Журнал «Знание-сила» - Знание - сила, 1998 № 05(851)

Александр Гумбольдт. «Космос»

В предыдущей статье (В. Сурдин. «Проста ли структура Вселенной?» в десятом номере «Знание—сила» за 1997 год) мы обещали вернуться к вопросу о структуре Вселенной. Изучать ее могут лишь те, кто вооружен самыми дальнобойными телескопами.

Когда у астрономом появляется новый мощный телескоп, они не успокаиваются, пока не выжмут из него все, на что он способен. В последние годы судьба баловала звездочетов: им удалось построить сразу два уникальных инструмента — крупнейший наземный телескоп имени У. Кека с зеркалом диаметром 10 метров, установленный в обсерватории Мауна Кеа на Гавайях, и крупнейший космический телескоп имени Э.Хаббла диаметром 2,4 метра, запушенный на околоземную орбиту. Естественно, астрономам не терпелось с помощью этих могучих инструментов как можно дальше заглянуть во Вселенную. И они это сделали.

Но сначала немного истории. Среди непрофессионалов главным достоинством телескопа считается его способность увеличивать угловой размер объектов. Действительно, увеличение телескопа — вещь немаловажная в том случае, если объект наблюдения яркий, как, например, Солнце или Луна. Но таких объектов мало, а большинство звезд и туманностей не видно глазом потому, что они слишком далеки и слабо светят. Поэтому астрономы особенно ценят два других качества оптического инструмента. Во-первых, объектив телескопа намного превосходит по площади зрачок невооруженного глаза и поэтому собирает значительно больше света. Это стимулирует ученых строить все более и более крупные телескопы. А во-вторых, с помощью фотопластинки или электронного приемника света можно накапливать слабый поток фотонов, делая невидимое видимым. Этой возможностью астрономы пользуется очень активно, доводя экспозицию до нескольких часов, а иногда и суток. Естественно, на дневное время приходится закрывать объектив телескопа, а с наступлением следующей ночи возвращаться к прерванной экспозиции. От астронома-наблюдателя это требует высочайшего искусства, ведь изображение должно попасть точно в то же место фотопластинки, где оно было в предыдущую ночь.

Особенно часто такой «фотоэквилибристикой» занимались в начале века, когда чувствительность пластинок была мала, а телескопы — невелики. Наградой за труды стало, скажем, открытие того факта, что спиральные туманности — это самостоятельные галактики, то есть системы из миллиардов звезд. Но чувствительность фотопластинок с годами возросла, к тому же появились прекрасные электронные приемники света, и астрономы забыли старое искусство длинных экспозиций: им стало хватать одной ночи и даже нескольких часов. При больших экспозициях чувствительная фотопластинка полностью чернеет от слабого излучения земной атмосферы. Однако с появлением космических телескопов забытое искусство понадобилось вновь.

Дело в том, что в безвоздушном пространстве небо значительно темнее земного. и можно было бы доводить экспозиции до десятков часов, регистрируя фантастически слабые, а значит, безумно далекие объекты. Но препятствием для этого стало орбитальное движение астрономических спутников и отсутствие у них «точки опоры», приводящее к «кувырканию» телескопа. С последним недостатком инженеры научились бороться: современные системы ориентации, снабженные измерительными и силовыми гироскопами, микрореактивными двигателями, индукционными катушками для опоры на геомагнитное поле и звездными датчиками направлений, позволяют навести телескоп на любой небесный объект и твердо зафиксировать его в этом состоянии. Но от орбитального движения никуда не денешься: сутки на низкой орбите длятся полтора часа, следовательно, непрерывное наблюдение любой области на небе продолжается не более получаса, а затем она приближается к горизонту и быстро заходит за него.

Однако и тут выручила старая идея.

Давным-давно некоторые астрономы, не имевшие больших телескопов, но желавшие изучать слабые объекты, практиковали метод «сложения фотопластинок». Они получали несколько (иногда десятки!) фотографий одной и той же области неба, а затем аккуратно складывали стопочкой все негативы — то, что было почти незаметно на одной пластинке, оказывалось легко различимо на суммарном изображении- Главное искусство заключалось в том, чтобы сложить пластинки аккуратно — звезда к звезде. В наши дни, когда изображения звезд с помощью электронных приемников света прямо из фокуса телескопа записываются в память компьютера, ему же, естественно, поручили складывать отдельные кадры — аналоги выходящих из употребления фотопластинок.

Итак, недавно, используй орбитальный телескоп Хаббла, международная группа астрономов «устремила» самый глубокий взгляд во Вселенную: в течение 150 орбитальных периодов телескоп смотрел на одну область неба, накопив в сумме 70 часов наблюдения. При этом удалось зафиксировать объекты тридцатой звездной величины. Для бывалых астрономов это звучит достаточно фантастично: еще недавно большим успехом считалось зафиксировать звезды двадцать второй — двадцать третьей величины. а теперь обнаружены в тысячу раз более слабые. На таком изображении без труда можно было бы рассмотреть наше Солнце из Туманности Андромеды!

Затевая столь длительные и кропотливые наблюдения, астрономы преследовали сразу несколько целей: нащупать границу нашей Галактики, зафиксировать самые далекие и, следовательно, самые юные галактики нашей Вселенной, и тому подобное. Работа над изображениями только началась, и постепенно мы узнаем о всех ее результатах. А пока — несколько находок, сделанных «на скорую руку».

Во-первых, подтвердились ожидания астрономов, что чем меньше масса звезды, тем больше таких звезд в Галактике. Если раньше мы считали Солнце заурядной звездой, то теперь можно называть его «сравнительно упитанной»: выяснилось, что большинство звезд значительно легче Солнца. Однако не оправдались надежды астрономов найти очень много слабосветящихся звезд в гало Галактики, чтобы объяснить этим его большую массу при относительно малой яркости. Тусклых звезд в гало не больше, чем в окрестности Солнца, а значит, проблема скрытой массы Галактики по-прежнему «висит в воздухе».

Во-вторых, на снимках замечено много слабых голубых объектов. Это не могут быть маломассивные звезды: у них поверхность не очень горячая и имеет красный цвет. Рассматриваются две возможности: либо это белые карлики (ядра проэволюционировавших звезд) в гало нашей звездной системы, либо очень далекие галактики, структуру которых невозможно различи ib из-за большого удаления. Вот туг мы и подошли к самому неприятному открытию, сделанному в ходе глубокого разглядывания Вселенной. Оказывается, что не гак-то легко отличить слабую звезду от далекой галактики.