Рудольф Киппенхан - Рудольф Киппенхан 100 миллиардов солнц: Рождение, жизнь и смерть звезд

• Название: Рудольф Киппенхан 100 миллиардов солнц: Рождение, жизнь и смерть звезд
• Автор: Рудольф Киппенхан
• Издательство: Мир
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 1990
• ISBN: 5-03-001195-1 (русск) 3-492-10343-X (нем)

Книга астронома из ФРГ посвящена изложению современных взглядов на свойства, строение, происхождение и эволюцию звезд. Не применяя математики и сложной терминологии, автор просто и наглядно объясняет все основные результаты теории звезд, начиная с ее классических разделов и кончая самыми современными данными о пульсарах, рентгеновских звездах и черных дырах.

---

Вот здесь не может быть никакой определенности! Мы можем основываться лишь на опыте своей собственной цивилизации. Всего несколько десятилетий мы имеем возможность посылать радиосигналы в космос. И почти одновременно с этим мы создали средства массового уничтожения, способные одним ударом уничтожить все живое на нашей планете. Будут ли они когда-нибудь применены? Или техническая цивилизация имеет возможность всего несколько десятков лет посылать в космос сигналы, прежде чем сама уничтожит себя?

К тому же мы еще не начали посылать сигналы в космос. Нет научной программы, по которой во Вселенную регулярно и целенаправленно велись бы радиопередачи. Но будем оптимистами: предположим, что цивилизация в состоянии решить свои проблемы. Предположим, что миллион лет мы будем жить в мире и благополучии и сможем позволить себе роскошь и удовольствие все это время посылать во Вселенную мощные радиосигналы. Это будет означать, что из миллиона обитаемых планет посылать радиосигналы будет доля, равная 1 миллион лет/ 4 миллиарда лет, т. е. в данный момент сигналы будут посылать 250 планет в нашей Галактике. Примем далеее, что эти планеты равномерно распределены по всей Галактике, тогда среднее расстояние между двумя такими цивилизациями составит 4600 световых лет. 4600 лет будет идти наш сигнал, прежде чем будет принят другой цивилизацией, и ответ сможет прийти к нам лишь через 9200 лет. Из всего этого ясно, что было почти бессмысленно прислушиваться к таким близким звездам, как Тау Кита и Эпсилон Эридана: вероятность того, что у них есть планеты, с которых посылают радиосигналы, ничтожна. Смысл имело бы лишь искать сигналы от всех солнцеподобных одиночных звезд, находящихся ближе 4600 световых лет он нас.

Со времен вавилонского столпотворения прошло меньше 4000 лет. Если цивилизация существует и посылает радиосигналы лишь в течение такого времени, то из миллиона обитаемых планет посылать радиосигналы будет лишь доля, равная 4000 лет/ 4 миллиарда лет или всего одна планета. Это значит, что в данный момент во всей Галактике может быть, кроме нашей, лишь еще одна цивилизация, способная посылать радиосигналы. Если же принять время существования цивилизации равным 1000 лет или меньше, то тщетно мы будем прощупывать Галактику своими радиотелескопами.

Проведенный нами подсчет числа планет, от которых могут идти радиосигналы, основан на многих допущениях. Я и не пытался определить это число как можно точнее: мне нужно было лишь показать, какие факторы играют при этом роль. И в этой игре обнаружилось, что самая большая неопределенность возникает из-за того, что мы не знаем, сколько времени может существовать технически развитая цивилизация. Как долго может продержаться цивилизация после того, как ей удастся осуществить первую радиопередачу? Просуществует ли она еще сто лет? Может ли она сохраниться вопреки своим техническим достижениям или же, наоборот, продлить свою жизнь именно благодаря своей технике?

Начав с вопроса о том, существует ли другая жизнь в нашем Млечном Пути, мы вернулись к тому, как нам на Земле сохранить свою цивилизацию.

Приложение А Скорость движения звезд

Наши знания о Вселенной были бы куда скуднее, не будь спектрального анализа. Без него мы ничего не знали бы о химическом составе звезд и очень мало об их движении. Как это делается, замечательно рассказал Карл Шайферс. Здесь я сделаю упор прежде всего на то, как с помощью звездных спектров можно определить, с какой скоростью звезда движется вдоль луча зрения, т. е. по направлению к нам или от нас. Компонента скорости звезды вдоль направления луча зрения называется радиальной или лучевой скоростью. Эффект, позволяющий определить эту скорость, назван эффектом Доплера по имени австрийского физика Христиана Доплера (1803–1853).

Если направить луч света от звезды на стеклянную призму, луч преломляется, причем величина угла преломления зависит от частоты света: синий свет, имеющий более высокую частоту, преломляется сильнее, чем красный с более низкой частотой. Если поставить призму перед объективом фотоаппарата, то вместо точечного изображения звезды мы получим на снимке линию: спектр звезды. Почернение пленки в различных точках этого следа обусловлено светом, имеющим разную частоту. В принципе современные спектрографы, которыми пользуются астрономы, действуют точно как же. В этих спектрографах свет от слабых звезд, сконцентрированный большими телескопами, определенным образом обрабатывается, прежде чем попадает на призму. Вместо призм часто используются другие устройства, в которых свет с различной частотой (т. е. разного «цвета») отклоняется по-разному. Если в нашем фотоаппарате спектр представлял собой узкую линию, то спектрограф растягивает спектр в полоску, чтобы легче было изучать его особенности (рис. А.1). Ценность звездных спектров объясняется тем, что атомы в атмосфере звезды поглощают свет на вполне определенных частотах. Эти частоты отсутствуют в спектре: на полоске, полученной с помощью спектрографа, имеются «линии», соответствующие определенным частотам в тех местах, где на фотопленку не попадает свет. Свет, имеющий эти частоты, поглощен атомами звездной атмосферы; соответственно темные линии в спектре называют линиями поглощения. Каждому элементу соответствует вполне определенный характерный набор линий поглощения, так что по спектру звезды можно определить химический состав ее атмосферы. Так проводится химический анализ звезд; высокого мастерства в этом достигли в школе Альберта Унзёльда в Киле. Все, что говорится в данной книге о химическом составе атмосфер звезд и межзвездного газа, основано на результатах спектральных измерений. Этим методом был установлен дефицит дейтерия у Солнца и недостаток лития. Но остановимся на этом и перейдем к эффекту Доплера.

Рис. А.1. Спектр звезды 41 Лебедя, полученный Вальтраутом Зайтером из Мюнстерского университета. Фиолетовый конец спектра слева, красный — справа; частота излучения соответственно уменьшается слева направо. Темные линии соответствуют линиям поглощения различных атомов. Две примерно одинаковые линии слева от центра, обозначенные Н и К, принадлежат атому кальция. Эти же линии можно видеть на рис. А.2.

Свет-это электромагнитная волна. В любой точке пространства, через которую проходит световой луч, напряженность электрического поля совершает периодические колебания. Максимум и минимум напряженности бегут в пространстве со скоростью света. Если источник излучает свет определенной частоты, то мы будем принимать его в точности на этой частоте лишь в том случае, когда расстояние между источником и приемником не изменяется. Если же источник движется по направлению к нам, то каждый следующий максимум проходит немного меньший путь, чем предыдущий. Поэтому волновые максимумы приходят к нам чуть чаще, чем их посылает источник. Свет от источника, движущегося по направлению к нам, кажется немного более высокочастотным (т. е. более «голубым»), чем свет от того же источника, когда он неподвижен. Наоборот, свет от источника, который удаляется от нас, кажется более низкочастотным (т. е. более «красным»), чем свет от такого же источника в лаборатории. Это, собственно, тот же эффект, который иллюстрируется на рис. 10.5, где интервал между принимаемыми рентгеновскими вспышками зависит от того, движется источник при своем обращении по орбите по направлению к нам или от нас.

Доплеровский сдвиг особенно хорошо заметен в спектрах звезд (рис. А.2). Чтобы измерить его, лучше всего сравнить спектр звезды с полученным в лаборатории на том же спектрографе спектром поглощения вещества и посмотреть, находятся ли линии поглощения отдельных элементов в звездном спектре там, где они должны быть, или же они смещены. Из этого легко рассчитать, с какой лучевой скоростью движется звезда.

Рис. А.2. Доплеровский спектральный сдвиг. Спектр излучения звезды (а). Сдвиг спектральных линий в случае, когда звезда движется по направлению к нам (б). Все линии смещаются влево к фиолетовому краю спектра, в область более высоких частот. Сдвиг спектральных линий в случае, когда звезда удаляется от нас (в). Все линии смещены к красному краю спектра. Направления доплеровского сдвига частоты указаны стрелками.

Особенно важны измерения лучевой скорости для тесных двойных систем. Звезда, обращающаяся вокруг другой звезды, в течение одного оборота движется сначала по направлению к нам, а затем от нас, если только мы смотрим не строго перпендикулярно к плоскости ее орбиты. Это периодическое изменение скорости может быть измерено с помощью спектров и затем использовано для определения масс звезд, как описано в приложении В. О многих звездах мы знаем, что они двойные, а не одиночные, именно благодаря доплеровскому сдвигу линий в их спектрах. Они находятся так далеко от нас в пространстве и расположены так близко одна к другой, что с помощью телескопа различить звездную пару невозможно. Но даже если они при обращении не затмевают друг друга, мы можем установить по периодическому смещению линий в их спектрах, что здесь две звезды обращаются одна вокруг другой.