Файл: Шама Д.В. Современная космология.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 10.04.2024

Просмотров: 115

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

64 ГЛАВА 3

и являются поэтому правильными. К сожалению, цефеи­

ды,

которые наблюдаются

в других галактиках,

принад­

л е ж а т к типу I . Это

означает,

что их

светимости,

а зна­

чит,

и расстояния до

них

были

ранее

занижены .

 

Это изменение существенно. Расстояния, полученные Хабблом, нужно увеличить в 5 раз, и тогда сильно воз­ растут размеры Вселенной. Отсюда следует, что Млеч­

ный Путь не является больше гигантом среди

галактик,

а имеет примерно средние для своей светимости

размеры,

так как диаметры галактик, выведенные из их угловых

размеров, нужно тоже увеличить в 5 раз. Итак, мы лиши­

лись последних остатков того, что некогда считалось на­

шим привилегированным положением во Вселенной. Как

Коперник опроверг привилегированное положение Земли,'

а Шепли — Солнца,

так Б а а д е низверг

Млечный

Путь.

Поскольку Местная система галактик — сравнительно не­

большое скопление,

геоцентрическая

картина

теперь

окончательно отвергнута.

Р а с ш и р е н и е Вселенной

Первое успешное определение лучевой скорости га­ лактики по наблюдению допплеровского смещения ее спектральных линий было выполнено в 1912 г. Слайфером в обсерватории Ловелла . Он нашел, что галактика в созвездии Андромеды приближается к Земле со ско­ ростью около 200 км/с. Это удивительный результат, если вспомнить, что большинство звезд движется со ско­ ростями не более 50 км/с. Изучая спектры других га­ лактик, Слайфернашел, что для большинства из них характерно красное смещение линий, т. е. в отличие от галактики в Андромеде эти галактики скорее всего уда­ ляются, а не приближаются . Смещение спектральных ли­

ний снова д а в а л о большие скорости. К 1914

г. Слайфер

измерил спектры

13 галактик;

все они,

за

исключением

двух, удалялись

со скоростями

около 300

км/с.

Такие скорости намного превосходили самые большие скорости, когда-либо измеренные в астрономии. Однако самое удивительное, было еще впереди. К 1917 г. были зарегистрированы скорости в 600 км/с, но д а ж е этот ре-

ГАЛАКТИКИ И Р А С Ш И Р Е Н И Е В С Е Л Е Н Н О Й

65

корд был вскоре превзойден. Интересно прочитать ком­ ментарий того времени. Эддингтон писал в 1923 г.:

«Одной из самых запутанных проблем космологии являются огромные скорости спиральных туманностей. Их лучевые скорости в среднем составляют около 600 км/с, и в громадном большинстве преобладают ско­ рости удаления от Солнечной системы. Обычно считают,

что спиральные туманности — самые

удаленные

из из­

вестных

сейчас объектов (хотя эта точка зрения

и оспа­

ривается

некоторыми авторитетами),

так что

скорее

всего именно здесь, чем где-нибудь еще, мы могли бы

поискать

эффекты, обусловленные

общими свойствами

Вселенной».

 

Эддингтон приводит затем список лучевых скоростей

спиральных галактик, измеренных

Слайфером к фев­

ралю 1922

г., и продолжает:

 

«Очень поразительно громадное преобладание поло­ жительных скоростей (удаление); однако, к сожалению,

недостаток

наблюдений

туманностей в

южном

полуша­

рии

не

позволяет

сделать

окончательное

заключение.

Если

д а ж е

ю ж н ы е туманности покажут преобладание

положительных скоростей,

космологические

трудности

все

ж е

не

исчезнут

полностью...

Н у ж н о будет

понять,

почему

две

туманности

(в

том

числе

большая

туман­

ность Андромеды) приближаются к нам с довольно

большой скоростью; как раз эти

скорости определены

исключительно хорошо».

 

 

 

Это

высказывание

Эддингтона

напоминает

нам, что

в то время еще

не было с определенностью

установ­

лено,

что спиральные

галактики

л е ж а т

вне

Млечного

Пути.

Открытие

Хаббла датируется 1924

г. В

дальней­

шем свет на природу слайферовских скоростей был про­ лит с открытием в 1926—1927 гг. вращения Млечного Пути. Скорость движения Солнца вокруг центра Галак­ тики составляет около 250 км/с. Другие объекты в

Млечном

Пути т а к ж е обращаются вокруг

его центра,

поэтому

их лучевые скорости относительно

Солнца зна­

чительно меньше 250 км/с (рис. 10). Объекты, находя­ щиеся вне Млечного Пути, не участвуют в его враще­ нии, так что скорости галактик нужно исправить за дви­ жение Солнца, чтобы узнать их скорости относительно

3 Зап.. 595

66 ГЛАВА 3

Млечного Пути как целого (рис. 28). Когда эта по­ правка была внесена, быстрое приближение двух га­ лактик, которое так смущало Эддннгтопа, значительно замедлилось, но самое интересное, что после исправле­

ния

скорость приближения галактики в Андромеде ока­

залась всего лишь около 100

км/с. Таким образом, пер­

вая

измеренная Сланфером

скорость, которая казалась

!і Солнце

•î

W <

V

4 ^

&0 к м | с

 

 

I

Рис. 28. Влияние вращения Галактики на наблюдаемые лучевые скорости других галактик.

в то время устрашающе большой, не давала представ­ ления о тех сюрпризах, которые должны были после­ довать.

Значение результатов Слайфера прояснилось в даль­ нейшем благодаря важному открытию Хаббла, который показал, что скорости удаления галактик отнюдь не случайны. Исходя из измеренных им расстояний до спи­ ральных галактик, Хаббл в 1929 г. установил, что вплоть д о расстояния 6 миллионов световых лет скорости га-

ГАЛАКТИКИ И Р А С Ш И Р Е Н И Е В С Е Л Е Н Н О Й

67

л а к т пк пропорциональны расстояниям до них (рис.

29).

На первый взгляд могло бы показаться, что открытие Хаббла восстановило привилегированное положение Млечного Пути. Однако, как вскоре стало ясно, резуль­ тат Хаббла вовсе не означает, что Млечный Путь яв­ ляется единственным центром разбегания галактик. На ­ против, закон расширения, в котором скорость прямо пропорциональна расстоянию, означает, что любую га­ лактику можно принять за центр расширения, и при

12Д0Г

О

1 2

3

4

5

Расстояние, 10s св. лет

Рис. 29. Первая хаббловская зависимость скорость — расстояние для галактик. Скорость удаления в точности пропорциональна расстоянию до галактики. Хаббловские расстояния нужно умно­ жить на 5.

этом будет наблюдаться тот

ж е

самый

закон

разбега­

ния (рис.

30).

 

 

 

 

 

 

Хаббл

считал,

что

постоянная

пропорциональности

в его законе разбегания галактик равна

приблизительно

500 к м / ( с - М п с ) .

Эту

шкалу

скоростей

можно

предста­

вить более наглядным способом, который объясняет, по­ чему результат Хаббла вызвал в свое время сенсацию. Проследим движение галактик назад во времени, при­ нимая, что к а ж д а я галактика движется с постоянной скоростью. Тогда результат Хаббла означает, что 2 мил­

лиарда лет

назад все галактики находились очень близко

друг к другу. Этот результат был

поразителен не только

сам

по себе,

но также

и потому,

что, как считали, воз­

раст

Земли

и Солнца

больше 2 миллиардов лет.

Конечно, предположение, что Вселенная расширяется все время с постоянной скоростью, может быть ошибочным.

3*

68 ГЛАВА 3

В этом случае момент, когда галактики находились в одной области пространства, мог иметь место больше, чем 2 миллиарда лет назад. Этот вопрос нельзя решить без теории расширения. Между тем многие считали, что время 2 миллиарда лет, которое называется постоянной Хаббла, имеет фундаментальное значение для Вселенной в целом.

а

Ô

Рис. 30. Расширение Вселенной, как оно видно из различных га­ лактик, в соответствии с законом Хаббла. а — скорость удаления

галактики пропорциональна ее расстоянию от Млечного Пути, б—расширение Вселенной, как оно видно из другой галактики.

.Скорость удаления остается пропорциональной расстоянию. Таким образом, закон Хаббла не выделяет Млечный Путь.

Такой вывод может показаться поспешным, однако последующие работы, как правило, подтверждали его. К 1931 г. Хаббл расширил область справедливости своего закона с 6 миллионов до 150 миллионов световых лет. Наконец, благодаря новым измерениям допплеровского смещения, выполненным Хыомассоном, Хаббл достиг расстояний 240 миллионов, световых лет, где скорости удаления составляли около 1 / 7 скорости света. Такова была ситуация, когда Хаббл опубликовал свою книгу «Мир туманностей» в 1936 г.

С тех пор вступил в строй 200-дюймовый телескоп в Маунт-Вилсои и усовершенствованы методы регистра­ ции света, собираемого телескопом. Это позволило опре-

V

ГАЛАКТИКИ И Р А С Ш И Р Е Н И Е В С Е Л Е Н Н О Й

69

делить красные смещения более слабых и удаленных галактик. Однако единственное важное изменение ре­ зультатов Хаббла связано с большой ошибкой в его

Время

прохождения

света от

галактики

до

наблюдателя

(в единицах

Хааома)

0,0! 0,02 0,05 0,10 0,20 0,30

tO

il

h

16

18

20

 

Видимая

звездная

величина

 

Рис. 31. Зависимость между красным смещением и видимой звезд­ ной величиной для ярчайших галактик 42 скоплений: крестики — радиогалактпки, черные кружки — обычные галактики. Первоначаль­ ная линейная зависимость Хаббла. (рис. 29) показана на этой диа­ грамме черным прямоугольником в нижнем левом углу. По верхней оси абсцисс отложено время прохождения света от галактики до наблюдателя в единицах Хаббла.

шкале расстояний. Постоянную Хаббла теперь прини­

мают равной примерно 10 миллиардам

лет. Это значе­

ние больше предполагаемых возрастов

Земли и Солнца

и сравнимо с возрастом старейших звездных скоплений. Таким образом, предположение, что некогда Вселенная была очень плотной, не встречает больше никаких труд­ ностей.

Смотрите также файлы