Читаем 100 миллиардов солнц: Рождение, жизнь и смерть звезд онлайн бесплатно

Предлагаемая читателю книга известного западногерманского астрофизика Рудольфа Киппенхана была впервые издана в 1980 г. и в переработанном виде в шестой раз переиздана в 1987 г. Она переведена на многие языки и широко известна в разных странах. Подзаголовок названия «Рождение, жизнь и смерть звезд» лаконично передает ее содержание.

Современная астрофизика базируется во многом на знаниях, полученных в последние десятилетия. Сюда относятся термоядерный синтез как источник энергии звезд, открытие пульсаров, нейтронных звезд, черных дыр. Эти открытия поистине произвели революцию в астрофизике и не случайно вызвали широкий интерес не только в среде специалистов. О них писали и пишут в научно-популярных журналах и поэтому можно с большим основанием предполагать, что потенциальный читатель уже слышал о предмете настоящей книги.

Книга написана по материалам лекций, прочитанных автором в Мюнхенском университете. Однако это не должно отпугнуть читателя-неспециалиста. Это научно-популярная книга, в которой на доступном для любого образованного человека уровне излагается современная астрофизика. Вы не встретите в книге ни одной формулы, и при этом самые непонятные факты и явления объяснены без какого-либо элемента вульгаризма.

Как автору удалось достичь такой ясности и занимательности, которые захватывают читателя с первой страницы, приходится только удивляться. Объяснение следует искать не только в том, что Рудольф Киппенхан — крупный астрофизик, прекрасно знающий предмет, он несомненно обладает выдающимся талантом популяризатора. Такую книгу мог написать лишь человек, влюбленный в свою науку.

На кого рассчитана эта книга? Ее прочтут старшеклассники, студенты, специалисты с высшим образованием — все, кого мы называем образованными людьми. Она также может служить пособием для лекторов, преподавателей физики и астрономии не только в средней школе, но и в вузах.

Книга приобщает читателя к одной из самых занимательных областей современной науки, в которой еще не все ясно и которая развивается буквально на наших глазах. История науки последних лет показала, что окружающая нас Вселенная содержит еще много загадок. Но все явления, которые были открыты, всегда удавалось объяснить на основе известных нам законов физики, наличие неясностей еще не дает оснований для пересмотра этих законов. Однако сюрпризов исключить нельзя.

Мы не будем пересказывать содержание книги. Это просто невозможно, как невозможно пересказать произведение искусства. Можно лишь пообещать читателю, что он не только откроет для себя совершенно потрясающий мир Вселенной и тем самым расширит свои познания, но задумается о жизни вообще и о месте земной цивилизации во Вселенной. А это столь актуально в наше время.

Перевод выполнили: канд. физ. — мат. наук Б. Б. Страумал (гл. 1–7) и А. С. Доброславский (гл. 8-13, приложения).

Академик И. М. Халатников

Мне было очень приятно узнать, что издательство «Мир» собирается выпустить эту книгу на русском языке. Невольно вспоминается 1957 год, когда мой друг Штефан Темешвари (ныне покойный) и я создали свою первую численную модель строения звезды. Мы как раз сидели у работающего компьютера, когда услышали о запуске первого советского спутника. Тогда мы, конечно, и не предполагали, что советские космические аппараты позволят с помощью радара увидеть скрытые облаками ландшафты Венеры и сфотографируют ее поверхность и что ровно через 30 лет аппаратура наших коллег из родственного нам Института космической физики имени Макса Планка, выведенная на орбиту на борту советской станции «Мир», сможет зарегистрировать рентгеновское излучение Сверхновой, вспыхнувшей в Большом Магеллановом Облаке.

Во время своих частых поездок в ГДР я видел в книжных магазинах переводы очень хороших советских научно-популярных книг, выпущенных издательством «Мир». Я очень рад, что моя книга выйдет в этом издательстве, и многие неспециалисты смогут узнать, чем занимаемся мы, астрономы. Читатели, вероятно, заметят, что наша работа приносит нам много радости.

Я благодарю академика И. Халатникова за труд по редактированию русского перевода. Я весьма признателен моему коллеге д-ру А. Тутукову за помощь при подготовке этого издания. Благодарю также сотрудников издательства «Мир» за их работу по переводу этой книги.

Мюнхен, 15 марта 1988 года.

Рудольф Киппенхан

Эта книга возникла как результат более сотни популярных лекций, в которых я попытался в общедоступной форме изложить достижения современной астрофизики широкому кругу слушателей. Ее содержание окончательно оформилось после того, как мне пришлось в зимнем семестре 1978/79 г. прочесть курс лекций для студентов Мюнхенского университета. В тексте я часто обращаюсь к материалам работ, которые мы с Альфредом Вайгертом опубликовали в журнале «Sterne und Weltraum» («Звезды и Вселенная»). Заметное место в книге занимают личные воспоминания, поскольку многие важные события в астрофизике произошли за последние 25 лет уже на моей памяти, и в большинстве из них мне как астроному довелось принимать участие. Более того, мне и моим сотрудникам в целом ряде случаев посчастливилось повлиять на «развитие событий» в этой области науки.

Многие друзья и коллеги помогали мне найти в тексте ошибки и неточности. Вольфганг Хиллебрандт, Джон Кирк, Ханс Риттер, Иоахим Трюмпер и Вернер Чарнутер внимательно прочитали некоторые главы. Курт фон Сейнбуш тщательно отредактировал почти всю книгу. Большую помощь оказал мне мой друг, математик из Гёттингена Ханс Людвиг де Фриз, который вместе со мной прочитал всю рукопись (предложение за предложением) и высказал много полезных замечаний. Эта книга, безусловно, не была бы закончена, если бы не одобрение и поддержка моей жены. Большая часть рукописи была напечатана Урсулой Хенниг и Гизелой Веслинг, и я им весьма благодарен, поскольку мне часто приходилось вносить исправления в уже готовый текст. Я благодарю всех, кто помогал мне в этой работе.

Я весьма признателен также сотрудникам издательства «Пипер», которые спокойно и с готовностью принимали мои предложения по оформлению этой книги.

Мюнхен, 31 июля 1979 года.

Рудольф Киппенхан

Действие драмы происходит в Млечном Пути. Действующие лица сто миллиардов звезд на небе и несколько сотен привязанных к Земле астрономов.

В соответствии с режиссерскими указаниями законов природы вещество во Вселенной собралось в огромные шары, которые мы называем звездами. Температура звезд так велика, что в их недрах не могут существовать ни твердые тела, ни жидкости. Звезды представляют собой газовые шары, частицы вещества в которых удерживаются вместе силами взаимного гравитационного притяжения. Один из таких раскаленных газовых шаров мы называем Солнцем. Удаленный наблюдатель, который будет сравнивать наше Солнце с другими звездами Млечного Пути, не найдет в нем ничего особенного: это звезда средних размеров, ни слишком большая, ни слишком маленькая, со средней светимостью — обычная звезда, одна среди сотен миллиардов подобных звезд. И только нам роль Солнца кажется исключительно важной, поскольку мы ему обязаны своей жизнью.

Большинство звезд Млечного Пути расположено в плоском, спиральном скоплении, которое мы называем нашей Галактикой. Она так велика, что свет идет от одного ее края до другого сто тысяч лет. Все звезды движутся вокруг центра Галактики по сложным траекториям, которые определяются конкуренцией гравитационного притяжения и центробежных сил. Наша Галактика — Млечный Путь — вращается вокруг своей оси. Во Вселенной много галактик, подобных нашей. Другое такое же скопление звезд, медленно вращающееся вокруг своей оси, — Туманность Андромеды. На рис. 0.1 изображена фотография этой звездной системы. Диск этой галактики кажется нам эллипсом, поскольку мы видим его под некоторым углом. Туманность Андромеды — точная копия нашей Галактики. В ней мы находим все типы звезд, имеющиеся в нашем Млечном Пути, все процессы, протекающие в нашей Галактике. И не только в Туманности Андромеды, поскольку существуют тысячи, миллионы, а может быть, и бесконечное множество других галактик.

На рис. 0.4 показана другая звездная система, на которую мы смотрим перпендикулярно ее плоскости. То, что наша система Млечного Пути и другие, часто спиральные туманности, видимые на небе, имеют одну и ту же природу, было с уверенностью доказано только в 1924 г. Небольшие, слабо светящиеся, часто эллиптические туманные диски наблюдали на небе уже давно. Их называют спиральными туманностями. Уже в 1755 г. Иммануил Кант, которому в ту пору был 31 год, сравнивал их с нашей собственной звездной системой в своей книге «Всеобщая естественная история и теория неба»: «Если посмотреть на такое собрание неподвижных звезд (Кант имел в виду наш Млечный Путь) глазами стороннего наблюдателя, находящегося неизмеримо далеко от него, то это собрание, видимое под очень малым углом, будет выглядеть как небольшой светящийся кружок, если его плоскость перпендикулярна направлению взгляда, или как эллипс, если смотреть на него под некоторым углом». Отсюда Кант сделал вывод, что эллиптические туманности представляют собой звездные системы, подобные нашему Млечному Пути, удаленные от нас на огромные расстояния. Он писал далее: «Вполне можно предположить, что эти эллиптические образования представляют собой такие же совокупности миров, как наш Млечный Путь, с такой же сложной структурой». Потребовалось почти двести лет, чтобы это предположение подтвердилось.

Солнце и мы вместе с ним — расположено вблизи экваториальной плоскости нашего Млечного Пути. Если посмотреть в окружающее пространство в направлении, перпендикулярном плоскости Галактики, то мы увидим относительно мало звезд. Если же мы посмотрим вдоль плоскости Галактики, то в наше поле зрения попадет множество звезд (как показано на рис. 0.2). Поэтому плоский диск нашей звездной системы образует светящуюся полосу, которая тянется через всю небесную сферу: это хорошо видно на снимке, сделанном с помощью широкоугольной камеры (рис. 0.3).

Однако диск нашей Галактики образован не только звездами. Светящиеся межзвездные облака свидетельствуют о том, что пространство между отдельными звездами нельзя считать пустым. Примерно одна сотая часть массы всей нашей Галактики не сосредоточена в звездах, а заполняет межзвездное пространство. Химический состав этого вещества совпадает с составом Солнца, однако его плотность составляет всего одну миллионную часть одной миллиардной части плотности Солнца. В этом межзвездном газе существуют крошечные пылевые частицы. Межзвездные пылевые облака ослабляют свет звезд, которые находятся за ними, и эти звезды кажутся нам более красными, чем на самом деле. Точно так же Солнце на закате кажется нам красным, поскольку его свет проходит через запыленную земную атмосферу. Частицы межзвездной пыли очень малы, их средний диаметр составляет всего около одной десятитысячной миллиметра.