Было ли начало мира

1. Прогулка по небу

Однажды, поздним зимним вечером, мне пришлось в ожидании поезда пробыть несколько часов под открытым небом на маленьком полустанке. Небо было ясное, безлунное, ярко сияли звёзды.

Рядом со мной на скамейке сидел пассажир, так же как и я, опоздавший к предыдущему поезду. Он явно тяготился молчанием. Мы разговорились. Мой попутчик оказался живым любознательным человеком. Узнав, что я астроном, он ещё более оживился и попросил меня рассказать о том, чтó знает теперь астрономия о звёздах. Я охотно согласился, и дело кончилось тем, что мы совершили с ним основательную прогулку по звёздному небу.

— С первого взгляда, — сказал я, — звёздное небо может вам показаться довольно однообразным. Правда, звёзды разбросаны на нём без всякого видимого порядка, и любой рисунок, составленный несколькими звёздами, больше не повторяется в какой-либо другой части неба. Однако сами звёзды кажутся удивительно похожими друг на друга. Хорошо заметна только разница в их яркости. Если же вы более внимательно приглядитесь к звёздам, то начнёте различать и оттенки в их окраске.

— Но неужели за пределами Земли, если не считать Луну и Солнце, мы можем наблюдать только эти, так похожие друг на друга, огоньки, называемые звёздами?

— Раньше, до изобретения астрономической увеличительной трубы — телескопа, на такой вопрос пришлось бы ответить утвердительно. Правда, среди обычных, так называемых «неподвижных» звёзд, не изменяющих своего положения на звёздном небе, люди уже давно выделили пять «блуждающих» звёзд — планет. Некоторые из этих блуждающих звёзд настолько быстро перемещаются среди неподвижных звёзд, что их движение можно обнаружить спустя несколько дней. Но по своему виду для невооружённого телескопом глаза они только тем и отличаются от остальных звёзд, что почти не мерцают и довольно заметно изменяют яркость при своём путешествии по звёздному небу.

Только после того как был изобретён телескоп, постепенно открылось бесконечное разнообразие звёздного неба. Оказалось, что планеты по своему внешнему виду и по своей природе значительно больше похожи на Луну, чем на звёзды. Кроме того, люди увидели, что небо усыпано не только звёздами, но и другими светилами, получившими название туманностей. Эти светила имеют самую различную форму. Да и сами звёзды оказались далеко не одинаковыми. Присоединяя к телескопам различные другие приборы, астрономы установили, что звёзды очень сильно отличаются друг от друга как по своим размерам, так и по своей действительной яркости, по температуре и ряду других свойств.

Вот посмотрите, например, на эти четыре яркие звезды, образующие на небе сравнительно небольшой четырёхугольник (см. рис. 1, вверху слева).

Рис. 1. Участок звёздного неба с созвездиями. Положение планет Марса и Сатурна показано на 1 марта 1946 года.

На первый взгляд — это почти одинаковые светила. Правда, если внимательно в них вглядеться, можно заметить, что правая верхняя звезда ярче других и лучи её имеют красноватый оттенок. Что же касается остальных трёх звёзд, то они лишь немного отличаются друг от друга по яркости и ещё меньше по цвету.

А между тем, как непохожи они в действительности друг на друга! Достаточно сказать, что только две левые звезды представляют собой настоящие звёзды, то есть огромные раскалённые светила, подобные нашему Солнцу. Обе же правые звезды в действительности вовсе не звёзды, а планеты, то есть тёмные и сравнительно небольшие тела. Они, как и наша Земля, движутся вокруг Солнца, и мы видим их только потому, что их освещают солнечные лучи.

Верхняя из планет — Марс, нижняя — Сатурн. Во время своего движения по небу они подошли близко друг к другу и к двум ярким звёздам созвездия Близнецов. Пройдёт две-три недели, они переместятся, и небольшой четырёхугольник совершенно изменит свои очертания.

Хотя Марс светит на небе значительно ярче Сатурна, но в действительности он во много раз меньше его — диаметр Марса менее 7000 километров, а диаметр Сатурна — 120 000 километров. Любопытно посмотреть на Марс в очень большой телескоп. Ведь он имеет много общего с нашей Землёй. У его полюсов резко выделяются белые снеговые шапки. На поверхности Марса, бóльшая часть которой имеет оранжевую окраску, видны зеленовато-синеватые пятна различных очертаний. Если проследить за положением этих пятен в течение часа, можно заметить, как все они перемещаются в одном и том же направлении. Это Марс вращается вокруг своей оси. Благодаря этому на Марсе, как и на Земле, происходит смена дня и ночи. Только сутки Марса приблизительно на 40 минут длиннее земных суток.

Изучение Марса убедило учёных в том, что он окружён атмосферой, правда, значительно более разреженной, чем наша земная атмосфера.

Оранжевая часть поверхности Марса представляет собой, по-видимому, огромные песчаные пустыни, а зеленоватые пятна — это места, имеющие влагу и растительность.

Марс иногда называют меньшим братом нашей Земли, и нет ничего удивительного, что многие писатели избрали путешествие на Марс темой для своих фантастических романов.

Сатурн кажется сейчас на небе почти рядом с Марсом, но в действительности он отстоит от нас на расстоянии в 15 раз большем, чем Марс. Сам Сатурн при рассматривании его в телескоп малоинтересен, так как его поверхность всегда закрыта плотным слоем облаков. Но невольное восхищение вызывает опоясывающее его кольцо (рис. 2). Это кольцо широкое и плоское, не сплошное, а состоит из множества небольших твёрдых «камешков», движущихся вокруг Сатурна. Это как бы ничтожно маленькие спутники, сопровождающие Сатурн в его движении вокруг Солнца. Кроме того, есть у Сатурна и девять больших спутников, обращающихся вокруг него подобно тому, как Луна обращается вокруг нашей Земли. Сам Сатурн с такой большой скоростью вращается вокруг своей оси, что смена дня и ночи происходит на нём каждые 10 часов.

Рис. 2. Сравнительные размеры Сатурна, Марса и Земли.

Мы не знаем, что представляет собой скрытая под слоем облаков поверхность Сатурна. Но несомненно, что Сатурн и по своим размерам и по физическим свойствам значительно меньше похож на Землю, чем Марс.

Две звезды созвездия Близнецов, расположенные влево от Марса и Сатурна, называются Кастором и Поллуксом. Я уже говорил о разнице в расстояниях от нас Марса и Сатурна. Но что это в сравнении с огромной удалённостью звёзд! Даже более близкая звезда — Поллукс находится от нас в 250 000 раз дальше, чем Сатурн. А расстояние до Кастора ещё больше.

Чтобы яснее понять эту огромную разницу в расстояниях, примем расстояние от Земли до Марса равным 10 метрам. Тогда расстояние до Сатурна будет равно 150 метрам, а расстояние до звезды Поллукс — 40 000 километров!

Попробуйте теперь, поочерёдно глядя на Кастор и Поллукс, заметить, чем они отличаются друг от друга. В лучшем случае вы сможете лишь обнаружить, что Поллукс несколько ярче и краснее Кастора. Совсем не то сказали бы вы, рассматривая их в телескоп. Звезда Поллукс показалась бы вам только значительно ярче, а глядя на Кастор, вы увидели бы вместо одной звезды — три: две более яркие белые и ещё одну слабенькую красную. Следовательно, то, что невооружённому глазу кажется одной звездой, в действительности представляет собой целых три.

Но это ещё не всё. Значительно больше можно узнать, изучая свет этих звёзд с помощью специального прибора, который называют спектроскопом. Спектроскоп показывает, что каждая из трёх звёзд Кастора двойная, то есть состоит из пары звёзд! Звёзды в каждой паре так близки друг к другу, что их невозможно рассмотреть отдельно даже с помощью наиболее сильных телескопов. Так, оказывается, что Кастор состоит из шести звёзд! Самая яркая из них почти в 30 раз ярче Солнца и в полтора раза больше его по диаметру. Самая слабая светит в 50 раз слабее Солнца и почти в два раза меньше его по диаметру.

Вы видите, что уже в одной звезде Кастор находятся звёзды, значительно отличающиеся друг от друга и по яркости и по размерам. Не нужно думать, что Кастор — это какая-то исключительная звезда. Теперь на небе открыто много тысяч двойных и кратных звёзд (то есть звёзд тройных, четверных и т. д.). Да и размеры звёзд, составляющих Кастор, не представляют ничего особенного. Поллукс, например, значительно больше самой большой из звёзд Кастора: его диаметр превышает диаметр Солнца в 13 раз (рис. 3). А знаете ли вы, как велико само Солнце? Диаметр Солнца составляет почти 1 400 000 километров, в то время как диаметр Земли менее 13 000 километров.

Рис. 3. Солнце и Поллукс.

Если мы изобразим Землю зёрнышком пшена, то Солнце будет величиной с человеческую голову, а звезда Поллукс окажется шаром около 3 метров в диаметре.

Однако и эта звезда ещё не так велика. Посмотрите на яркую красную звезду, находящуюся в левом верхнем углу самого величественного из созвездий — созвездия Ориона. Эта звезда, носящая замысловатое имя — Бетельгейзе (рис. 1, в центре), ещё грандиознее Поллукса: её диаметр в 300 с лишним раз превосходит диаметр Солнца. Изображая Землю зёрнышком пшена, мы должны представить себе Бетельгейзе в виде шара, диаметр которого равен высоте пятнадцатиэтажного дома!

Я сравнивал до сих пор звёзды главным образом по их размерам, отчасти — по их яркости. Но они различаются также и по температуре, и по своей массе, то есть по количеству заключающегося в них вещества и по ряду других свойств. И чем дольше и тщательнее астрономы изучают звёзды, тем больше они убеждаются в их разнообразии.

Но не одни только звёзды и планеты видны на ночном небе. Рассмотрите внимательно ту часть созвездия Ориона, которая находится под тремя его звёздами, расположенными в один тесный ряд и называемыми «поясом Ориона». Под средней из этих звёзд, ниже нескольких слабых звёздочек, вы заметите небольшое светлое пятнышко. Это — так называемая туманность Ориона (см. рис. 1). Она очень красива при рассматривании её в телескоп. Особенно много подробностей можно увидеть на её фотографических снимках (рис. 4).

Рис. 4. Большая туманность в созвездии Ориона.

Сейчас нам известно более ста туманностей, подобных туманности Ориона, но все они недостаточно ярки для того, чтобы их можно было заметить невооружённым глазом. Все эти туманности состоят из газа и из так называемой «космической пыли», то есть из скопления небольших твёрдых телец. Мы видим их в телескоп как светлые туманные пятна только потому, что они освещены звёздам, находящимися внутри их.

Посмотрите теперь на созвездие, находящееся значительно правее созвездия Ориона. Три его довольно яркие звезды расположились в ряд приблизительно на одинаковых расстояниях друг от друга. Это — созвездие Андромеды. Несколько правее и выше средней звезды этого созвездия, если всмотреться внимательнее, можно заметить продолговатое светлое пятнышко (рис. 5). Оно ещё менее заметно, чем пятнышко в созвездии Ориона. Эта пятнышко тоже туманность, но только совсем не похожая на те, к числу которых принадлежит туманность Ориона. Туманность Андромеды имеет довольно правильную удлинённую форму, что хорошо заметно при рассматривании её в телескоп и ещё лучше на фотографических снимках (рис. 6).

Рис. 5. Созвездия Андромеды и Пегаса.

Между туманностью Андромеды и звёздами, которые видны поблизости от неё, нет ничего общего. Учёным удалось определить расстояние до этой туманности. Оказалось, что оно в сотни и тысячи раз превосходит расстояния до звёзд, видимых невооружённым глазом. Что же в таком случае представляет собой эта туманность?

Рис. 6. Туманность в созвездии Андромеды. Это — огромная звёздная система.

Тщательное изучение туманности Андромеды убедило учёных в том, что если не вся она, то, во всяком случае, бóльшая её часть состоит из многочисленных звёзд, блеск которых из-за их удалённости сливается в одно общее сияние. Многие из этих звёзд — наиболее яркие — хорошо заметны на фотографических снимках этой туманности. Таким образом, каждый, кто смотрит на туманность Андромеды, видит перед собой огромную звёздную систему, состоящую из многих тысяч миллионов звёзд. Эти звёзды находятся на таких же огромных расстояниях друг от друга, как и окружающие нас звёзды. И несомненно, что они так же, как эти звёзды, разнообразны по своим свойствам.

Невольно возникает мысль: а не объединены ли все звёзды, которые мы видим на ночном небе, в одну такую же огромную звёздную систему, как звёздная система туманности Андромеды? И если это действительно так, то нельзя ли отыскать на небе какие-либо указания на правильность такого предположения?

Посмотрите на длинную светлую полосу неправильной формы, пересекающую всё звёздное небо. Это так называемый Млечный Путь. До изобретения телескопа можно было только догадываться о том, что он собой представляет. Но когда около 350 лет назад телескоп был впервые направлен на Млечный Путь, сразу стало ясно, что эта сияющая полоса сливается из лучей отдельных звёзд, очень удалённых от нас и очень многочисленных. Звёзды эти принадлежат к огромной звёздной системе, в состав которой входит и наше Солнце и все те звёзды, которые сияют на ночном небе и которые значительно ближе к нам, чем звёзды Млечного Пути.

Нетрудно объяснить, почему Млечный Путь имеет вид сравнительно узкой полосы, опоясывающей звёздное небо. Дело в том, что наша звёздная система имеет сильно сплюснутую форму, сходную с формой карманных часов или зерна чечевицы. Находясь внутри такой огромной звёздной чечевицы, мы можем видеть очень удалённые от нас звёзды только в том случае, если мы смотрим в одном из направлений, вдоль которых чечевица растянута. Если же смотреть по направлению, в котором чечевица сплюснута, то мы не увидим таких удалённых звёзд нашей звёздной системы просто потому, что их там нет.

Рассматривая в телескоп или на фотографическом снимке туманность Андромеды, мы убеждаемся в том, что и она имеет сплюснутую форму, сходную с формой чечевицы.

Тщательно изучая небо, астрономы нашли многие сотни тысяч таких туманностей. Оказалось, что всё мировое пространство заполнено ими. А ведь каждая из туманностей представляет собой огромную звёздную систему! Эти огромные звёздные системы называются галактиками.

Таким образом, можно сделать вывод, что та часть Вселенной, которую людям до настоящего времени удалось изучить, состоит из звёздных систем, каждая из которых объединяет тысячи миллионов звёзд. Как сами звёздные системы, так и звёзды, входящие в их состав, движутся в мировом пространстве с огромными скоростями. Наше Солнце, например, движется внутри нашей звёздной системы вокруг её центра тяжести со скоростью около 300 километров в секунду. В этом своём движении и оно сопровождается обращающимися вокруг него планетами, которые в свою очередь окружены своими спутниками.

Но помимо перемещения в мировом пространстве, и планетам, и звёзды, и звёздным системам в целом свойственно движение другого рода: они непрерывно изменяются. Все они имели начало и все рано или поздно будут иметь конец.

Мой собеседник, несколько утомлённый затянувшейся беседой, при последних моих словах заметно оживился:

— Вот, вот, — прервал он меня, — именно об этом я и хотел вас спросить. Откуда всё это взялось? Откуда взялись звёзды, планета? Как они произошли? Как произошёл мир?

— Ваши вопросы очень серьёзны и очень сложны, — сказал я. — Ответить на них в двух словах невозможно. Впрочем, нам предстоит ещё вместе ехать в поезде. Если вы не возражаете, я постараюсь за время вашего путешествия дать вам носильный для меня ответ.

Этот мой ответ в несколько изменённом виде и составляет содержание всех последующих глав нашей книжки.