Положение линии излучения, которому соответствует определенная частота (а значит, и длина волны), зависит от того, какова скорость движения излучающей частицы и куда направлена эта скорость. Если скорость излучателя направлена к нам, то линия смещается в одну сторону, а если от нас — то в противоположную сторону. Движение излучателя поперек луча зрения не приводит к смещению линии в спектре излучения. Если одновременно измеряется излучение от частиц, часть которых движется к нам, а другая часть — от нас, то линия излучения расширяется в обе стороны. Чем больше скорость частиц, тем линии излучения становятся шире. По величине этого уширения можно рассчитать скорость движения частиц. Это сделал К. Сейферт. Он установил, что в активных ядрах галактик частицы газа движутся с огромными скоростями, достигающими десятков тысяч километров в секунду. Скорости газа в обычных галактиках не более 300 км/с. Скорости движения частиц газа в активных ядрах галактик сравнимы по величине со скоростями разлета частиц при взрывах Сверхновых звезд. Сейферт исследовал активные ядра 12 таких необычных галактик. Эти галактики впоследствии были названы сейфертовскими.

Ядра сейфертовских галактик своим излучением напоминают квазары, но мощность их излучения меньше. Их еще называют мини-квазарами. Излучение активных ядер сейфертовских галактик, как и излучение квазаров, является переменным. Был сделан вывод, что квазары представляют собой центральные объекты (ядра) внутри галактик. Дальнейшие исследования квазаров показали, что процессы, обеспечивающие выделение энергии, не ограничены ядром галактики, а являются результатом взаимодействия галактики с этим ядром.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ ПЛАНЕТ

Происхождение и эволюция планет для проблемы внеземных цивилизаций являются одними из самых главных. К сожалению, сегодня мы не имеем полной ясности по данному вопросу. На первый взгляд это парадоксально, поскольку планеты находятся почти рядом по сравнению со звездами. Более того, на одной из них мы живем. Тем не менее мы знаем значительно больше о происхождении и эволюции звезд, чем планет. Главная причина такого парадоксального положения состоит в том, что планеты (за исключением планет нашей Солнечной системы) мы пока что не могли наблюдать. А жизнь звезд мы поняли потому, что можем наблюдать ее на разных этапах их эволюции. Мы наблюдаем не жизнь одной звезды (для этого нам не хватит ни своей жизни, ни жизни нашей цивилизации), а одновременно жизни многих звезд, часть из которых рождается, часть находится в цветущем, а часть — в преклонном возрасте. Из этих наблюдений несложно нарисовать картину жизни одной звезды от ее рождения до ее смерти, что выше и было сделано. О планетах этого сказать мы не можем. Так что же сегодня мы знаем о происхождении планет?

Образование планет является частью процесса образования звезд или же очень тесно связано с ним. Как известно, звезды рождаются не поодиночке, а сразу целыми коллективами, скоплениями. Исходным материалом является облако межзвездной среды. Масса такого облака очень большая, она превышает в много тысяч раз массу Солнца. Чтобы такое облако начало сжиматься, необходимо, чтобы его плотность была больше некоторой критической величины. Способствовать увеличению плотности облака могут некоторые процессы, которые приведут к уплотнению вещества облака. Одним из таких процессов могут быть ударные волны, образующиеся при взрывах Сверхновых звезд, если они происходят не очень далеко от облака. Если бы все вещество облака сконденсировалось в один комок, то образовалась бы звезда-гигант, каких не бывает. Этого не происходит потому, что сжимающееся облако по мере своего сжатия распадается на более мелкие кусочки, сгустки, из которых впоследствии образуются звезды и планеты. Фундаментальными характеристиками тела являются его размер, форма и масса. Но когда речь идет о вращающемся теле, то такой фундаментальной характеристикой является его момент количества движения. Он определяется массой тела, его скоростью и удалением центра массы тела от точки, вокруг которой оно вращается. Если умножить эти три характеристики, то получим момент количества движения. Если данное облако межзвездной среды, имеющее определенный момент количества движения, является изолированным, то его момент должен сохраняться постоянным. Если облако распадается на отдельные сгустки, то сумма моментов количества движения всех сгустков, образовавшихся из облака, должна быть равна моменту количества движения изначального облака. Если же облако не изолированно, то часть своего момента количества движения оно может передавать другому телу, с которым оно взаимодействует. Естественно, оно может не только передавать, но и получать определенный момент количества движения от этого тела. Проиллюстрируем распределение количества движения на примере Солнечной планетной системы. Если массу всей Солнечной планетной системы принять за 100 %, то масса Солнца составляет 98 %, а массы всех планет составляют всего 2 %. В то же время момент количества движения Солнечной системы распределен так: 98 % его связано с движением планет по своим орбитам, и только 2 % вносит самое массивное в этой системе Солнце. Звезды вращаются с различными скоростями. Скорости вращения некоторых звезд в 200 раз больше скорости вращения Солнца. Но оказалось, что звезда изменяет скорость своего вращения в процессе своей эволюции не непрерывно, а в определенный момент этой эволюции скорость меняется скачком. Момент количества движения звезды с изменением скорости ее вращения будет также меняться. Быстрее вращаются массивные звезды. Малые звезды вращаются медленнее. Если звезда в процессе своей эволюции проходит момент, когда температура ее поверхности составляет

около 6 тысяч градусов, скорость ее вращения резко (практически скачком) уменьшается. В этот «момент» происходит следующее: от звезды отделяются «куски» и уносят с собой часть ее момента количества движения. Поэтому звезда после этого вращается медленнее. Это можно проиллюстрировать на примере Солнечной системы. Если бы планеты составляли с Солнцем единое тело, то оно должно было бы вращаться со скоростью в 50 раз большей, чем сейчас, когда планеты являются самостоятельными объектами. Открытие того факта, что горячие звезды вращаются значительно быстрее холодных карликовых звезд, говорит о том, что у последних должны быть планетные системы.

Следовательно, образование планет можно представить себе следующим образом. Уже было сказано, что облако межзвездной среды сжимается (конденсируется) под действием силы гравитации только в том случае, если его плотность больше некоторой критической величины. Пока она остается меньше этой величины, сжатия не происходит. Поэтому только незначительная часть таких облаков, масса которых во много тысяч раз больше массы Солнца, испытывает гравитационное сжатие. Первоначальному уплотнению облака способствуют ударные волны и другие процессы, способные стимулировать звездообразование. На некотором этапе это очень массивное облако распадается на куски, сгустки. Каждый из таких сгустков является строительным материалом для создания звездной планетной системы, состоящей из центральной звезды и вращающихся вокруг нее планет. В самом начале вращательный момент такого сгустка очень большой, поскольку составляющий его газ быстро и беспорядочно движется. В результате этого движения газа сгусток приобретает форму диска, радиус которого в десятки раз больше расстояния между Землей и Солнцем. Далее этот довольно плоский диск видоизменяется: в нем образуются отдельные кольца, состоящие из газа. Затем каждое из образованных колец постепенно превращается в большой газовый сгусток. Именно из этих сгустков впоследствии образуются планеты, поэтому их назвали «газовыми протоплане-тами». Но пока что это не планеты, а огромные облака. Если бы такое облако находилось на месте Земли, то оно касалось бы Солнца. Далее эти облака-протопланеты сжимаются, температура газа растет. В центре облака она может достигнуть 3–4 тысяч градусов. Вещество внутри становится жидким. На более поздней стадии эволюции туманности в центральной ее части образовалась центральная звезда системы.

Анализ эволюции облака межзвездного газа показывает, что не может из него образоваться одна звезда (без планет или без другой парной ей звезды), потому что должен сохраниться постоянным, неизменным вращательный момент облака. Это было бы возможно в том случае, если бы вращательный момент первичного облака был очень мал. Но если такие облака и есть, то их очень мало, не более 10 %. Основные же в конце концов должны эволюционировать или в двойные звезды, или в планетные системы (со звездой в центре). Специалисты приходят к выводу, что примерно пятая часть звезд имеет планетные системы. И.С. Шкловский разделяет эту точку зрения: «Развитие современной наблюдательной астрономии естественно приводит к выводу о множественности планетных систем во Вселенной».

НАША ГАЛАКТИКА

Многие из нас наблюдали на небе Млечный Путь — пересекающую звездное небо неярко светящуюся полосу. Он кажется нам где-то там, далеко. На самом деле наша планета находится внутри этого семейства звезд. Млечный Путь — это наша Галактика.

Первым из астрономов нашего времени, кто понял, что Млечный Путь не просто большое скопление звезд, а единая звездная система, был английский астроном Уильям Гершель (1738–1822). С помощью изготовленных им телескопов он проводил систематические обозрения звездного неба, исследовал звездные скопления, двойные звезды и туманности. Обобщив полученные данные, ученый убедился в том, что на небе можно наметить большой круг, который рассекает все небо на две равные части таким образом, что если приближаться к нему с любой стороны, то число звезд, которые попадают в поле зрения телескопа, неуклонно возрастает, а на самом круге число звезд становится наибольшим. Этот круг был назван галактическим экватором. Именно вдоль этого круга — галактического экватора стелется Млечный Путь. Эта светящаяся полоса звезд опоясывает небо.

Гершель пришел к выводу, что семейство звезд — Млечный Путь представляет собой диск, своего рода толстый блин, внутри которого находится и Земля. Однако доказательство этого было получено только в 1920-е годы, когда ученые обнаружили объекты, не входящие в нашу Галактику. Именно в это время было установлено, что спиралеобразные и некоторые другие туманности также являются звездными системами. Но эти системы находятся на огромных расстояниях от нас. По своему строению и размерам они сравнимы с нашей Галактикой. Но все эти системы-галактики (а их множество) очень разнообразны по форме и составу звезд.

То, что Земля находится внутри Галактики, для наблюдения звезд и хорошо и плохо. Хорошо потому, что облегчает исследование звезд, ведь все составные части Галактики у нас прямо «под рукой», во всяком случае, значительно ближе, чем составные части других галактик. Плохо же потому, что затрудняет исследование нашей же Галактики, ее строения. Его было бы легче исследовать, если бы можно было взглянуть на нее извне, как мы смотрим на другие галактики. Ясно, что легче составить план стеклянного сооружения, если его рассматривать извне, нежели если находишься внутри одной из ячеек этого сооружения. Проведенные разными астрономами исследования позволили составить достаточно детальную картину устройства нашей Галактики. Форма Галактики напоминает круглый сильно сжатый диск. Галактика имеет плоскость симметрии, которая разделяет ее на две равные части. Ось симметрии проходит через центр диска — Галактики. Она перпендикулярна к плоскости симметрии. В отличие от обычного диска, у Галактики нет четко очерченной границы. В Галактике звезды располагаются тем теснее, чем ближе данное место к плоскости симметрии Галактики. В самом центре Галактики плотность звезд максимальна. Здесь на каждый кубический парсек приходится несколько десятков звезд. Плотность звезд в центральной части Галактики в несколько сотен раз больше, чем в окрестностях Солнца. По мере удаления от оси и плоскости симметрии плотность звезд падает. Особенно она уменьшается при удалении от плоскости симметрии. Вид Галактики сбоку и сверху изображен на рисунках 1 и 2 соответственно.