Главная страница
qrcode

Альманах - Космос. C I e n t I f I c a m e r I c a n the в мире науkи moscow 2006 в мирен ау к ик осмос альманахраздел 1 Вселенная Раздел 2 Галактики Раздел 3 Звезды Раздел 4 Планеты москва редакция журнала в мире науки представляет читателям сборник статей


Скачать 11.93 Mb.
НазваниеC I e n t I f I c a m e r I c a n the в мире науkи moscow 2006 в мирен ау к ик осмос альманахраздел 1 Вселенная Раздел 2 Галактики Раздел 3 Звезды Раздел 4 Планеты москва редакция журнала в мире науки представляет читателям сборник статей
АнкорАльманах - Космос.pdf
Дата14.12.2017
Размер11.93 Mb.
Формат файлаpdf
Имя файлаAlmanakh_-_Kosmos.pdf
оригинальный pdf просмотр
ТипСборник статей
#51569
страница1 из 36
Каталогid50384802

С этим файлом связано 45 файл(ов). Среди них: и ещё 35 файл(а).
Показать все связанные файлы
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   36

S C I E N T I F I C A M E R I C A N
КОСМОС
АЛЬМАНАХ


«в мире науkи»
МОСКВА
2006

S C I E N T I F I C A M E R I C A N
THE в мире науkи
»
MOSCOW
2006
В МИРЕН АУ К ИК ОСМОС АЛЬМАНАХРаздел 1
Вселенная
Раздел 2
Галактики
Раздел 3
Звезды
Раздел 4 Планеты МОСКВА
Редакция журнала В мире науки представляет читателям сборник статей, опубликованных за последние годы в нашем журнале и посвященных космосу. В первом разделе освещены последние достижения астрономии, начиная от проблем космологии, заканчивая строением и развитием мира в целом. Второй раздел посвящен исследованиям звездных систем, галактик,
третий – звездной астрономии, четвертый – планетам. В статьях описаны как наблюдательные данные, таки последовательно изложено развитие наших представлений об этих объектах.
Заметим, что наблюдения уже давно стали всеволновыми и не ограничены только видимым диапазоном света. Многие инструменты вынесены за пределы атмосферы, в том числе известный
«Хаббл». Затраты на большие телескопы соотно'
симы с расходами на ускорители заряженных частиц, которые раскрывают мир самого малого.
Физика же Вселенной обращается к результатам физики высоких энергий для интерпретации результатов наблюдений, перенимая методы исследований и подчеркивая идейное и методическое единство науки.
Ускорители и телескопы объединяет то, что и те и другие бывают как удачливыми, таки несчастливыми в своей судьбе. Несмотря на досадную оплошность, когда один из элементов оптики «Хаб'
бла» был изготовлен с величайшей точностью, ноне той формы, что потребовало исправления оптической системы уже на орбите, этот телескоп оказался, несомненно, счастливым. Полученные результаты значительно повлияли на наши представления о самых разных объектах, асам инструмент оказался на редкость долгоживущим.
Появление нашего сборника, в составление которого значительный вклад внес консультант и редактор В.Г. Сурдин, происходит вовремя глубокой ревизии наших представлений о Вселенной. До последнего времени многим казалось, что все, что мы видим, и есть то, из чего состоит мир. Однако теперь выясняется, что существует грандиозная невидимая часть Вселенной, о которой мы пока только знаем, что ее гравитационное поле проявляется в том, что она ускоряет разлет галактик.
Здесь нельзя не вспомнить Эйнштейна, который утверждал, что Бог изощренно не злонамерен».
По'видимому, и загадка солнечных нейтрино, наконец получила свое разрешение. Как и с темным веществом, именно усовершенствование методов наблюдений привело к этим открытиям. Поскольку представленный сборник не дает систематического обзора современного состояния астрономии, от него нельзя требовать полноты изложения. Однако, как мгновенный снимок самых последних результатов, многие из которых будут развиты и дополнены, материалы, вошедшие в наш альманах, имеют свою интеллектуальную и даже эмоциональную ценность. Главное,
они знакомят читателя с достижениями на самом переднем крае фундаментальных исследований природы, передают всю драму идей и негаданных открытий. Тем не менее эти исследования не обещают не только немедленной пользы, но даже не сулят отдаленной выгоды, которую некоторые ожидают и даже требуют получить взамен на миллиарды, потраченные на эти приборы и работы по их применению. Однако без этого современная наука не может развиваться. Как невидимая материя существенна для понимания ускорения мира, таки эти работы столь же необходимы, играя роль ускорителя самой машины познания,
благодаря которой мы единственно отличаемся от братьев наших меньших. Впрочем, когда я наблюдаю за своей домашней кошкой, меня преследует мысль, что она понимает значительно больше, чем нам кажется. Именно поэтому следующий выпуск будет посвящен наукам о человеке, где также происходит революция в понимании того, чем и как мы отличаемся своим сознанием от той же кошки. Как ив астрономии, прогресс в этой области во многом связан с новыми методами и инструментами исследования. Чтобы представить размах этих работ, заметим, что на последней ежегодной конференции по нейронаукам в США присутствовало 30 тысяч ученых, из которых 300 получили образование в нашей стране, откуда приехало всего 8 участников. С другой стороны, в США затраты на лечение болезней, связанных с высшей нервной деятельностью, превышают потери от сердечно'
сосудистых и онкологических заболеваний. Недаром говорят, что все болезни от нервов, кроме той, что от удовольствия
С.П. Капица
А ль м ан ах КОСМОС »
5
УДК [52+629.78](082)
ББК К Руководитель проекта, главный редактор журнала В мире науки»
Капица Сергей Петрович
Редактор'составитель
Сурдин Владимир Георгиевич
Редактор
Мостинская Алла Юрьевна
Космос: альманах / Под рук. Капицы С.П. — МВ мире науки, 2006. — 224 сил Сборник научно'популярных статей по астрофизике, астрономии и космологии,
опубликованных ведущими учеными мира за последние три года в журнале В мире науки American». Тематика статей охватывает самые актуальные проблемы науки о Вселенной и заинтересует как ученых'профессионалов, таки любителей науки.
УДК [52+629.78](082)
ББК 22.6+39.6
ISBN 5'98944'001'4
© В мире науки, 2006
© «Scientific American», К ПРЕДИСЛОВИЕ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА
Мироздание сего неизмеримым
величием, сего сияющим отовсюду
бесконечным разнообразием и красотою приводит нас в безмолвное изумление.
Иммануил Кант
Альманах КОСМОС Раздел 1. Вселенная
1.
ЧЕТЫРЕ КЛЮЧА К КОСМОЛОГИИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 ПЛАН ВСЕЛЕННОЙ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ ВСЕЛЕННЫЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 МИФ О НАЧАЛЕ ВРЕМЕН . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 КОСМИЧЕСКАЯ СИМФОНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 ОТ ЗАМЕДЛЕНИЯ К УСКОРЕНИЮ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 КОСМИЧЕСКАЯ ЗАГАДКА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 КТО НАРУШИЛ ЗАКОН ТЯГОТЕНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Раздел 2. Галактики
9.
НАША РАСТУЩАЯ ГАЛАКТИКА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 10. ИЗ ЖИЗНИ СПИРАЛЬНЫХ ГАЛАКТИК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 11. ПОИСКИ ТЕМНОГО ВЕЩЕСТВА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 12. МОЛОДЫЕ ШАРОВЫЕ СКОПЛЕНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 13. КОГДА ЗВЕЗДЫ СТАЛКИВАЮТСЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 14. ГДЕ СТАЛКИВАЮТСЯ ЗВЕЗДЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 15. КОСМОС КРИЗИС СРЕДНЕГО ВОЗРАСТА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Раздел 3. Звезды. РАЗГАДКА ТАЙНЫ СОЛНЕЧНЫХ НЕЙТРИНО . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 17. ВСЕЛЕННАЯ ДИСКОВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 18. НЕОБЫЧНАЯ СМЕРТЬ ОБЫЧНЫХ ЗВЕЗД . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 19. МАГНИТАРЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 20. ЯРЧАЙШИЕ ВЗРЫВЫ ВО ВСЕЛЕННОЙ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Раздел 4. Планеты
21. ВЛАЖНЫЙ МАРС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 22. ЗАГАДОЧНЫЕ ЛАНДШАФТЫ МАРСА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 23. МАРСИАНСКАЯ ОДИССЕЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 24. НЕВИДИМКИ ПЛАНЕТНЫХ СИСТЕМ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 25. «ЗВЕЗДОПОДОБНЫЕ» БРОДЯГИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 26. НОВАЯ ЛУНА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 27. ВОТ И САТУРН . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 28. ЯДЕРНЫЕ ВЗРЫВЫ НА ОРБИТЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 29. ДЕЛО О ПОТЕРЯНОЙ ПЛАНЕТЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . УКАЗАТЕЛЬ ИМЕН . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . АВТОРЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ЖУРНАЛУ СЛЕТ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . СОДЕРЖАНИЕ

ВСЕЛЕННАЯ
I
I
Эволюция снабдила нас интуицией в отношении повседневной физики, жизненно важной для наших далеких предков поэтому, как только мы выходим за рамки повседневности, мы вполне можем ожидать странностей. Макс Тегмарк

«ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ ВСЕЛЕННЫЕ
Известие об ускорении расширения Вселенной вызвало волнение и шок в среде космологов.
В 1998 гастрономы решили узнать, с какой скоростью замедляется расширение Вселенной, а вместо этого обнаружили оно ускоряется. Если, несмотря на всю загадочность, принять космическое ускорение как должное, то оно решает массу проблем. До сенсационного открытия оставалось непонятным несоответствие возраста,
плотности и массы Вселенной. Наличие ускорения все ставит на свои места и вместе с результатами сверхточных наблюдений и новыми гипотезами выводит теорию Большого взрыва на качественно новый уровень.
Принято считать, что давным(давно произошел
Большой взрыв, породивший Вселенную. Теория не сообщает никаких подробностей о первом моменте творения, оставляя этот вопрос квантовой механике и метафизике. Она лишь утверждает,
что космос всегда расширялся, разрежался и охлаждался. Правильнее всего представлять Большой взрыв не как единичное событие, а как продолжающийся процесс постепенного формирования порядка из хаоса. Последние наблюдения как нельзя лучше согласуются с этой моделью.
С точки зрения жизни на Земле, история мироздания началась с инфляции, которая смела все существовавшее ранее и сделала космос пустыми бесформенным. Затем она наполнила Вселенную практически одинаковым излучением, которое распределилось настолько случайным образом, насколько это вообще возможно.
Постепенно Вселенная стала сама собой упорядочиваться. Хорошо знакомые нам электроны и протоны сконденсировались из излучения,
словно капельки воды из облака пара. По аморфной смеси пошли звуковые волны, придававшие ей форму. Материя упорно боролась за власть над миром и через несколько сотен тысяч лет после инфляции одержала полную победу над излучением, освободившись от его пут. Отголоски величайшего древнего сражения навсегда застыли в космическом микроволновом фоне.
Почти целую вечность материя самоорганизо(
вывалась в тела все больших размеров субгалак(
тические сгустки, величественные галактики, галактические скопления и суперскопления. И лишь совсем недавно (по космологическим меркам)
Вселенная превратилась в хорошо знакомое нам множество небесных тел, разделенных безднами практически пустого пространства, карту которого усердно составляют современные астрономы. Несколько миллиардов лет назад материя начала терять управление, и началось космическое ускорение. Похоже, у Большого взрыва открылось второе дыхание, не сулящее нам ничего хорошего. Все более быстрое расширение уже сейчас препятствует образованию крупных структура в будущем может привести к разрушению галактик, звезд и планет.
Разрабатывая целостное и согласующееся с результатами наблюдений описание космической истории, космологи вернулись к старому спору между теорией Большого взрыва и концепцией стационарной Вселенной. В науке нет ничего абсолютно достоверного, но ученые все четче осознают, что прежде всего нужно разобраться с фундаментальными вопросами, начиная с выяснения причин космического ускорения.
На сенсационное открытие 1998 г. космологи не отреагировали должным образом. Они просто стряхнули пыль с эйнштейновской космологической постоянной и записали на ее счет влияние таинственной темной энергии. Однако многие физики считают, что революционные открытия требуют революционных объяснений быть может, на больших расстояниях нарушается закон тяготения.
Сегодня развитие космологии как никогда зависит от результатов новых экспериментальных и теоретических работ. Не приведет ли поток свежих идей к хаосу Будет ли вновь установлен порядок Неужели правы те, кто утверждает, что космос
«абсурден»? Сможем ли мы вновь упорядочить представления о нем?

(«В мире науки, №5, Альманах КОСМОС »

13
ВСЕЛЕННАЯ
ЧЕТЫРЕ КЛЮЧА К КОСМОЛОГИИ
Джордж Массер
Теория Большого взрыва прекрасно себя зарекомендовала. Осталось только разобраться с таинственным ускорением
соновского астрофизического центра (CfA) опубликовали карту распределения 1099 галактик.
Наблюдения за этими галактиками стало частью обзора 15 тыс. галактик, подтвердившего богатство и повсеместность огромных структур. Входе обзора была выявлена пенистая форма распределения галактик они концентрируются вдоль поверхностей, огибающих огромные пустоты. Особо на карте выделялась структура, названная Великой Стеной и протянувшаяся на 700 млн. световых лет от одного края исследованной области до другого.
Отсутствие данных о протяженности Великой
Стены усиливает подозрение, что космологический принцип, лежащий в основе теории расширяющейся Вселенной, может оказаться неверным. Неужели Эйнштейн неправ Однородна ли
Вселенная в среднем Ясно, что для выяснения этих вопросов требуется более обширный обзор.
Горячая или холодная
Согласно теории Большого взрыва, современная структура в распределении галактик образовалась из неоднородностей, существовавших в почти идеально гладкой ранней Вселенной. Начальные флуктуации были едва заметны плотности соседних областей различались примерно на 000 долю, что показали измерения температуры реликтового излучения см. статью Космическая симфония, стр. 42)
. Если в некоторой области пространства плотность была выше средней, ток ней наблюдалось более сильное гравитационное притяжение, поэтому вещество из ближайшего окружения втягивалось в нее. По той же причине область с плотностью меньше средней со временем теряла массу. Благодаря гравитационной неустойчивости наиболее плотные области превратились в гигантские сверх(
скопления галактик, которые мы теперь наблюдаем, а менее плотные стали обширными пустотами. Когда первые обзоры красных смещений уже завершались, астрономы поняли, что ситуация не так уж проста видимые нами в галактиках звезды и газ составляют лишь малую часть (около) вещества Вселенной. Остальное вещество проявляет себя косвенным образом – через гравитацию. Были предложены различные модели этого скрытого вещества. Они разделились на две категории – холодную и горячую, и это различие играет решающую роль в эволюции структур.
По сценарию, предложенному Джеймсом Пиб(
лсом (P. James E. Peebles) из Принстонского университета, первыми возникли небольшие объекты типа галактик или даже меньше. Со временем гравитация объединила их в крупные структуры.
Согласно этой модели, Великая Стена сформировалась недавно. Горячая же модель Якова Борисовича Зельдовича и его коллег из МГУ
предполагает, что темное вещество в ранней
Вселенной двигалось хаотически с большими скоростями и поэтому мелкие скопления разглаживались. Первыми сформировались крупные пласты и волокна протяженностью в миллионы световых лет, которые позже распались на галактики. В этом случае Великая Стена – древнее образование.
Итак, следующему поколению обзоров следовало не только проверить космологический принцип Эйнштейна и выявить крупномасштабные структуры Вселенной, но и разгадать тайну темного вещества. Один из таких обзоров вначале х гг. провели Стивен Шектман (Steven A.
Shectman) из Института Карнеги (Вашингтон) и его коллеги из Обсерватории Лос(Кампанас
(Чили) с помощью метрового телескопа. Обзор содержит 26 418 галактики покрывает существенно большее пространство, чем обзор Роберт Киршнер (Robert P. Kirshner) из CfA сказал, что обзор Лос(Кампанас показал такое же распределение галактик, что и CfA, и продемонстрировал, насколько грандиозна Великая Стена.
Оказалось, что космологический принцип Эйнштейна действует в больших масштабах космос однороден и изотропен.
Но и обзор Лос(Кампанас недостаточно велик,
чтобы его выводы стали решающими. Он ничего не говорит про области пространства размером млрд. световых лет, где надежнее всего работает теория формирования скоплений, но наблюдать их очень сложно. Вариации числа Альманах КОСМОС ПЛАН ВСЕЛЕННОЙ
Е
ще в х гг. космология – учение о Вселенной в целом – была наукой, в которой предположения преобладали над фактами. Сейчас космология обрела прочный теоретический фундамент, опирающийся на обширные данные систематических наблюдений. Модель Большого взрыва, согласно которой около 14 млрд. лет назад Вселенная начала расширяться из состояния с высокой плотностью и температурой, может объяснить движение галактик, соотношение водорода и гелия, а также свойства реликтового излучения – остатков тепла от расширяющегося и охлаждающегося газа.
Теперь космологи пытаются понять, как сформировалась структура Вселенной. Крупномасштабное распределение галактик, выявленное входе Слоановского цифрового обзора неба, подтвердило теоретические данные. Сейчас мы располагаем моделью того, как развивались мельчайшие колебания плотности от ранних этапов эволюции Вселенной до современного разнообразия объектов ночного неба.
Звезды распределены во Вселенной неоднородно они сгруппированы в галактики разных размеров. Наше Солнце – одна из сотен миллиардов звезд нашей Галактики, диск которой имеет диаметр 100 тыс. световых лет. В свою очередь,
Млечный Путь – это один из десятков миллиардов галактик наблюдаемой части Вселенной, ближайшая из которых удалена от нас на 2 млн. световых лет. Но и сами галактики организованы в определенном порядке 5–10% из них сгруппированы в скопления, содержащие до 1000 галактик в объеме нескольких миллионов световых лет.
Ранее астрономы считали скопления галактик самыми крупными обособленными структурами,
существующими в природе, что соответствовало модели Большого взрыва. Однако не следует забывать, что, когда Эйнштейн впервые применил общую теорию относительности к Вселенной, он сделал одно существенное упрощение предположил, что она в среднем однородна (не имеет крупных уплотнений) и изотропна (выглядит одинаковой во всех направлениях. Космологический принцип Эйнштейна лег в основу всех моделей
Вселенной, включая Большой взрыв и некогда конкурировавшую с ним Стационарную модель
Вселенной.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   36

перейти в каталог файлов


связь с админом