Вокруг Света - Журнал "Вокруг Света" № 5 за 2003 год

Реликтовое излучение равномерно заполняет всю Вселенную, и, если мы могли бы видеть микроволны, все небо пылало бы с поразительно одинаковой яркостью во всех направлениях. Эта однородность является одной из главных причин, по которой это излучение считают теплом, оставшимся от Большого Взрыва. Но как может локальный источник создать подобную однородность? Оказывается, этому способствует сам процесс расширения пространства. Чтобы наглядно понять, как это происходит, представьте себе такую большую и очевидную неоднородность, как гора Джомолунгма. Теперь начните мысленно растягивать эту гору в ширину, оставляя высоту неизменной. Если как следует постараться и растянуть ее в ширину, скажем, на миллион километров, то получится почти идеально плоская поверхность — перепад высот в 8 км (высота горы) будет практически незаметен на таком колоссальном масштабе. Именно это и происходит при расширении пространства после Большого Взрыва — все неоднородности сглаживаются. Но возникшие после инфляции крошечные изменения в плотности материи в ранней Вселенной должны были оставить отпечаток на реликтовом излучении в форме температурных колебаний от точки к точке.

Долгое время Вселенная, остыв после Большого Взрыва, оставалась темной и холодной — ничто ее не освещало. Этот период, названный «Темными веками», закончился, когда сформировались звезды. Очень ранний возраст Вселенной, к которому относят начало формирования первого поколения звезд, впервые осветивших ее спустя всего 200 млн. лет после Большого Взрыва, привел к идее о том, что таинственный тип невидимой материи собрал газ вместе вскоре после рождения Вселенной, позволив сформироваться первым звездам и галактикам.

Скрытая масса (или темная материя) возникла почти сразу после Большого Взрыва, в отличие от знакомых нам атомов. Она слабо взаимодействует с электромагнитным излучением (чем и объясняются трудности ее обнаружения), однако, как и «нормальная» материя, обладает гравитацией, поэтому способна сама собираться в сгущения и притягивать «нормальную» материю. Темная материя, возможно, служила теми гравитационными «зернами», которые вызывали увеличение плотности энергии в небольших областях пространства. Гравитационные силы этих областей притягивали к себе все окружающее вещество, становясь зернами будущих галактик. Сегодня уже достоверно известно, что галактики окружены гало из темной материи, которые в 10 раз массивнее видимых компонентов галактик.

Возможны два сценария развития событий: концентрация материи в больших структурах с последующим формированием в них звезд или формирование звезд с последующим объединением их в большие структуры. Пока еще не известно, какой из них был реализован и что в действительности являлось источником энергии для первых источников света, осветивших Вселенную, — звезды с их термоядерным синтезом или излучение, вызванное падением материи на черные дыры.

Черные дыры могут играть важную роль на начальной стадии формирования галактик, собирая материю вместе посредством своей мощной гравитации. Новые открытия супермассивных черных дыр в центрах трех ближайших эллиптических галактик только прибавляют в этом уверенности. Такая связь, естественно, вызывает вопрос и о том, что появилось сначала — галактика или черная дыра, хотя последние данные в большей степени указывают на то, что именно черные дыры формируют вокруг себя галактики. Так что есть надежда, что спор по поводу того, что появилось раньше — «курица» (галактика) или «яйцо» (массивная черная дыра), по всей видимости, будет разрешен уже в обозримом будущем. 

В феврале 2003 года исследователи с помощью космической обсерватории «Вилкинсон» (WMAP) представили новую, гораздо более подробную, карту точного распределения температуры реликтового излучения по всему небу. Используя новые данные и компьютерное моделирование, исследователи, воссоздав картину зарождавшейся Вселенной, установили ее возраст и состав. По их словам, Вселенная, которой сейчас 13,7 млрд. лет (с точностью до 200 млн. лет), только на 4% состоит из обычных атомов, из которых состоят звезды и планеты, остальное же — это 23% «холодной» скрытой массы и 73% не изученной пока «темной энергии».

Под скрытой массой, или темной материей, понимаются любые неизвестные частицы и/или неизлучающие тела. Понять состав скрытой массы — одна из первоочередных задач науки. Кстати, термин «темная материя» не слишком-то хорош, так как материя эта — прозрачна для излучения. Если бы она действительно была темной, то мы вообще не имели бы возможности видеть звезды. Еще более ошеломляющим было открытие темной энергии сделанное 5 лет назад. Что это такое — непонятно до сих пор, хотя предложено было уже множество объяснений, каждое из которых может оказаться правильным.

Мы видим наше Светило таким, каким оно было 8 минут назад (за это время его свет проходит 150 млн. км до Земли), а большинство звезд, наблюдаемых невооруженным глазом и находящихся от нас на расстояниях от 10 до 100 световых лет, — такими, какими они были от 10 до 100 лет назад. Самая близкая большая галактика, Андромеда, предстает перед нами такой, какой она была 3 млн. лет назад. Далекие же галактики «показывают» нам, какими они были несколько миллиардов лет назад. Изображения далеких объектов являются астрономическими «окаменелостями», сохранившими отпечаток их прошлого. И чтобы раскрыть тайну рождения галактик, астрономам, подобно ученым-археологам, придется «слой за слоем» удалять пласты времени. И надо сказать, за последние годы астрономам, использующим наземные телескопы, все дальше проникающим в космические глубины с целью изучения тех объектов, которые существовали на заре развития Вселенной, удалось достичь весьма впечатляющих результатов. Но даже самый большой наземный телескоп способен лишь обнаружить объекты, удаленные на большие расстояния, тогда как космический телескоп «Хаббл» может показать их форму, позволяя выделить различные типы отдаленных галактик и проследить их развитие. Подобно кадрам кинофильма, полученные «Хабблом» изображения, выстроенные в нужном порядке, показывают появление структур в младенческой Вселенной и стадии развития галактик.

Наблюдения космического микроволнового фона и развитие физики частиц высоких энергий дают представления о молодой Вселенной — не старше 1 млн. лет. Однако для промежуточного периода (от 1 миллиона и до нескольких миллиардов лет), когда начали формироваться звезды и галактики, наблюдения практически отсутствуют. И чтобы «попасть» в этот временной промежуток, необходимо изучать объекты, находящиеся на границе наблюдаемой Вселенной. Но так как их излучение из-за «красного смещения» сильно искажается, то наблюдения целесообразнее выполнять в инфракрасной части спектра, для чего и предназначается 7-метровый космический телескоп следующего поколения — JWST, названный в честь Джеймса Э. Уэбба (администратор NASA с 1961 по 1968 год). JWST, который планируется запустить в 2010 году, будет способен видеть объекты в 400 раз более слабые, чем наблюдаемые в настоящее время большими наземными инфракрасными телескопами и даже новейшими космическими ИК-телескопами, а его пространственное разрешение будет сопоставимо с «Хабблом».

Николай Андреев

Загадки истории: Имперские игры

Во второй половине XIX века, когда большая часть земного шара уже была поделена между ведущими мировыми державами, огромные пространства Евразийского континента стали ареной драматичного противостояния двух великих империй — Российской и Британской. Это соперничество, в которое были вовлечены страны Ближнего и Дальнего Востока, Центральной и Южной Азии, вошло в историю под названием Большая игра, победителю в которой доставалась возможность контролировать едва ли не самые обширные рынки сбыта и сырья в Азии. Игра стоила свеч. И Россия, и Британия весьма преуспели в попытках распространить свое влияние на Центрально-Азиатский регион, что неминуемо должно было привести к конфликту интересов двух сверхдержав. Кульминацией Большой игры стала борьба за Памир, географическая неизученность и политическая неопределенность которого явились детонатором эскалации противоречий между Россией и Британией.

В противоборстве этих двух держав на Памире далеко не последнюю роль сыграли многочисленные географические и историко-этнографические исследования, результаты которых порой становились решающими аргументами при создании границ и разделе сфер влияния. Причем, поскольку борьба за “Крышу мира” была в высшей степени ожесточенной, это обстоятельство не могло не сказаться и на методах проведения исследований — чисто научные интересы в них неизбежным образом переплетались с интересами разведки, не говоря уж о том, что и сами путешественники зачастую состояли на службе секретных ведомств своих государств. Тогдашняя “холодная война” вместила в себя и великодержавный эгоизм, и пренебрежение к судьбам целых народов. Она, как и всякая война, обозначила и высветила самые разные грани человеческой натуры — благородство и подлость, прямодушие и лицемерие, милосердие и жестокость…