Annotation

Основой этойкниги стал курсПринстонскогоуниверситета, которыйчиталигуманитариямтризнаменитыхастрофизика–НилДеграссТайсон,Майкл Стросс и Джон Ричард Готт. Они рассказывают о том, что любятбольшевсего,ирассказываюттак, что самыесложныетеориистановятсяпонятнынеспециалистам.

Астрономы не привыкли усложнять то, что может быть простым.Большиекрасныезвезды–этокрасныегиганты.Маленькиебелыезвезды–этобелыекарлики.Еслизвездапульсирует,онаназываетсяпульсар.Даженачаловсегопространства,времени,материииэнергии,чтосуществуютвкосмосе,можноназватьвсегодвумяпростымисловами:БольшойВзрыв.

Что мы знаем о Вселенной? Наша Вселенная велика. Наш Космосгораздобольше,чемкажется.Онжарче,чемвыдумаете.Плотнее,чемвыдумаете.Разреженнее,чемвыдумаете.ЧтобывынидумалиоВселенной,реальностьвсеравноокажетсяневероятнее.

ДобропожаловатьвоВселенную!

НилДеграссТайсон,МайклА.Стросс,Дж.РичардГотт

Открытаялабораторнаярекомендует

ОтиздательстваПредисловиеЧасть1

Глава1Глава2Глава3Глава4Глава5Глава6Глава7Глава8Глава9Глава10

Часть2

Глава11Глава12Глава13Глава14Глава15Глава16

Часть3

Глава17Глава18Глава19Глава20Глава21Глава22Глава23Глава24

БлагодарностиПриложение1Приложение2Списоклитературы

notes123456789101112131415161718

192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748

НилДеграссТайсон,МайклА.Стросс,Дж.РичардГоттБольшоекосмическоепутешествие

Права на издание получены по соглашению с Princeton UniversityPress. Все права защищены. Никакая часть данной книги не может бытьвоспроизведенавкакойбытонибылоформебезписьменногоразрешениявладельцевавторскихправ.

Информация,содержащаясявданнойкниге,полученаизисточников,рассматриваемыхиздательствомкакнадежные.Темнеменее,имеяввидувозможныечеловеческиеилитехническиеошибки,издательствонеможетгарантироватьабсолютнуюточностьиполнотуприводимыхсведенийиненесетответственностизавозможныеошибки,связанныесиспользованиемкниги.

©2016byNeildeGrasseTyson,MichaelA.Strauss,andJ.RichardGott©ПереводнарусскийязыкОООИздательство«Питер»,2018©Изданиенарусскомязыке,оформлениеОООИздательство«Питер»,

2018©Серия«NewScience»,2018

ОткрытаялабораторнаярекомендуетАлександр Сергеев, научный редактор книги; научный редактор и

авторзаданийвпроекте«Открытаялабораторная»(openlaba.com)

В седьмом классе школы мне в руки попался учебник «Астрономия10».Оноказалсятакимскучным,чтоядажепыталсясочинитьемузамену.Все самое захватывающее – взрывающиеся звезды, далекие галактики,расширение Вселенной – было скомкано в несколько заключительныхпараграфов,которыеполагалосьизучатьвпоследнейчетвертивыпускногокласса. Глушить самую романтичную науку такими сухими текстами –настоящеепреступлениепередлюбознательностью.Непотомулимногиевполне культурные люди путаются даже в самых элементарныхпредставленияхоВселенной?

Весной2017годаяучаствовалворганизациипервой«Всероссийскойлабораторной». Это открытая для всех желающих самопроверка напониманиеосновнаучнойкартинымира.Оказалось,чтотретьучастниковакции не знала, что в прошлом Вселенная была очень горячей, хотя,казалось бы, кто в наше время не слышал о теории Большого взрыва?Околосорокапроцентовсогласилисьсошибочнымсуждением,чтосменадня и ночи связана с вращением Земли вокруг Солнца. А темную иобратнуюсторонуЛуныпуталипочтитричетвертиучастников.Иэтоведьпоказатели среди людей, которые сами пришли на «Лабу», а значит, хотьнемного,ноинтересуютсянаукой.

Думаю,всеэто–следствиетого,чтошкольноеобучениеосновамнауктрадиционно строится по модели упрощенно-сокращенногоуниверситетского курса. Детям дают некоторый минимумпрофессиональныхнаучныхсведений,чтобысихпомощьюпотомрешатьспециально подогнанный под этот минимум набор шаблонных задач.Радость познания, которая должна сопровождать приобщение к тайнамВселенной, подменяется натаскиванием на символические манипуляции,имитирующие работу ученых. Любопытство – драгоценный ресурс,которыйнельзярастрачиватьнавторостепенныетехническиевещи,поканесформирован устойчивый интерес к науке. Отшлифованныебезэмоциональныеформулировкихорошидлятех,ктозашелпоэтомупутидостаточно далеко. А начинающим важнее просто привыкать к базовымнаучным идеям, вводить их в круг знакомых вещей, даже, может быть,

вырабатыватькнимчутьфамильярноеотношение.Эту задачу блестяще решает в первом разделе книги Нил Деграсс

Тайсон, один из самых известных в мире популяризаторов астрономии.Начав с быстрого погружения в масштабы астрономических явлений, онпочтисразупереходитксамомуинтересному–энергиииэволюциизвезд,планетам и поискам внеземной жизни. При этом, как бы между делом,читатель вместе с автором проделывает несложные, но важные расчеты.Поэтому числа, которые во многих астрономических книжкахвоспринимаются,какпросто«что-тооченьбольшое»,обретаютощутимыймасштаб, а формулы наполняются вполне ясным смыслом и уже несмотрятся иллюстрациями, которые можно «пропустить без ущерба дляпонимания».

Во втором разделе астрофизик и космолог Майкл Строссразворачивает на заложенном фундаменте картину Вселенной в самыхкрупныхдоступныхнаммасштабах.ЭтогалактикииВеликиестеныизихскоплений, темная материя и сверхмассивные черные дыры, рождениеВселенной и ее самый ранний снимок, запечатленный реликтовымизлучением прямо на небесной сфере. Фактически этот раздел книгиохватывает весь доступный нашим наблюдениям физический мир. Авместепервыедваразделапокрываютбольшуючастьтемшкольногокурсаастрономии,толькоприэтомонинеубивают,аподпитываютлюбопытство.Наверное, было бы слишком радикально предлагать эту книгу в качествеучебникаастрономии,нопомечтатьочем-топодобномвсежеможно.

А дальше начинается совсем уже невероятная наука, граничащая снаучнойфантастикой.Автортретьегораздела,принстонскийастрофизикиспециалист по общей теории относительности Ричард Готт известенсвоимиработамиопутешествияхвовремениикротовыхнорах.Иэтонедосужие выдумки, а следствия, выводимые из хорошо проверенныхуравнений эйнштейновской теории, хотя и в довольно специальныхслучаях. Рассказ об этом приходится начинать с краткого изложенияосновныхидейтеорииотносительности.Итутужеотчитателяпотребуетсяопределенноеупорство,чтобыпроследитьзаизложением.Наградойзаэтиусилия станет возможность мысленно заглянуть в уголки Вселенной,принципиально недоступные никакому наблюдению: во внутренностивращающихся черных дыр, в эпоху до Большого взрыва, в параллельныеВселенные, которые по современным представлениям не менее реальны,чемнаша.

Экскурс по Вселенной и ее окрестностям завершается тамже, где иначался – на крошечной планете Земля. Тысячную доли процента от

времени жизни Вселенной здесь обитает человечество. И лишь впоследнюю тысячную долю своей истории оно стало осознаватьподлинные масштабы окружающего мира. Это сознание порождаетсмешанныечувства:скромностьотпониманиясвоихмасштабов,гордостьза способность, тем не менее, охватить мыслью всю эту колоссальнуюВселенную и тревогу за крошечную искру разума, которая вполне можетскоро и бесследно угаснуть, если специально не позаботиться о еесбережении.

Частью такой заботы как раз и станет чтение этой книги. Ведьпрояснениенаучнойкартинымираусебявголове (уверен,внимательныечитатели перестанут ошибаться в астрономических вопросах «Лабы»)способствует общему повышению адекватности в принятии решений иповедении,аэто,вконечномсчете,влияетнасудьбувсегочеловечества.

ДобропожаловатьвоВселенную!

Отиздательства

Ваши замечания, предложения, вопросы отправляйте по адресуcomp@piter.com (издательство «Питер», редакция научно-популярной икомпьютернойлитературы).

Мыбудемрадыузнатьвашемнение!Дляскачиванияцветныхиллюстрацийкнигивоспользуйтесьссылкой

goo.gl/c6nvX1илиQR-кодом.На веб-сайте издательства www.piter.com вы найдете подробную

информациюонашихкнигах.

В память о Лаймане Спитцере-младшем, Мартине Шварцшильде,Богдане Пачинском и Джоне Бакале, которые своим примеромокончательно и бесповоротно сподвигли нас троих к исследованиям вобластиастрофизикиипреподавательскойдеятельности

ПредисловиеОднойизпервыхфраз,которуюясказалмоейноворожденнойвнучке

Эллисон, была «Добро пожаловать во Вселенную!» Мой соавтор НилТайсонмногократно произносил ее в теле- и радиоэфире.На самом делеэтооднаизкоронныхфразНила.Родившись,выстановитесьгражданиномВселенной.Азначит,вамподобаетосмотретьсяиполюбопытствовать,чтозамирвасокружает.

Нил ощутил зов Вселенной, когда впервые посетил ПланетарийХейдена в Нью-Йорке. Тогда Нилу было девять. Ребенок, выросший вгороде, он впервые узрел красоты ночного неба на куполе планетария иименно в тот момент решил стать астрономом. Сегодня Нил – директорэтогопланетария.

Вообще говоря, частичка Вселенной есть в каждом из нас. Водород,который есть в нашем организме, – почти ровесник Вселенной, а другиеэлементы, имеющиеся в нашем теле, родились в далеких, давно угасшихзвездах.Когдавызвонитедругусмобильного–будьтеблагодарнызаэтоастрономам. Технологии мобильной связи подчиняются уравнениямМаксвелла, а проверитьих удалосьпотому, что кмоментуоткрытия этихуравнений астрономы уже измерили скорость света. Система GPS,фиксирующаяместоположениетелефона,работаетнаосновеобщейтеорииотносительности Эйнштейна, которую также проверили наастрономическихнаблюдениях,измеривотклонениелучейзвездногосвета,проходящего вблизи от Солнца. А вы знали, что есть предельный объеминформации,которуюможносохранитьнашестидюймовомжесткомдиске,и этот предел обусловлен физикой черных дыр? Более прозаическийпример– регулярная смена времен года зависитотнаклона земнойосикплоскостиорбиты,покоторойЗемлявращаетсявокругСолнца.

Цельэтойкниги–лучшепознакомитьвассоВселенной,вкоторойвыживете. Идея книги зародилась, когда три ее автора преподавали настаршихкурсахПринстонскогоуниверситетановыйкурсоВселеннойдлястудентов-гуманитариев,которыедоэтогоникогданепосещаликурсовпоестественным наукам. Наша коллега Нета Бакал, директор учебныхпрограмм,поручилаэтузадачуНилуДеграссуТайсону,МайклуСтроссуимне. Очевидно, что Нил гениально умеет объяснять естественнонаучныевопросынеспециалистам.Майклнезадолгодотогооткрылсамыйдалекийквазар,обнаруженныйвоВселенной,аяполучилПрезидентскуюпремию

«За выдающиеся преподавательские заслуги». Курс начался с помпой ипривлектакоемножествостудентов,чтомынесмоглипринятьихвнашемкорпусе и были вынуждены перебазироваться в более вместительныйлекционныйзалнафизическомфакультете.Нилрассказывало«Звездахипланетах»,Майкло«Галактикахиквазарах», а я об«Эйнштейне, теорииотносительностиикосмологии».ОбэтомкурсенаписаливжурналеTime,причем это издание отметило Нила в числе одного из ста наиболеевлиятельныхлюдейза2007год.Настраницахэтойкнигивыузнаете,какиевещиНилрассказываетсвоимстудентам.

Мычиталиэтоткурснескольколет,апотомрешилиизложитьегоидеив книге – для читателей, жаждущих глубже познать Вселенную. Мыприглашаем вас в большое космическое путешествие по маршруту,проложенномуастрофизиками.Мыпопытаемсяпонять,чтожетворитсявоВселенной.Мырасскажемвам,какНьютониЭйнштейнпришликсвоимвеличайшим идеям. Все знают знаменитого Стивена Хокинга. А мырасскажем, чем он прославился. Есть великолепный биографическийфильм о Хокинге, «Теория всего», а Эдди Редмэйн получил Оскар вноминации«лучшаямужскаяроль»зато,какубедительносыгралХокингавэтомфильме.ВкиновеличайшаяидеявнезапноосеняетХокинга,когдаон просто смотрит на огонь. Но мы расскажем о том, что не попало вфильм:какХокингнесоглашалсясисследованиямиЯаковаБекенштейна,новитогепереработалихипришелксовершенноновомувыводу.

В то же время тот самый Яаков Бекенштейн обнаружил абсолютнопредельный объем информации, который можно сохранить нашестидюймовом жестком диске. Все это связано. В этой книге мырассказываем о наших любимейших темах из истории Вселенной –надеемся,нашинтересокажетсязаразительным.

С тех пор как мы начали этот курс, астрономические знаниязначительнообогатились,ивкнигеэтоотражено.МнениеНилаостатусеПлутонабылоподтвержденоМеждународнымастрономическимсоюзомпоитогамисторическогоголосования,состоявшегосяв2006году.

Рис. 0.1. Трое авторов, слева направо: Стросс, Готт, Тайсон.Публикуетсясразрешения:ДенизаЭпплуайт,Принстон

Наорбитахвокругдругихзвездбылиоткрытытысячиновыхпланет.Мы поговорим о них. Сегодня с исключительной точностью построенастандартнаякосмологическаямодель,включающаяобычныеатомныеядра,темную материю и темную энергию. Все благодаря результатам работы

космическоготелескопа«Хаббл»,«Слоановскогоцифровогообзоранеба»,Зондадляизученияанизотропиикосмическогомикроволновогоизлученияим. Уилкинсона (WMAP) и спутника «Планк». На Большом адронномколлайдере в Европе физики отрыли бозон Хиггса, еще на шагприблизившись к вожделенной Теории Всего. Обсерватория LIGO(лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория)позволила непосредственно наблюдать гравитационные волны,образовавшиеся при столкновении двух черных дыр, по спираливрезавшихсядругвдруга.

Мы расскажем, как астрономы определили массовую долю темнойматерии воВселенной и откудамы знаем, что этаматерия отличается отобычной, то есть не содержит атомных ядер с протонами и нейтронами.Мы объясним, откуда известна плотность темной энергии и откуда мызнаем, что она оказывает отрицательное давление. Мы обсудимсовременные соображения о происхождении Вселенной и о том, какаяэволюция ей предстоит в будущем. Все эти вопросы приведут нас напередний край современных физических знаний. Мы публикуем в книгевосхитительные снимки, сделанные космическим телескопом Хаббл,зондомWMAP,космическимаппаратом«Новыегоризонты»(этотаппаратсфотографировалПлутониегоспутникХарон).

Отфизикизахватываетдух.Нилпродемонстрируетэтоужевпервойглаве. Многие испытывают трепет от таких вещей, одновременнопредставляясебякрошечнымииничтожными.Нонашацель–помочьвампонять Вселенную. Тогда вы ощутите силу. Мы узнали, как действуетгравитация, как развиваются звезды, каков возраст Вселенной. Этотриумфальные достижения человека-мыслителя и человека-наблюдателя.Это должно вселить в вас гордость, ведь и вы – представительчеловеческогорода.

Вселеннаяманит.Поехали!Дж.РичардГотт

Принстон,штатНью-Джерси

Часть1Звезды,планеты,жизнь

Глава1РазмеримасштабыВселенной

Автор:НилДеграссТайсон

Сначала мы поговорим о звездах, затем поднимемся на уровеньГалактики, далее окинем взглядом Вселенную и заглянем за ее пределы.Помните, как говаривал Базз Лайтер из «Истории игрушек»? –«Бесконечность–непредел!».

Наша Вселенная велика. Позвольте рассказать вам о размерах имасштабахнашегоКосмоса,которыйгораздобольше,чемвамкажется.Онжарче, чем вы думаете. Плотнее, чем вы думаете. Разреженнее, чем выдумаете. Что бы вы ни думали о Вселенной, реальность все равноневероятнее.Давайтеспервапроведемнебольшуюинвентаризацию.Хотелбысориентироватьваспонекоторымчислам,большимималым,так,чтобыразговор получился более предметным, чтобы стало понятнее, что воВселенной какой размер имеет. Начнем с единицы. Вы, конечно, ужевиделиэтуцифрураньше.Она–палочкабезнулей.Еслибыязаписалееввидестепени,тополучилосьбы100.Справаотединицынулейнет,поэтому1=100.Разумеется,10можнозаписатькак10впервойстепени,тоесть101.Дойдем до тысячи, 103. Какой префикс в метрической системе означает«тысяча»? Кило. В килограмме тысяча граммов, в километре – тысячаметров. Добавим еще три нуля, получится миллион, 106. Миллионусоответствует приставка «мега». Возможно, только до миллиона люди иумелисчитать,когдаизобреталимегафон;наверное,онинезадумывалисьомиллиарде, в котором еще на три нуля больше, всего 109. Тогда, можетбыть, назвали бы громкоговоритель «гигафоном». Если вы обращаливниманиенаразмерыфайловувасвкомпьютере,тонаверняказнаетеслова«мегабайт»и«гигабайт».Вгигабайтемиллиардбайт[1].Неуверен,чтовывполне представляете себе величину «миллиард». Давайте осмотримся ивспомним,чтосчитаютмиллиардами.

Во-первых,наЗемлеживетсемьмиллиардовчеловек.Билл Гейтс – знаете такого? Когда я в последний раз уточнял его

состояние, оно тянуло на 80 миллиардов долларов. Билл Гейтс –покровительгиков;вкои-товекигикиправятмиром.Висториитакогоещене бывало. Но времена меняются. А 100 миллиардов видели? Ну ладно,

почти 100 – знаете где? В Макдоналдсе. «Мы обслужили более 99миллиардовгостей».Этосамоебольшоечисло,котороеможноувидетьнаулице.Помню,когдаонивключилиэтотсчетчик;вмоемдетствеунихнарекламе красовалось: «Мы обслужили более 8 миллиардов гостей». НатабловМакдоналдсеникогданеотображается100миллиардов,потомучтобургер-счетчик имеет всего два разряда, так что они остановились на 99миллиардах.ПотомонивоззваликКарлуСагануистехпорпишут:«Мыобслужилимиллиардыимиллиарды».

Возьмите100миллиардовгамбургеровиуложитеихвряд.НачинайтеотНью-Йоркаидвигайтесьназапад.Какдумаете,доЧикагодоберетесь?Естественно. А до Калифорнии? Несомненно. Далее на гамбургерыпридетсяцеплятьпоплавки.Расчетыделаются,исходяиздиаметрабулочки(10 сантиметров), сам-то гамбургер немного поменьше. Итак, считаембулочками. Выкладываем из булочек мост через океан по дуге большогокруга. Так мы минуем Тихий океан, Австралию, Африку, пересечемАтлантику и вновь вернемся в город Нью-Йорк. Да, гамбургеровпотребуется много, но ведь от 100 миллиардов гамбургеров что-то ещеостанется. Вы успеете выложить вокруг Земли еще 215 гамбургерныхколец, а гамбургеры-то все не кончаются. Итак, после 216 кругосветныхгамбургерных путешествий вы берете остальные булочки и начинаетеукладыватьихдругнадруга.Высотабулочки–5сантиметров.Высделаетегамбургерную башнюдоЛуныи еще одну отЛуны до Земли – и толькотогда израсходуете все 100 миллиардов гамбургеров. Вот почему коровытакбоятсяМакдоналдса.Длясравнения:вгалактикеМлечныйПутьоколо300 миллиардов звезд. Макдоналдсу пора начинать космическуюэкспансию.

Когдавамстукнет31год,7месяцев,9часов,4минутыи20секунд,выкак раз проживете свою миллиардную секунду. Я отметил этот возраст,откупоривбутылкушампанского.Бутылочкабыланебольшая.Да,нечастоотмечаешьмиллиардсекунд.

Идем дальше. Какое большое число впереди? Триллион, 1012. Вметрической системе и для него есть префикс, «тера». Досчитать дотриллиона невозможно. Если хотите – попробуйте, конечно. Но еслиназыватьпочислувсекунду,тоувасушлабынаэто31тысячалет,такчтонерекомендуюпроделыватьтакойопытдажедома.Триллионсекундназадпещерныелюди–троглодиты–началирисоватьнастенахродныхгротов.

В Роуз-центре Земли и Космоса в Нью-Йорке мы изобразилихронологию Вселенной в виде спирали, которая начинается с Большоговзрываираскручиваетсянапротяжении13,8миллиардалет.Вразвернутом

виде эта спираль протянулась бы через целое футбольное поле. Каждыйшаг вдоль нее равен 50 миллионов лет. Вы проходите ее целиком испрашиваете: а гдежемы?Всянашаистория, котораяначалась триллионсекунд назад и заканчивается сегодня, в каменных джунглях, населенныхтроглодитами-граффитистами,на этойшкале сравнимас толщинойпрядичеловеческих волос. Вы думаете, что мы живем долго, что цивилизациисуществуютвеками?Нотольконевмасштабахкосмоса.

Что дальше? 1015. Это квадриллион, в метрической системе имеетпрефикс«пета».Этоодноизмоихлюбимыхчисел.На(ив)Землеобитаютот1до10квадриллионовмуравьев,каксчитаетэксперт-мирмекологЭ.О.Уилсон.

Что дальше? 1018, квинтиллион, приставка вметрической системе –«экса».Примерностолькопесчиноклежитна10большихпляжах.Самыйизвестныйпляжвмире–КопакабанавРио-де-Жанейро.Онпротянулсяна4,2километраиимел55метроввширину,покаегонераздвинулидо140метров, досыпав туда 3,5 миллиона кубических метров песка. Среднийразмер песчинки на Копакабане на уровне моря составляет третьмиллиметра. То есть в кубическом миллиметре 27 песчинок, а в 3,5миллиона кубических метрах такого песка – около 1017 песчинок. Итак,примерно на 10 пляжах размером с Копакабану должен набратьсяквинтиллионпесчинок.

Умножив это число еще на тысячу, получаем 1021, секстиллион.Мыначинали с километров, потом дошли до мегафонов, гамбургеров изМакдоналдса,пещерныххудожников-кроманьонцев,муравьев,песчиноки,наконец,прибылисюда.

10секстиллионов–это

количествозвездвнаблюдаемойчастиВселенной.

Есть люди, которые ежедневно заявляют, что мы одиноки в этомкосмосе. Они просто понятия не имеют о больших числах и о космосе.Позжемыподробнеерасскажем,чтотакоенаблюдаемаяВселенная,тоестьчастьВселенной,которуюмыможемвидеть.

А теперь позвольте перейти к значительно более крупным числам,гораздобольшесекстиллиона–какнасчет1081?Насколькомнеизвестно,уэтого числа нет названия. Это количество атомов в наблюдаемой частиВселенной.Зачемвообщеможетпонадобитьсячислоещекрупнее?Что«наЗемле» можно было бы им сосчитать? Поговорим о 10100, симпатичном

круглом числе. Это гугол. Не путать с Google – интернет-компанией,основателикоторойспециальнонаписалисловоgoogolсошибками.

В наблюдаемой части Вселенной нет таких объектов, которых бынасчитывалсяцелыйгугол.Этопростозабавноечисло.Егоможнозаписатькак 10100 либо, если ваш компьютер не ставит верхних индексов, воттак:10^100. Но в некоторых ситуациях большие числа все-таки могутпригодиться: например, если считать не предметы, а варианты событий,которые могут произойти. Сколько можно сыграть шахматных партий?Например, в партии можно объявить ничью в одном из следующихслучаев: либо при троекратном повторении позиции одним из игроков,либо после 50 ходов без взятия и движения пешек, либо когда исчерпанматериалдлядальнейшейборьбыиниоднаизстороннеможетпоставитьмат сопернику. Если предположить, что как только такая ситуацияскладываетсявпартии,игрокдолженвоспользоватьсяправомсвестивсенаничью, то можно подсчитать количество возможных шахматных партий.РичГотттакисделал,иунегополучилосьнесколькоменьше10^(10^4,4).Это число значительно превосходит гугол, который можно записать как10^(10^2). Если считать не предметы, а варианты развития событий, томожнополучитьоченьбольшиечисла.

Ноестьичислогораздобольшегугола.Еслигугол– этоединицасостанулями,тосколькобудет10встепенигугол?Уэтогочислатакжеестьназвание:гуголплекс.Этоединица,закоторойследуетгуголнулей.Можнолихотябы записать такоечисло?Нетушки.Ведь внем гуголнулей, а воВселенной менее одного гугола атомов. Придется удовлетворитьсязаписью10googol, или1010^100, или 10^(10^100). Если, конечно, есть охота,можете записать 1019 нулей на каждом атоме во Вселенной[2]… Но вынаверняканайдетезанятиепоинтереснее.

Я рассказываю обо всем этом не для того, чтобы убить ваше время.Просто я знаю число еще больше, чем гуголплекс. Яаков Бекенштейнизобрел формулу, позволяющую оценить максимальное количестворазличных квантовых состояний, которые были бы сравнимы по массе снаблюдаемой частью Вселенной. Учитывая известное явление квантовойразмытости,такимжебудетимаксимальновозможноечислонаблюдаемыхвселенных, подобных нашей. Это число 10^(10^124), в нем 1024гуголплексовнулей.Средиэтих10^(10^124)вселенныхпопадаютсясамыеразные – есть жуткие, переполненные черными дырами, а есть и почтитакиеже,какнаша,тольковтакойвселеннойвнекоторыймоментувашегодвойникавносуможетоказатьсянаоднумолекулукислородаменьше,чем

здесь у вас, а у какого-то инопланетянина в космосе – на однумолекулубольше.

Такчтооченьбольшиечислаивсамомделенелишеныпрактическойпользы.Янепредставляю,длячегомогутпонадобитьсячислаещебольшевышеописанного, но математики, конечно же, представляют. В однойтеореме упоминается умопомрачительное число 10^(10^(10^34)), котороеназывается «число Скьюза». Математики упиваются размышлениями,страшнодалекимиотфизическойреальности.

Давайтепобеседуемиодругихвселенскихкрайностях.Например,оплотности.Вы,конечно,интуитивнопонимаете,чтотакое

плотность, но давайте поговорим о космической плотности. Для началаисследуем воздух, которым дышим. C каждым кубическим сантиметромвоздухамывдыхаем2,5х1019молекул–78%азотаи21%кислорода.

Пожалуй, плотность 2,5 × 1019 молекул на кубический сантиметрвыше, чем вы думали. Но давайте обсудим максимально чистый вакуум,которыйможнополучить в лаборатории.Сегодня вполне удается снизитьплотность до 100 молекул на кубический сантиметр. А межпланетноепространство? В солнечном ветре в районе земной орбиты содержитсяпримерно 10 протонов на кубический сантиметр. Рассуждая здесь оплотности,яговорюоколичествемолекул,атомовилисвободныхчастиц,из которых состоит газ. Что насчет межзвездного пространства? Егоплотностьколеблетсявзависимостиоттого,гдевыочутились,нонередковстречаются области, где на кубический сантиметр приходится примерноодинатом.Межгалактическоепространствогораздоразреженнее:тамвсегоодинатомнакубическийметр.

Даже в лучших современных лабораториях невозможно получитьстоль чистые вакуумы. Существует старинная поговорка: «Природа нетерпит пустоты». Люди, которые ее придумали, всю жизнь провели наповерхности Земли. На самом деле природа любит пустоту, посколькубольшаячастьВселенной–этоименнопустота.Говоря«природа»,многиеимеют в виду всего лишь нашу окружающую среду, укрытую одеяломатмосферы. Атмосфера действительно сразу заполняет любые доступныепустоты.

Допустим,яшвырнукускоммелавкласснуюдоскуиподберукусочек.Мел рассыпался в мельчайшую крошку. Предположим, каждая крошкаимеет миллиметр в поперечнике. А теперь вообразим, что крошка – этопротон. Знаете, какой атом устроен проще всех? Правильно, водород. Унего в ядре один протон, и в обычном атоме водорода один электрон,

вращающийсявокругядрапоединственнойорбитали.Есликрошкамела–этопротон,токакогоразмерабудетатомводорода?Какпляжныймяч?Нет,онбудеткудабольше–примерно100метроввпоперечнике,примернокак30-этажноездание.Ачтопроисходитватоме?Атомыпрактическипустые.Между ядром и единственным электроном нет никаких частиц, электронносится по своей единственной орбитали, которая, как известно изквантовой механики, является шарообразной и со всех сторон окружаетядро. Углубимся дальше и дальше в микромир, пока не достигнемследующего предела – сущностей настолько мелких, что их невозможноизмерить.Мыдосихпорнезнаемдиаметрэлектрона,измеритьегомыневсостоянии. Однако теория суперструн предполагает, что электрон можетнапоминатьвибрирующуюструнудлиной1,6×10–35метра.

Диаметратома–около10–10(однойдесятимиллиардной)метра.Ачтонасчет10–12или10–13метра?Известнынекоторыеобъектытакогоразмера– например, уран всего с одним электроном или экзотическаяразновидность водорода, по орбитали которого вращается не электрон, амюон–родственнаяэлектронутяжелаячастица.Такойобъект,примернов200разменьшеобычногоатомаводорода,имеетпериодполураспадаоколо2,2микросекунды,посколькуспонтаннораспадаетсясаммюон.Величины10–14или10–15мужесопоставимысразмероматомногоядра.

Пойдемвдругуюкрайность,поговоримоболеевысокихплотностях.Например, Солнце – оно плотное или не очень? Да, в недрах Солнцедовольно плотное (и чертовски горячее), но по краям оно гораздо болееразреженное. В среднем Солнце примерно в 1,4 раза плотнее воды.Плотность воды нам известна – один грамм на кубический сантиметр. Вцентре Солнца плотность вещества составляет примерно 160 граммов накубический сантиметр. Но в этом отношенииСолнце довольно заурядно.Мирзвездоченьразнообразен.Некоторыеизнихчрезвычайноразбухаютистановятся очень разреженными, другие коллапсируют, превращаясь вкомпактныеи сверхплотныеобъекты.Давайте вновьпоговоримо крошкемела (которую мы сравнили с протоном) и окружающей ее пустоте. ВоВселенной могут происходить процессы, при которых материяколлапсирует, плющится и сгущается, пока не достигает плотностиатомного ядра. Получаются звезды, в которых атомные ядра тесно лежатбок о бок. Объекты с такими экзотическими свойствами состоятпреимущественно из нейтронов – это и есть верхний предел плотности,известныйвоВселенной.

Мы, астрономы, привыкли называть объекты описательно – такими,

какими мы их видим. Большие красные звезды – это красные гиганты.Маленькие белые звезды – это белые карлики. Когда звезда состоит изнейтронов, она называется нейтронной. Если звезда пульсирует, онаназываетсяпульсаром.Вбиологии,например,обычныдлинныелатинскиеназвания.Докторпишетрецепт какими-то закорючками, которыепациентне в состоянии разобрать, отправляет пациента к аптекарю, которыйпонимает такую клинопись. Потом мы глотаем какое-то вещество спричудливой химической формулой. Самая известная биохимическаямолекула называется двумя словами, в одном из которых одиннадцатьслогов – дезоксирибонуклеиновая кислота! Однако начало всегопространства, времени, материи и энергии, что существуют в космосе,можноназватьвсегодвумяпростымисловами:Большойвзрыв.Нашанауканемного сложная, ведь Вселенная довольно сурова. Нет никакого смыслаплодитьзаковыристыеназвания–из-заниходнапутаница.

Дальше рассказывать? Во Вселенной есть места с такой сильнойгравитацией,чтодажесветневсостоянииоттудаулететь.Падаететудаиобратноневозвращаетесь:эточернаядыра.Опятьже,двакороткихслова–ивсепонятно.Извините,надобыловыговориться.

Какова плотность нейтронной звезды? Возьмем наперсток такоговещества. Раньше швея работала только вручную и надевала наперсток,чтобынеисколотьпальцыиголкой.Чтобыполучитьтакуюжеплотность,каквнейтроннойзвезде,наловим100миллионовслоновизапихнемвэтотнаперсток. Иными словами, если положить на одну чашу весов 100миллионов слонов, а на другую – наперсток вещества из нейтроннойзвезды, то они уравновесятся. Вот такое плотное вещество. Тяготениенейтроннойзвездытакжеоченьвелико.Насколько?Давайтепризвездимсяипроверим.

Один из способов измерить силу гравитации – проверить, сколькоэнергии нужно, чтобы поднять что-либо. Чем сильнее гравитация, тембольше нужно энергии. Например, я трачу определенное количествоэнергии, чтобы подняться по лестнице, моих энергетических резервов наэтовполнехватает.Новообразитесебеотвеснуюскалувысотой20тысячкилометров на гипотетической гигантской планете, чья гравитациясравнимасземной.Представьте,сколькобыэнергиивыпотратили,чтобывскарабкаться от подножия до вершины, преодолевая привычную земнуюсилутяжести.Нужномногоэнергии.Гораздобольше,чемимеетсяувасворганизме, когда вы стоите там, у подножия. Карабкаясь вверх, вампридетсялопатьэнергетическиебатончикиилидругуювысококалорийнуюпищу, которая быстро усваивается. Хорошо. Если вы полезете вверх с

огромнойскоростью–стометроввчас,–тоокажетесьнавершинечерез22 года, это если лезть круглосуточно. Столько же энергии вам быпонадобилось, чтобы поднять лист бумаги с поверхности нейтроннойзвезды.Вероятно,никакойжизнинанейтронныхзвездахнет.

От одного протона на кубический сантиметр мы дошли до 100миллионов слонов в наперстке. Что я еще забыл? Осталась температура.Обсудим,чтотакое«жарко».НачнемсповерхностиСолнца.Тампримерно6000 кельвинов – 6000 K. При такой температуре любое веществоиспарится. Поэтому Солнце состоит из газов. (Для сравнения: средняятемпературанаповерхностиЗемли–всего287К).

Что насчет температуры в центре Солнца? Вы, вероятно,догадываетесь,чтовнедрахСолнцажарче,чемнаповерхности,–инатоесть веские причины, о чем будет рассказано далее в этой книге.ТемпературавцентреСолнца–около15миллионовкельвинов.Притакойжаре происходят удивительные вещи. Протоны носятся быстро. Какугорелые. Обычно два протона отталкиваются, поскольку обладаютодинаковым (положительным) зарядом. Но на достаточно высокихскоростях такое отталкивание преодолевается. Они могут достаточносильно сблизиться, и тогда между ними возникает совершенно новоевзаимодействие – не отталкивающая электростатическая сила, а силапритяжения, правда, исключительно короткодействующая. Если сблизитьдва протона на такоеминимальное расстояние, то они прилепятся друг кдругу. Мы называем такую силу сильным взаимодействием. Да, этоофициальный термин. Сильное ядерное взаимодействие может сцеплятьпротоны друг с другом, порождая таким образом новые элементы,например гелий, идущий в периодической системе сразу за водородом.Работазвезд–варитьболеетяжелыеэлементы,нежелите,изкоторыхониродились.Этотпроцесстворитсяглубоковзвездныхнедрах.Подробнеемыпоговоримобэтомвглаве7.

Теперь охладимся. Какова температура Вселенной? Да, у Вселеннойесть остаточная температура, сохранившаяся со временБольшого взрыва.Тогда, 13,8 миллиарда лет назад, все пространство, время, материя иэнергия, которыемынаблюдаем в пределах 13,8миллиарда световых летвокруг, были скомканы вместе в одной точке. Новорожденная Вселеннаябыла жарким, кипучим котлом с материей и энергией. С тех пор врезультатекосмическогорасширенияВселеннаяостылапримернодо2,7K.

Сегодня она продолжает расширяться и остывать. Конечно, я вас необрадую, но факты свидетельствуют о том, что Вселенная катится кфиналу. Она родилась при Большом взрыве и обречена на вечное

расширение. Температура так и будет падать, достигнет сначала двухкельвинов, потом кельвина, потом полкельвина и будет асимптотическистремиться к абсолютному нулю. В конце концов температура можетостановиться на отметке около 7 × 10–31 K – в силу эффекта, открытогоСтивеном Хокингом, – об этом Рич расскажет в главе 24. Но этот фактничуть не успокаивает. Звезды сожгут все свое ядерное топливо, угаснутодна за другой и исчезнут с небес. Естественно, в газопылевых облакахрождаются новые звезды, но запасы газа при этомистощаются.В началебыл газ, из него родились звезды, прошли свой жизненный цикл ипревратились в огарки, конечныепродукты звездной эволюции: в черныедыры,нейтронныезвездыилибелыекарлики.Этотпроцесспродолжится,пока все огни в галактике не погаснут, один за другим. Во Вселеннойстемнеет.Останутсялишьчерныедыры,теплящиесяедвазаметнымсветом–этотэффект,опятьже,спрогнозировалСтивенХокинг.

Такизакончитсякосмос.Невзрыв,новсхлип.Задолго до этого Солнце станет расти. Вас к тому времени уже не

будет, можете мне поверить. Когда Солнце станет умирать, в его недрахразвернутся сложные теплофизическиепроцессы,и в результате внешниеслои Солнца начнут расширяться. Оно будет становиться все больше,больше, больше, больше, займет полнеба. Расширится до орбитыМеркурия,азатемдоорбитыВенеры.Через5миллиардовлетЗемлястанетоплавленной головешкой, вращающейся почти около самой поверхностиСолнца.Океаныпревратятся в крутой кипяток, пока, наконец, полностьюне испарятся. Атмосфера разогреется настолько, что вся до единоймолекулы улетучится в космос. Известная нам жизнь исчезнет, а затем,спустя7,6миллиардалет,поддействиемдругихсилпрокаленнаяЗемляпоспиралиустремитсянаСолнцеитамиспарится.

Доброгодня!В этой главе я попытался помочь вам ощутить масштабы и величие

тем,затрагиваемыхвкниге.Все,чтоятолькочтообозначил,вследующихглавахбудетописаногораздоподробнее.ДобропожаловатьвоВселенную.

Глава2Отдневногоиночногонебакорбитампланет

Автор:НилДеграссТайсон

Вэтойглавемыобсудимтритысячилетизисторииастрономии.Все,чтопроисходилосдревнейшихвремен(эпохаВавилона)примернодоXVIIвекан.э.Этонебудетурокомистории,посколькуянесобираюсьподробноописывать,кточтопервымпридумаликточтооткрыл.Яхочу,чтобывысоставили впечатление о том, что мы успели узнать за этот период. Всеначалосьстого,чтолюдипыталисьпостичьночноенебо.

Вот Солнце (рис. 2.1). Нарисуем рядом с ним Землю; масштаб несоблюдаетсянивразмерахдвухтел,ниврасстоянии,здесьяпростохочупроиллюстрировать некоторые свойства системыСолнце – Земля. Вдали,конечно,изображенызвездынанебе.Предположу,чтонанебеестьтолькозвезды – светящиеся точки, расположенные на внутренней поверхностибольшой сферы; в таком случае будет проще описать некоторые другиевещи.

Вероятно, вам известно, что Земля вращается вокруг своей оси иземная ось расположена под углом к околосолнечной орбите Земли.Уголнаклона23,5°.СкольковремениуходитнаодиноборотЗемли?Одиндень.АнаоборотвокругСолнца?Одингод.ТридцатьпроцентовопрошенныхвСШАответилинавторойвопросневерно.

Насамомделе,вращающийсяобъектвкосмоседостаточностабилен,так что при орбитальном вращении его ориентация в пространстве неизменяется. Если переместить Землю вокруг Солнца из точки,соответствующей21июня,вточку,соответствующую21декабря,когдаонаокажетсяподругуюсторонуотСолнца(этаситуацияпоказананарис.2.1справа), то ориентация земной оси не изменится. На протяжении всегопутивокругСолнцаземнаяосьнаправленаводнуитужеточку.

Поэтому существуют некоторые интересные особенности.Например,21июнявертикальнаялиния,перпендикулярнаяплоскостиземнойорбиты,делитнарисункеЗемлюнадневнуюиночнуючасть.ЧтоможносказатьотойчастиЗемли,чторасположенаслеваотэтойлинии,втени?Тамночь.Но21декабряЗемлябудетвпротивоположнойточкеорбиты,иночьтакжепереместитсявдиаметральнопротивоположнуюправуючастьрисунка.

Рис. 2.1. Земля вращается вокруг Солнца, поэтому ночное небовыглядитпо-разномувзависимостиотвременигода.Посколькуземнаяосьнаклонена, 21 июня лучи Солнца освещают Северное полушариенапрямую, а по всемуЮжному полушарию словно скользят. 21 декабрялюди,живущиезаЮжнымполярнымкругом,видятсолнцекруглыесутки.ПредоставленоДж.РичардомГоттом

Вселюди,которыеночьюсмотрятназвезды,могутвидетьлишьчастьнеба,противоположнуюСолнцу.Ночноенебо21июня(звезды,показанныевлевойчастирисунка)отличаетсяотночногонеба21декабря(этозвезды,показанные в правой части рисунка). Летней ночью видны «летние»созвездия,напримерЛебедьиЛира,азимнейночью–«зимние»созвездия,напримерОриониТелец.

Рассмотрим другой аспект. Допустим, 21 декабря справа отвертикальнойлинииунасночь,Землявращаетсявокругсвоейоси,–ичтовтакомслучаебудутвидетьлюди,находящиесявАнтарктике,заЮжнымполярнымкругом,иглядящиевночноенебо?ОнинарисованыуЮжногополюса. Будут ли они в таком случае видеть темноту? Нет. ДвадцатьпервогодекабрявАнтарктидекруглыесуткинезаходитсолнце,хотяЗемлятам вращается точно так же как и везде. В этот день никто из людей,находящихся заЮжнымполярным кругом, не увидит ночи.Это касается

всех,ктонаходитсямеждуЮжнымполярнымкругомиЮжнымполюсом.Следуяэтойлогике,еслиотправитьсянаСеверныйполюсипосмотретьвнебовместестеми,ктоживетзаСевернымполярнымкругом–атамживутСанта-Клаусиегодрузья,–тоонивэтотденьтакинепопадутнадневнуюполовину. Для них 21 декабря будет круглосуточная ночь. Вы ужедогадываетесь, что 21 июня там происходит обратное: для жителейЮжногополюсанаступаеткруглосуточнаяночь,авАрктикевэтотденьнезаходитсолнце.

Давайтепосмотрим,чтовэтиднипроисходитвПринстоне,штатНью-Джерси. Этот город расположен недалеко от Нью-Йорка, но там нетнебоскребов и ярких огней, которые могли бы помешать обзору. Городрасположен примерно на 40° с.ш.На заре 21 июняНью-Джерси со всемСевернымполушариемпереходитнадневнуюсторону.Наэтутерриториюначинает отвесно литься солнечный свет, тогда как вЮжном полушариисолнечныйсветсловностелетсяпоповерхностиЗемли.

Полдень–этомомент,когдаСолнцедостигаетвнебевысшейточки.Авы знали, что нигде в континентальной части США Солнце никогда небывает прямо над головой (в зените), независимо от месяца и временисуток? Звучит странно, потому что если остановить человека на улице испросить: «ГденаходитсяСолнцевдвенадцатьчасовдня?», большинствоответит: «Прямо над головой». В этом случае, как и во многих других,люди просто повторяют заученные, казалось бы, верные вещи – и темсамымвыдают,чтосаминикогданаСолнцевполденьнесмотрели.Дажене замечали. Не пытались экспериментально проверить. В мире полнотакихвещей.Например,чтопроисходитсосветовымднемзимой?«Зимойденьукорачивается,летомудлиняется».Подумаемнадэтим.Какойсамыйкороткийденьвгоду?Это21декабря,деньзимнегосолнцестояния,атакжепервый день зимы в Северном полушарии. Если в первый день зимынаступает кратчайший световой день в году, то что происходит во всеследующиезимниедни?Световойденьдолженудлиняться.Всамомделе,зимой дни удлиняются, а не укорачиваются. Чтобы это понять, не нужнанаучнаястепеньилиакадемическийгрант.Световойденьудлиняетсязимойиукорачиваетсялетом.

Какаязвездананочномнебесамаяяркая?Многиескажут–Полярная.А сами-то смотрели? Большинство – нет. Полярная звезда не входит втоп-10. И в топ-20. И в топ-30. И даже в топ-40. Австралия, например,расположена слишком далеко на юге, поэтому оттуда Полярная звездапростоневидна.НадЮжнымполюсомнеттакойжеяркойзвезды.Аеслипоговоритьополушарияхнебеснойсферы–инедумайтезавидоватьтому,

«какие яркие созвездия в Южном полушарии». Взять хотя бы ЮжныйКрест;многие о нем слышали.О немпишут песни.Но знали ли вы, чтоЮжный Крест – самое маленькое из всех 88 созвездий? Если вытянутьперед собой руку, сжатую в кулак, то он закроет это созвездие. Кстати,четыре ярчайшие звезды Южного Креста образуют скособоченныйчетырехугольник. В середине нет никакой звезды, которая отмечала быцентр четырехугольника. Поэтому правильнее было бы назвать этосозвездие «Южный Ромб». Для сравнения: астеризм Северный Крест(шесть хорошо заметных звезд созвездия Лебедя) занимает в небе почтивдесятеро большую площадь, чемЮжный, и выглядит он действительнокак крест со звездой в середине. У нас на Севере есть нескольковеликолепныхсозвездий.

Полярная звезда занимает 45-е место по яркости в Северномполушарии. Поэтому сделайте мне одолжение – остановите на улицечеловека, задайте ему этот вопрос, а затем поправьте его. Если хотитезнать,ярчайшаязвездананочномнебе–Сириус,чтовсозвездииБольшогоПса.

Теперьсравним,чтопроисходитссолнечнымсветомвдвухточкахнаЗемле.ПосмотритеподногивПринстоневполдень21июня.Солнечныелучи падают под очень высоким углом (см. рис. 2.1). Два параллельныхлуча, прилетающих от Солнца в Принстон, попадут в землю наминимальномрасстояниидруготдруга. ЗемлявСиднее вполдень такжепримет два подобных солнечных луча, но они придут под гораздо болееменьшимугломи, соответственно,упадутнамногодальшедруготдруга.Что в данном случае происходит?Какое место нагревается эффективнее?Принстон, естественно. Энергия, вливающаяся в принстонскую почву,более концентрированная, поскольку несущие ее лучи достигаютповерхности Земли, и в Принстоне становится жарче. В Принстоне 21июня–лето.ВтотжеденьвавстралийскомгородеСидней–зима.Спустяшестьмесяцев,21декабря,сложитсяобратнаяситуация.

Солнцегреетземлю,землягреетвоздух.Солнцекактаковоепочтиненагревает воздух, почти вся поступающая от Солнца энергия свободночерезнегопроходит.Пиксолнечнойэнергииприходитсянавидимуючастьспектра, как известно, Солнце легко увидеть сквозь атмосферу. Отсюдаследует очевидный факт: видимый солнечный свет не поглощаетсяатмосферой–иначемыбыпростонезаметилиСолнце.Есливысидитевкомнате без окон, то Солнце видеть не можете, поскольку крыша зданияпоглощает весь видимый солнечный свет. Чтобы увидеть Солнце,потребуется либо посмотреть в прозрачное окно, либо выйти на улицу.

Следовательно, солнечный свет проникает через прозрачный воздух ипопадает на землю. Земляпоглощает солнечный свет, а затем возвращаетэту энергию в форме невидимого инфракрасного излучения, котороеатмосфераужеспособнапоглощать–ипоглощает.Мыподробнееобсудимневидимыечастиспектравглаве4.

Земля поглощает видимый свет, идущий от Солнца, разогревается, азатем обогревает воздух тем инфракрасным излучением, которое отдает.Этопроисходитнемгновенно,атребуетвремени.Скольковремени?Какиечасыднясамыежаркие?Землянагреваетсясильнеевсегоневполдень.Всилуописанногоэффектасамаяжаравсегданаступаетнанесколькочасовпозже–вдва,втричасадня,акое-гдедажевчетыре.

Итак, в Северном полушарии – лето. Летом земная ось со стороныСеверного полушария направлена к Солнцу, и, естественно, в Южномполушарии в эту пору зима. По той же причине, по которой самая жараустанавливается позже полудня, наиболее знойный сезон в Северномполушариинаступаетпосле21июня.Поэтомулетоначинается 21июня,послечегопогодастановитсявсежарчеижарче.Аналогично,21декабрявСеверномполушарииначинаетсязима,ипослеэтогохолодает.

Спустятримесяца,21марта,начинаетсявесна.Впервыйденьвесны(21 марта) каждая точка Земли за счет вращения оказывается и насолнечной, и на темной стороне планеты, то же самое происходит и впервыйденьсевернойосени(21сентября).Вкаждыйизэтихднейночьидень занимают ровно по половине суток, поэтому дни называютсявесеннимиосеннимравноденствием.

Северный полюс Земли указывает на Полярную звезду. Что это –космическое совпадение? На самом деле нет, поскольку Полярная звездарасположенанесовсемточнонадполюсом.МеждуПолярнойзвездойитойточкой, в которую направлена земная ось (Северным полюсом мира),можноуложить1,3полныеЛуны.

Вернемся вПринстон, то есть к рис. 2.2.Оказавшись тамночью, выувидитенадсобойзвездноенебо.Нарисункеонообозначенокак«звезды,видимые над горизонтом Принстона». Там же нарисован принстонскийгоризонт – это линия, касательная поверхности Земли. Взглянув на небо,выувидите,чтозвездысловновращаютсявокругПолярнойзвездыпомеревращения Земли (рис. 2.2). (Полярная звезда расположена так близко кСеверномуполюсумира, что самаонапочтинедвижется.)Итак,нанебеесть«вершина»,звездыскоторойоборачиваютсявокругПолярнойзвезды,но сами за горизонт никогда не заходят. Эти звезды называютсянезаходящими.

Рис.2.2.СхеманочногонебавПринстоне(40°с.ш).Полярнаязвезданеподвижна, располагается на высоте 40° над северной сторонойгоризонта. БольшойКовш вращается вокруг нее против часовой стрелки.ПредоставленоДж.РичардомГоттом

Теперь рассмотрим какую-нибудь звезду, которая сильнее удалена отПолярной.Такаязвездазаходитзагоризонт,азатемсновавосходит.ВоткаквыглядитсЗемли знакомоенам звездноенебо.Одиниз самыхизвестныхастеризмов (элементов созвездий) – Большой Ковш. Его образуют яркиезвезды созвездия Большой Медведицы. Вращаясь вокруг Полярной (см.рис. 2.2), он то опускается, слегка касаясь горизонта (если смотреть изПринстона), то вновь поднимается. Все звезды, расположенные отПолярной дальше, чем БольшойКовш, заходят за горизонт. Какова будетугловаявысотаПолярнойзвезды,еслисмотретьизПринстона?Этоможноопределить.Дляначаладопустим,чтомыотправилисьнаСеверныйполюс– навеститьСанта-Клауса. Где будетПолярная звезда?Когда окажетесь вгостяхуСанта-Клауса,Полярнаязвездабудетсветить(почти)прямоувас

надголовой.Насеверетаквсегда.Звезда,расположеннаямеждуСевернымполюсом мира и горизонтом, вращается вокруг Полярной по меревращенияЗемлиивсегдаостаетсянадгоризонтом.Звезда,расположеннаяпрямо на горизонте, вращается по линии горизонта, так что все звезды,которые вы видите, всегда остаются над горизонтом. Ни одна звезда невосходит,ниоднанезаходит;всеонивращаютсявокругПолярнойзвезды,котораярасположенапрямоу васнад головой,и вывидите всеСеверноеполушариенебеснойсферы.Такэтовыглядитнакрайнемсевере,уСанта-Клауса.

КаковаширотаСеверногополюса?Девяностоградусов.КаковавысотаПолярной звезды над горизонтом, если смотреть с Северного полюса?Опять же 90°. Это не совпадение, а закономерность. Вы находитесь надевяностой широте, а высота Полярной звезды над горизонтом – 90°.Теперь отправимся на экватор. Какова широта экватора? Ноль градусов.ЗдесьПолярная звезда находится прямо на горизонте, ее высота – 0°.НакакойширотеянахожусьвПринстоне?Сорокградусовсевернойшироты.Поэтому в Принстоне Полярная звезда находится на высоте 40° надгоризонтом.

Те,ктоумееториентироватьсяпозвездам,знают,чтовысотаПолярнойзвезды над горизонтом соответствует широте, на которой вы находитесь.ХристофорКолумботправилсявплаваниепострогоопределеннойшироте,которойпридерживалсянавсемпутичерезАтлантическийокеан.Давайтеобратимсякегокартам.Воткакшлиегокорабли:ониоставалисьнаоднойитойжешироте, высотаПолярной звездынад горизонтомнеизменяласьвовремяегопутешествия.

Вспомните, когда вдетстве выиграли сюлой, вывидели, как ееосьпокачивается, описывая конус? Земная ось тоже покачивается. Онаиспытывает гравитационное воздействие со стороны Солнца и Луны.Периодтакогопокачиваниядлится26тысячлет.Землясовершаетполныйоборот вокруг своей оси за сутки и одно качание оси за 26 тысяч лет.Уэтогофакта есть интересное следствие.Во-первых, обратимся к звезднойсфере,которуюянарисовалвокругСолнечнойсистемы.ПомередвиженияЗемли вокругСолнцаместо самогоСолнцанафоне звезд тожеменяется.Двадцать первого июня (см. рис. 2.1) Солнце находится между нами извездами, показанными по правому краю, – таким образом, 21 июня мывидим, как оно проходит на фоне этих звезд. Но 21 декабря Солнцерасположено между нами и звездами, показанными по левому краю. Впромежутке между этими датамиСолнце занимает то или иное место нафонедругих совокупностей звезд, постепеннодвигаясьпонебу.Давным-

давно, когда большинство людей были неграмотны, не было никакоговечернеготелеэфира,книгилиинтернета,людивоплощалисвоюкультуруна небесах. Изображали там то, что их волновало. Человеческоевоображениепревосходноулавливаетзакономерноститам,гдеихнасамомделенет.Возьмителюбойпроизвольныйнаборточек,имозгподскажетвам–«явижуузор».Еслиумеетепрограммировать,попробуйтепровеститакойэксперимент:возьмитемножествоточекиначнитепроизвольноставитьихна странице. Когда точек наберется около тысячи, вам уже можетпочудиться: «Э… а я тут вижу Авраама Линкольна!» Вы что-то видите.Аналогичным образом древние люди экстрапол