Історія розвитку уяви про всесвіт. Походження і розвиток всесвіту

         Після високого розквіту античної культури на європейському  континенті наступив період застою і  регресу. Цей похмурий проміжок часу тривалістю більше тисячі літ був названий середньовіччям. Йому передувало перетворення християнства в пануючу релігію, при якій не було місця для високо розвинутої науки античної старовини. В цей час відбулося повернення до найпримітивніших уявлень про плоску Землю.

         І лише починаючи  з XI ст. під впливом зростання  торгових стосунків, із зусиллям в містах нового класу – буржуазії. Духовне  життя в Європі почало прокидатися. В середині XIII в. філософія Аристотеля була пристосована до християнської теології, відмінені рішення церковних соборів, що забороняли натурфілософські ідеї великого старогрецького філософа. Погляди Аристотеля на пристрій світу незабаром стали невід'ємними елементами християнської віри. Тепер уже не можна було сумніватися в тому, що Земля має форму кулі, встановленої в центрі світу, і що навкруги нього звертаються всі небесні світила. Система Птоломея стала як би доповненням до Аристотеля, допомагаючим проводити конкретні розрахунки положень планет.

         Основні параметри своєї моделі світу Птоломей визначив надзвичайно майстерно і з високою точністю. З часом, проте, астрономи почали переконуватися в тому, що між істинним положенням планети на небі і розрахунковим існують розбіжності. Так, на початку 12 століття планета марс виявилася на два градуси в стороні від того місця, де їй належало бути по таблицях Птоломея.

         Щоб пояснити всі  особливості руху планет на небі, доводилося вводити для кожної з них до десяти і більш епіциклів з  радіусами, що все зменшуються, так, щоб центр меншого епіциклу звертався по кругу більшого. До 16 століття рух Сонця, Місяця і п'яти планет пояснювався за допомогою більш ніж 80 кругів! Та все ж спостереження, розділені великими проміжками часу, було важке "підігнати" під цю схему. Доводилося вводити нові епіцикли, дещо змінювати їх радіуси, зміщувати центри деферентів по відношенню до центру Землі. Зрештою геоцентрична система Птоломея, переобтяжена епіциклами і еквантами, звалилася від власної тяжкості...

         Світ  Коперника

         Книга Коперника, що вийшла в рік його смерті, в 1543 році, носила скромну назву: "Про обертання небесних сфер". Але це було повне скинення Аристотеля погляду на світ. Складна махина порожнистих прозорих кришталевих сфер відійшла в минуле. З того часу почалася нова епоха в нашому розумінні Всесвіту. Продовжується вона і по нині.

         Завдяки Копернику  ми взнали, що Сонце займає належне  йому положення в центрі планетної  системи. Земля ж ніякий не центр  світу, а одна з рядових планет, що звертаються навкруги Сонця. Так  все стало на свої місця. Будова Сонячної системи була нарешті розгадана.

         Подальші відкриття  астрономів поповнили сім'ю великих  планет. Їх дев'ять: Меркурій, Венера, Земля, Марс, Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун і  Плутон. В такому порядку вони займають свої орбіти навкруги Сонця. Відкрито безліч малих тіл Сонячної системи – астероїдів і комет. Але це не змінило нової Коперникової картини світу. Навпаки, всі ці відкриття тільки підтверджують і уточнюють її.

         Тепер ми розуміємо, що живемо на невеликій планеті, схожій на кулю. Земля обертається навкруги Сонця по орбіті, не дуже відмінній від кола. Радіус цього кола близький до 150 мільйонів кілометрів.

         Відстань від Сонця  до Сатурна – найдальшої з відомих  за часів Коперника планет – приблизно  вдесятеро більше радіусу земної орбіти. Цю відстань абсолютно правильно визначив ще Коперник. Розміри Сонячної системи – відстань від Сонця до орбіти дев'ятої планети, Плутона, ще майже в чотири рази більше і складає приблизно 6 мільярдів кілометрів.

         Така картина Всесвіту в нашому безпосередньому оточенні. Це і є світ по Копернику.

         Але Сонячна система  ще не весь Всесвіт. Можна сказати, що це тільки наш маленький світ. А  як же далекі зірки? Про них Коперник не ризикував виказувати ніякої певної думки. Він просто залишив їх на колишньому місці, не дальній сфері, де були вони у Аристотеля, і лише говорив, і абсолютно правильно, що відстань до зірок в множину разів більше розмірів планетних орбіт. Як і античні учені, він представляв Всесвіт замкнутим простором, обмеженим цією сферою.

         В ясну безмісячну ніч, коли ніщо не заважає спостереженню, людина з гострим зором побачить на небозводі не більше двох–трьох тисяч мерехтливих крапочок. В списку, складеному в 2 столітті до нашої ери знаменитим старогрецьким астрономом Гіппархом і доповненому пізнє Птоломеєм, значиться 1022 зірки. Гевелій же, останній астроном, що робив такі підрахунки без допомоги телескопа, довів їх число до 1533.

         Але вже в старовині  підозрювали про існування великого числа зірок, невидимих оком. Демокрит, великий учений старовини, говорив, що біляста смуга, що протягнулася через все небо, яку ми називаємо Чумацьким Шляхом, є насправді з'єднання світла безлічі невидимих по окремості зір. Суперечки про будову Чумацького Шляху продовжувалися століттями. Рішення – на користь здогадки Демокрита – прийшло в 1610 році, коли Галілей повідомив про перші відкриття, зроблені на небі за допомогою телескопа. Він писав із зрозумілим хвилюванням і гордістю, що тепер вдалося "... зробити доступними оку зірки, які раніше ніколи не були видимими і число яких щонайменше вдесятеро більше числа зірок, відомих спрадавна".

         Але і це велике відкриття  все ще залишало світ зірок загадковим. Невже всі вони, видимі і невидимі, дійсно зосереджені в тонкому  сферичному шарі навкруги Сонця?

         Ще до відкриття  Галілея була виказана абсолютно несподівана, на ті часи чудово смілива думка. Вона належить Джордано Бруно, трагічна доля якого всім відома. Бруно висунув ідею про те, що наше Сонце – це одна із зірок Всесвіту. Всього тільки одна з великої кількості, а не центр всього Всесвіту. Але тоді і будь-яка інша зірка теж цілком може володіти своєю власною планетною системою.

         Якщо Коперник вказав місце Землі зовсім не в центрі світу, то Бруно і Сонце позбавив цій привілеї.

         Ідея Бруно породила немало вражаючих слідств. З неї  витікала оцінка відстаней до зір. Дійсно, Сонце – це зірка, як і інші, але тільки найближча до нас. Тому-то воно таке велике і яскраве. А на яку відстань потрібно відсунути світило, щоб і воно виглядало так, як, наприклад, Сиріус? Відповідь на це питання дав голландський астроном Гюйгенс (1629 – 1695 рр.). Він порівняв блиск цих двох небесних тіл, і ось що виявилося: Сиріус знаходиться від нас в сотні раз далі, ніж Сонце.

         Щоб краще уявити, скільки велика відстань до зірки, скажімо, що промінь світла, що пролітає за одну секунду 300 тисяч кілометрів, затрачує на подорож від Сиріусу до нас  декілька років. Астрономи говорять в цьому випадку про відстань в декілька світлових років. За сучасними уточненими даними, відстань до Сиріуса – 8,7 світлових літ. А відстань від нас до Сонця всього 8 світлових хвилин.

         Звичайно, різні зірки  відрізняються один від одного (це і враховано в сучасній оцінці відстань до Сиріуса). Тому визначення відстаней до них і зараз часто залишається дуже важким, а іноді і просто нерозв'язною задачею для астрономів, хоча з часу Гюйгенса придумано для цього немало нових способів.

         Чудова ідея Бруно  і заснований на ній розрахунок Гюйгенса сталі рішучим кроком до оволодіння таємними Всесвіту. Завдяки цьому межі наших знань про світ сильно розсувалися, вони вийшли за межі Сонячної системи і досягли зір.

         Галактика

         З XVII століття найважливішою  метою астрономів стало вивчення Чумацького Шляху – цього гігантського збору зірок, які Галілей побачив в свій телескоп. Зусилля багатьох поколінь астрономів – спостерігачів були націлені на те, щоб взнати, який повне число зірок Чумацького Шляху, визначити його дійсну форму і межі, оцінити розміри. Лише в XIX столітті вдалося зрозуміти, що це єдина система, що містить в собі всі видимі зірки. На рівних правах зі всіма входить в цю систему і наше Сонце, а з ним Земля і планети. Причому розташовуються вони далеко не в її центрі, а на її околиці.

         Були потрібно ще багато десятиріч ретельних спостережень і глибоких роздумів, перш ніж перед астрономами розкрилася у всій повноті будова Галактики. Так стали називати зоряну систему, яку ми бачимо, – звичайно, зсередини – як смугу Чумацького Шляху. (Слово "галактика" утворено від новогрецького "галактикос", що значить "молочний".)

         Виявилося, що Галактика  має досить правильну будову і  форму, не дивлячись на видиму клочковатість  Чумацького Шляху, на безладність, з  якою, як нам здається, розсіяні зірки  по небу. Вона складається з диска, гало і корони. Як видно з схематичного малюнка, диск є як би двома складені краями тарілками. Він утворений зірками, які усередині цього об'єму рухаються по майже кругових орбітах навкруги центру Галактики.

         Діаметр диска зміряний – він складає приблизно 100 тисяч світлових літ. Це означає, що світлу буде потрібно сто тисяч літ, щоб перетнути диск з кінця в кінець по діаметру. Ось скільки величезна Галактика ! А число зірок в диску – приблизно сто мільярдів.

         В гало міститься  порівнянне з цим число зір. (Слово "гало" означає "круглий".) Вони заповнюють злегка сплюснутий сферичний об'єм і рухаються не по кругових, а по сильно витягнутих орбітах. Площини цих орбіт проходять через центр Галактики. По різних напрямах вони розподілені довше або менш рівномірно.

         Диск і оточуюче його гало занурені в корону. Якщо радіуси диска і гало порівнянні між собою по величині, то радіус корони в п'ять, а може бути, і вдесятеро більше. Чому "може бути"? Так тому що вона невидима – з неї не виходить ніякого світла. Як же дізналися тоді про неї астрономи?

         Всі тіла в природі  створюють тяжіння і випробовують його дію. Про це говорить Закон всесвітнього тяжіння, відкритий Ньютоном. Ось  і про корону взнали не по світлу, а по створюваному нею тяжінню. Воно діє на видимі зірки, на випромінюючі світло хмари газу. Спостерігаючи за рухом цих тіл, астрономи і помітили: на них окрім диска і гало діє щось ще.

         Детальне вивчення цього "щось" і дозволило врешті-решт знайти корону, яка створює додаткове  тяжіння. Вона виявилася дуже масивною – у декілька разів більше маси всіх зірок, що входять в диск і гало.

         Такі відомості, отримані радянським астрономом Я. Ейнасто і  його співробітниками в Тартуськой обсерваторії.

         Звичайно, вивчати  невидиму корону дуже важко. Через це і не дуже точні поки оцінки її розмірів і маси. Але її головна загадка в іншому: ми не знаємо, з чого вона полягає. Ми не знаємо, чи є в ній зірки, хай навіть і якісь незвичайні, зовсім не випромінюючі світло.

         Зараз багато хто  припускає, що її маса складається зовсім не із зірок, а з найдрібніших елементарних частинок – нейтрино. Ці частинки відомі фізикам вже давно, але і самі по собі вони теж в значній мірі залишаються загадковими. Невідомо про них, можна сказати, найголовніше: чи є у них маса спокою, тобто така маса, якої частинка володіє в стані, коли вона не рухається, а стоїть на місці. Більшість елементарних частинок таку масу має.

         Це, наприклад, електрон, протон, нейтрон, з яких складаються  всі атоми. А ось у фотона, кванта світла, її ні. Фотони існують лише в  русі. Нейтрино могли б служити матеріалом для корони, але лише в тому випадку, якщо у них є маса спокою.

         Легко уявити собі, з  яким нетерпінням чекають астрономи  звісток з фізичних лабораторій, де ставляться зараз спеціальні експерименти, щоб з'ясувати, чи є у нейтрино маса спокою чи ні. Можливо, саме фізики і вирішать загадку невидимої корони.

         Зоряні  світи

         До початку нашого століття межі розвіданого Всесвіту розсувалися настільки, що включили Галактику. Багато хто, якщо не все, думали тоді, що ця величезна зоряна система  і є весь Всесвіт в цілому.

         Але в 20-е роки були побудовані нові крупні телескопи, і  перед астрономами відкрилися абсолютно  несподівані горизонти. Виявилося, що за межами Галактики мир не кінчається. Мільярди зоряних систем, галактик, схожих на нашу і відмінних від  неї, розсіяні тут і там по просторах Всесвіту.

         Фотографії галактик, зроблені за допомогою найбільших телескопів, вражають красою і різноманітністю  форм: це і могутні вихори зоряних  хмар, і правильні кулі, а інші зоряні системи взагалі не знаходять  ніяких певних форм.

         Всі ці типи галактик – спіральні, еліптичні, неправильні, – назви, що отримали, по своєму вигляду  на фотографіях, відкриті американським  астрономом Е. Хабблом в 20-30-е роки нашого століття.

         Якби ми могли  побачити нашу Галактику здалеку, то вона з'явилася б перед нами зовсім не такій, як на схематичному малюнку, по якому ми знайомилися з її будовою. Ми не побачили б ні диска, ні гало, ні, природно, корони, яка і взагалі-то невидима. З великих відстаней би були видні лише найяскравіші зірки. А всі вони, як з'ясувалося, зібрані в широкі смуги, які дугами виходять з центральної області Галактики. Найяскравіші зірки утворюють її спіральний узор. Тільки цей узор і б був помітний здалеку. Наша Галактика на знімку, зробленому астрономом з якогось зоряного світу, виглядала б дуже схожою на туманність Андромеди.