Рудольф Киппенхан
Предисловие
Эта книга возникла как результат более сотни популярных лекций, в которых я попытался в общедоступной форме изложить достижения современной астрофизики широкому кругу слушателей. Ее содержание окончательно оформилось после того, как мне пришлось в зимнем семестре 1978/79 г. прочесть курс лекций для студентов Мюнхенского университета. В тексте я часто обращаюсь к материалам работ, которые мы с Альфредом Вайгертом опубликовали в журнале «Sterne und Weltraum» («Звезды и Вселенная»). Заметное место в книге занимают личные воспоминания, поскольку многие важные события в астрофизике произошли за последние 25 лет уже на моей памяти, и в большинстве из них мне как астроному довелось принимать участие. Более того, мне и моим сотрудникам в целом ряде случаев посчастливилось повлиять на «развитие событий» в этой области науки.
Многие друзья и коллеги помогали мне найти в тексте ошибки и неточности. Вольфганг Хиллебрандт, Джон Кирк, Ханс Риттер, Иоахим Трюмпер и Вернер Чарнутер внимательно прочитали некоторые главы. Курт фон Сейнбуш тщательно отредактировал почти всю книгу. Большую помощь оказал мне мой друг, математик из Гёттингена Ханс Людвиг де Фриз, который вместе со мной прочитал всю рукопись (предложение за предложением) и высказал много полезных замечаний. Эта книга, безусловно, не была бы закончена, если бы не одобрение и поддержка моей жены. Большая часть рукописи была напечатана Урсулой Хенниг и Гизелой Веслинг, и я им весьма благодарен, поскольку мне часто приходилось вносить исправления в уже готовый текст. Я благодарю всех, кто помогал мне в этой работе.
Я весьма признателен также сотрудникам издательства «Пипер», которые спокойно и с готовностью принимали мои предложения по оформлению этой книги.
Мюнхен, 31 июля 1979 года.
Рудольф Киппенхан
Введение
Действие драмы происходит в Млечном Пути. Действующие лица сто миллиардов звезд на небе и несколько сотен привязанных к Земле астрономов.
В соответствии с режиссерскими указаниями законов природы вещество во Вселенной собралось в огромные шары, которые мы называем звездами. Температура звезд так велика, что в их недрах не могут существовать ни твердые тела, ни жидкости. Звезды представляют собой газовые шары, частицы вещества в которых удерживаются вместе силами взаимного гравитационного притяжения. Один из таких раскаленных газовых шаров мы называем Солнцем. Удаленный наблюдатель, который будет сравнивать наше Солнце с другими звездами Млечного Пути, не найдет в нем ничего особенного: это звезда средних размеров, ни слишком большая, ни слишком маленькая, со средней светимостью — обычная звезда, одна среди сотен миллиардов подобных звезд. И только нам роль Солнца кажется исключительно важной, поскольку мы ему обязаны своей жизнью.
Большинство звезд Млечного Пути расположено в плоском, спиральном скоплении, которое мы называем нашей Галактикой. Она так велика, что свет идет от одного ее края до другого сто тысяч лет. Все звезды движутся вокруг центра Галактики по сложным траекториям, которые определяются конкуренцией гравитационного притяжения и центробежных сил. Наша Галактика — Млечный Путь — вращается вокруг своей оси. Во Вселенной много галактик, подобных нашей. Другое такое же скопление звезд, медленно вращающееся вокруг своей оси, — Туманность Андромеды. На рис. 0.1 изображена фотография этой звездной системы. Диск этой галактики кажется нам эллипсом, поскольку мы видим его под некоторым углом. Туманность Андромеды — точная копия нашей Галактики. В ней мы находим все типы звезд, имеющиеся в нашем Млечном Пути, все процессы, протекающие в нашей Галактике. И не только в Туманности Андромеды, поскольку существуют тысячи, миллионы, а может быть, и бесконечное множество других галактик.
Рис. 0.1. На расстоянии примерно два миллиона световых лет от нашего Млечного Пути, к которому относятся все видимые на снимке отдельные звезды, находится галактика Андромеды. Она выглядит как эллиптическое туманное пятно. Лишь с помощью мощнейших телескопов можно различить в этом «тумане» отдельные звезды. Многие галактики обладают спиральной структурой, подобной той, которая видна на снимке. Со стороны галактики Андромеды наш Млечный Путь имел бы аналогичный вид. (Калифорнийский технологический институт и Институт им. Карнеги, Вашингтон.)
На рис. 0.4 показана другая звездная система, на которую мы смотрим перпендикулярно ее плоскости. То, что наша система Млечного Пути и другие, часто спиральные туманности, видимые на небе, имеют одну и ту же природу, было с уверенностью доказано только в 1924 г. Небольшие, слабо светящиеся, часто эллиптические туманные диски наблюдали на небе уже давно. Их называют спиральными туманностями. Уже в 1755 г. Иммануил Кант, которому в ту пору был 31 год, сравнивал их с нашей собственной звездной системой в своей книге «Всеобщая естественная история и теория неба»: «Если посмотреть на такое собрание неподвижных звезд (Кант имел в виду наш Млечный Путь) глазами стороннего наблюдателя, находящегося неизмеримо далеко от него, то это собрание, видимое под очень малым углом, будет выглядеть как небольшой светящийся кружок, если его плоскость перпендикулярна направлению взгляда, или как эллипс, если смотреть на него под некоторым углом». Отсюда Кант сделал вывод, что эллиптические туманности представляют собой звездные системы, подобные нашему Млечному Пути, удаленные от нас на огромные расстояния. Он писал далее: «Вполне можно предположить, что эти эллиптические образования представляют собой такие же совокупности миров, как наш Млечный Путь, с такой же сложной структурой». Потребовалось почти двести лет, чтобы это предположение подтвердилось.