От чёрных облаков к чёрным дырам - Нарликар Джаиант - Страница 3

Старение человека можно связать с поседением волос на голове, а также, в большинстве случаев, с толщиной волос. Аналогично возраст может быть скоррелирован со строением кожи, меняющимся от гладкого к морщинистому.

Очевидно, что, собрав такую информацию о человеческой популяции, Пурна сумел значительно больше узнать о Человеке, чем Сунья, тщательно наблюдавший лишь одно человеческое существо. Метод, использованный Пурной, имеет и то преимущество, что он занял значительно меньше времени.

Эта книга не о людях, а о звёздах.

Приведённый пример показывает, какой подход, мы, земные наблюдатели, должны использовать, чтобы установить, как меняются звёзды, на протяжении своей жизни. К счастью, как заметил Пурна, мы имеем возможность наблюдать огромное число звёзд. Проявив должную сообразительность, мы сумеем наблюдать различные физические характеристики звёзд в большой группе и, используя эти наблюдения, установить, как эти характеристики меняются на протяжении жизни звезды.

Ясно, что альтернативный метод, применённый Суньей, нам не годится. Например, Солнце — ближайшая к нам звезда, и, следуя методу Суньи, мы должны были бы следить за эволюцией Солнца на протяжении всей жизни этого светила. Однако никаких ощутимых изменений в Солнце за время типичной человеческой жизни не происходит; на самом деле, Солнце не претерпело никаких изменений за всю известную историю человеческой цивилизации Действительно, как мы узнаем позднее, характерный интервал времени для изменений в звезде, подобной Солнцу, составляет несколько сотен миллионов лет!

Возвращаюсь поэтому к методу, использованному Пурной, мы должны прежде всего установить, каковы те физические характеристики звёзд, которые можно наблюдать с Земли и изменения которых связаны с возрастом звёзды. В последующих главах мы обсудим эти характеристики.

Вооружённые такой информацией, мы сможем проследить примечательную историю жизни звезды, которая начинается внутри чёрного межзвёздного облака и может закончиться превращением звезды в чёрную дыру.

Глава 2

СВЕТ - КЛАДЕЗЬ ИНФОРМАЦИИ

Мимолётный взгляд на небо в ясную ночь может привести к неправильному впечатлению, что все звёзды одинаковы. Это впечатление исчезает, как только мы посмотрим более внимательно на отдельные звёзды. Мы сразу увидим, что одни звёзды ярче других. Нам, может быть, даже удастся заметить оттенки цвета: преобладающий желтоватый цвет в некоторых случаях имеет красный оттенок, а в других случаях даже голубой. Мы сможем также заметить разницу в размерах.

Профессиональный астроном, конечно, уже не использует свои глаза как единственный источник информации. В 1609 г. Галилео Галилей впервые использовал устройство, помогающее глазу вести астрономические наблюдения; он, таким образом, стал первым астрономом, применившим телескоп (рис. 2). С помощью телескопа Галилею удалось увидеть, например, спутники планеты Юпитер, которые он не смог бы различить невооружённым глазом.

Рис. 2. Телескоп Галилея

Пример Галилея указал путь прогрессу астрономии вплоть до наших дней, и мы будем идти по этому пути и дальше. В основе такого прогресса лежит следующее. Нашим главным источником информации о Вселенной является свет, приходящий из самых дальних её уголков; достигнутый прогресс заключается в том, что мы сумели собрать и интерпретировать эту информацию. Точно так же как Галилей смог открыть новые объекты во Вселенной с помощью своего телескопа, так и астрономы наших дней достигают все большего представления о. небесах, чем их предшественники. В основе этих открытий, в конечном итоге, лежит та информация, которую несёт свет, принимаемый нами «сверху».

Прежде чем мы поговорим о звёздах, разберёмся в природе самого света. Только после этого мы сможем оценить информацию, которую несёт с собой свет звёзд.

СВЕТ - ЭТО ВОЛНА

Только в 60-е годы прошлого века физики смогли понять природу света. В работах Джеймса Клерка Максвелла было теоретически показано, что то явление, которое мы называем светом, на самом деле представляет собой электромагнитную волну.

В окружающей нас сегодня жизни мы часто сталкиваемся с эффектами электричества и магнетизма. Хотя эти явления были открыты порознь, постепенно стало ясно, что они тесно связаны. На рис. 3 показаны два эксперимента, демонстрирующие эту взаимосвязь. Столь существенные для современной технологии электромотор и динамо-машина используют в своей работе электромагнитные эффекты, открытые с помощью подобного рода экспериментов.

Рис. 3. Магнитная стрелка компаса отклоняется, когда на проволоке, находящейся рядом с компасом, течёт электрический ток. Это свидетельствует а том, что ток порождает магнитную силу. Эффект был обнаружен Андре Мари Ампером (1775 - 1836 гг.). При движении магнита сквозь замкнутую петлю из проволоки в последней возникает электрический ток (а). Майкл Фарадей (1791 - 1867 гг.) впервые показал, что изменение магнитного поля в замкнутой электрической цепи порождает в ней электрические токи (б)

Максвеллу удалось написать простые по форме уравнения, в которых нашли отражение все различные свойства электричества и магнетизма, и из этих уравнений следует, что свет является электромагнитной волной.

Простейшая электромагнитная волна изображена на рис. 4. Чтобы понять её природу, будем использовать аналогию с волнами, возникающими на поверхности спокойного пруда, если бросить в него камешек. В этом случае нам кажется, что волны разбегаются от той точки, где камешек ударился о поверхность воды. Но это движение иллюзорно в том смысле, что никакого физического перемещения частичек воды от центра не происходит. Эти частички просто движутся вверх и вниз в одном и том же месте, но их движение так согласовано, что возникает впечатление расходящейся волны.

Рис. 4. Волна указывает на максимумы и минимумы напряжённости электрического возмущения. (Магнитное возмущение ведёт себя аналогично. Оно перпендикулярно плоскости рисунка - на рисунке не показано.) В процессе распространения волны вправо эти возмущения периодически нарастают и спадают

Аналогично электромагнитная волна на рис. 4 состоит из переменных электрических и магнитных возмущений. Эти возмущения происходят в перпендикулярных направлениях. Длина стрелок на рисунке характеризует интенсивность этих возмущений, называемых научным языком «полями». На рис. 4, а мы видим, что электрическое (Е) и магнитное (В) поля максимальны в точках A⁺, B⁺, C⁺, и т. д. (это соответствует максимальной высоте, на которую поднимается частичка воды в волне на поверхности). Аналогично A^-, B^-, C^- и т. д. - точки, в которых поля принимают максимальные отрицательные значения (что соответствует провалам в волне на воде). Наконец, поля равны нулю в точках A⁰, B⁰, C⁰ и т. д. (это соответствует поверхности уровня в волне на воде).

На рис. 4,б значения полей изменились на противоположные, став максимальными и отрицательными в точках A⁺, B⁺, C⁺... и максимальными и положительными в точках A^-, B^-, C^-. Сами эта точки не сдвинулись, но профиль волны сдвинулся направо. Дальнейшее движение профиля волны показано на рис. 4, в.

Расстояние между двумя последовательными точками положительного максимума (между двумя горбами волны) называется длиной волны. Обычно она обозначается λ. На рис 4, б по отношению к рис. 4, а волна сдвинулась вправо на половину длины волны, а на рис. 4, в по отношению к рис. 4, а этот сдвиг равен целой длине волны.