Строение вселенной

Невооруженному глазу в ясную темную ночь видно не более трех тысяч звезд. Бесчисленными они кажутся человеку только до тех пор, пока он не изучит созвездия. В телескоп видно, конечно, гораздо больше звезд, и в звездные списки астрономы занесли положения и яркость более миллиона звезд, находящихся, так сказать, на индивидуальном учете.

Около двадцати самых ярких звезд называются звездами первой величины, более слабые — звездами второй величины, а самые слабые из видимых невооруженным глазом в безлунную ночь — звездами шестой величины. Звездная величина обозначает блеск звезды, но отнюдь не ее размер. Самая яркая звезда это Сириус в созвездии Большого Пса.

_{Околополярные созвездия.}

Видимый блеск звезд зависит от их истинной силы света и от их расстояния до нас. Звезда с небольшой силой света, но близкая к нам, может выглядеть более яркой, чем другая звезда, гораздо более яркая, но более от нас далекая. Зная расстояния до звезд, закон ослабления их света с увеличением расстояния и измеряя видимый блеск звезд, можно высчитать их истинную силу света — их светимость. Оказывается, что большинство звезд имеет такую же светимость, как Солнце, или меньшую. Есть звезды, светимость которых меньше, чем у Солнца, примерно в сто тысяч раз. С другой стороны, есть немногочисленные звезды, светимость которых больше, чем у Солнца, в сотни и даже тысячи раз. Если свет Солнца сравнить со светом свечи, то одни из звезд можно было бы сравнить с ночными светлячками, а другие — с мощными прожекторами. Чем меньше светимость звезд, тем больше их число. Мы видим, что, вопреки религиозным воззрениям, не только Земля, но и Солнце не занимает никакого особенного положения во вселенной. Солнце является рядовой звездой, не самой яркой и не самой слабой.

От чего зависит светимость звезды? От ее размера и от силы излучения ее поверхности, то-есть от яркости этой поверхности. Чем ярче поверхность звезды и чем она больше, тем больше света испускает звезда, тем больше ее светимость. Но яркость поверхности раскаленного тела растет с его температурой.

Например, раскаленный добела железный прут светится ярче, чем такой же прут, раскаленный докрасна при более низкой температуре. Температуру звезд, как ни далеки они, удалось измерить несколькими способами. Один из приборов, служащих для этого, состоит из двух спаянных концами тонких проволочек, в которых под действием нагревания возникает электрический ток. Такой прибор, называемый термоэлементом, способен уловить тепло свечи, горящей на расстоянии 300 километров от него. При помощи этого прибора удалось, например, установить, сколько тепла посылает на Землю гигантская красная звезда, упоминавшаяся выше и называемая Бетельгейзе. Если бы мы это тепло собирали в течение года вогнутым зеркалом с поперечником 2,5 метра, то его хватило бы только на то, чтобы нагреть на 2 градуса наперсток с водой. Неудивительно поэтому, что в морозную звездную ночь свет звезд нас нисколько не согревает. Звезды с наибольшей светимостью бывают среди звезд, которые лишь в несколько раз больше Солнца, но которые гораздо горячее, чем оно. Они белого цвета, и температура их поверхности достигает 30 тысяч, а иногда даже 100 тысяч градусов. Но звезды такой же большой светимости встречаются и среди наиболее холодных звезд красного цвета, имеющих температуру всего лишь 3 тысячи градусов. Зато такие звезды являются настоящими гигантами с поперечниками в сотни раз больше солнечного. К таким холодным звездам-гигантам красного цвета принадлежит Бетельгейзе — яркая звезда в созвездии Ориона. Орион бывает видим в течение зимнего периода в южной стороне неба.

_{Размеры гигантских звезд в сравнении с Солнцем.}

Звезды малой светимости называются карликами. Среди них, так же как и среди гигантов, есть красные и белые. Красные карлики раза в три меньше Солнца и холоднее, чем оно, потому они и дают мало света. Белые карлики имеют поверхность гораздо более яркую, чем у Солнца, вследствие высокой температуры, но размеры их очень малы. Например, так называемая звезда Кейпера вдвое меньше Земли по поперечнику, чем и объясняется ее малая светимость.

При таком поразительном разнообразии в силе света, в размерах и в температурах звезд их массы. То-есть количества вещества, в них заключенные, оказываются почти одинаковыми. Все они близки к массе Солнца. Но отсюда следует такой удивительный вывод: вещество звезд красных гигантов должно быть в тысячи раз более разреженным, чем комнатный воздух, а вещество красных карликов — в несколько раз тяжелее, чем вода.

Еще поразительнее вещество, из которого состоят белые карлики. Оно тяжелее воды в тысячи, а у некоторых звезд даже в миллионы раз. Тем не менее это вещество химически не отличается от веществ, известных на Земле, и является газом. Оно отличается от них лишь своим состоянием — состоянием огромного сжатия или уплотнения под действием давления, которое недра звезды испытывают благодаря весу вышележащих слоев газа.

Наше Солнце относят к разряду желтых звезд средней светимости, среднего размера и средней температуры. Как Земля среди планет, так и Солнце среди звезд ничем особенным не выделяется. Мы бы не узнали его среди миллионов подобных ему солнц, рассеянных в нашей звездной системе.

ИЗ ЧЕГО СОСТОЯТ СОЛНЦЕ И ЗВЕЗДЫ

Защитники идеалистического религиозного мировоззрения, уверяя, будто мир непознаваем, утверждали в виде примера, что человек никогда не сможет узнать химический состав далеких небесных тел. Однако развитие материалистической науки посрамило подобные утверждения. Химический состав небесных тел удалось выяснить при помощи так называемого спектрального анализа. В приборе спектроскопе свет через узкую щель попадает на стеклянную трехгранную призму и в ней разлагается на свои составные части. Получается полоска, называемая спектром. Дело в том, что твердые и жидкие раскаленные вещества дают непрерывный или сплошной спектр: в нем, в этой радужной полоске, содержатся без перерыва все цвета спектра, все длины волн.

_{Получение спектра.}

Направим на щель спектроскопа луч солнечного света. Что мы тогда увидим?

Оказывается, что спектр Солнца — непрерывный, но он перерезан поперек своей длины какими-то узкими темными линиями. Непрерывный спектр, перерезанный такими линиями, называется спектром поглощения. Так же выглядят и спектры звезд.

Вскоре после того, как в спектре Солнца были обнаружены темные линии, некоторые из ученых обратили внимание на такое явление: в желтой части этого спектра есть темная линия, которая занимает то же положение, что и яркая желтая линия в спектре разреженных светящихся паров натрия. Что это означает? Для выяснения вопроса ученые сделали специальный опыт.

Был взят раскаленный кусок извести, дающий непрерывный спектр без всяких темных линий. Затем перед этим куском извести было помещено пламя газовой горелки, содержащей пары натрия. Тогда в непрерывном спектре, полученном от раскаленной извести (свет которой прошел через пламя горелки), появилась в желтой части темная линия. Стало ясно, что пары натрия, сравнительно более холодные, чем известь, поглощают или задерживают те же самые лучи, которые эти пары сами по себе способны испускать.

Подобные опыты были повторены и с разными другими веществами. Таким образом, было окончательно установлено следующее: светящиеся газы и пары поглощают тот самый свет, который они сами способны испускать, будучи достаточно нагреты.

Так была раскрыта тайна появления темных линий в солнечном спектре.

Очевидно, Солнце или звезду — раскаленное тело, испускающее белый свет, спектр которого непрерывен — окружает слой более холодных, но все же раскаленных газов. Эти газы и образуют вокруг Солнца его оболочку, или атмосферу. А в этой атмосфере содержатся пары натрия, поглощающие из лучей солнечного спектра лучи, которые натрий способен испускать. Поглощая, задерживая эти лучи, пары натрия создают в свете Солнца, прошедшем сквозь его атмосферу и дошедшем до нас, недостаток желтых лучей. Вот почему в соответствующем месте желтой части спектра Солнца мы находим темную линию.

Так, не побывав никогда на Солнце и звездах, находящихся от нас на колоссальных расстояниях, мы можем утверждать, что в составе атмосферы Солнца и звезд есть натрий.

Таким образом было точно определено, какие еще химические элементы входят в состав солнечной атмосферы.

Установили присутствие в солнечной атмосфере множества известных нам на Земле химических элементов. Среди них находятся: газы — водород, азот; металлы — натрий, магний, алюминий, кальций, железо и многие другие. В 1942 году было обнаружено присутствие на Солнце золота, хотя и в небольшом количестве.

_{Виды спектров: 1 — непрерывный, в котором цвета переходят друг в друга, как в радуге; 2 — спектр поглощения; темные линии перерезают непрерывный спектр; 3 — спектр излучения из ярких цветных линий.}

Такие химические элементы, как, например, хлор, бор, иод, ртуть и некоторые другие, не были найдены на Солнце по их линиям в спектре. Одной из причин, возможно, является то, что эти элементы находятся не в атмосфере Солнца, а в его недрах. Между тем темные линии в спектре вызывают только те элементы, которые находятся в атмосфере Солнца и поглощают свет, идущий из более глубоких и более плотных, раскаленных слоев Солнца.