Загадки космоса - Кирилл Федорович Огородников Страница 16

Теперь мы готовы рассмотреть -последнюю из трех наших загадок космоса – загадку красного смещения.

ЗАГАДКА КРАСНОГО СМЕЩЕНИЯ

Современной физике известно, что световые лучи и радиоволны имеют одинаковую природу. И те и другие – разновидности электромагнитных волн, распространяющихся с колоссальной скоростью в 300 000 км/сек. Но в то время как различные радиоволны имеют длину от десятых долей миллиметра до нескольких километров, длина световых волн очень мала и измеряется десятыми долями микрона [1] то есть десятитысячными долями миллиметра.

[1 1 микрон = 0,001 мм]

Световые волны различной длины, воздействуя на глаз человека, вызывают у него ощущение разного цвета. Так, волны с длиной в 0,4 мк вызывают ощущение фиолетового цвета, с длиной в 0,55 мк – желтого, а с длиной волны 0,7 мк – темно-красного цвета.

Смешанные между собой, примерно, в равной пропорции световые волны производят ощущение белого света. Но если луч белого света пропустить сквозь стеклянную трехгранную призму, то световые волны с различной длиной преломятся в ней по-разному, и их пути разойдутся. Из призмы выйдет уже не белый луч, а пучок разноцветных лучей, расположенных в строгой последовательности увеличения длины волны, от фиолетового до темно-красного включительно. Тогда на белом экране, поставленном на пути световых лучей, вышедших из призмы, получится разноцветная, радужная полоска, называемая спектром. В зависимости от условий излучения света телом спектры имеют различный вид. Так, поверхности Солнца и звезд испускают непрерывный (сплошной) спектр. Но химические элементы, находящиеся в атмосферах этих тел, поглощают некоторые световые волны, а именно те, которые в иных условиях излучаются теми же химическими элементами. Поэтому на фоне непрерывного спектра образуются тонкие темные линии, называемые линиями поглощения, и сам спектр получает название спектра поглощения (рис. 24).

Каждая линия поглощения имеет строго определенную длину волны и в соответствии с ней занимает свое место в спектре, что позволяет определять химический состав атмосфер Солнца и звезд. Но если звезда движется по лучу зрения наблюдателя, то есть удаляется от нас или приближается к нам, то линии поглощения в спектре звезды несколько смещаются со своих обычных (нормальных) мест. При удалении звезды линии поглощения смещаются в сторону красного конца спектра, а при приближении звезды – в сторону фиолетового его конца. Это смещение обнаруживается и измеряется при сопоставлении спектров звезд со спектрами химических элементов, полученными в лабораториях.

Рис. 24. Спектр поглощения.

Согласно принципу, сформулированному в 1842 г. австрийским ученым X. Доплером (1803 – 1853), величина смещения спектральных линий пропорциональна скорости удаления или приближения светила. Поэтому, измеряя величину смещения линий поглощения в спектрах звезд и галактик, можно вычислить скорость их движения по лучу зрения. Эта скорость получила название лучевой скорости. При удалении светила его лучевая скорость положительна (расстояние до светила увеличивается), а при приближении – лучевая скорость отрицательна (расстояние до светила уменьшается).

В настоящее время лучевые скорости измерены у многих тысяч звезд. Астрономы давно привыкли к тому, что величина смещения линий поглощения в спектрах звезд бывает очень малой и соответствует лучевой скорости в несколько десятков километров в секунду, редко 100 – 150 км/сек.

Вскоре после того как в 1912 г. был установлен большой, 1,5 м зеркальный телескоп на астрономической обсерватории на горе Вильсон в США, астрономы начали фотографировать спектры галактик и по ним определять их лучевые скорости. И тут сразу же выяснилось, что лучевые скорости галактик резко отличаются по своей величине от лучевых скоростей звезд. Они измеряются не десятками, а сотнями и тысячами километров в секунду. Если не считать мира микрочастиц (электронов, протонов и др.), наука еще не знает других тел, обладающих столь большими скоростями. Так была обнаружена первая важная особенность лучевых скоростей галактик – их большая величина.

Вторая, не менее важная, особенность лучевых скоростей галактик обнаружилась вскоре после того, как были вычислены лучевые скорости многих галактик. Оказалось, что за исключением очень небольшого числа сравнительно близких галактик, в спектрах остальных галактик линии поглощения сдвинуты к красному концу, то есть практически все галактики имеют положительные лучевые скорости. Это приводит к неожиданному выводу о том, что все галактики, за малым исключением, удаляются от нас. Но наша Земля и даже вся наша Галактика в целом – это ничем не примечательная точка в бесконечной Вселенной. Почему же галактики, каждая из которых представляет огромную звездную систему, подобную нашей Галактике, должны разлетаться от нее во все стороны, точно осколки разорвавшегося снаряда?

Это загадочное явление, получившее название красного смещения, сразу же привлекло к себе пристальное внимание не только астрономов, но и физиков, и философов. Однако шло время, а загадка красного смещения в спектрах галактик, вместо того чтобы разъясняться, становилась все более непонятной. По мере накопления все большего числа измеренных лучевых скоростей слабых галактик выяснилось, что те немногие галактики, в спектрах которых красное смещение не наблюдается, принадлежат к числу ближайших к нашей Галактике соседей. Остальные галактики без всякого исключения имеют положительные скорости. При этом, чем дальше галактика от нас, тем больше у нее красное смещение. Для наиболее удаленных галактик лучевые скорости измеряются

уже не тысячами, а многими десятками тысяч километров в секунду.

Более подробное исследование скоростей галактик привело уже известного нам американского астронома Хабла в 1930 г. к открытию третьей важной особенности лучевых скоростей галактик. Оказалось, что лучевые скорости галактик увеличиваются строго пропорционально расстоянию до них: с увеличением расстояния на 1 млн. пс (1 мпс) лучевая скорость увеличивается примерно на 100 км/сек. Это явление часто называется законом красного смещения.

Закон красного смещения включает в себя все три перечисленные особенности лучевых скоростей галактик: их положительный знак, пропорциональный рост с увеличением расстояния и их большую величину, поскольку расстояния до галактик очень велики.

Закон красного смещения лишь описывает наблюдаемые особенности лучевых скоростей галактик, но не дает им никакого объяснения. Наоборот, он требует сам объяснения. Учеными СССР и других стран много сделано для выяснения путей подхода к решению этой интересной задачи. Но пока в этой проблеме остается много неясного. Не случайно ее нередко называют загадкой красного смещения. В настоящее время можно только высказать ряд гипотез о природе красного смещения и дальнейшие исследования направлять на накопление новых фактов, относящихся к движениям галактик, которые в свое время помогут проверить каждую из этих гипотез и сделать окончательные выводы. Как мы сейчас увидим, в настоящее время у нас еще нет достаточных данных для таких