Красное смещение у галактик - Вселенная - От плоской Земли до квазаров

Вселенная

От плоской Земли до квазаров
Главная


Земля


Солнечная система


Звезды


Галактика


Размеры Галактики


Другие галактики


Возраст Земли


Энергия Солнца


Типы звезд


Эволюция звезд


Взрывы звезд


Эволюция галактик


Удаляющиеся галактики


Наблюдаемая Вселенная


Начало Вселенной


Бомбардировка частицами


Фотоны большой энергии


Радиоастрономия


Окраины Вселенной



Красное смещение у галактик

Решающий шаг в изучении галактик был сделан в 1912 г., когда они еще считались спиральными туманностями внутри нашей собственной звездной системы. Американский астроном Весто Мелвин Слайфер (род. в 1875 г.) определил лучевую скорость объекта, который назывался тогда туманностью Андромеды, и обнаружил, что эта туманность приближается к нам (линии ее спектра показывали фиолетовое смещение) со скоростью 200 км/сек.
Сам факт был интересен, но не выглядел необычным. Лучевая скорость больше 100 км/сек была велика, но не чрезмерна (Собственно говоря, теперь мы знаем, что часть этой скорости нельзя отнести за счет истинного приближения Андромеды. Вращение нашей Галактики в настоящее время несет солнечную систему в сторону Андромеды, а через несколько миллионов лет оно будет уносить нас от нее. Если учесть это вращение и определять движение галактики Андромеды по отношению к центру нашей Галактики, то окажется, что она все-таки приближается к нам, но со скоростью примерно 50 км/сек )
К 1917 г. ситуация стала несколько более загадочной. За это время Слайфер измерил лучевые скорости 15 спиральных туманностей. Согласно теории вероятности, можно было бы предположить, что половина из них будет приближаться к нам, а половина — удаляться. Вместо этого приближались только 2, а удалялись 13. Правда, ничего невозможного в этом, хотя и несколько неожиданном, факте не было. Если подбросить 15 монет, то можно ожидать, что орел и решка выпадут примерно в равном количестве, но случайность — это случайность, и вполне возможно, что выпадут 2 решки и 13 орлов.
Гораздо более непонятной была огромная величина лучевых скоростей. Те туманности, которые удалялись от нас, удалялись со средней скоростью 640 км/сек. А если с 200 км/сек еще можно было смириться, то принять значение скорости 640 км/сек было крайне трудно. Эта цифра была гораздо больше лучевых скоростей обычных звезд Галактики.
Чем у большего количества спиральных туманностей измерял Слайфер лучевую скорость, тем более странной становилась ситуация. Каждое новое измерение говорило об удалении, и невероятные скорости этого удаления все возрастали.
Когда в середине 20-х годов Хаббл доказал, что объекты, наблюдаемые Слайфером, — на самом деле галактики, находящиеся далеко за пределами нашего Млечного Пути, это несколько упростило проблему. Если бы один-единственный класс объектов, составляющих нашу Галактику, показывал столь большие лучевые скорости удаления, тогда как все остальные объекты имели малые скорости и нередко приближались к нам, это выглядело бы совершенной бессмыслицей. Но если эти объекты с необычными скоростями, кроме того, находились и на необычных расстояниях — это облегчало положение. Если у одного и того же объекта есть два необычных свойства, они могут быть связаны между собой и одно может содействовать объяснению другого.
Теперь изучением лучевых скоростей галактик занялся еще один американский астроном — Милтон Ла-Салль Хыомасон (род в 1891 г.). Он начал делать фотографии с выдержкой в несколько суток, и ему удавалось получить спектры все более и более слабых галактик, и среди этих слабых галактик он обнаружил скорости удаления, по сравнению с которыми первые полученные результаты показались чрезвычайно скромными. В 1928 г. он измерил лучевую скорость галактики NGC7619 и по лучил скорость 3800 км/сек. А к 1940 г. он уже обнаружил скорости в 40 000 км/сек, т.е. больше 1/8 скорости света,— и это неизменно были скорости удаления.

Эти цифры были столь чудовищны, что астрономы усомнились в природе красного смещения (она и теперь еще ставится под сомнение). Должно ли красное смещение обязательно означать, что источник света удаляется? Или существует какое-то другое объяснение, которое позволит нам не признавать эти огромные скорости?
Возможно, например, что свет дальних галактик попросту становится краснее в результате своего неимоверно долгого путешествия через разреженный газ межгалактического пространства. Разумеется, это возможно. Но такое покраснение света — совсем не то же самое, что красное смещение. Постепенное рассеяние лишит спектр коротких волн, и цвет туманности станет в целом более красным, но спектральные линии от этого не сместятся. А термин «красное смещение» подразумевает именно смещение спектральных линий, а не цвет вообще.
Иногда выдвигается предположение, что свет на своем бесконечном, ни с чем не сравнимом пути от галактики к галактике каким-то образом теряет энергию. Если же свет теряет энергию, эта потеря должна выражаться в удлинении волн, и при этом можно ожидать настоящего красного смещения. А нам кажется, будто галактики удаляются от нас с невероятными скоростями, потому лишь, что мы изучаем свет, который можно назвать «усталым светом».
Однако это объяснение ничего не объясняет, так как до сих пор еще никто не указал, каким образом могла бы произойти такая потеря энергии. Не существует ни каких известных причин, чтобы свет вдруг стал терять энергию только потому, что он долгое время движется через пустоту. А если бы он действительно терял таким образом энергию, никто не предложил разумного объяснения, что случается с этой энергией. Кроме того, если бы свет «уставал» на длинных расстояниях, он должен был бы слегка уставать и на коротких. Судя по размерам галактического красного смещения, красное смещение должно было бы сказаться и на объектах, расположенных к нам ближе, чем галактики. Однако никто его не обнаружил.
Короче говоря, до сих пор для красною смещения существует только одно объяснение галактики удаляются от нас. Никакое другое осмысленное объяснение не может охватить все факты. И до тех пор, пока другое объяснение не будет найдено, астрономам остается только считать стремительное удаление галактик признанным фактом.
Хаббл, работавший параллельно с Хьюмасоном, естественно, заинтересовался удалением галактик. Он педантично оценивал расстояния до галактик всеми возможными способами. Для ближайших галактик он использовал цефеиды. Для тех, в которых из-за дальности расстояния обнаружить цефеиды было невозможно, он использовал любые звезды, которые мог различить, исходя при этом из предпосылки, что это сверхгиганты, такие же яркие, как S Золотой Рыбы. Если галактики были так далеки, что не удавалось различить ни одной звезды, он исходил из предположения, что в среднем общая светимость галактик примерно равна и что, следовательно, чем слабее галактика, тем она дальше. Естественно, при этом учитывался закон обратных квадратов. Если одна галактика была вчетверо слабее другой, значит, она находилась вдвое дальше. Если же она была слабее в девять раз, то находилась в три раза дальше, и т. д.
Произведя все эти оценки расстояний, Хаббл затем воспользовался определением скоростей, проведенным Слайфером и Хьюмасоном, и доказал, что в среднем скорость удаления галактик возрастает пропорционально расстоянию, на котором эти галактики от нас находятся. Если одна галактика вдвое дальше от нас, чем другая, то она и удаляется вдвое быстрее. Если она в три раза дальше, то и скорость ее удаления втрое больше. Это так называемый закон Хаббла.
Наиболее странную черту закона Хаббла — закона о том, что скорость удаления галактики прямо пропорциональна ее расстоянию от нас, — можно выразить простым вопросом. «Почему именно от нас?»
Какие, собственно, заключены в нас магические свойства, заставляющие галактики, так сказать, опрометью бежать от нас, и откуда галактика «знает», на каком расстоянии от нас она находится, дабы соответственно увеличивать свою скорость?

К счастью, объяснение взаимосвязи между скоростью удаления и расстоянием, кроме того, одновременно объясняет, почему это расстояние именно от нас.
Объяснение это было подсказано новым взглядом на Вселенную, который предложил Эйнштейн.

 
< Пред.