Борис Воронцов-Вельяминов - Звёздный мир
У нас есть еще другая возможность изучать движения звезд — по принципу Допплера: измеряя смещение линий в их спектрах. Скорости звезд, подробно изученные советским астрономом П. П. Паренаго, составляют обычно десятки километров в секунду. Наибольшую из них (583 км/сек) имеет одна слабая звезда в созвездии Голубя.
Правила звездного движения
Первый вопрос, который сразу же встает при изучении движений звезд, — это вопрос, есть ли какая-нибудь закономерность в звездных движениях. Есть ли дороги в нашем звездном городе, по которым движется звездное население, регулируется ли как-либо это движение? Если такое регулирование есть, то роль милиционера в нем играет, конечно, закон всемирного тяготения. Некоторые группы звезд движутся в пространстве параллельно и с одинаковой скоростью, будучи связаны взаимным тяготением и общностью происхождения. Такова, например, группа слабых звезд вокруг Альдебарана в созвездии Тельца, называемая Гиадами. Такова группа из пяти ярких звезд Большой Медведицы, самой яркой звезды неба — Сириуса, а также некоторых других звезд, видимых в разных частях неба.
Кроме таких групповых движений, все звезды принимают участие в сложном вращении вокруг центра тяжести всей нашей звездной системы. Это движение изучалось астрономами П. Г. Куликовским в Москве, К. Ф. Огородниковым — в Ленинграде и другими.
Изучая эти средние систематические движения звезд, являющиеся отражением движения всей солнечной системы, мы приходим к заключению, что она со скоростью 20 км/сек несется в направлении созвездия Лиры. Это ее движение по отношению к сравнительно близким звездам, взятым в совокупности.
Так движение Земли вокруг Солнца, складываясь с движением солнечной системы в пространстве, дает движение по винтовой линии.Оно сказывается в изменении видимого положения звезд, подобно тому как меняется для вас видимое положение коров в пасущемся стаде, если вы пойдете через него насквозь. Скорость солнечной системы в этом движении того же порядка, что и собственные скорости звезд. Нечего опасаться, что, летя к созвездию Лиры, мы «на него налетим и разобьем его в куски». Скорее можно было бы опасаться, что пуля, пущенная вверх, «в воздушный флот», разобьет его.
Созвездие Лиры — лишь направление, по которому видно множество звезд. Пространство между ними так же просторно, как и пространство между звездами, окружающими Солнце сейчас. Звезду от звезды отделяют световые годы. Если у вас есть охота, попробуйте подсчитать, через сколько лет мы приблизимся вдвое к яркой звезде Веге в созвездии Лиры, если до нее 25 световых лет, а наша скорость 20 км/сек.
Так постепенно удается разобраться в кажущемся хаосе многочисленных движений звезд в нашей вселенной и уточнить картину, нарисованную поэтом:
Небесный свод, горящий славой звездной,
Таинственно глядит из глубины.
И мы плывем, пылающею бездной
Со всех сторон окружены.
Светимости звезд
Где-то в море в ночной тьме тихо мерцает огонек, и если бывалый моряк не объяснит вам, что это, вы часто и не узнаете: то ли перед вами фонарик на носу проходящей шлюпки, то ли мощный прожектор далекого маяка.
В том же положении в темную ночь находимся и мы, глядя на мерцающие звезды. Их видимый блеск зависит и от их истинной силы света, называемой светимостью, и от их расстояния до нас. Только знание расстояния до звезды позволяет подсчитать ее светимость по сравнению с Солнцем. Так например, светимость звезды, в десять раз менее яркой в действительности, чем Солнце, выразится числом 0,1.
Истинную силу света звезды можно выразить еще иначе, вычислив, какой звездной величины она бы нам казалась, если бы она находилась от нас на стандартном расстоянии в 32,6 светового года, т. е. на таком, что свет, несущийся со скоростью 300 000 км/сек, прошел бы его за это время. Принять такое стандартное расстояние оказалось удобным для различных расчетов. Яркость звезды, как и всякого источника света, изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния. Этот закон позволяет вычислять абсолютные звездные величины или светимости звезд, зная расстояние до них.
Когда расстояния до звезд стали известны, то мы смогли вычислить их светимости, то есть смогли как бы выстроить их в одну шеренгу и сравнивать друг с другом в одинаковых условиях. Надо сознаться, что результаты оказались поразительными, поскольку раньше предполагали, что все звезды «похожи на наше Солнце». Светимости звезд оказались поразительно разнообразными, и их в нашей шеренге не сравнить ни с какой шеренгой пионеров.
Приведем только крайние примеры светимости в мире звезд.
Самой слабой из известных долго являлась звезда, которая в 50 тысяч раз слабее Солнца, и ее абсолютная величина + 16,6. В 1944 году открыта звездочка еще в двадцать раз более слабая. Она в миллион раз слабее Солнца!
На другом краю шеренги звезд стоит S Золотой Рыбы, видимая только в странах Южного полушария Земли как звездочка восьмой величины. В действительности она в 400 тысяч раз ярче Солнца, и ее абсолютная величина —8,9. Абсолютная величина нашего Солнца равна +5, т. е. с расстояния в 32,6 светового года мы бы его плохо видели без бинокля.
Если яркость обычной свечи принять за яркость Солнца, то в сравнении с ней S Золотой Рыбы будет мощным прожектором, а самая слабая звезда слабее самого жалкого светлячка.
Итак, звезды — это далекие солнца, но их сила света может быть совершенно иной, чем у нашего центрального светила. Менять наше Солнце на другое нужно было бы с оглядкой. От света одного мы ослепли бы, при свете другого бродили бы, как в сумерках.
Спектры-паспорта звезд
Луч света, проходящий через стеклянную призму, отклоняется в сторону от основания призмы, то есть преломляется, и после выхода из призмы идет уже по другому направлению. При этом лучи разного цвета преломляются различно. Из семи цветов радуги сильнее всего отклоняются световые лучи фиолетового цвета, в меньшей степени — синего, еще меньше — голубые лучи, затем — зеленые, желтые, оранжевые, меньше всего отклоняются красные лучи.
Свет распространяется волнами, и каждому оттенку и каждому цвету соответствует определенная длина волны световых колебаний.
Светящееся тело испускает разные лучи. Но так как они накладываются один на другой, то для глаза они сливаются в один цвет. Например, Солнце, как это мы видим, испускает лучи белого цвета, но если мы пропустим такой луч через призму и тем самым разложим его на составные части, то окажется, что белый цвет луча сложный: он состоит из смеси всех цветов радуги. Смешав эти цвета вместе, мы опять получим белый цвет. Это напоминает такой всем известный опыт. Если изготовить волчок из кружка картона и, расчертив его на полоски, раскрасить их чистыми красками всех цветов радуги, а волчок быстро завертеть, то краски на нем для глаза сольются, и волчок покажется не пестрым, а серым. При надлежащем подборе красок можно получить и белый цвет кружка.
После того как мы рассказали о свойствах призмы, уже можно сказать, что такое спектр. Спектром называется луч какого-нибудь источника света, пропущенный через призму и разложенный ею на свои составные части. Кстати сказать, радуга ведь образуется вследствие преломления солнечного света в капельках воды, действующих в данном случае подобно призме. Поэтому радуга и есть спектр солнечного света, или, короче говоря, спектр Солнца.
Для того чтобы получить спектр в более чистом виде, ученые пользуются не простой стеклянной призмой, а специальным прибором — спектроскопом.
Если мы осветим щель спектроскопа светящимися парами какого-нибудь вещества, то увидим, что спектр этого вещества состоит из нескольких цветных линий на темном фоне. Цвета линий для каждого вещества всегда одни и те же.
Изучая в лаборатории спектры различных химических элементов,[1] мы можем записать, какие линии дает каждый элемент и какую яркость они имеют. А располагая таким списком линий при рассмотрении спектров разных веществ, мы сможем каждый раз точно определить, с каким же веществом мы имеем дело. Достаточно малейшей примеси какого-либо вещества в металлическом сплаве или в горной породе, и это вещество выдаст свое присутствие, заявит о себе цветным сигналом в спектре.
Смесь паров нескольких химических элементов, не образующих химического соединения, дает наложение их спектров один на другой. По таким спектрам мы и распознаем химический состав смеси. Если светятся не разложенные на свои составные части (на атомы) молекулы сложного химического вещества, т. е. химического соединения, то их спектр состоит из широких ярких цветных полос на темном фоне. Для всякого химического соединения эти полосы тоже всегда определенные, и мы их умеем распознавать.
