ВСЕЛЕННАЯ, ОТКРЫТАЯ ВО ВТОРОМ ТЫСЯЧЕЛЕТИИ
Доктор педагогических наук, действительный член Российской академии естественных наук Е. ЛЕВИТАН
Безвозвратно уходит, погружаясь в Лету, второе тысячелетие новой эры. Оно во многом преобразило цивилизацию нашей планеты
и среду обитания людей, распростершуюся ныне далеко за пределы Земли и околоземного космического
пространства. Изменился образ жизни людей, их представления о себе и мирах, которые сейчас принято
называть микромир, макромир, мегамир. Каждый из них был заново открыт наукой уходящего тысячелетия.
Что же именно, надо полагать, ярче всего запечатлят страницы будущей истории науки о мегамире, то есть о Вселенной? Попробуем выделить "главное" среди множества сделанных за эту тысячу лет открытий в астрономии, которая теперь включает в себя астрофизику, астрометрию, небесную механику, космогонию, космологию и неразрывно связана с физикой, математикой, химией, биологией, науками о Земле, а также с различными областями техники и, конечно, с космонавтикой.
В уходящем тысячелетии были открыты законы физики, имеющие поистине всемирное значение, потому что "работают" как на Земле, так и в далеком космосе. Они позволили понять (благодаря открытиям Галилея, Ньютона, Максвелла, Планка, Эйнштейна и других великих физиков) многие наблюдаемые во Вселенной явления и процессы.
Современные историки астрономии по дошедшим до нас памятникам культуры смогли реконструировать древнейшие периоды становления астрономии, восходящие к ее зарождению, осознанию наблюдаемого видимого движения светил на дневном и ночном небе, к первым попыткам выделить созвездия в кажущемся звездном хаосе.
С рождением письменности стали появляться обобщающие астрономические произведения - звездные каталоги, трактаты, многотомные труды великих древних астрономов. История астрономии обрела надежные источники для анализа того, как развивались науки о Вселенной.
Человек, серьезно заинтересовавшийся историей астрономии, сейчас имеет возможность получить массу сведений о ней, изучая соответствующую специальную и научно-популярную литературу. Перед взором этого любознательного читателя пройдет бесконечная череда больших и малых астрономических открытий, десятки и сотни имен их авторов. Раскроется смысл грандиозного прогресса астрономии в ХХ веке и особенно во второй его половине.
Однако цель данной публикации значительно скромнее, мы ограничимся попыткой взглянуть со стартовой площадки третьего тысячелетия на то, что, если можно так сказать, было самым важным в истории астрономии за последнюю тысячу лет.
На стене небольшого кабинета физики и астрономии в одной из московских школ, где я стараюсь заинтересовать ребят наукой о Вселенной, висят рядом два портрета - Николая Коперника и Юрия Гагарина. И хотя в кабинете есть портреты и других замечательных людей, а также привлекающие внимание карты звездного неба, уникальные по своей наглядности карты Луны, современное мозаичное изображение Млечного Пути, подвешенная к потолку модель планетной системы, все же именно "соседство" Коперника и Гагарина неизменно вызывает особый интерес не только у школьников, но и у взрослых посетителей, нередко заглядывающих в кабинет. Удивление сменяется пониманием и одобрением, когда напоминаешь, что Коперник, по сути дела, открыл (1543 год) шестую планету - нашу Землю (пять других, видимых невооруженным глазом - Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн, - были известны давно как светила, "блуждающие" на фоне звездного неба). А Гагарин - гордость нашей страны и человек, ставший известным всему миру после космического полета 12 апреля 1961 года, - первый, кто увидел Землю, находясь вне ее, со стороны, увидел как небесное тело, как планету во всей красе и был восхищен ею. Конечно, речь идет о совершенно разных по своей научной значимости событиях и разделенных несколькими веками. Но оба эти открытия символичны, ибо переводят в ранг прописной истины представление о том, что мы - "небожители", обитающие на одном из множества небесных тел.
Теперь это полагается знать даже младшим школьникам. А ведь до середины нынешнего тысячелетия представление о месте Земли во Вселенной было совсем иным.
"Математическое научение неба", изложенное великим древнегреческим астрономом Клавдием Птолемеем (II век н. э.) в его главном труде "Альмагест", основывалось на идущем от его предшественников утверждении о том, что неподвижная шарообразная Земля находится в центре Вселенной. С помощью различных (порой весьма хитроумных) предположений о характере движения планет вокруг Земли Птолемей доказывал правильность этой геоцентрической системы мира. Сам он считал ее лишь математической моделью, позволяющей разобраться в запутанных видимых движениях светил и предвычислять их положение на небе. Система Птолемея почти четырнадцать веков практически неограниченно властвовала в науке.
Только в XVI веке, то есть уже во второй половине нашего тысячелетия, на смену ей пришла гелиоцентричес кая система мира. Ее создатель - великий польский астроном Николай Коперник. В ней утверждалось, что не Земля, а Солнце занимает центральное положение во Вселенной, говорилось о "сфере неподвижных звезд", о круговых орбитах планет. Здесь впервые и навсегда было определено (а потом и доказано), что Земля - одна из планет Солнечной системы. Это открыло путь ко все более и более детальному изучению Земли. И, наконец, в ХХ веке - к космическим полетам на Луну, к планетам и их спутникам, астероидам и кометам.
Освоение Солнечной системы началось уже в первые десятилетия космической эры, отсчет которой пошел от 4 октября 1957 года - даты запуска первого искусственного спутника Земли (ИСЗ). Запуск произведен в нашей стране. Можно утверждать: во втором тысячелетии произошло открытие Солнечной системы. Хотя, конечно, и сейчас многое в наших знаниях о ней требует уточнения. Это вопросы и о происхождении Солнечной системы, о природе входящих в нее небесных тел, и о возможности существования хотя бы простейших форм жизни вне Земли. Можно надеяться, что все эти загадки в значительной мере прояснятся уже в XXI веке. Но о том, как устроена Солнечная система, что представляют собой входящие в нее большие и малые небесные тела, каким закономерностям подчинено их движение и насколько устойчива Солнечная система, - уже в основном известно.
Астрономию справедливо считают древнейшей, может быть, даже самой первой наукой на Земле. Ее зарождение относится к эпохе, отдаленной от нас, возможно, на десятки тысяч лет. В таком временном масштабе уходящее тысячелетие - лишь небольшая часть истории науки о Вселенной. Но зато какая!
Сейчас, когда один за другим вступают в строй гигантские оптические телескопы, интенсивно развиваются радиоастрономия и рентгеновская астрономия, а космонавтика открыла невиданные ранее возможности для внеатмосферных наблюдений, превративших "оптическую" астрономию во "всеволновую", трудно представить, что лишь в начале XVII века люди впервые стали проводить простейшие наблюдения с крошечным телескопом... А до этого все астрономические наблюдения велись только невооруженным глазом. Но как много древние и средневековые астрономы сумели увидеть и понять на звездном небе, подметить и осмыслить особенности различных небесных явлений! Нас поражает и восхищает то, что сохранилось от громадных культовых сооружений, которые в далеком прошлом использовались еще и в качестве астрономических обсерваторий. Мы знаем о разнообраз ных угломерных инструментах, с которыми работали астрономы во многих странах. Коперник всего несколько десятилетий не дожил до того времени, когда появилась возможность увидеть в телескоп кратеры на Луне, фазы Венеры, четыре спутника Юпитера, пятна на Солнце, множество звезд Млечного Пути...
Все это пришло, когда итальянский ученый Галилео Галилей построил телескоп, который считается первым. Это дало огромный скачок в росте астрономических знаний.
Прошло еще немалое время и стали блестяще подтверждаться гениальные догадки о природе звезд, высказанные некоторыми древними мыслителями и более четко сформулированные Джордано Бруно в XVI веке. В опровержение представлений о "неподвижных" звездах, как эдаких "серебряных гвоздиках", воткнутых в небесный свод (в средневековье так думали о звездах, хотя задолго до этого некоторые древние мыслители высказывали предположение, что звезды могут быть раскаленными светилами), одно за другим стали появляться доказательства тому, что звезды - это далекие солнца в беспредельном пространстве. Что именно эти громадные раскаленные светящиеся плазменные (водородно-гелиевые) шары составляют основное "население" Вселенной. Они входят в состав систем различной сложности - от двойных звезд и звездных скоплений до гигантских галактик.
Среди мира звезд, поражающего многообразием, где наряду с "обычными" есть не совсем и совсем необычные (физические переменные, новые, сверхновые, различные звезды-карлики, нейтронные), наше Солнце оказалось довольно "заурядной" звездой. Хотя обнаружить в Галактике другие точно такие звезды, как Солнце, очень трудно.
Солнце не нужно было открывать: естественно, что люди знали его всегда, но знали о нем очень мало. Довольно долго, примерно до XVIII века, его вместе с Луной включали в число семи планет. Даже в середине XIX века высказывались предположения о возможности жизни на Солнце.
Ну а с точки зрения нынешних представлений о природе Солнца, его строении, источниках энергии, феноменах циклической солнечной активности и их земных проявлений можно сказать, что Солнце было открыто лишь в конце XIX - первой половине ХХ века. И значение этого открытия невозможно переоценить, так как Солнце - не только центр Солнечной системы, не только источник жизни на Земле, но и своеобразная лаборатория, дающая астрофизикам возможность детально исследовать одну из звезд, самую близкую к нам.
Утверждая, что звезды - это далекие солнца, Джордано Бруно с присущим ему энтузиазмом и страстью рассуждал и о том, что вокруг других звезд тоже должны быть планеты. Эта вполне логичная гипотеза получила реальное подтверждение лишь в самом конце ХХ века. Вокруг десятков звезд сейчас открыты не только протопланетные диски (в них рождаются планеты), но и уже образовавшиеся планеты. Как правило, экзопланеты (те, что вне нашей Солнечной системы) довольно массивны, сравнимы с такими гигантами, как Юпитер, Сатурн, и жизнь на них невозможна. Однако уже есть данные и об открытии внесолнечных планет, по массе близких к планетам земной группы.
Подобные открытия воодушевляют искателей внеземных цивилизаций. Кстати говоря, в последние десятилетия эта проблема приобрела научный статус, хотя еще сравнительно недавно большинство ученых считали ее всего лишь увлекательной научной фантастикой. Абсолютное "молчание" Вселенной, то есть то, что до сих пор нет бесспорных космических проявлений деятельности гипотетических цивилизаций и посещений ими Земли, конечно же, в известной мере озадачивает энтузиастов поисков внеземной жизни, но не лишает их надежды на успех... И оснований у наших современников для подобного оптимизма, безусловно, во много раз больше, чем у тех, кто в прошлом отстаивал идею множественности обитаемых миров. Хотя бы потому, что принципиальным образом изменилось представление о масштабе и структуре Вселенной, о практически бесконечном числе входящих в нее небесных тел и их систем. Те несколько тысяч звезд, которые доступны наблюдению невооруженным глазом в идеальных условиях, - ничтожно малая часть светил, входящих в нашу Галактику, содержащую, по разным оценкам, сотни миллиардов или даже триллион звезд.
Открытие Галактики - тоже одно из величайших достижений астрономии XVIII-XX веков. В отличие от Земли, которой могут любоваться космонавты во время своих полетов и которую всесторонне исследуют "извне" специализированные ИСЗ, Галактика недоступна (может быть, лишь пока?) внешнему обзору. Исследования ее ведутся только "изнутри". Этим астрономы успешно занимаются, начиная с английского астронома Вильяма Гершеля и по сей день. Кропотливо подсчитывая число звезд на многих сотнях отдельных площадок (метод "черпков") и выявляя обнаруживаемые при этом закономерности, Гершель сумел определить общую форму Галактики (именно он назвал ее Млечный Путь), он построил и первую модель Галактики (см. рис. на стр. 106.). В конце XVIII - начале ХIХ века этот талантливейший астроном понял, что наш "звездный остров" неизмеримо больше Солнечной системы. С этого, а также с изучения мира загадочных "туманностей" началось открытие крупномасштабной структуры Вселенной.
В постепенно раскрываемой картине мироздания нашей "планете людей" отводилось все более скромное место. Сначала стало ясно, что Земля - не центр Солнечной системы, потом, что сама Солнечная система расположена довольно далеко от центра Галактики, а наша Галактика - одна из множества разнообразных галактик "расширяющейся Вселенной", в которой понятие "центра" вообще не имеет смысла.
Внегалактической астрономии и релятивистской космологии (теории нестационарной вселенной) в ХХ веке потребовался ничтожно малый в масштабах истории астрономии срок, чтобы создать современную грандиозную картину эволюционирующей Вселенной. Вспомним, что объектами исследования Солнечной системы были Солнце, планеты с их спутниками и разные малые тела Солнечной системы. Объектами звездной астрономии - звезды (расстояния до них, их пространственное расположение, движение, природа) и наша Галактика. В последние десятилетия (одновременно со всем этим) усилия астрономов и мощь их новейших инструментов нацелены на исследование мира галактик, включая квазары (космические объекты, удаленные от Солнечной системы на несколько тысяч мегапарсек, а это миллиарды(!) световых лет. Обнаружить квазары удается потому, что они излучают в десятки раз больше энергии, чем самые мощные галактики). Изучаются системы галактик - Местная Группа (наша Галактика с ее спутниками), Туманность Андромеды и наконец - скопления и сверхскопления галактик. Последние, по-видимому, представляют собой самые крупные фрагменты нашей Вселенной (Метагалактики). Они как бы сосредоточены в узлах объемных сот (ячеек).
Наблюдаемое расширение Метагалактики - самый грандиозный из всех известных эволюционных процессов во Вселенной. Открытие этого явления неразрывно связано с именем американского астронома Эдвина Хаббла (1889-1953), в честь которого назван уникальный космический телескоп, работающий на околоземной орбите с 1990 года.
Экстраполяция в ранний период расширения Метагалактики привела не только к гипотезам о "Большом Взрыве", "горячей Вселенной" и сценариям "раздувающейся Вселенной", но и к первым (совсем недавним) попыткам экспериментально воспроизвести в земных лабораториях некоторые из тех экзотических процессов, которые, возможно, примерно 15 миллиардов лет назад происходили в совсем юной Вселенной. Это был период, когда еще только-только появлялись многие из сегодня привычных "элементарных" частиц. И то, что этот процесс в известной степени удается воспроизвести в лабораторных условиях, - пожалуй, еще один важный факт в пользу современных представлений о рождении нашей Вселенной. Реликтовое излучение, возникшее всего через несколько сотен лет после "Большого Взрыва", открыто в 1965 году и до сих пор скрупулезно исследуется различными методами.
Как всегда, с ростом области знания растет область незнания того, что пока еще непознано и представляется таинственным. Даже простое перечисление проблем, ждущих решения в грядущих веках, составит огромный список. Поэтому ограничимся лишь несколькими примерами.
Черные дыры, предсказанные общей теорией относительности, астрофизики начали открывать в самые последние годы уходящего тысячелетия. Их обнаружили и в системах двойных звезд, и в центральных областях некоторых галактик. К каким новым представлениям о свойствах пространства и времени это приведет? Не будет ли когда-нибудь найдено практическое воплощение фантастической идеи о путешествиях во времени с помощью черных дыр?
А как разрешится загадочная проблема "скрытой массы" или "темной материи", из которой, возможно, состоит более 90 процентов нашей Вселенной? Где и как распределена эта пока еще таинственная материя, но, как уже известно, обладающая подобно обычному веществу тяготением? Ученые стремятся выяснить это, исследуя улавливаемые искажения форм многих тысяч галактик. Полагают, что эти деформации связаны с воздействием "скрытой массы". Что это за масса? Аморфные скопища каких-нибудь экзотических частиц, или просто неуловимые по разным причинам космические системы (вроде галактик), или вообще что-то еще совершенно неведомое нам, похожее, например, на "физический вакуум"? Надо полагать, что это выяснится уже в недалеком будущем.
Найдет ли подтверждение гипотеза о множестве мини-вселенных, одна из которых Метагалактика? Увенчается ли успехом поиск "братьев по разуму" с помощью специально созданных гигантских телескопических систем и станут ли возможными практически значимые контакты с ними? Будет ли осуществляться идея Циолковского об освоении землянами миров, далеких от нашей планеты? Многие из этих вопросов, строго говоря, выходят за рамки чисто астрономических проблем. Но они показывают, что если земной цивилизации предстоит стать цивилизацией космической, то в этом процессе астрономия будет играть исключительно важную роль. И, кто знает, быть может, через сотни или даже тысячу лет некоторые из перечисленных здесь загадок люди станут относить к числу своих важнейших открытий в области познания и освоения Вселенной. Впрочем, вряд ли сегодня возможно предугадать, какие достижения науки земляне будут перечислять в канун четвертого тысячелетия. Ясно лишь одно: астрономии как науке навсегда суждено оставаться вечно юной долгожительницей.
А Человек? В современной безгранично сложной пространственно-временной картине мироздания он, казалось бы, совершенно затерялся. Но когда-то он ощущал себя "микрокосмом", неким миниатюрным подобием окружающего "трехслойного" мира - земного, скрытого под землей и распростертого над землей. Надо думать, что сравнить с собой такую нехитрую модель мироздания проще, чем современную.
К сожалению, из-за повсеместно бытующей астрономической безграмотности подавляющее большинство нынешних землян не имеют почти никакого представления о той картине Вселенной, какую раскрывает наука в ХХ веке. Поэтому в наше время "обычному" человеку трудно ощутить себя "микрокосмом", неразрывно связанным со Вселенной. Между тем именно такая связь составляет то, что принято называть "антропокосмической сущностью духовности". Автор, развивая эту идею в своих публикация х (в том числе на страницах научно-популярного журнала Российской АН "Земля и Вселенная"), приходит к выводу о связи двух социокультурных проблем - ликвидации астрономической безграмотности и возрождении утерянной в последние годы духовности. Можно предположить, что в будущем актуальность решения этих проблем станет возрастать.
Сторонники "антропного принципа", ставшего в последнее десятилетие предметом оживленных дискуссий,
утверждают, что в самом рождении и эволюции нашей Вселенной, по сути, уже запрограммировано появление
жизни и разума. В частности, существование жизни на Земле обусловлено множеством тонко "подогнанных"
условий, удивительным образом реализуемых как в микромире (например, набор определенных элементар
ных частиц), так и в мегамире (например, существова
ние Солнца и нашей планеты, пригодной для жизни).
Не ставит ли это вновь Человека (причем, конечно, в принципиально ином смысле) в центр Мироздания?
Не приведет ли развитие подобных идей к разгадке тайны космической миссии Жизни и Разума в эволюциониру
ющей Вселенной? Интересно, какие ответы даст на эти вопросы наука грядущего тысячелетия...
Читайте в любое время
