Книга Астрофизика начинающим: как понять Вселенную - Грегори Мон

Было ли это справедливо?

Роберт Дикке, ученый, который помог Пензиасу и Уилсону понять, что именно они увидели в свой телескоп, премии не получил. Это может показаться несправедливым. Но дело в том, что Нобелевская премия обычно присуждается именно за какое-то открытие. Если в этом открытии участвует теоретик – человек, который объясняет, что именно наблюдается, или указывает наблюдателям, что им надо искать, то он или она могут тоже получить премию наряду с наблюдателями. В данном случае, однако, Пензиас и Уилсон первыми обнаружили космический микроволновой фон, и премия была присуждена только им.

Спустя десять с чем-то лет, в 1978 году, за открытие космического микроволнового фона Пензиас и Уилсон были удостоены высочайшей научной награды – Нобелевской премии.

А откуда мы знаем, что все, что мы сказали о космическом микроволновом фоне, – правда?

Встанем на точку зрения инопланетянина. Не забудьте, что свету требуется время, чтобы долететь до нас из глубин Вселенной. Если мы заглядываем далеко в пространство, то на деле мы видим далекое прошлое. Поэтому, если разумные обитатели далекой-далекой галактики захотят измерить температуру космического микроволнового фона непосредственно перед тем, как эти фотоны отправятся в свой полет к нашим телескопам, они получат немного более высокие значения, чем те, которые измерим мы, – ведь они живут в более молодой Вселенной, меньшего размера и более горячей.

Сейчас вы сами сможете проверить, так ли это.

Молекула циана возбуждается вследствие облучения микроволнами. Когда я говорю «молекула возбуждается», я имею в виду, что электроны в ее атомах переходят на более высокие орбиты вокруг ядра. Но если вам больше нравится представлять себе, что молекулы танцуют, то так и быть. Более «теплые» микроволны возбуждают циан немного сильнее, чем «холодные». Астрофизики сравнили циан, который мы видим в нашей галактике Млечный путь, с цианом в далеких и более молодых галактиках. В молодых галактиках циан облучается более теплыми микроволнами, поэтому он должен быть возбужден сильнее. Именно это мы и наблюдаем.

И никакая подделка здесь невозможна.

Какой все это представляет интерес? Таким образом мы получаем все более полную картину того, как формировалась Вселенная. Со времен Пензиаса и Уилсона астрофизики использовали все более чувствительные инструменты для построения подробной карты космического микроволнового фона. Эта карта не вполне однородна. На ней есть пятна, которые чуть теплее и чуть холоднее среднего. Изучая эти температурные различия, эти пупырышки на карте, мы можем представить себе, как выглядела ранняя Вселенная и где именно вещество начало скапливаться.

Мы можем узнать, где и когда стали формироваться первые галактики.

Существование космического микроволнового фона подтверждает, что мы правильно понимаем, как образовывалась и расширялась Вселенная. Но космический микроволновой фон свидетельствует еще и о том, что бóльшая часть Вселенной состоит из чего-то, чего мы совершенно не понимаем. Об этой загадочной субстанции – вернее, двух – мы поговорим в главах 5 и 6.

Берегись, читатель. В нашей истории скоро будет темно.

4

Между галактик

Летом после девятого класса я в числе стайки других ребят влез в автобус, и мы пятьдесят три часа ехали в нем из Нью-Йорка в пустыню Мохаве в Южной Калифорнии. Целью нашей поездки был Кэмп Ураниборг, одномесячный летний лагерь для интересующейся наукой молодежи, названный в честь старинной обсерватории датского астронома Тихо Браге, великолепного наблюдателя с латунным носом. Об этом человеке мы еще поговорим.

Мне уже случалось прежде заниматься наблюдениями неба. Как я уже говорил, в ясные ночи я взбирался на крышу моего многоквартирного дома в Бронксе, чтобы изучать звезды и планеты. Это было не просто. Частенько мне приходилось просить младшую сестренку помочь мне затащить на крышу части моего телескопа. Пару раз соседи вызывали полицию, думая, что по крыше шастают грабители.

Сатурн спешит на помощь

Пытаясь доказать полицейским, что я юный астроном, а не преступник, я, бывало, предлагал им взглянуть на ночное небо. Самой большой популярностью в таких случаях пользовался у них Сатурн. Эта поразительно прекрасная планета не раз помогала мне избежать ареста.

И правда, как можно не восхищаться Сатурном? Посмотрите только на его кольца! Это настоящая жемчужина Солнечной системы.

На городском небе были видны звезды. С несколько десятков, а может, и сотня.

В пустыне Мохаве я увидел, что Вселенная населена гораздо более густо. Все небо было усыпано звездами. Это походило на то, что я увидел при первом посещении планетaрия, только здесь все было настоящим. В течение всего последовавшего месяца я фотографировал луны, планеты, звездные системы, галактики и многое другое. Но я все еще не видел всего. В наблюдаемой Вселенной, в той части космоса, которую мы способны рассмотреть, может находиться сто миллиардов галактик. Яркие, прекрасные, полные звезд галактики украшают ночное небо. Так как они у нас перед глазами, легко поверить, что ничего важнее их в космосе нет. Но в пространстве между галактиками находится еще кое-что – то, что очень трудно зарегистрировать. И это «кое-что» может оказаться более интересным, чем сами галактики.

Темные полосы между галактиками образуют то, что мы называем межгалактическим пространством. Представьте на минуту, что вас внезапно туда перенесли. И давайте забудем о том, что в этом случае вы бы медленно превратились в кусок льда или что клетки вашей крови взорвались бы, а вы сами бы задохнулись. Не будем думать о том, что вы тут же лишились бы сознания и начали бы пухнуть, как будто вас прихватил жестокий приступ аллергии.

Это все вещи опасные, но обычные.

Еще в вас могут попасть супер-пупер-сверхвысокоэнергетические, быстролетящие, заряженные субатомные частицы, которые называются «космические лучи». Мы не знаем, откуда они берутся и что выбрасывает их в пространство. Нам только известно, что по большей части это протоны и что они летят почти со скоростью света. Одна частица космических лучей несет достаточно энергии, чтобы загнать в лунку мяч для гольфа из любой точки поля. Агентство NASA так беспокоится о воздействии, которое космические лучи могут оказать на астронавтов, что оборудует свои космические корабли специальной защитой от них.