Астрономия

Тестирование онлайн

материал взят из лекции Ричарда Фейнмана

Притяжение звезд

Возникает вопрос: где действуют законы тяготения ? Выполняются ли они за пределами Солнечной системы? Так вот, закон тяготения действует не только в пределах Солнечной системы.

Три фотографии двойной звезды, сделанные 21.06.1908, 10.09.1915 и 10.07.1920.

Здесь вы видите три фотографии так называемой двойной звезды. На фотографии попала еще одна звезда, и вы можете убедиться, что вращается действительно двойная звезда, а не рамка кадра, хотя сделать это на астрономической фотографии было бы совсем нетрудно. Эти две звезды и в самом деле вращаются.

Совершенно ясно, что они притягивают друг друга и движутся по эллипсам так, как это и должно происходить. Звезды движутся по часовой стрелке. Все это кажется прекрасным до тех пор, пока мы не замечаем, что центр орбиты расположен не в фокусе эллипса, а несколько смещен. Значит, что-то неправильно в законе? Нет, просто орбита сфотографирована не анфас, мы смотрим на нее под острым углом. Если вы нарисуете на бумаге эллипс, отметите его фокус и будете смотреть на бумагу под острым углом, то увидите проекцию этого эллипса и фокус проекции не будет совпадать с фокусом самого эллипса. Орбита наклонена в пространстве и именно поэтому выглядит так странно.

Скопление звезд

А что происходит на больших расстояниях? Эта сила действует между двумя звездами; но будет ли она действовать на расстояниях, которые не в два и не в три, а во много раз превосходят диаметр Солнечной системы? На рисунке показан объект, который в 100 000 раз больше, чем Солнечная система; это огромное скопление звезд. Большое белое пятно - не сплошное; оно кажется таким, потому что наши несовершенные инструменты не позволяют разглядеть в нем мелкие детали. На самом же деле оно состоит из очень-очень мелких пятнышек - обычных звезд, и вовсе не слипшихся, а сильно удаленных друг от друга, движущихся взад и вперед в этом большом шаровом скоплении. Это одно из самых прекрасных явлений на небе-такое же прекрасное, как морские волны и закаты. Размещение материала в скоплении совершенно ясно указывает, что звезды в нем также, связаны взаимным тяготением. Зная примерно расстояние до этой галактики и размещение материала в ней, мы можем приблизительно определить закон сил, действующих между звездами,- приблизительно определить, что и здесь они обратно пропорциональны квадрату расстояния. Точность этих измерений и выкладок, конечно, не может сравниться с точностью, какую мы получаем в Солнечной системе.

Шаровое скопление M15 (NGC 7078) в созвездии Пегаса. Это скопление необычно тем, что в своей северо-восточной части содержит маленькую планетарную туманность (K 648). Скопление M15 - сильный источник рентгеновского излучения. Оно удалено на 34 тысячи световых лет (10.5 кпс) и имеет диаметр в 130 световых лет. Фотография сделана 4-метровым телескопом Мэйэлла Национальной обсерватории в Китт-Пик.

Галактика

Тяготение действует и на еще больших расстояниях. Наше звездное скопление выглядит незаметной точкой на рисунке, где показана типичная галактика. И опять-таки ясно, что эта галактика держится как единое целое благодаря какой-то силе. А никакой другой силы, кроме тяготения, здесь предположить нельзя. Когда мы переходим к таким масштабам, мы уже не можем проверить справедливость ньютоновского закона. Но несомненно, что в таких гигантских звездных образованиях - в этих галактиках, которые простираются на 50-100 тысяч световых лет, тогда как расстояние от Солнца до Земли составляет только 8 световых минут, - даже на таких огромных расстояниях действуют силы тяготения.

Спиральная галактика типа Sc в созвездии Большой Медведицы M101 (NGC 5457) удалена от нас на расстояние 15 млн. световых лет. Гигантское звездное колесо, напоминающее формой и размером Млечный Путь, открывается нашему взгляду почти сверху, причем темные волокна в рукавах - прослойки пыли. Фотография получена с помощью 4-метрового телескопа Мэйэлла Национальной обсерватории в Китт-Пик.

Следующий рисунок свидетельствует о том, что силы тяготения простираются еще дальше. Это так называемое скопление галактик. Все они собраны в один ком, как и звезды, только этот ком составлен не из звезд, а из "крошек" вроде той, которую вы видите на предыдущем рисунке.

На этой фотографии, полученной с помощью 4-метрового телескопа Национальной обсерватории в Китт-Пик, показано гигантское скопление галактик (Абель 2218) на расстоянии 2 млрд. световых лет (красное смещение 0,2), которое выглядит желтоватым. Сильное гравитационное поле этого скопления является причиной искажения изображений более удаленных (голубоватых) скоплений и превращения их в систему концентрических дуг. Уровень искажения позволяет сделать вывод, что скопление Абель 2218 имеет по крайней мере в десять раз большую массу, чем можно приписать видимым галактикам.

Это чуть ли не одна сотая, а может быть, и десятая часть известной нам Вселенной, где мы имеем прямые свидетельства существования сил тяготения. Таким образом, притяжение Земли не имеет границ, хотя в газетах и пишут порой, что такое-то тело освободилось от оков земного притяжения. Притяжение становится все слабее и слабее - оно обратно пропорционально квадрату удаления от Земли: каждый раз, когда расстояние до Земли увеличивается вдвое, сила тяготения падает вчетверо и в конце концов теряется в переплетении более сильных полей тяготения других звезд. Вместе с соседними звездами Земля притягивает другие звезды, и они образуют Галактику. Галактика притягивает другие галактики и вместе они образуют скопление - систему галактик. Таким образом, притяжение Земли нигде не кончается, но убывает медленно и строго закономерно, может быть. до самых пределов Вселенной.

Закон тяготения отличается от многих других законов. Ясно, что он играет большую роль в механике Вселенной. И покуда речь идет о Вселенной, этот закон всюду находит практическое применение.

Образование звезд

Где именно тяготение существенно влияет на жизнь Вселенной? Один из интересных в этом смысле примеров - образование звезд. На рисунке показаны газообразные туманности внутри нашей Галактики. Это не скопление звезд, это газ. Черные пятнышки - места, где газ сжался и уплотнился за счет притяжения. Процесс этот, может быть, начинается с ударных волн, но потом благодаря притяжению газ стягивается все плотнее и плотнее и образуются большие шаровые тучи газа и пыли. По мере уплотнения они разогреваются все больше и больше, начинают светиться и превращаются в звезды.

Газовые туманности в созвездии Лебедя

Гравитационная постоянная

Как известно, в формуле силы гравитации присутствует гравитационная постоянная G. Поскольку Вселенная постепенно расширяется, должна меняться и постоянная тяготения. Хотя эта гипотеза еще не опровергнута, у нас нет никаких свидетельств в ее пользу. Наоборот, некоторые данные говорят о том, что постоянная тяготения не менялась таким образом. Это громадное число по сей день остается загадкой.