Журнал Наука и Техника (НиТ) - «Наука и Техника» [журнал для перспективной молодежи], 2007 № 07 (14)

Дальше в историю космологии мы забираться не будем, а обратим внимание на знаменитые уравнения. Точнее, на использованную в них систему координат. Чтобы дать описание странного, летящего и расширяющегося во все стороны мира, ученые придумали так называемые сопутствующие координаты. Хитрость в том, что в такой системе взаимное положение объектов не изменяется, а вот сама система координат расширяется. И это можно описать одним числом — параметром расширения, который зависит от того, сколько времени прошло с момента Большого взрыва.

Следующий математический фокус — связь между параметром расширения и красным смещением объекта. Оказывается, красное смещение какой-либо звезды связано простой формулой с двумя значениями параметра расширения: в тот момент, когда она испустила свет, и в тот момент, когда он долетел до глаза астронома, фотопластинки или ПЗС-матрицы телескопа. Значит, зная это смещение, можно рассчитать, сколь далеко мы заглянули одновременно в пространство и во время: чем больше красное смещение, тем более далекую от нас эпоху мы наблюдаем. Для этого пересчета и нужно задать космологическую модель и узнать параметры Вселенной, например: плотность распределения материи, значение космологического члена, он же — плотность темной энергии, и прочие. Одни параметры поддаются измерениям, другие можно добыть только из теоретических расчетов.

Вот так формула пересчета красного смещения в реальные координаты и оказывается связанной с теоретической моделью Вселенной.

Впрочем, все эти трудности не останавливают астрофизиков. Вот, например, в майском номере журнала “The Astrophysical Journal” за 2005 год группа американских ученых, во главе с одним из пионеров вселенской картографии доктором Ричардом Готтом из Принстонского университета, опубликовала новую редакцию карты Вселенной, которая и послужила основой для этого рассказа. Ученые озабочены, прежде всего тем, чтобы уменьшить искажения, возникающие при проецировании на плоскость разлетающегося трехмерного объекта, и по форме получившихся крупномасштабных структур Вселенной попытаться оценить справедливость той или иной космологической модели. Наша цель проще: показать, как выглядит Вселенная с учетом современного знания.

Изобразить на одном листе бумаги карту со столь большой разницей расстояний очень трудно. Однако в руках человеческих есть мощный инструмент — логарифмический масштаб: каждое новое деление на оси расстояний означает увеличение не на единицу, а на порядок, то есть в десять раз. В результате вдоль оси форма объектов искажается. Например, возникает иллюзия, что центр Млечного Пути сильно сдвинут в направлении от Земли. Но это всего лишь иллюзия, в чем можно убедиться, присмотревшись к значениям расстояний. Обосновывая такой выбор, авторы ссылаются на картину Саула Стейнберга “Вид на мир с 9-й авеню”. На переднем плане картины изображены в полный рост здания, которые стоят на этой улице. Далее расположена река Гудзон. На ее берегу в виде тонкого штриха показан Нью-Джерси. Скалистые горы выглядят небольшими холмами, а ширина Тихого океана не превышает ширины Гудзона. Именно такой геоцентрический вид: изображение все более крупных объектов во все уменьшающемся масштабе по мере удаления от нашей планеты — и получается при использовании логарифмической шкалы.

На карте есть и вторая координата — это угол окружности экватора Земли. Его измеряют в часах: они показывают время на той или иной широте в тот момент, для которого построена карта. А третьей координаты нет: иметь дело с плоскими картами гораздо привычнее, чем с объемными. Авторы карты выбрали для проецирования на плоскость область в 2 градуса небесной сферы вверх и вниз от экватора Земли. Впрочем, иногда они отступают от этого правила, показывая некоторые важные объекты, что лежат вне пределов этого слоя. В качестве даты, которой соответствуют изображенные на карте объекты, выбрали ночь полнолуния 12 августа 2003 года, 4 часа 48 минут универсального времени.

Итак, самый ближний к нам внеземной объект — это Международная космическая станция. Фактически она летит в верхних слоях атмосферы, в пределах ионосферы. Чуть повыше расположен космический телескоп Хаббл. Далее под защитой внутреннего радиационного пояса (пояса Ван Аллена), который возникает из-за взаимодействия заряженных частиц солнечного ветра с магнитным полем Земли, находятся многочисленные искусственные спутники и их обломки. Выше — спутники Глобальной системы навигации (GPS). Их количество велико: на карте появляется заметная линия.

Следующая линия — спутники связи и шпионские спутники на геостационарной орбите, то есть они вращаются с той же скоростью, что и Земля вокруг своей оси.

Всего приземная группировка спутников составляет 8420 объектов, объем же рукотворного космического мусора, по мнению специалистов, может достигать и миллиона кусочков.

Рукотворные объекты есть и в ближнем космосе. Так, за орбитой Луны в точках Лагранжа системы Земля-Солнце (в этих точках силы тяготения от обоих небесных тел уравниваются и спутник висит в пространстве, не затрачивая энергию) находятся спутник WMAP, который строит карту реликтового излучения, и солнечная обсерватория SOHO. Среди других знаменитых космических кораблей на карте изображены “Вояджеры” и “Пионер-10”, уже вплотную приблизившиеся к гелиопаузе — месту, где солнечный ветер сталкивается с межзвездным полем. За ней уже лежит открытый космос.

Из природных объектов ближе всего к Земле расположена, естественно, Луна, а также объекты, сближающиеся с Землей. В ту ночь, для которой построена карта, ближе всего подошел астероид 2003GY. Астероид 2003YN107 несколько лет был квазиспутником нашей планеты, но в 2006 году он нас покинул. Марс показан почти на самом ближайшем расстоянии от Земли (состояние на 27.08.2003 года).

Вот так выглядела наша Вселенная 12 августа 2003 года

Большая трудность возникает при изображении пояса астероидов: все 218 с лишним тысяч этих малых космических тел сольются в темную полосу. Поэтому на карте показаны только 14 тысяч, которые лежат в пределах 4 градусов небесной сферы вверх и вниз от экватора Земли. С этим связана и странная форма пояса: в геоцентрической системе координат один его край неизбежно оказывается ближе, чем другой, ведь астероиды вращаются вокруг Солнца, а не Земли. Облака астероидов в районе 24 и 12 часов — тоже оптическая иллюзия: плоскость экватора Земли наклонена под углом 23,5 градуса к плоскости эклиптики (в которой расположен пояс), и обе плоскости пересекаются как раз в этих точках. Настоящие облака астероидов расположены около Юпитера, в его точках Лагранжа. Эти астероиды названы Троянами.