Астрофизика начинающим: как понять Вселенную

Нос Тихо Браге

Знаменитый астроном Тихо Браге потерял свой нос не на какой-то обычной дуэли. Спор, который привел к ссоре, возник, по-видимому, на почве математики. Еще ученый жил в замке и держал ручного лося. Ходили слухи, что накладной нос, который ему пришлось носить большую часть жизни, был сделан из серебра или золота. Но несколько лет назад ученые выкопали останки знаменитого звездочета и обнаружили на костях черепа следы латуни. Говорят еще – и это тоже неподтвержденные слухи, – что Тихо, возможно, был убит. Уверяю вас, друзья, жизнь современных астрофизиков совсем не так богата приключениями.

К сожалению, это были последние события такого рода в нашей Галактике – с тех пор больше ничего подобного пока не случилось.

Сегодня мы изучаем взрывающиеся звезды в далеких уголках Вселенной при помощи мощных телескопов. Каждый бит информации, которую телескопы приносят астрофизикам, приходит на Землю с лучом света. Но сверхновые не только излучают видимый свет, воспринимаемый человеческим глазом. Часть света, который они испускают, для наших глаз невидима.

Наши современные телескопы могут улавливать все виды света. Без этого астрофизики никогда бы не узнали о некоторых ошеломляющих чудесах Вселенной.

До 1800 года слово «свет», кроме того что оно означало высшее общество, относилось только к видимому свету. Но в начале того года английский астроном Уильям Гершель, уже хорошо известный тем, что в 1781-м он открыл планету Уран[11], стал изучать отношения между солнечным светом, цветом и теплом. Гершель начал с того, что поместил на пути солнечного светового пучка призму, стеклянный прибор, который разлагает белый свет на разные цвета. Ничего нового он не увидел. Сэр Исаак Ньютон сделал это еще в 1600-х и в итоге увидел знакомые всем семь цветов радуги: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый.

Ньютон при помощи призмы разложил солнечный свет на цветовые составляющие, а Гершелю стало любопытно, отличаются ли друг от друга температуры разных цветов. Поэтому он поместил в разные участки радуги термометры. И действительно, оказалось, что термометры на разных цветовых участках регистрировали разные температуры. Например, красный свет был теплее фиолетового.

Но Гершель положил термометр и за границами радуги, рядом с полоской красного цвета. Он думал, что этот термометр просто покажет комнатную температуру. Но получилось совсем иначе. Тут столбик поднялся даже выше, чем на термометре, освещенном красным светом. Это значило, что в солнечном луче таился какой-то новый вид света, не такой, как те цветные лучи, что изучал Гершель.

Невидимый свет.

Гершель случайно открыл «инфра»-красный свет, совершенно новую часть того, что мы теперь называем электромагнитным спектром – расширенной версией световой радуги, в которой есть и видимая, и невидимая части. Другие исследователи немедленно подхватили эту идею и начали с того места, где Гершель остановился. В 1801 году один немецкий физик нашел доказательство существования невидимого света и с фиолетовой стороны спектра. Что там за фиолетовыми лучами? «Ультра»-фиолетовые!

Каждый Охотник Желает Знать, Где Сидят Фазаны[12]

Простая мнемоническая формула для запоминания цветов – каждое слово начинается с той же буквы, что и соответствующий цвет. Охотник – персонаж воображаемый, но, мне кажется, у него должны быть густые усы и, возможно, ружье.

Постепенно заполняя остальные части спектра, от излучений с низкой энергией и частотой к высокочастотным и высокоэнергетическим, мы нашли радиоволны, микроволны, инфракрасные лучи, видимый свет (охотника с фазанами), ультрафиолет, рентгеновские лучи и, наконец, гамма-излучение. Многие из этих видов света раньше были незнакомы ученым, но сегодня мы научились использовать и изучать их все.