99 секретов астрономии

Радиоволны — далеко не единственный вид электромагнитного излучения, идущего из космоса. К примеру, звезда в момент своего образования испускает инфракрасные волны, а в зрелой стадии, когда в ядре происходят реакции ядерного синтеза, она излучает видимый свет. Разогреваясь до тысяч градусов, светило отправляет в пространство ультрафиолетовые волны, фотоны. В момент взрыва излучение становится рентгеновским, а если звезда становится черной дырой, она начинает испускать гамма-лучи. Все эти излучения сегодня можно зафиксировать телескопами соответствующей специализации, при этом большая их часть находится на околоземной орбите, так как земная атмосфера не пропускает многие виды космических лучей.

№ 96
Галактика как телескоп. Гравитационные линзы
При помощи стеклянной линзы можно сфокусировать свет и приблизить изображение — это происходит благодаря преломлению света на границе стекла и воздуха. А что представляет собой гравитационная линза, может ли она увеличивать изображение?
Гравитация зависит от массы, следовательно, гравитационные линзы — это массивные объекты: звезды, галактики, скопления галактик. В вакууме космоса свет движется по прямой, никуда не отклоняясь. Так свет далеких звезд доходит до нашей планеты, и мы можем наблюдать светила.
А что случится, если на пути света окажется область сильной гравитации? Согласно теории относительности, мощное поле гравитации искривляет пространство, значит, луч света искривится и произойдет преломление, как в линзе. Таким образом далекие объекты, находящиеся позади гравитационных линз, становятся более близкими.

Битва телескопов завершилась компромиссом — была создана зеркально-линзовая система, в которой зеркала используются для фокусировки, а линзы — для коррекции изображения.
Новая астрономия — это исследование волн и излучений, идущих из космоса. Для этого используются радио-, инфракрасные, ультрафиолетовые, рентгеновские и другие виды телескопов, позволяющие изучать Вселенную при помощи волн, которые она излучает. Так как большая часть этих волн не проходит через атмосферу Земли, современные телескопы часто устанавливают на спутниках и орбитальных станциях.

Первый в мире телескоп, созданный Галилеем, был рефракторным, то есть линзовым. Чтобы усовершенствовать его, астрономы применяли все более крупные линзы и увеличивали длину трубы, но им не удавалось избавиться от главного недостатка — размытости изображения. Исаак Ньютон нашел решение этой проблемы: он стал использовать вместо линзы, собирающей свет, металлическое зеркало — сплав меди, мышьяка и цинка. Зеркальные телескопы стали именоваться рефлекторными.

Впервые о том, что Земля является не плоским диском, а шаром, заговорили древние греки. Они же создали гелиоцентрическую систему мира, забытую в Средневековье и возрожденную Коперником.

Вселенная представляла собой бесконечно малую точку (ее размер равнялся нулю) бесконечной плотности и температуры. И вот в определенный момент она начала стремительно расширяться, за долю секунды на свет появилась вся материя и вся энергия. Это невероятно быстрое расширение пространства и называют Большим взрывом. Впоследствии из микроскопических частиц вещества образовалось все, что сейчас есть в космосе: звезды и планеты, галактики и туманности, кометы и газовые облака. Этот процесс занял более 13 миллиардов лет.

После Большого взрыва Вселенную окутывала горячая плотная смесь, практически туман, из фотонов и заряженных частиц. В юном возрасте 300 тысяч лет Вселенная остыла до такого состояния, что заряженные частицы образовали первые атомы. Но некоторые фотоны так и остались свободными, они и создают тот микроволновой фон, который сегодня регистрируется в космосе и который астрономы называют реликтовым излучением. По сути, это фотография Вселенной в возрасте 300 тысяч лет.

Он стал изучать другие туманности и увидел, что они тоже состоят из звезд, а значит, являются галактиками, схожими с нашей. Это полностью изменило представление о Вселенной, ее границы отодвинулись на много миллионов световых лет от нас.
Это было грандиозное открытие, но Хаббл не остановился. Обнаружив, что излучение далеких звезд находится в красном спектре, он предположил, что это проявление эффекта Доплера, то есть звезды в далеких галактиках удаляются от нас. Сделав расчеты, астроном вывел такую закономерность: чем дальше от нас находится галактика, тем быстрее она удаляется. Эту закономерность назвали законом Хаббла.
Следствием этого закона стала теория о расширении Вселенной. А раз Вселенная расширяется, значит, когда-то она была гораздо меньше, а еще раньше — зародилась из сверхплотного вещества. Так, благодаря открытиям Хаббла, возникла теория Большого взрыва.

Еще одно доказательство существования темной материи: звезды, расположенные на окраинах галактик, движутся практически с такой же скоростью, как звезды в центре. Хотя они должны двигаться медленнее, чтобы оставаться на своих орбитах, ведь по мере удаления от центра гравитация ослабевает. Было сделано предположение, что каждую галактику окружает невидимое гало, состоящее из темной материи и оказывающее гравитационное воздействие на звезды.

Чтобы проиллюстрировать искривление времени, можно представить гипотетический опыт. В черную дыру опускается космический аппарат, на поверхности которого находятся часы. За ним наблюдают с Земли в телескоп. Чем ближе будет аппарат к черной дыре, тем сильнее будет замедляться время на часах. А если внутри аппарата окажется космонавт, то на его часах время будет идти в обычном режиме, и он не заметит никакого искривления. То есть с точки зрения наблюдателя и с точки зрения участника событий время будет идти по-разному. Этот эффект называется гравитационным замедлением времени.