Чтение онлайн

Космические масштабы

Почти всю эту главу мы посвятили пространственной иерархии космических «вложений» и тому, как астрономы начали ее измерять. В каком-то смысле сведений слишком много, чтобы обдумать все сразу. Тут нам и поможет математика. Удобный способ разобраться с невероятным диапазоном размеров и расстояний во Вселенной — начать с какого-нибудь легко измеряемого масштаба (скажем, метра), умножить его на десять — и повторить этот шаг еще много-много раз. Так мы пройдем всю Вселенную, как в фильме «Степени десяти», и придем к границе всего пространства (и времени) всего за двадцать пять шагов.

105 м = 102 км (штат Массачусетс [с севера на юг], большая часть известных астероидов, спутник Урана Миранда);

106 м = 103 км (Мексиканский залив, крупнейший астероид Церера, Луна);

107 м = 104 км (Земля, белый карлик Сириус В);

108 м = 105 км (расстояние от Земли до Луны [4 • 105 км], Юпитер);

109 м = 106 км (Солнце, Сириус А и другие «обычные» звезды, сжигающие водород, кома кометы);

1010 м = 107 км (водородное гало кометы, голубая звезда-сверхгигант Ригель);

1011 м = 108 км (хвост кометы, красная звезда-сверхгигант Бетельгейзе, расстояние от Земли до Солнца [1,5 • 108 км] = 1 а. е.);

1012 м = 109 км ~ 10 а. е. (расстояние от Солнца до Сатурна: 9,2 а. е.);

1013 м = 10[3] км ~ 102 а. е. (диаметр орбиты Плутона ~ 80 а. е.)

1014 м = 1011 км ~ 103 а. е. (остаточный диск около звезды ? Живописца);

1015 м = 1012 км ~ 104 а. е. (расстояние от Солнца до кометного облака Оорта: 5000–50 000 а. е.);

1016 м = 1013 км ~ 105 а. е. (расстояние, которое свет проходит за один год: 1 световой год [св. год] = 9,5 • 1015 м = 9,5 • 1012 км = 6,3 • 104 а. е., расстояние до Проксимы Центавра = 4,2 св. года = 2,6 • 105 а. е.);

1017 м ~ 10 св. лет (расстояние до ближайших тридцати звезд в окрестностях Солнца, размер ядра молекулярного облака, размер туманности Ориона);

1018 м ~ 102 св. лет (радиус окрестностей Солнца, расстояние до ближайшего молекулярного облака [4 • 102 св. лет], размер гигантского молекулярного облака);

1019 м ~ 103 св. лет (расстояние до ближайшего гигантского молекулярного облака [1,5 • 103 св. лет], толщина диска Млечного Пути);

1020 м ~ 104 св. лет (ширина спирального рукава Млечного Пути);

1021 м ~ 105 св. лет (размер Млечного Пути);

1022 м ~ 106 св. лет (расстояние до галактики Андромеды [2,5 • 106 св. лет]);

1023 м ~ 107 св. лет (расстояние до большинства других галактик в локальной Вселенной);

1024 м ~ 108 св. лет (размер сверхскопления Девы);

1025 м ~ 109 св. лет (расстояние до квазаров и первозданных галактик);

1026 м ~ 1010 св. лет (расстояние до видимого «края» Вселенной… до эпохи Большого взрыва).

Иногда передать космические масштабы помогала видеоанимация. Хорошими примерами станут новаторское путешествие по макроскопической и микроскопической Вселенной под названием «Степени десяти» — фильм, который сняли Чарльз и Рэй Имз; интерактивная веб-страница «Масштабы Вселенной»; эпизод из «Симпсонов» и фантастическая концовка первой части «Людей в черном».

А теперь, когда мы добрались до границ известной Вселенной, давайте глубже вникнем в ее миры, начав с нашей Солнечной системы, — единственной звездной и планетной системы, которую мы можем непосредственно исследовать.

ЧАСТЬ II. СОСТАВЛЯЮЩИЕ КОСМОСА

4. Знакомство с Солнечной системой

Разумные существа других систем, изучая солнечную систему с полной беспристрастностью, сделали бы, по всей вероятности, такую запись о Солнце: «Звезда x, спектральный класс G2, четыре планеты плюс обломки» [4].

Айзек Азимов. «Эссе 16. Клянусь Юпитером!» из сборника эссе «Вид с высоты»

Если бы эта книга была посвящена лишь Солнечной системе, а содержание ее распределялось бы по массе, то в ней говорилось бы только о Солнце — на него приходится 99,86 % от общей массы системы. Все остальные планеты, астероиды, плутоиды и кометы уместились бы на половине последней страницы. Но мы поступим по-другому: Солнце и его «компания» предстанут в книге просто как небольшая система среди множества звездных и планетных миров, составляющих наш Млечный Путь. Что же, давайте познакомимся с родной системой — ради нее самой и ради того, чтобы получить ориентиры для познания всего, что скрыто за ее пределами.

Общий план

Общий план нашей Солнечной системы можно представить по-разному. Например, в Вашингтоне, округ Колумбия, на Национальной аллее есть модель, сделанная в масштабе десять миллиардов к одному. Солнце в ней не больше грейпфрута, Земля, расположенная в 15 метрах от него — с маковое зернышко; Юпитер, находящийся в 78 метрах — с большую черничную ягоду; а Нептун, отдаленный на 430 метров — с горошинку перца. Такая «линейная» визуализация позволяет ясно увидеть, насколько обширно пространство, разделившее планеты, по сравнению с их размерами. Мысленно увидеть Солнечную систему можно и иначе — для этого лучше всего логарифмически «сжать» расстояния, что поможет воспринять весь их диапазон, охватывающий планеты и внешние кометы. Такая интерпретация показана на рис. 4.1.

Рис. 4.1. «Пространственное распределение планет, астероидов и комет по логарифмической шкале расстояний, разделенной на равные промежутки разными степенями числа 10. Логарифмическое масштабирование позволяет сжать огромный динамический диапазон расстояний в единую карту. Приблизительное удвоение расстояний между планетами в соответствии с правилом Тициуса — Боде проявляется здесь в виде равномерно распределенных пространственных интервалов. Пояс астероидов, состоящий из каменистых объектов, наиболее заполнен в зоне между Марсом и Юпитером. Пояс Койпера — это множество ледяных небесных тел, расположенных за пределами орбиты Нептуна: к ним относится Плутон, родственные ему плутоиды и гораздо меньшие кометы. За пределами пояса Койпера Солнечная система простирается к ближайшей звездной системе (? Центавра) и преодолевает половину расстояния до нее. Эту самую отдаленную часть Солнечной системы занимает кометный рой — облако Оорта. Вас впечатляет, что Сатурн в 10 раз дальше от Солнца, чем Земля? Облако Оорта — в 5000–50 000 раз дальше! (Изображение любезно предоставлено Wikimedia Commons.)