Читаем Удивительная астрономия онлайн бесплатно

Звездное небо привлекало внимание людей с незапамятных времен. Сколько легенд и мифов, сколько суеверий и пророчеств связано с ним!

Астрономия – одна из древнейших наук. Невозможно не восхищаться терпением и мудростью ученых всех времен и народов, годами с помощью примитивных инструментов наблюдавших движение светил и сумевших рассчитать их орбиты и вывести закономерности появления на земном небосводе.

Развитие технических средств для астрономических наблюдений, особенно во второй половине ХХ века, позволило ответить на массу вопросов, веками не дававших покоя пытливым умам, раскрыть множество космических тайн и постепенно создать целостную картину и нашей Галактики, и Вселенной в целом.

За последние двадцать лет астрономия накопила огромное количество сведений о планетах и подобных им объектах во Вселенной – начиная от ближайших соседей Земли и заканчивая космическими телами где-то на окраине Галактики. Знакомству с такими небесными объектами и посвящена настоящая книга.

О чем здесь пойдет речь? Много нового будет рассказано о планетах Солнечной системы и их естественных спутниках, то есть о ближайших соседях Земли. При этом основное внимание будет уделено тем объектам, о которых в учебниках или популярной литературе удается отыскать не так уж много сведений. Например, о ледяных карликах, которые могут оказаться самыми многочисленными представителями класса малых планет.

Но главная задача книги – познакомить читателя с планетами, которые не входят в Солнечную систему, то есть с планетами, обращающимися вокруг других звезд. Такие космические объекты получили название экзопланет (от греч. exos – «внешний, находящийся снаружи»). На сегодняшний день неплохо изучены десятки экзопланет. Наши представления о природных условиях на их поверхности приблизились к тому, чтобы смело предполагать, могут ли там встречаться обитатели, а если могут, то что они собой представляют.

Как читать эту книгу? Почти все главы можно читать в произвольном порядке. Но начать книгу лучше все-таки с первой главы, поскольку там объясняются некоторые очень важные вещи, помогающие понять остальной текст. А некоторые полезные пояснения будут даны уже здесь.

Сегодня каждый хотя бы немного представляет, насколько внушительны размеры небесных тел и, соответственно, насколько велики расстояния между ними. «Дистанции огромного размера», как сказал бы грибоедовский Скалозуб. Поэтому пользоваться обычными километрами для измерения таких величин не слишком удобно. Среднее расстояние от Земли до Луны достигает 384 тысяч километров. Максимальное расстояние от Земли до Плутона превосходит 7,5 миллиарда километров. Что же говорить о меж звездных просторах!

По этой причине астрономами созданы особые мерные отрезки, с помощью которых не приходится прибегать к использованию чисел-гигантов с десятками нулей. В первую очередь к таким числам относится астрономическая единица . Ее величина – 149,6 миллиона километров. Именно на такое расстояние удалена наша планета от Солнца.

Астрономическую единицу удобно применять тогда, когда речь заходит о расстояниях между ближайшими космическими объектами. Однако для измерения межзвездных расстояний эта единица уже не поможет, здесь приходится использовать световой год . Именно его нам чаще всего и предстоит применять.

Как известно, световой луч является самым быстрым «бегуном» в природе. В космическом вакууме он развивает скорость около 300 тысяч км/с, а точнее – 299 792 км/с. Можно представить, какое огромное расстояние преодолевает свет за год! Нетрудно подсчитать, что это 9,46 триллиона км или 63 240 астрономических единиц. И тем не менее звезды настолько удалены друг от друга, что именно световой год как нельзя лучше подходит для описания межзвездных дистанций. Так, ближайшая к нам звезда Проксима Центавра (альфа Центавра) находится более чем в 41 триллионе километров. Это расстояние свет пробегает за 4 года и 4 месяца.

Но для вычислений астрономы по ряду причин уже давно не пользуются такой единицей, как световой год. Ученым гораздо более удобен парсек , который равен 3,2 светового года или 30,27 триллиона километров.

Можно сказать, что космос – это большая машина времени. Ведь мы видим небесные тела только потому, что от них до Земли доходят световые лучи. Поэтому человек в состоянии наблюдать космические объекты только в прошлом: пока свет добирается от них до Земли, проходит несколько лет. Поэтому астрономы изучают Проксиму такой, какой она была 4 года тому назад, Спику – 156 лет назад, Бетельгейзе – 653 года назад… В дальнейшем мы убедимся, что парадоксы Вселенной этим не исчерпываются.

Слово «галактика» сегодня является одним из наиболее популярных. Им заполнены фантастические фильмы, книги, веб-сайты. И в настоящей книге тоже пойдет речь о планетах нашей Галактики. Что же такое Галактика? Ответить на этот вопрос проще всего, попытавшись представить свой «адрес» в мировом пространстве.

Если приглашать в гости иностранного друга, то в письме нельзя написать просто название города, улицы и номер дома. Этого будет мало, поскольку иностранец должен знать еще и название области, в которой этот город находится, а также название всей страны. Если приглашать в гости инопланетянина, то ему придется писать адрес гораздо подробнее. В том числе понадобится сообщить названия нашей планеты, планетной системы и, для надежности, название звездной системы.

С названием планеты проблем не возникнет. Все мы знаем, что живем на Земле. Это огромное космическое тело, обладающее массой 6 септиллионов (6×1024) тонн. Оно слегка напоминает грушу или, точнее, шарообразную картофелину. Именно поэтому ученые иногда называют форму нашей планеты «потатоид», то есть картофелеподобная фигура.

Люди обитают на поверхности тонкой кожицы этой космической картофелины – земной коре , которая сложена песками, глинами и твердыми каменными породами. Толщина земной коры составляет в среднем 30 км, лишь изредка увеличиваясь до 40–70 км. Земная кора очень некрасива, если смотреть из космоса. Местами она вздыблена горными грядами, а местами проваливается огромными котловинами.

Котловины на земной поверхности заполняет соленая вода; это океаны, дающие приют сотням видов живых существ. Хотя гораздо больше растений и животных населяют сушу. Если все наземные и все океанические организмы положить на разные чаши весов, то суша перетянет, так как ее живое вещество окажется тяжелее в 2000 раз. Это по-своему удивительно – ведь океан занимает площадь свыше 361 миллионов квадратных километров, то есть примерно 71 % площади земной поверхности.

Внутри наша космическая «картофелина» имеет плотное ядро , состоящее из смеси двух металлов – железа и никеля. Земное ядро окружено вязкой массой, которую можно сравнить с пластилином, разогретым до нескольких тысяч градусов. Вот только по составу это не пластилин, а силикаты – вещества, сходные с песком. Вязкая масса носит название мантии .

Мантия нагрета неравномерно, ее температура растет с глубиной: от +1000 °C близ земной коры до +5000 °C в области ядра. Но даже у земной коры температура мантии может сильно изменяться от места к месту. Наиболее горячие ее участки носят название магматических очагов . Здесь под большим давлением скапливается расплав, называемый магмой . Магматический очаг прожигает земную кору, порождая на земной поверхности область вулканизма. В такой области грохочут огненные горы (вулканы), простираются лавовые долины, бьют из-под земли горячие фонтаны гейзеров, пыхтят паром «курильщики»– фумаролы (так называются трещины и отверстия в кратерах и на склонах вулканов).

Внутреннее строение Земли

Землю окружает тонкий, толщиной всего в 100 км, слой газовой смеси – атмосфера . Газовая смесь земной атмосферы называется воздухом и представляет собой сочетание главным образом четырех газов – азота, кислорода, аргона и двуокиси углерода (или углекислого газа). Прочие газы в составе воздуха присутствуют в незначительных количествах. Основная доля воздуха – почти 5000 триллионов тонн – сосредоточена в приземном слое атмосферы, называемом тропосферой и достигающем толщины 10 км.

Земля – планета. Может показаться поразительным, но люди еще в каменном веке открыли планеты, и только в 1543 году было научно доказано, что Земля относится к числу таких объектов. Каким же способом древний человек сумел обнаружить другие планеты, если не имел представления о реальной природе собственной? Способ у наших далеких пращуров был один – наблюдательность.

Пользуясь звездным небом как часами и календарем, первобытный скотовод или землепашец замечал, что светила движутся по-разному, хотя все одинаково восходят и заходят. Но одни светила, восходя и заходя, сохраняют на небе строго определенное положение относительно своих соседей. Такие светила стали называть звездами. (К слову, русское слово звезда как раз и означает «поставленный свет».)

Другие же светила ежемесячно меняли свою позицию относительно звезд. Например, сегодня такой скиталец сияет недалеко от Денеболы, а спустя месяц окажется ближе к Спике. По этой причине странные светила назвали «блуждающими» – именно так с греческого и переводится слово планета . Источник таких различий понятен: с Земли движения звезд в мировом пространстве почти незаметны, зато орбитальное движение планет наблюдать очень удобно.

Всего в древности знали пять планет – Меркурий, Венеру, Марс, Юпитер и Сатурн. Изобретение телескопа и появление небесной механики позволили обнаружить и две другие, невидимые невооруженным глазом, – Уран и Нептун. Одно время к планетам причисляли Плутон, но с 2006 года его отнесли в разряд «ледяных карликов».

Только в середине прошлого века стало окончательно ясно, чем звезды отличаются от планет, если не принимать в расчет различия в движении. Звезды представляют собой особо крупные сгустки самосветящегося горячего газа – плазмы . Даже самые холодные звезды обладают температурой около 3000 °C на поверхности, тогда как в центре светила жар может достигать миллионов градусов.

Первопричиной необычных свойств звезды является ее большая масса. В недрах любого космического объекта с массой свыше 1/20 массы Солнца протекают особые процессы, которые не наблюдаются внутри планет, – термоядерный синтез , то есть слияние атомных ядер. Эти процессы сопровождаются выделением огромного количества тепла, а также испусканием света и различных типов невидимого излучения. Отсюда высокая температура и свечение звезд. Планеты и их спутники ( луны ) сами светить не могут, они лишь сияют отраженным светом.

Конечно, одна двадцатая – это очень маленькая доля. Однако такое количество вещества составляет примерно 100 септиллионов тонн, что в 16 500 раз больше массы земного шара. К слову, и наше Солнце не столь велико, как можно подумать. Астрономы относят его к числу звезд-карликов.

По закону всемирного тяготения все тела в природе притягивают друг друга. На земной поверхности этому мешает сопротивление среды – трение. В вакууме никаких препятствий нет, из-за чего притягиваемые объекты движутся вокруг общего центра масс – барицентра . Так планеты становятся спутниками звезд: поскольку основная масса вещества сосредоточена в звездах, то и барицентр оказывается где-то вблизи центра звезды.

Сравнительные размеры Солнца и планет Солнечной системы