Астрономия на пальцах. Для детей и родителей, которые хотят объяснять детям

Представляете, какое огромное расстояние свет преодолевает за год! Не поленитесь, возьмите калькулятор и умножьте 300 тысяч километров в секунду на количество секунд в году – вот это и будет световой год: девять с половиной триллионов километров.

Самая близкая к Солнечной системе звезда – Проксима Центавра. До нее всего 4,2 световых года. Почти на таком же расстоянии – 4,3 с.г. – находится Альфа Центавра.

Еще одна единица космического расстояния – парсек. 1 парсек = 3,26 световых года. Почему такое некруглое число – 3,26? Почему не 10? Потому что само слово «парсек» – это сокращение от двух слов – «параллакс» и «секунда». Что такое секунда понятно, а параллакс – это кажущееся смещение. Парсеком называют такое расстояние, на котором кажущееся смещение звезды на небосклоне из-за движения Земли по орбите составляет 1 угловую секунду. Непонятно? Конечно, непонятно! Такое можно только по картинке понять.

Сейчас разберемся, без паники!.. Вы, я надеюсь, знаете, что углы измеряются в градусах, как и температура? Только градусы там другие – угловые. Так называемый прямой угол – например, угол между двумя стенками в квартире – равен 90 градусам. Один градус делится на 60 угловых минут. А одна угловая минута – на 60 угловых секунд. Угол в одну секунду такой тоненький, что его и глазом не разглядишь.

Итак, смотрим… Большинство звезд такие далекие, что кажутся нам прибитыми к какому-то небесному экрану. А вот одна звездочка расположена близко. И из-за того, что Земля крутится вокруг Солнца, ее видимое положение на небесном экране меняется – звездочка как бы описывает на небе крохотный кружочек: зимой мы видим ее в одном месте, летом в другом. Размеры этого кружочка зависят от близости к нам звезды. Если угловой размер этого смещения равен одной секунде, значит звезда находится на расстоянии 1 парсека от нас.

Возвращаясь к Млечному пути, отметим, что диаметр нашей галактики составляет 30 000 парсек (около 100 000 световых лет). То есть, если лететь на ракете со скоростью света (а скорости выше световой принципиально недостижимы), то путь от галактических Кузьминок до галактического Митино займет 100 тысяч лет. В толщину же наша галактика, напоминающая по форме зернышко чечевицы или линзу, всего ничего – 1000 световых лет.

Большой звездный город! А каково же тогда расстояние между нашим звездным городом и какой-нибудь другой галактикой? Самая примелькавшаяся и наиболее известная широкой публике галактика – Туманность Андромеды.

Такое странное название галактика получила потому, что астрономы XVIII века поначалу считали ее туманностью, то есть скоплением межзвездного газа, которое находилось в созвездии Андромеды. Лишь потом разобрались, что никакая это не туманность, а самая настоящая галактика, но название осталось.

Туманность Андромеды – ближайшая к нам галактика. И она гораздо больше нашей. Если наша галактика – какой-нибудь зачуханный Тамбов, то Туманность Андромеды – настоящая Москва! В нашей – 200 миллиардов звезд, а там – триллион! Ну, а расстояние до этой соседней и ближайшей к нам галактики составляет 2 500 000 световых лет.

Итак, для сравнения: размер нашей галактики составляет 100 тысяч с.в., а расстояние до соседней в 25 раз больше.

Галактики формируют скопления и сверхскопления галактик. Наша галактика, Туманность Андромеды, галактика Треугольника и еще примерно пять десятков соседних галактик формируют так называемую Местную группу галактик – огромную галактическую «страну». Размеры этой галактической «страны», состоящей из городов-галактик, примерно 1 мегапарсек, то есть миллион парсек.

Но это еще не все. Наша Местная группа вместе с другими группами галактик входит в суперобъединение – этакий «союз стран», который называется Местный лист.

Почему лист?

Потому что галактические объединения плоские. Местный лист представляет собой приплюснутое скопище мириадов галактик диаметром примерно в 7 мегапарсек, а толщиной в полтора мегапарсека.

Однако и это еще не все! Местный лист является частью сверхобъединения галактик под названием Местное сверхскопление. Это уже прямо-таки целый «континент» галактик! И таких галактических «континентов» во Вселенной – мириады. Но расположены они не равномерно, а стянуты в огромные нити и плоскости. Это напоминает мыльную пену. Тонкие пленки – сверхскопления галактик, а внутренность пузырьков – невообразимые провалы пустоты на сотни мегапарсек, в которых ничего нет.

Одну из таких «пленок» астрономы назвали Великой стеной Слоуна – это гигантское сверхскопление галактик, которое протянулось на миллиард световых лет. Стеной она называется как раз за свой плоский вид. А есть еще Великая стена Геркулеса, Великая стена CfA2…

В общем, наша Вселенная, или, как ее еще называют, Метагалактика, невообразимо огромна и состоит из триллионов галактик, содержащих триллионы звезд. Наша небольшая «сельская» галактика Млечный путь – невидимая песчинка, пылинка в этой «пыльной буре», или, точнее, вселенской пене. В масштабах известных нам Великих стен (которые являются всего лишь стеночками нашего пузыря) Вселенная действительно выглядит «пенной», то есть неравномерной: стеночка – пустота – стеночка – пустота. Но в больших масштабах (порядка сотен мегапарсек) она вполне равномерна. Поясню. Это как если бы мы сначала рассматривали мыльную пену в лупу и видели то радужную мыльную пленочку, то пузырь воздуха, где нет никакого мыла, а потом отбросили лупу и встали над пеной в полный рост, глядя на нее свысока и видя перед собой только белый равномерный массив. Вот это и значит, что в больших масштабах Вселенная однородна.

Но если мы вновь начнем приближаться к вселенской «пене», то сначала увидим отдельные «пузырьки» – их стеночки тонки и состоят из сверхскоплений галактик. Затем мы разглядим отдельные галактики. Приблизив любопытный нос к отдельной галактике, мы увидим, что она состоит из сотен миллиардов звезд. Увеличим изображение, и взору представятся планеты, кружащиеся вокруг некоторых звезд. А еще мы увидим системы двойных звезд – это когда две звезды кружатся друг вокруг друга (астрономы говорят, «вокруг общего центра масс»).

Представляете? Мы ничтожны в масштабах Вселенной! Она не заметит не только уничтожения нашей планеты, или нашей Солнечной системы, или даже галактики, но и целой пригоршни из мириадов галактик! Попробуйте убрать из ванны горсть пены – там все равно останется полная ванна.

Именно такие мысли о ничтожности бытия приходят в голову, когда, лежа в ночной степи на пыльной кошме, смотришь в бескрайнее черное небо, усыпанное бриллиантовыми искрами звезд.

Глава 1. Разноцветная россыпь звезд

А, кстати, сколько звезд может увидеть на ночном небе человек невооруженным глазом?

Нам с вами, привыкшим к невероятным масштабам, миллиардам, триллионам и квинтиллионам, эта цифра, наверное, сейчас покажется смешной. Потому что невооруженным глазом на небе можно увидеть всего 3–4 тысячи звезд. Именно этот мизер и создает столь впечатляющую картину.

Вооруженный биноклем глаз может увидеть 100 или даже 200 тысяч звезд. Глаз, наблюдающий небо через небольшой телескоп, увидит уже миллионы звезд! Ну, а если под рукой ничего нет, придется, лежа на спине и закинув руку за голову, тупо моргать невооруженными глазами. Но даже невооруженный стекляшками глаз может заметить, что все звездочки разные – и по яркости, и даже по цвету. Впрочем, последнее отмечает не каждый. Мне, например, в детстве все звезды казались почему-то зелеными или зеленоватенькими. И я очень удивился, когда учительница в начальных классах поругала меня и поставила «трояк» за то, что на уроке рисования я изобразил звезды на небе зелеными:

– Где ты видел зеленые звезды?!

«Ох и ни хрена ж себе! А где ты видела другие?!» – подумал я тогда, поразившись, сколь разными могут представляться одни и те же предметы и объекты разным людям.

А действительно, какого цвета звезды? И почему у них разная яркость? Можно подумать, что чем ярче звезда, тем она больше, но это неверно, поскольку видимая нами яркость звезды зависит не только от ее размеров и светимости, но и от расстояния. Толстая и могучая звезда может находиться очень далеко и потому видеться нам тусклой, и, напротив, слабенькая малявка быть относительно недалеко и потому видеться более яркой.

Астрономы делят звезды в зависимости от их видимой яркости по величинам. Звезда первой величины – очень яркая. У звезды второй величины яркость поменьше. Ну и так далее, тенденция ясна. Всего существует шесть звездных величин, при этом звезда первой величины в 100 раз ярче звезды шестой величины. Такую вот шкалу придумали.

Помимо видимой звездной величины, существует еще так называемая абсолютная звездная величина. Это чисто теоретическая штука, продукт мысленного эксперимента: а что, если бы все звезды находились на одинаковом от нас расстоянии в 10 парсеков, какой была бы их видимая светимость? Иными словами, абсолютная светимость – это та светимость звезды, которую мы бы увидели, если бы приблизили (удалили) звезду на расстояние в 10 парсеков от Земли. Тогда бы все звезды были в равных условиях, и мы могли бы сказать, какие из них действительно светят ярче, а какие слабаки.

Теперь определимся с расцветкой.

Некоторые особо востроглазые граждане (не такие, как автор данной книжки, которому все зелень мерещится) могут различить, что у разных звезд разный цвет. Одни чуть в голубизну сияют, другие вроде красноватые… Ну а что на самом деле?

И на самом деле звезды разноцветные! Голубые, белые, желтые, красные. Самые холодные – красные и коричневые. Самые горячие – белые и голубые. Наше Солнце по астрономической классификации относится к классу желтых карликов. Температура на поверхности Солнца достигает 6 000 градусов. Если бы температура была вдвое меньше, наша звезда была бы красным карликом. А если еще подкрутить фитилек[1 - Кстати, дети, а вы знаете, что означает выражение «подкрутить фитилек»? Если нет, срочно спросите у родителей, они должны еще помнить. Заодно уж поинтересуйтесь, чем отличается керосиновая лампа от керосинки.] – градусов до 1500, то получим коричневую звезду. Ну а коли совсем задуть свечение, получится наш Юпитер, то есть недозвезда – газовый гигант, которому не хватило массы, чтобы разгореться в звезду.

Теперь сходим в другую сторону и открутим звездный фитилек на прогрев. И увидим, как по мере роста поверхностной температуры звезды, ее цвет меняется от желтого через оранжевый к белому, а потом и ослепительно-голубому. И при этом растет размер! Большие звезды, как правило, самые горячие и яркие.

Астрономы классифицируют звезды по цветам (по спектральным классам, как они говорят) с помощью букв латинского алфавита:

O – B – A – F – G – K – M

Запоминать буквы не нужно, но вместе с тем запомнить их довольно просто при помощи мнемонического правила: «Один бритый англичанин финики жевал, как морковь». Эта бессмысленная фраза, рисующая абсурдную ситуацию, быстро всплывает в памяти и помогает правильно расставить обозначения звездных классов – по первым буквам слов в этом дурацком предложении.

Итак.

Класс O – это самые горячие звезды, наиболее интенсивно светящие в невидимом человеческому глазу ультрафиолетовом диапазоне света, отчего свечение их кажется нам голубым. Их поверхностная температура от 30 до 60 тысяч градусов. Пример таких звезд – Лямбда Ориона, Лямбда Цефея, Кси Персея.

Класс В – температура этих звезд 10–30 тысяч градусов. Их свет слегка голубоватый или, если хотите, бело-голубой. Пример: Эпсилон Ориона, Ригель, Гамма Персея.

Класс А – от 7500 до 10 000 градусов. Белые звезды. Типичные представители – Вега, Сириус, Гамма Близнецов.

Класс F – температура поверхности находится в диапазоне 6000–7500 градусов. Цвет ярко-желтый. Альфа Малого Пса, он же Процион – пример такой звезды…

Слушайте, друзья мои детишки, а вам не кажутся странными названия звезд, которые им дают астрономы? Ну, в самом деле, что это такое – Процион Малого Пса? Если был бы «порцион», это еще можно было бы понять. Ну, порцию дали маленькому песику. Странное, конечно, название для звезды, но мало ли в каком похмелье был астроном, давший название открытой им звезде! Но вот что такое «процион»?

А дело в том, что звезд на небе слишком много, чтобы каждой давать собственное имя. Собственное имя имеют только самые яркие, «исторические», заметные на небе звезды. А прочей небесной швали или дают номера или же звезды, расположенные в одном созвездии, называют буквами греческого алфавита – альфа, бета, гамма, лямбда, эпсилон, кси и так далее. Слово «процион», правда, не название буквы. Оно означает по гречески «до», то есть «перед» или «раньше». Звезду так назвали, потому что она восходит на небосклоне перед «собачьей звездой», как раньше называли Сириус в созвездии Большого Пса. Ну, а о том, что такое созвездия, мы поговорим чуть позже, сейчас же вернемся к звездным классам. Извините, что отвлекся на этих собак…

Класс G – температура на поверхности 5000–6000 градусов. Цвет желтый. Наше Солнце относится к этому классу.

Класс K – температура от 3500 до 5000 градусов. Цвет – красный. Арктур и Альдебаран – красные звезды.

Класс M – здесь температуры уже совсем смешные – 2–3,5 тысячи градусов. Цвет таких звезд – темно-багровый. Примеры – Антарес и Бетельгейзе.

И раз уж мы упомянули звезду Бетельгейзе, преступлением было бы не рассказать вам о ней. Это одна из самых знаменитых звезд нашего небосклона. Так-то она на небе ничем не выделяется, но по своим характеристикам – звездища уникальная!

Как правило, красные звезды маленькие, меньше Солнца. Бетельгейзе – исключение. Она просто гигантская! Если бы вместо Солнца в нашу систему можно было бы вдуть Бетельгейзе, она достала бы аж до орбиты Юпитера, то есть поглотила бы своими размерам большую часть планет Солнечной системы. При этом Бетельгейзе в сто тысяч раз ярче Солнца, но ее масса всего в 15 раз больше солнечной. Просто Бетельгейзе очень разреженная звезда – плотность этого раскаленного газового шара намного меньше плотности Солнца.

Как вы уже поняли, величина звезд обычно связана с их цветом. Наиболее полно это можно наблюдать на диаграмме, названной в честь двух астрономов – Герцшпрунга и Рессела, которые более ста лет назад додумались расположить все звезды на одном графике, в зависимости от их светимости и цветности. С тех пор картинка эта носит название диаграммы Герцшпрунга-Рессела (на рисунке ниже). Иногда еще ее называют Главной последовательностью, потому что большинство звезд на ней не раскиданы хаотично по всему полю диаграммы, а стянуты в некую закономерную последовательность, в одну линию.

Диаграмма Герцшпрунга-Рессела. Слева на вертикальной оси указана светимость звезд, измеренная в Солнцах. Вверху расположены звезды, которые светят как сто, тысяча или сто тысяч таких звезд, как наше Солнце. Внизу – слабенькие звездульки, которые светят в сотни и тысячи раз слабее нашего Солнышка. На нижней горизонтали указана цветность звезд уже знакомыми нам буквами. Левее всего расположены звезды голубые и белые, в серединке желтенькие, ну а правее – красные и в конце совсем уже буро-коричневые. По-иному это называется цветовой температурой (значения температуры также указаны) – вы знаете, что если постепенно нагревать металл, например, то сначала он будет светиться еле заметным багровым цветом, затем засветится ярко-красным, потом ярко-желтым, а уж если довести его, как говорят, до белого каления, он и будет светиться белым. Со звездами то же самое – чем горячее, тем дальше от красного и ближе к белому. И тем ярче светимость.