Главное меню



Начала астрофизики и бесконечность Вселенной


Существенный вклад в формирование современной нам астрономической картины мира внес в середине XVIII в. первый русский ученый-энциклопедист Михаил Васильевич Ломоносов (1711—1765). Значение вклада Ломоносова в развитие естествознания состояло прежде всего в глубоких научно-философских обобщениях и разработке метода научного исследования, а также в стремлении использовать достижения науки для экономического развития России. Естественнонаучные исследования Ломоносова охватывают огромный круг вопросов — от проблемы строения вещества до насущных задач современной ему техники. Надежной опорой ему в этих изысканиях служило его материалистическое понимание окружающего мира, твердая убежденность в единстве основных законов природы и в познаваемости этих законов, умение увидеть связь, казалось бы, далеких друг от друга явлений и сочетать экспериментальные исследования с глубоким теоретическим осмыслением: явлений. Прогрессивные, во многом оригинальные, и порою чрезвычайно глубокие идеи и выводы Ломоносова в области механики, физики, прежде всего — атомистики, учении о теплоте и об электричестве, в области химии, горного дела и металлургии широко известны. Особая заслуга Ломоносова заключается в том, что он четко сформулировал и неустанно пропагандировал в качестве основного принципа природы закон сохранения материи и движения. Несмотря на то, что общая идея сохранения материи была известна уже в древности, утверждение этого закона как универсального принципа природы уже в новое время (с конца XVI в.) заняло не одно столетие. Интерес к небесным явлениям возник у Ломоносова еще в детстве, при наблюдении величественных картин полярных сияний.


Широта интересов и умение анализировать явления в их взаимосвязи привели его к ряду важных выводов, открытий, изобретений и в области астрономии. Обогнав свою эпоху на столетия, он в числе немногих современников обратился к решению вопросов о физической природе небесных объектов, исходя из убеждения в единстве ее у Земли и небесных тел. Ломоносов высказал ряд правильных идей астрофизического характера. Изучая вместе со своим другом академиком Г. В. Рихманом явления атмосферного электричества, он выдвинул интересную идею возникновения его за счет трения восходящих и нисходящих теплых и холодных токов воздуха (что вполне согласуется с современными воззрениями). Эта идея легла также и в основу его объяснения полярных сияний. Свои представления об атмосферном электричестве Ломоносов распространил на природу свечения кометных хвостов. Небезынтересно отметить, что при всей примитивности формы этих первых представлений именно они перекликаются с современными теориями образования и свечения некоторых типов кометных хвостов в результате взаимодействия «атмосфер» комет и «солнечного ветра» — потока заряженных частиц, непрерывно идущего от Солнца. И в наше время поражают глубиной научной интуиции красочные стихотворные строки, в которых Ломоносов изложил свои представления о физической природе Солнца. Смелым взором поэта и ученого-материалиста он увидел там «...горящий вечно океан. Там огненны валы стремятся и не находят берегов; там вихри пламенны крутятся, борющись множество веков...» Со свойственной ему широтой подхода к решению научных проблем Ломоносов связывал прикладную задачу поиска полезных ископаемых с глубокой научной проблемой строения Земли как планеты. На фоне общепринятых в то время воззрений о неизменности окружающего мира особенно смело звучали еще очень редкие тогда голоса, защищавшие идею постепенного изменения, эволюции Земли. Исходя из физической, атомистической картины мира, Ломоносов стремился проникнуть мысленным взором в глубины земных недр, проследить скрытые процессы горообразования, рождения минеральных полезных ископаемых. Идея эволюции Земли у Ломоносова тесно переплетается с идеей эволюции Вселенной. Более того, в рассуждениях о Земле он приводит в качестве аргументов ее изменяемости именно астрономические факты, указывая, что даже «... главные, величайшие тела мира, планеты и самые звезды изменяются, теряются в небе, показываются вновь».


Наконец, одна из важнейших и наиболее общих идей — множественности обитаемых миров — получила первое определенное обоснование после открытия Ломоносовым атмосферы на планете Венера. По своему философскому значению это открытие равноценно обнаружению Галилеем земноподобного рельефа поверхности Луны. Это открытие Ломоносов сделал 24 июня 1761 г., во время прохождения Венеры по диску Солнца. В ожидании редкого явления множество телескопов было нацелено на солнечный диск. Надо было уловить моменты контактов дисков планеты и Солнца. Это позволяло уточнить расстояние до Солнца. При вхождении Венеры на диск Солнца Ломоносов отметил легкое затуманивание солнечного края; когда же планета подходила к другому краю диска, на нем сначала возникла выпуклость («пупырь»), а затем — «срез». Немало астрономов отметили те же явления, но Ломоносов первым объяснил их. «По сим примечаниям,— писал он, — планета Венера окружена знатной воздушной атмосферой, таковой (лишь бы не большею), каковая обливается около нашего шара земного». В 1769 г. аналогичное объяснение описанному явлению дал английский астроном Н. Маскелин, а позднее и другие (В. Гершель, И. Шретер). В 1761—1762 гг. Ломоносов сконструировал и создал прообраз современного горизонтального телескопа с сидеростатом (подвижным зеркалом, с помощью которого свет от небесных объектов направляется в неподвижную астрономическую трубу). В 1762 г. он изобрел так называемую однозеркальную схему рефлектора с наклонным (на 4°) зеркалом. Эти изобретения Ломоносова свидетельствуют о том, что он проявлял большой интерес к проблемам изучения строения Вселенной, которая рисовалась ему бесконечной. Последнее нашло отражение в известных прекрасных стихотворных строках Ломоносова: «...Открылась бездна, звезд полна; звездам числа нет, бездне дна». В дальнейших строках того же стихотворения нарисована яркая картина Вселенной, единой по своим законам и наполненной очагами жизни и разума. В 1770 г. и вторым изданием в 1783 г. в Петербурге вышло анонимно небольшое сочинение «Рассуждение о строении мира». Написано оно было в 1759 г. и с первых страниц поражало необычной для популярной литературы оригинальностью идей, полемической заостренностью и страстностью изложения. Было ясно, что книгу написал не просто естествоиспытатель, но прогрессивно мыслящий философ (несмотря на традиционные ссылки на божественную целесообразность природы), с широким кругозором и знаниями, с богатым воображением. Невольно приходил на ум образ Ломоносова... Но автором яркого космического этюда оказался другой петербургский академик, всего два года назад приглашенный в Россию на место трагически погибшего физика и друга Ломоносова Г. В. Рихмана — Франц Ульрих Теодор Эпинус (1724—1802). Его публикация оказалась переложением знаменитой книги Б. Фонтенеля «Разговоры о множестве миров» (1686). Однако она не только сильно отличалась живым и ярким языком от первого тяжеловесного русского перевода этого сочинения середины XVIII в. (его сделал А. Кантемир), но и от оригинала — по своему существу. Вместо вихревого картезианского мира у Фонтенеля, читатель знакомился в ней с гравитационной ньютоновской Вселенной и с новым методом познания: обоснованным экспериментально моделированием физических процессов на небесных телах.

Солнце «покрыто пламенным океаном, испускающим из себя дым и пары, которые земные жители усматривают иногда под видом черных пятен». Кометы («комиты») — не случайные, как полагал Декарт, а с ним и картезианцы, гипотетические планеты из «чужих» планетных вихрей, а их хвосты — не оптическое явление, как думал, например, Гевелий. Это — реальные члены Солнечной системы, но с чрезвычайно вытянутыми и потому подверженными сильным искажениям (возмущениям) орбитами. Особенно впечатляет яркая картина предполагаемых физических изменений, происходящих с кометой при ее приближении к Солнцу: «Из ужасной пустоты, где мрак и смерть беспрепятственно от неисчетных тысяч лет господствуют, спешит сия комита к неизмеримому огненному океану. Она вся объята стужею, совсем от мраза окаменела. Картина эта, весьма точная, особый отклик должна найти у читателя в наши дни, когда к нам из неимоверной дали приближается знаменитая странница — комета Галлея. Сила огня разрешает вскоре крепчайшие сии хлада узы, вдруг по всей поверхности оныя снедающий распростирается пожар. Моря иссякают, горы воздымляются. Раскаленным курением наполнившийся воздушный около ея круг уже кипит и незапно расседается. Теперь уже сгущенный дым, из разоренного сего мира исходящий, непреткновенпо льется в бездонную глубину, теперь распространяется ужасный хвост более, нежели на два миллиона дневного пути над неизмеримою пропастью». Он остроумно высмеивал страхи и предсказания, связанные с кометами. Вместе с тем он серьезно рассматривал последствия столкновения Земли с кометой, вполне возможного, по его мнению, ввиду неупорядоченности кометных орбит по сравнению с орбитами планет. Эпинус отрицал опасность встречи с хвостом кометы, поскольку обоснованно считал его вещество крайне разреженным (ведь сквозь него, как он отмечал, просвечивали даже слабые звезды). Что касается прямого столкновения с головой кометы, то уже в 1757 г. Эпинус предположил, что и в этом случае удар может быть смягчен атмосферами этих тел. При некоторых относительных скоростях и достаточной упругости атмосфер комета и вовсе может, по мысли Эпинуса, не достичь поверхности Земли и будет задержана или даже отброшена силою сжатого воздуха. (Не напоминает ли это некоторые современные нам идеи о «Тунгусском феномене» 1908 г.?) А вот уже новые соображения о возможной роли комет. Быть может, Солнце рано или поздно «истощило бы... свои богатства, хотя оныя суть и неизмеримы», если бы кометы, падая в конце концов на него и сгорая в нем, «не подавали бы вечному сему огню новой пищи». Столетие спустя гипотеза о подобной же роли метеоритов была развита Р. Манером... Для истории формирования современной астрономической картины мира наибольший интерес представляет первое детальное исследование Эпинусом происхождения кольцевых гор — цирков на Луне. Кратеры с расходящимися лучами («Тихо», «Коперник» и др.), по его мнению, походили на земной вулкан — Этну, если взглянуть на нее мысленно с большой высоты. Вместе с тем вулканизм на Луне Эпинус считал явлением несравненно более грандиозным, чем на Земле. Устойчивость лунных вулканических структур, в отличие от быстро разрушаемых земных, он объяснял отсутствием на Луне атмосферы с ее ветрами и осадками. Но главное, в разнообразии форм и размеров лунных цирков Эпипус увидел стадии их развития и заключил, что на Луне не только существовала некогда (о чем уже догадывались), но и продолжается вулканическая деятельность. Таким образом, за четыре года до В. Гершеля Эпинус ввел в астрономию метод сравнительного морфологического изучения космических объектов для выяснения их состояния и развития. Он впервые серьезно обосновал новую предпосылку возможности изучения процессов на других планетах и их спутниках — геологическое, а, следовательно, также эволюционное родство между Землей и планетами. После наблюдений В. Гершелем якобы действующих вулканов на Луне (в действительности он наблюдал, очевидно, вершины гор, освещенные Солнцем) теория лунного вулканизма стала на некоторое время общепринятой и породила одну из первых космических концепций метеоритов (гипотезу Ольберса — Лапласа о метеоритах как лунных вулканических бомбах). Все это укрепляло новые, эволюционные представления о небесных телах вообще. Сравнивая представления о мире у древних и современные ему, Эпинус отмечает колоссальное расширение знаний, но предостерегает от самонадеянности: «...однако мы еще ни мало не приближились к концу натуры»...

Оптические телескопы 21 века

Никто так не ощущает связь пространства и времени, как астрономы. Наблюдая в свои телескопы свет, приходящий на Землю от удаленных галактик, астрономы видят их такими, какими они были миллиарды лет назад. Чем дальше мы проникаем в пространство Вселенной, тем сильнее приближаемся к моменту ее возникновения - Большому Взрыву. Другими словами, углубляясь все дальше ...

Самые мощные взрывы во Вселенной

60-е годы были самыми урожайными на сенсационные открытия в астрономии 20 века. Не говоря о фундаментальнейшем открытии реликтового излучения, это три явления, каждое из которых в то или иное время вызвало шок: квазары, пульсары и гамма-всплески. Но если квазары и пульсары были быстро поняты хотя бы в самых общих чертах, гамма-всплески водили исследователей за нос почти ...

Колебания и волны

  Колебания — повторяющийся в той или иной степени во времени процесс изменения состояний системы. Например, при колебаниях маятника повторяются отклонения его в ту и другую сторону от вертикального положения; при колебаниях в электрическом колебательном контуре повторяются величина и направление тока, текущего через катушку. Колебания почти всегда связаны с попеременным ...

Планетарные туманности

Планетарные туманности, одни из самых интересных туманных объектов на звездном небе, были названы так Уильямом Гершелем, поскольку они имели вид правильных дисков, и весьма напоминали планеты (см. изображение слева). Одни из них видны, как равномерно светящиеся диски, другие видны, как кольца. Обычно планетарная туманность симметрична и резко очерчена. Но иногда ...