Астрофизика начинающим: как понять Вселенную - Грегори Мон

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.

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.

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.