Космос и Земля

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им. С.М. КИРОВА

Б.И. ФЕСЕНКО, А.А. КИРСАНОВ

КОСМОС и ЗЕМЛЯ

ПСКОВ 2000

1

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

ББК 22.6я73 Ф 44 Печатается по решению редакционно-издательского совета ПГПИ им. С.М.Кирова.

Рецензент: кандидат физико-математических наук В.А. Матвеев.

Фесенко Б.И., Кирсанов А.А. Ф 44 Космос и Земля. Учебное пособие. Псков, 2000. - 168 с. + вкладка 16 с. Учебное пособие представляет собой краткий свод данных о небе, как оно видно невооруженному глазу, о планете Земля и космосе, как среде обитания человечества, о проблеме поисков внеземного разума и об астрологии. Для студентов, школьников старших классов и лиц, интересующихся астрономией. Ф 44

ISBN 5-87854-136-Х

© Псковский государственный педагоги© ©

ческий институт им. С.М.Кирова (ПГПИ им. С.М.Кирова), 2000 Фесенко Б.И., 2000 Кирсанов А.А., 2000

2

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Содержание Предисловие ................................................................................................. 5 Глава I. Космос при наблюдениях невооруженным глазом §1. Небо ........................................................................................................ 6 §2. Главное движение и главное изменение на небе ............................... 8 §3. Звезды ................................................................................................... 10 §4. Планеты ............................................................................................... 12 §5. Кометы и метеоры .............................................................................. 16 §6. Луна ...................................................................................................... 18 §7. Солнце .................................................................................................. 24 Глава II. Население космоса §1. Как изучают космос? .......................................................................... 29 §2. Ближайшие объекты космоса ............................................................ 30 §3. Солнечная система .............................................................................. 32 §4. Звезды ................................................................................................... 36 §5. Малые звездные системы ................................................................... 41 §6. Скопления звёзд .................................................................................. 45 §7. Галактика ............................................................................................ 46 §8. Метагалактика .................................................................................... 48 Глава III. Земля §1. Общие сведения ................................................................................... 54 §2. Внутренне строение ............................................................................ 56 §3. Атмосфера ........................................................................................... 57 §4. Атмосферные процессы ..................................................................... 60 §5. Сезонные изменения ........................................................................... 63 §6. Биосфера .............................................................................................. 66 Глава IV. Проявления космоса на Земле §1. Энергетические воздействия Солнца ............................................... 70 §2. Солнце и химический состав Земли .................................................. 72 §3. Солнце и история ................................................................................ 73 §4. Влияния Луны ..................................................................................... 75 §5. Совместные влияния Луны, Солнца и планет ................................. 78 §6. Метеорные тела .................................................................................. 82 §7. Влияния планет ................................................................................... 84

3

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Глава V. Проблемы существования и поиска внеземных очагов жизни и разума §1. Аргументы в пользу существования жизни вне Земли ................... 88 §2. Где искать жизнь? ............................................................................... 90 §3. О возможности найти очаг разума в окрестности звезды типа Солнца ................................................................................................. 92 §4. Проблема поисков космических очагов разума ............................. 94 §5. Случай невозможности прямых контактов ..................................... 96 §6. Проблема НЛО ................................................................................... 97 Глава VI. Астрология и астрономия Глава VII. Математические основы §1. Небесная сфера .................................................................................. 105 §2. Небесные координаты. ..................................................................... 107 §3. Время .................................................................................................. 112 §4. Суточные движения .......................................................................... 116 §5. Календарь .......................................................................................... 120 §6. Всемирное тяготение ........................................................................ 123 §7. Законы Кеплера ................................................................................ 125 §8. Космические скорости и полеты к планетам ................................. 127 §9. Видимые и абсолютные звёздные величины ................................. 130 §10. Движения звезд ............................................................................... 135 §11. Радиусы звезд .................................................................................. 139 §12. Принципы построения звёздных моделей ................................... 140 Заключение ............................................................................................. 142 Литература .............................................................................................. 164

4

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Предисловие Это пособие написано прежде всего для студентов, в планы обучения которых не включены курсы “Астрономия” или “Астрофизика”. Его основная цель - сжатое изложение современных представлений о космосе, как о среде обитания человечества. Значительное внимание в пособии уделено явлениям, которые можно наблюдать на небе невооружённым глазом; свойствам Земли, как планеты; астрологии как псевдонауке и проблеме существования и обнаружения космических очагов разума с кратким обсуждением проблемы НЛО. Перечисленные темы не освещены или только слегка затронуты в школьных учебниках. Поэтому предлагаемое пособие может принести пользу и школьнику. Некоторые из основных математических соотношений, используемых в астрономии, собраны в заключительной главе. Этот раздел может быть пропущен читателем с недостаточной математической подготовкой. По соображениям методического характера часть сведений, приводимых в одних разделах, повторяется в иной форме в других разделах. Читатель не найдёт здесь описания астрономических методов (кроме редких исключений), а также не найдёт и экскурсов в исторические дали (кроме главы VI). В приложениях, кроме традиционных таблиц с данными о планетах, звёздах и других космических объектах, приводятся исходные данные для расчёта и изготовления горизонтальных и вертикальных солнечных часов.

5

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Глава I Космос при наблюдениях невооруженным глазом §1. Небо Находясь на дне воздушного океана, мы смотрим в космос сквозь толщу атмосферы. Хотя в дневные часы её прозрачность бывает не хуже, чем ночью, днем из всех объектов космоса можно увидеть лишь Солнце, Луну и, очень редко, яркие болиды и сверхновые звезды (в частности, грандиозные взрывы звёзд невооруженным глазом легко наблюдались днём в 1054 и 1572 годах). Воздух интенсивно рассеивает солнечный свет (тем сильнее, чем короче длина волны), чем и создаётся ощущение голубого (ясного) неба. На самом деле синий и фиолетовый свет рассеивается еще сильнее, чем голубой свет, но на последний приходится большая доля солнечного излучения. С рассеиванием света связано изменение цвета самих светил, их покраснение, особенно заметное у горизонта. Кроме того, у горизонта светила тускнеют из-за увеличения пути света в воздухе, когда луч идёт почти по касательной к поверхности Земли, рис.1. Поэтому при наблюдениях из космоса светила выглядят более яркими и более голубыми, чем если их наблюдать с повер-

Рис. 1. 6

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

хности Земли. По соглашению между астрономами всё небо разделено на 88 неравных участков, названных созвездиями, рис.2. Первоначально же созвездиями называли группы близких друг к другу (на небе) звезд, образующих узоры, которые напоминают контуры животных, предметов обихода, мифических существ и т.д.: Лев, Заяц, Рысь, Волк, Дельфин, Жираф, Козерог, Лисичка, Овен, Телец, Ящерица; Ворон, Голубь, Журавль, Лебедь, Орел, Павлин, Райская птица; Весы, Компас, Микроскоп, Насос, Резец, Секстант, Сетка, Телескоп, Треугольник, Циркуль, Часы, Чаша; Андромеда, Возничий, Волопас, Геркулес, Дракон, Кассиопея, Кентавр, Орион, Пегас, Стрелец, Цефей и

Рис. 2. др. Кроме звезд в созвездия входят планеты, кометы, туманности, звездные скопления, галактики и скопления галактик. Однако не все они доступны невооружённому глазу. Бывают ночи, когда условия для астрономических наблюдений особенно благоприятны. Если Луна находится под горизонтом, небо оказывается особенно темным и на нём видны самые слабые звезды (из различимых невооруженным глазом). В эти периоды хорошо наблюдается Млечный Путь - серебристая 7

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Рис.3. Фрагмент Млечного Пути на звёздной карте. См. также рис.2. полоса, тянущаяся сквозь все небо, рис. 3.

§2. Главное движение и главное изменение на небе Главное движение - суточное. Наблюдения свидетельствуют, что любая звезда за 23ч56м04с описывает на небе полную окружность (называемую суточной параллелью). Центры таких окружностей лежат на невидимой прямой, которая называется осью мира. Северная часть этой оси проходит вблизи звезды Полярной в направлении точки, называемой северным полюсом мира (точка Р на рис.4). Суточное движение звёзд имеет ту же природу, что и движение окружающих предметов с точки зрения наблюдателя, сидящего на вращающемся кресле. В данном случае роль кресла играет вращающаяся Земля. Ось мира, упомянутая выше, параллельна оси вращения Земли и проходит через глаз наблюдателя. Наибольшая из суточных параллелей называется небесным экватором. Он параллелен экватору Земли. Линию горизонта небесный экватор пересекает в точках востока и запада. Более точные определения приводятся в главе VII. Главное изменение - это изменение в условиях наблюдения звездного неба с периодом в один год. Оно проявляется в том, что в каждые следующие сутки момент прохождения звезды через не8

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Рис. 4.

Рис. 5.

бесный меридиан наступает на 4м раньше. Например, если сегодня некоторая звезда поднимается выше всего над горизонтом в 20ч, то спустя 10 суток это произойдёт в момент 20 ч 10 × 4м=19ч20м. Причину этого можно понять из рис.5. Движение Земли по ее орбите приводит к смещению Солнца на фоне звезд (с 9

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

точки зрения земного наблюдателя) с периодом в один год. За сутки это смещение (навстречу суточному движению звезд) составляет приблизительно 3600/365 ≈ 10. Этому углу соответствует во времени запаздывание на 4м (Солнца относительно звезд).

§3. Звезды При внимательном разглядывании звезда представляется светящейся точкой, иногда с расходящимися лучами. Явление лучей связано с особенностью зрения и не имеет отношения к физической природе звезды. Любая звезда - это удаленное от нас солнце. Ближайшая из звезд - Проксима - находится в 270000 раз дальше от нас, чем Солнце. Самая яркая звезда неба Сириус в созвездии Большой Пёс, расположенная на расстоянии 8 × 10 13км, имеет примерно такую же яркость, как и 100-ваттная электрическая лампочка на расстоянии 8 км (если не учитывать ослабление света в атмосфере). Но для того, чтобы лампочка была видна под таким же углом, под которым виден диск далёкого Сириуса, ее диаметр должен быть равен 1 мм! При хорошей видимости и нормальном зрении над горизонтом одновременно можно увидеть около 2500 звёзд. Имеют собственные имена 275 звезд, например, Алголь, Альдебаран, Антарес, Альтаир, Арктур, Бетельгейзе, Вега, Гемма, Дубхе, Канопус (вторая по яркости звезда), Капелла, Мицар, Полярная (путеводная звезда), Регул, Ригель, Сириус, Спика, Сердце Карла, Тайгета, Фомальгаут, Шеат, Этамин, Электра и др. Вопрос, сколько звезд в данном созвездии, лишен смысла, так как ему недостает конкретности. Для ответа необходимо знать остроту зрения наблюдателя, время, когда ведутся наблюдения (от этого зависит яркость неба), высоту созвездия (у горизонта трудно обнаружить слабую звезду из-за атмосферного ослабления света), место наблюдения (в горах атмосфера чище, прозрачнее - поэтому видно больше звезд) и т.д. В среднем на одно созвездие приходится примерно 60 звезд, наблюдаемых невооруженным глазом (у Млечного Пути и в больших созвездиях больше всего). Например, в созвездии Лебедь можно насчитать 10

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

до 150 звёзд (область Млечного Пути); а в созвездии Лев - только 70. В небольшом созвездии Треугольник видно всего 15 звезд. Если же учитывать звезды до 100 раз более слабые, чем самые слабые звезды, ещё различимые зорким наблюдателем, то в среднем на одно созвездие будет приходится около 10000 звезд. Звезды различаются не только по их яркости, но и по цвету. Например, Альдебаран (созвездие Телец), Антарес (Скорпион), Бетельгейзе (Орион) и Арктур (Волопас) - красные, а Вега (Лира), Регул (Лев), Спика (Дева) и Сириус (Большой Пёс) - белые и голубоватые. Звезды мерцают. Это явление хорошо заметно у горизонта. Причина мерцания - оптическая неоднородность атмосферы. Прежде, чем попасть в глаз наблюдателя, свет звезды пересекает в атмосфере множество мелких неоднородностей. По своим оптическим свойствам они похожи на линзы, концентрирующие или рассеивающие свет. Непрерывное перемещение таких линз и является причиной мерцания. Причину изменения цвета при мерцании поясняет рис.6, из которого видно, что синий (с) и красный (к) свет от одной и той же звезды перед тем, как попасть в глаз наблюдателя (О), проходит в атмосфере неравные пути. Это - следствие неодинакового преломления в атмосфере синего и красного света. Несогласованность колебаний яркости Рис. 6. (вызванных разными неоднородностями) приводит к разбалансировке цветов. В отличие от общего мерцания, цветовое можно заметить только у звезд близких к горизонту. У некоторых звезд, названных переменными звездами, изменения яркости происходят гораздо более медленно и плавно, чем при мерцании, рис. 7. Например, звезда Алголь (Дьявол) в 11

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

созвездии Персей меняет свою яркость с периодом 2,867 суток. Причины “переменности” звезд многообразны. Если две звезды обращаются вокруг общего центра масс, то одна из них может периодически закрывать другую (случай Алголя). Кроме того, некоторые звезды меняют яркость в процессе пульсации. У других звезд яркость изменяется при Рис. 7. взрывах на поверхности. Иногда взрывается вся звезда (тогда наблюдается сверхновая звезда, светимость которой в миллиарды раз превосходит солнечную). Движения звезд друг относительно друга со скоростями в десятки километров в секунду приводят к постепенному изменению звездных узоров на небе. Однако продолжительность жизни человека слишком мала, чтобы такие изменения удалось заметить при наблюдениях невооружённым глазом.

§4. Планеты Похожие на звезды светила, перемещающиеся относительно звёзд и не мерцающие, были известны ещё в глубокой древности под названием “планеты”. Они всегда наблюдаются только в поясе зодиака. Перемещение одной из них на фоне звёзд в течение нескольких месяцев показано на рис.8. Из планет самая яркая - Венера. Она видна иногда даже на

Рис. 8. 12

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

фоне темно-голубого вечернего (или утреннего) неба, когда другие светила (кроме Луны) ещё или уже не видны. Со времен Николая Коперника (XVI век) перемещения планет на небе стали объяснять, как отражение двух движений: 1 - самой планеты вокруг Солнца по почти круговой орбите и 2 - земного наблюдателя (тоже вокруг Солнца). Петлеобразные траектории существуют лишь с точки зрения наблюдателя, находящегося на Земле. Если его мысленно поместить на Солнце, то все планеты, включая Землю, с разными скоростями будут двигаться всегда в одну и ту же сторону вблизи линии, проходящей вдоль пояса зодиака (см. ниже). При этом Меркурий, ближайший к Солнцу, совершит полный оборот за 88 суток, Венера - за 225 суток, Земля - за 365 суток (округлённые значения) и т.д. Все известные большие планеты, в том числе, Уран, Нептун и Плутон, не наблюдаемые невооруженным глазом, схематически показаны на рис.9 в порядке их удаления от Солнца. Вблизи прерывистой линии расположен пояс астероидов, разделяющий планеты земной группы и планеты-гиганты группы Юпитера.

Рис. 9. Порядок расположения планет. В кружках орбитальные периоды даны в сутках, в прямоугольниках - в годах. 13

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Перемещаясь на фоне звезд (при наблюдениях с Земли), планеты меняют свою яркость. Под яркостью здесь понимается сила зрительного ощущения, определяемая количеством световой энергии, поступающей за единицу времени на единицу площади. Яркость планеты определяется отражательными свойствами ее поверхности (или облачного слоя), расстояниями от Солнца и Земли, а также тем, как наблюдается с Земли дневная сторона планеты (обращенная к Солнцу). Если разные части планеты по-разному отражают солнечный свет, то яркость изменяется по мере поворота планеты вокруг ее оси. Наконец, в случае Сатурна следует учесть существование кольца, которое иногда наблюдается с ребра и в эти периоды не увеличивает яркость (для невооруженного глаза Сатурн с опоясывающим его кольцом - светящаяся точка). Венера - третье по яркости светило (после Солнца и Луны). К Солнцу она в 1,38 раза ближе, чем Земля, и поэтому не отходит от него дальше 480. Она не видна в полночь (за исключением околополярных областей Земли). Юпитер же иногда виден всю ночь. При отсутствии Луны и Венеры он обычно превосходит по яркости все остальные светила - “царь неба”. По цвету он почти неотличим от Венеры. Марс резко выделяется среди планет своим красным цветом. Если все наблюдаемые невооруженным глазом планеты расположить в порядке перехода от красного цвета к голубому, включив в этот ряд и Землю, наблюдаемую из космоса, то получится такая последовательность: Марс, Сатурн, Меркурий, Юпитер, Венера и Земля. Еще одна особенность Марса - очень широкий диапазон значений его яркости. Если обозначить через γ отношение максимальной яркости планеты к минимальной за большой срок, то получатся значения, приведенные в следующей таблице: γ Планета Венера 4,5 Ма рс 79 Юпитер 3,3 Сатурн 4,8 Максимальная яркость Марса бывает в периоды, когда он находится ближе всего к Солнцу и к Земле. Такое случается во время 14

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

“великих противостояний”, повторяющихся через 15 - 17 лет. На рис.10 соответствующие положения Марса и Земли обозначены А1 и Т1. Минимальная же яркость получится, когда Марс и Земля располагаются по разные стороны от Солнца на своих наибольших расстояниях от него. Великие противостояния Марса бывают в августе и сентябре. Рис. 10. Обычные же противостояния, происходящие через каждые 780 суток (синодический период Марса) могут быть в любом другом месяце. Во время противостояния планеты (более далекой от Солнца, чем Земля) она наблюдается выше всего над горизонтом ровно в полночь (Солнце глубже всего погружается под горизонт). Почему планеты наблюдаются только в зодиакальных созвездиях? Причина в том, что плоскости планетных орбит вокруг Солнца почти совпадают с плоскостью орбиты Земли (исключением является Плутон). При наблюдении с Земли планета всегда располагаются вблизи линии пересечения этой плоскости с небесной сферой (см. главу VII), то есть вблизи эклиптики, которая и является средней линией пояса зодиака. Поэтому планета всегда находится в одном из следующих созвездий: Рыбы, Овен, Телец, Близнецы, Рак, Лев, Дева, Весы, Скорпион, (Змееносец), Стрелец, Козерог и Водолей. Название, заключенное в скобки, относится к созвездию, границы которого после их изменения в 20-е годы 20-го века стала пересекать эклиптика. Однако, ввиду того, что планеты могут на несколько градусов отходить от эклиптики, они иногда на небольшое время заходят в созвездия Кит, Секстант и Орион. Чем ближе планета к Солнцу, тем быстрее она перемещается по своей орбите. Это видно из рис.10, на котором выделены дуги орбит двух планет, проходимые за одно и то же время. 15

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

С точки зрения земного наблюдателя разные планеты время от времени сближаются друг с другом. Иногда угловое расстояние между ними составляет десятые доли градуса. Такие случаи привлекают особое внимание наблюдателей.

§5. Кометы и метеоры В отличие от звезд и планет, которые невооруженный глаз воспринимает как светящиеся точки, комета наблюдается в виде удлиненного пятнышка, в котором при внимательном изучении можно разглядеть относительно яркое сгущение - “голову” и конусообразный “хвост”. При помощи телескопа ежегодно обнаруживают 5-10 комет, но редко какая-нибудь из них настолько яркая, что доступна наблюдению невооруженным глазом. Как и планеты, кометы движутся вокруг Солнца. Но в отличие от планетных орбит траектории движения комет обычно сильно вытянутые. Периоды обращений вокруг Солнца заполняют интервал от нескольких лет (комета Энке - 3,28 года) до нескольких тысяч лет (комета Хейла-Боппа - 3000 лет). Ядро кометы, из которого выходят струи газа, плазмы и пыли тем более интенсивные, чем ближе к Солнцу подходит комета, представляет собой огромный (от километра до десятков километров в диаметре) снежный ком. Он состоит из молекул, содержащих водород, кислород (например, H2O), углерод и азот, а также из пыли, которая улетучивается по мере сублимации льда (то есть при переходе в газообразное состояние под действием излучения Солнца). В ядре имеются и более крупные твердые частицы. Под действием солнечного светового давления плазма, газ и пыль, истекающие из ядра, образуют хвост длиною в миллионы и десятки миллионов килоРис. 11. метров, направленный прочь от 16

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Солнца (рис.11). Достаточно крупные пылинки и камешки постепенно распределяются вдоль кометной орбиты. Если она пересекает орбиту Земли, то в определенное время года, когда Земля близка к соответствующей точке пересечения, можно наблюдать множество метеоров (“падающих звезд”). Метеор - это не что иное, как световое явление (на высотах 80 - 120 км), возникающее при вторжении в земную атмосферу метеорного тела - частички бывшей кометы. Частицы настолько малы, что они полностью разрушаются, не успевая достичь поверхности Земли. Они дают знать о себе внезапно появляющейся и быстро исчезающей полоской света. Если такие полоски изобразить на звёздной карте, то окажется, что их линии пересекутся приблизительно в одной и той же точке. Ее называют радиантом метеорного потока, рис.12. В среднем, после полуночи метеоры наблюдаются в два раза чаще, чем в первой половине ночи. Одно из объяснений состоит в том, что во втором случае явление метеора вызывают метеороиды, догоняющие Землю (при ее движении вокруг Солнца). Относитель-

Рис. 12. ная скорость частиц при вхождении в атмосферу меньше, чем в том случае, когда они движутся навстречу Земле (так бывает после полуночи). Кроме того, как показывают наблюдения, больше всего метеоров появляется с июля по ноябрь. Методом радиолокации метеоры (а точнее, ионизированный воздух метеорного следа) можно наблюдать и в дневное время. Невооруженным глазом такие метеоры можно было бы заметить только во время полного солнечного 17

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

затмения. Метеоры, не уступающие в яркости молодой Луне, называют болидами. Их, в принципе, можно наблюдать в любое время суток, но встречаются они очень редко. Полёт метеорного тела, вызывающего явление болида, в некоторых случаях заканчивается падением метеорита. Чтобы облегчить его поиски, следует засечь максимальную угловую высоту болида над горизонтом и запомнить направление на точку пересечения траектории болида с горизонтом. Явление болида иногда сопровождается звуковыми эффектами (постепенно затухающий гром, иногда - шелест). Наиболее яркие болиды обычно связаны с крупными метеороидами, прилетающими из пояса астероидов. Метеоры, не входящие в известные метеорные потоки, называют спорадическими. Ниже приводятся примеры метеорных потоков. Кассиопеиды. Радиант находится в созвездии Кассиопея. Наибольшая активность приходится на 28 июля. Персеиды. Персей - 11-12 августа. Авригиды. Возничий - 30 августа. Ориониды. Орион - 22 октября. Геминиды. Близнецы - 13 декабря. Существует поверье, что если успеть загадать желание пока наблюдается метеор, то оно обязательно исполнится. Метеор как бы проверяет силу желания. Если экзамен выдержан, то тем самым подтверждается решимость бороться за исполнение желания. Но очень трудно бывает успеть вспомнить и проговорить желание за те доли секунды, пока длится явление метеора.

§6. Луна Из всех светил Луна - наиболее подходящий объект для наблюдений невооруженным глазом. На Солнце невозможно смотреть без защитного фильтра, а его диск, неизменно круглый (вдали от горизонта), обычно беден деталями. Другие светила выглядят светящимися точками за исключением редко появляющихся ярких комет, метеоров и едва различимого пятна туманности в созвездий Андромеда. 18

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Луна же предстаёт перед наблюдателем в разных обличьях благодаря смене фаз, она дает возможность любоваться ее пепельным светом, а находясь у горизонта, поражает своими большими размерами. Луну можно увидеть и очень яркой (в полнолуние) и совершенно черной (в моменты солнечных затмений), и кирпично-красного цвета, когда она попадает в тень Земли или когда находится у горизонта. На рис.13 показаны четыре положения Луны (L1-L4) на ее орбите вокруг Земли (Т); В и С - точки пересечения этой орбиты с плоскостью орбиты Земли. Солнце находится справа на расстоянии в 400 раз превышающем радиус лунной орбиты и на рисунке не показано. При движении системы Земля-Луна вокруг Солнца угол меж-

Рис. 13. ду отрезками ВС и ТL1 непрерывно изменяется. Если Луна находится в точке L1, то она обращена к Земле своим ночным полушарием и наблюдается новолуние. Если при этом точка L1 располагается вблизи одной из точек В или С, то на Земле происходит затмение Солнца. Если же в момент новолуния линия ВС перпендикулярна направлению на Солнце, то угол между последним и направлением с Земли на Луну достигает приблизительно 10 угловых диаметров Солнца. При отсутствии помехи со стороны яркого дневного неба в этот момент был бы виден тончайший серпик дневного полушария Луны. Точки лунной орбиты L2, L3 и L4 соответствуют первой чет19

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

верти, полнолунию и последней четверти. В первом и последнем случаях с Земли видна половина дневного полушария Луны. Очевидно, своей выпуклостью серп Луны направлен на Солнце. Интервал времени между последовательными новолуниями в среднем равен 29,53 суток. Но отсюда не следует, что от новолуния до полнолуния проходит ровно 14,765 суток. Реальное значение этого интервала может отличаться от приведенного выше более, чем на сутки, поскольку Луна движется по своей орбите неравномерно. На рис.14 отрезок орбиты L1А L3 Луна проходит за время, большее 14,765 суток (вытянутость орбиты преувеличена). Но угол между отрезками АР и L1L3 изменяется при движении системы Земля-Луна вокруг Солнца. Луну принято называть “молодой” в период от новолуния до полнолуния и “старой” - от полнолуния до следующего новолуния. В первом случае лунный лимб направлен выпуклостью вправо, а терминатор находится слева; во втором случае лимб и терминатор меняются местами (рис.15). Таким образом, лимб Рис. 14. старой Луны похож на букву “С”. Наблюдения свидетельствуют, что в течение месяца Луна движется на фоне звезд справа налево (если наблюдать из пунктов, расположенных севернее географической широты 28,60; для пунктов, расположенных южнее широты - 28,60 - слева направо; в промежуточных пунктах могут встретиться оба случая). Относительно Солнца Луна тоже движется справа налево, возвращаясь к нему каж-

Рис. 15. 20

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

дые 29,53 суток (синодический месяц). При этом она всегда находится вблизи эклиптики и лишь изредка выходит за пределы зодиакальных созвездий. Особенность суточного смещения Луны относительно Солнца поясняет рис.16. Чем дальше Луна отходит от Солнца, тем больше расстояние S между средними точками лимба и терминатора. Существует поверье: “Если молодой месяц стоит прямо или слегка наклоняется, последуют ясные дни”. Возможно, оно имеет под собой реальную основу. На рис.17 показаны положения эклиптики (см.Гл.VII) в моменты весеннего (21 марта) и осеннего (23 сентября) равноденствий при заходе Солнца. Показан также небесный экватор, приблизительно соответствующий суточной параллели Сол-

Рис. 16. нца в эти периоды. Можно заметить, что серп молодого месяца стоит почти прямо при заходе Солнца осенью. В остальное время видимости, двигаясь параллельно небесному экватору, он остаётся очень близким к горизонту. Весною же, находясь в той же фазе, Луна поднимается над горизонтом высоко и её серп сильнее наклонён к

Рис. 17. 21

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

От Солнца

горизонту, чем осенью. Следовательно, в приведенном поверье речь идёт об осеннем молодом месяце (именно осенью серп стоит почти прямо). Будучи весьма тусклым и располагаясь у самого горизонта (а значит лунный свет сильно ослабляется атмосферой), такой месяц может привлечь к себе внимание только при очень хорошей прозрачности воздуха. Но ясные дни (и ночи) обычно идут сериями. Поэтому вполне вероятно, что если сегодня настолько ясное небо, что виден тусклый, прямо стоящий молодой месяц, то оно будет таким же и в последующие дни. Поверхностная яркость нашего спутника (точнее, его видимого с Земли дневного полушария) возрастает от новолуния к полнолунию, затем убывает к следующему новолунию. В среднем эта яркость при полнолунии в 6 раз больше, чем в первой и третьей четвертях. Объяснение следующее: при полнолунии не видны тени от неровностей лунного рельефа, так как источник света (Солнце) находится за спиной наблюдателя; при других фазах тени занимают значительную часть поверхности, уменьшая ее яркость, рис.18. Причиной пепельного света Луны является солнечный свет, вначале отразившийся от Земли (и изменивший при этом свой цвет), а затем осветивший ночное полушарие Луны, рис.19. Пепельный свет имеет серо-голубой цвет. Удивительное зрелище представляет Земля, наблюдаемая с Луны. Во-первых, она почти неподвижно “висит” на одном и том же месте на черном небе Луны. Этим она отличается от звезд, планет

Рис. 18. и Солнца, которые движутся, хотя и медленно (от восхода до захода этих светил проходит около двух недель). Во-вторых, угловая пло22

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

щадь диска Земли на лунном небе в 13,3 раза больше площади лунного диска на земном небе. Кроме того, поверхностная яркость Земли

Рис. 19. больше (и намного), чем у Луны. В итоге, лунный фонарик (Земля) светит в среднем в 37 раз сильнее, чем земной (Луна). В третьих, вид Земли изменяется не только из-за изменения условий освещения Солнцем той половины, которая обращена к Луне (между лунными и земными фазами существует обратная зависимость: полнолунию соответствует новоземлие и т.д.). Земля вращается вокруг оси так, что с Луны можно видеть то материки, то океаны, то светлые, то темные участки поверхности Земли. Отсюда следует, что яркость пепельного света должна существенно изменяться со временем. Наблюдения это подтверждают. Чем тоньше лунный серп, тем шире земной серп, наблюдаемый с Луны, и тем ярче пепельный свет. Благодаря ему в полевой бинокль на ночном полушарии нашего спутника можно легко разглядеть лунные “моря” и крупные кратеры. Возможно, при идеальных условиях наблюдений это доступно и невооруженному глазу. Видимые (угловые) размеры Луны. Двигаясь вокруг Земли по вытянутой орбите Луна изменяет свои угловые размеры. Так, в перигее (см. Гл.VII) её угловой диаметр в 1,12 раза (а угловая площадь в 1,25 раза) больше, чем в апогее. Однако, у горизонта Луна кажется в несколько раз большей, чем тогда, когда она находится высоко над нами. Иллюзорность этого явления подтверждают результаты измерений поперечного диаметра лунного диска при разных его положениях относительно горизонта. При отсутствии угломерных инструментов можно воспользоваться, например, спичкой, отмеряя тот 23

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

ее отрезок, который на расстоянии вытянутой руки точно соответствует диаметру Луны. Иллюзорное увеличение видимого размера у горизонта наблюдается также у Солнца и созвездий. Объяснил это явление еще Птолемей (2-ой век нашей эры). Оно связано с особенностью восприятия человеком удаленных объектов, расположенных у горизонта. Другие явления, имеющие отношение к Луне, рассматриваются в §7.

§7. Солнце Общий вид. Слепящий свет препятствует наблюдениям Солнца невооруженным глазом. Но при заходе или восходе, когда солнечный диск касается горизонта, наблюдения можно вести без труда. В этих случаях атмосфера играет роль защитного фильтра. Однако, ослабляя свет, этот фильтр искажает цвет светила (делая его красным) и деформирует диск (сплющивая его в вертикальном направлении). Сплющивание объясняется тем, что изза преломления света в атмосфере, плотность которой убывает с высотой, любой луч представляет собой кривую, вогнутостью своей обращенную вниз (рис.20). Следствием этого является увеличение угловой высоты светила над горизонтом, тем более значительное, чем ближе светило к горизонту. Солнечный диск можно представить в виде совокупности светящихся точек. Нижняя точка истинного солнечного диска благодаря рефракции (т.е. преломлению света) приподнимается сильнее, чем верхняя. Поэтому солнечный диск деформируется (рис.21) Как видно из рисунка, вследствие атмосферной рефракции у горизонта солнечный диск приподнимается больше, чем на величину своего углового диметра равного 32′ . Это явление существенно влияет на продолжительность дня. В момент начала или конца дня верхний край солнечного диска касается снизу горизонта (рис.22). Здесь имеется в виду тот диск, который видит наблюдатель. При этом центр истинного солнечного диска находится под горизонтом 24

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Рис. 20. 1 - луч, идущий от зенита (он не искривляется), 2 и 3 - лучи от далёкого светила, причём, при отсутствии атмосферы в глаз наблюдателя попал бы луч 2, при наличии её туда попадает искривлённый луч 3 и наблюдатель воспринимает его идущим из направления 4. на глубине 35′ + 16′ = 51′ , где 35′ и 16′ соответственно угол рефракции на горизонте и угловой радиус Солнца. В результате, продолжительность дня увеличивается по сравнению с тем, что ожидаРис. 21. Сплошной овал контур видимого диска, прерывистая окружность контур истинного диска (он находится целиком под горизонтом АВ). лось бы при нулевом угловом диаметре и отсутствии атмосферной рефракции. В марте и сентябре день увеличивается приблизительно на величину ∆t =

6,8м , cosϕ

где ϕ - географическая широта пункта (см. Гл.VII). Например, на экваторе и в Пскове величина ∆t в марте и Рис. 22. Солнце в момент сентябре соответственно равна 6,8 м и его захода. 25

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

12,8 м . Таким образом, утверждение, что на экваторе всегда день

равен ночи - неточное. Для ослабления блеска Солнца применяют темный светофильтр. Им может служить кусок стекла, закопченного на пламени свечи, защитное стекло, применяемое при электросварке, или кусочек засвеченной, но непроявленной фотопленки. Солнечный диск наблюдается как круг с очень четким, резким краем. Тот полупрозрачный слой солнечной атмосферы, из которого исходит наблюдаемый свет (фотосфера), имеет полутолщину всего 300 км, тогда как радиус Солнца равен 696000 км. Поэтому спад яркости на самом краю диска происходит в колечке, ширина которого меньше 1′′ . Между тем, разрешающая способность человеческого зрения составляет около 1′ . Защитный светофильтр окажется незаменимым при наблюдении солнечных затмений. Ниже рассматриваются некоторые обстоятельства, связанные с затмениями. Если бы плоскости орбит Луны вокруг Земли и Земли вокруг Солнца совпадали, то затмения происходили бы при каждом новолунии - в тропической зоне и вблизи нее. На самом деле угол между этими плоскостями составляет 5,10 и для затмения необходимо, чтобы новолуние случилось в момент, когда Луна располагается вблизи линии пересечения упомянутых плоскостей (вблизи линии узлов). В течение года такие условия выполняются от двух до пяти раз. Столько же раз затмения и происходят, причем они бывают частными (при прохождении по солнечному диску Луна не закрывает его полностью и не оказывается внутри него), полными (в течение нескольких минут или долей минуты лунный диск полностью перекрывает солнечный) и кольцеобразными (лунный диск целиком находится внутри солнечного, но не закрывает его полностью), рис.23. В каком-нибудь определенном пункте солнечные затмения наблюдаются гораздо реже, чем на всей Земле. Например, в данном пункте полное затмение случается один раз в 200 - 400 лет, так как диаметр лунной тени на поверхности Земли не превосходит 270 км. Частные затмения происходят гораздо чаще, но во многих случаях, 26

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

большинство людей их не замечает. Дело в том, что смотреть на Солнце незащищенным глазом трудно и опасно. Но даже, если на краткое время взглянуть на него, то можно и не заметить (будучи ослепленным) надвигающегося диска Луны, если фаза затмения (максимальная доля солнечного диаметра, закрытая Луной) не больше 0,4 - 0,5. Продолжительность затмения ∆t определяется как интер-

Рис. 23. 1 - положения участков Земли, где было или будет полное солнечное затмение, спсобное превратиться в кольцеобразное, 2 - область полных затмений, 3 - область кольцеобразных затмений, 4 - область частных затмений Солнца. Такие же номера присвоены изображениям соответствующих видов затмений. вал между первым и последним касанием Солнца диском Луны. Максимальную фазу затмения можно рассчитать по приближенной формуле: Ф = 2 − 4 − 0,908( ∆t ) 2 .

Здесь величина ∆t , выраженная в часах, не больше 2,1. Среди лунных затмений, которые могут происходить при полнолуниях, различают полные и частные, теневые и полутеневые затмения. При теневом затмении Луна видна лишь благодаря солнечному свету, преломленному в земной атмосфере, рис.24. Лучи, проходящие у самой поверхности Земли, преломляются так сильно, что Луны не достигают. Чем больше минимальное расстояние солнечных лучей от поверхности Земли, тем слабее они преломляются (во все более разреженных слоях атмосферы) и тем даль27

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

ше отстоит от центра Земли точка, в которой они концентрируются. Но при разных затмениях Луна находится на разных расстояниях от Земли (из-за вытянутости лунной орбиты). Это - одна из причин, почему окраска диска Луны меняется от затмения к затмению. Цвет этого диска зависит от того, как сильно рассеивается и ослабляется коротковолновая составляющая солнечного света на разных высо-

Рис. 24. тах. Нередко солнечные и лунные затмения служат поводом для распространения суеверий среди людей, не изучавших астрономию. В настоящее время такие суеверия пытаются оживить астрологи. Полезно знать, что “кровавый” цвет Луны вовсе не является предвестником каких-то бедствий. Он имеет то же объяснение, что и красный цвет заходящего или восходящего Солнца. В момент лунного теневого затмения лунный наблюдатель как раз и видит Солнце у земного горизонта, причём искаженное рефракцией изображение светила предстает в виде тончайшего яркокрасного кольца, опоясывающего диск Земли, повернутой к наблюдателю своей ночной стороной.

28

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Глава II Население космоса §1. Как изучают космос? Возможности зрения многократно усиливаются и обогащаются благодаря применению телескопов и радиотелескопов, фотографии и электроники. Самые большие наземные телескопы имеют мозаичные зеркала диаметром в 10 метров (обсуждаются проекты создания и гораздо больших инструментов). Их устанавливают в горах, в тех местах Земли, где атмосфера особенно прозрачна. Вогнутые зеркала (с системами линз) концентрируют излучение на небольшой площади приемника излучения (глаз, фотографическая пластинка, электрофотометр, спектрограф и т.д.). Применяя длинные экспозиции при фотографировании, можно изучать светила в миллионы раз более слабые, чем те, которые еще доступны невооружённому глазу. Сопоставляя результаты наблюдений в разное время, можно изучать движения звезд, находить расстояния до них, исследовать изменения блеска и положения линий в спектрах переменных и двойных звезд. В последние 50 лет результаты оптических наблюдений существенно дополняются наблюдениями в радиодиапазоне. Еще один источник данных о космосе появился благодаря успехам космонавтики (4 октября 1957 года - международно признанная дата начала космической эры). Весьма эффективным оказался телескоп имени Хаббла, обращающийся вокруг Земли за пределами её атмосферы. В поле зрения этого телескопа с диаметром зеркала 2,4 м оказывается в разное время практически любая область неба. Благодаря отсутствию помех со стороны земной атмосферы этот телескоп по своим возможностям не уступает крупнейшим телескопам, установленным на поверхности Земли. Космические летательные аппараты (КЛА) проводили исследования поверхностей Луны, Марса, атмосфер Юпитера, Венеры, а также других планет (в том числе, астероидов), их спут29

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

ников, комет и атмосферы Солнца при пролёте на небольших расстояниях от них. При помощи лунных экспедиций и возвращаемых автоматических станций на Землю доставлены образцы пород из разных участков поверхности нашего спутника. Весь поток получаемой таким путём космической информации обрабатывается и анализируется при помощи быстродействующих компьютеров. В частности, без такой помощи было бы очень трудно строить модели звездных систем и самих звезд.

§2. Ближайшие объекты космоса Время от времени мимо Земли проносятся метеороиды (тела с поперечником до одного километра) и кометы. Некоторые из них падают на Землю. Из более крупных космических объектов ближайшим является наш постоянный спутник - Луна. Она практически полностью лишена атмосферы и воды (хотя не исключена возможность того, что в полярных областях Луны на дне некоторых кратеров, куда ни разу не падал солнечный свет, имеется небольшое количество льда). Период обращения Луны вокруг Земли, составляющий около четырех недель, в точности равен периоду её вращения вокруг оси. Поэтому Луна всегда повернута к нам одной и той же стороной (вокруг Земли и вокруг оси Луна вращается против часовой стрелки, если наблюдать, поднявшись над северным полюсом Земли). Причина этого - земная гравитация, вызывающая приливы в теле Луны и еще в далеком прошлом затормозившая вращение нашего спутника. Всё же наблюдениям с Земли доступно не 50 % площади поверхности Луны, как можно было бы ожидать, а 59 %. Объяснение состоит в том, что вращение Луни вокруг оси равномернее, а вокруг Земли (по эллиптической орбите) неравномерное. Обратная сторона Луны, недоступная для наблюдений с Земли, оказалась более светлой и гористой, чем видимая сторона (по данным, полученным при помощи КЛА). Невооруженным глазом на Луне можно разглядеть светлые и тёмные пятна. Их назвали соответственно материками и моря30

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

ми (хотя воды в этих “морях” нет). Уже в небольшой телескоп или даже в бинокль можно увидеть множество кратеров. Кратер представляет собой кольцевой вал, окаймляющий несколько пониженную обычно ровную поверхность; в центре кратера часто наблюдается горка. Самые крупные кратеры имеют в поперечнике сотни километров и число кратеров быстро растет при уменьшении размеров. Крупных кратеров в расчете на единицу площади больше всего в материковых областях. Мелкие и мельчайшие кратеры встречаются одинаково часто везде. Кроме материков, морей и кратеров на Луне существуют и другие образования: горные хребты (обычно на окраинах морей), “валы”, “борозды” и др. В названиях многочисленных кратеров запечатлена история наук (“Коперник”, “Кеплер”, “Дарвин”, “Циолковский”, “Павлов” и др.) Названия горных хребтов такие же, как и на Земле (“Алтай”, “Кавказ”, “Альпы” и др.) По впечатлениям людей, побывавших на Луне, ее притяжение, в шесть раз более слабое, чем на Земле, приятнее невесомости. Более удобным, чем ходьба, способом передвижения являются прыжки. Вещество лунной поверхности наряду с микроскопически малыми стеклянными шариками содержит частицы с острыми краями, из-за чего рабочие поверхности инструментов быстро стираются. Относительное содержание в лунном веществе главных химических элементов (кислорода, кремния и алюминия) почти такое же, как и в земной коре. Существуют отличия от Земли по минералогическому составу, так как на Луне отсутствуют атмосфера, жидкая вода и биосфера. Видимое полушарие Луны, каким оно наблюдается в небольшой телескоп, с обозначениями некоторых образований поверхности показано на рис.25 фотовкладки. Числовые данные о Луне приводятся в Гл.IV. У Земли имеются ещё и пылевые спутники (облака Кордылевского). Их очень трудно обнаружить на земном небе, так как плотность пыли там ничтожно мала. Одно облако опережает Луну на 60 0, другое на столько же отстает (облака находятся вблизи лунной орбиты). 31

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

§3. Солнечная система Система Земля-Луна входит в состав Солнечной системы, основная масса которой сосредоточена в Солнце. Солнце является центром всех движений (в том числе и спутников планет, которые вращаясь вокруг планет, вместе с последними движутся вокруг Солнца). Именно благодаря солнечной гравитации система не распадается, а существует уже около 5 млрд. лет. В состав системы входит 9 больших планет, многие тысячи малых планет - астероидов, метеорные тела и кометы. Об относительных размерах планет можно судить по рис.26, на котором астероиды изображались бы точками.

Рис. 26. Относительные размеры больших планет на фоне солнечного диска. Средние расстояния больших планет от Солнца удовлетворяют приближенной формуле Тициуса - Бодэ: r = 0,4 + 0,3 ⋅ 2 n − 2 ,

где расстояние выражено в астрономических единицах (1а.е.=149,6 × 106 км) и величина n - порядковый номер планеты, считая от Солнца (Венера - 2, Земля - 3, Марс - 4, средняя линия пояса астероидов - 5, Юпитер - 6, Сатурн - 7 и Уран - 8). Для Меркурия, Нептуна и Плутона, не удовлетворяющих этой зави32

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

симости, округленные значения величины r равны соответственно 0,4, 30 и 39. Если через i обозначить угол между плоскостями орбит Земли и планеты, то окажется, что наибольшие значения величины i достигаются у Плутона (17,20) и Меркурия (7,00). Для остальных 6 планет среднее значение величины i равно 1,950. Плоскость экватора Солнца составляет с плоскостью орбиты Земли угол 7,250, причем Солнце вращается в ту же сторону, что и Земля с другими планетами. Такая особенность солнечной системы может свидетельствовать о том, что Солнце и планеты имеют общее происхождение. Вблизи Солнца расположены относительно небольшие, плотные планеты (верхний ряд на рис.26). Это планеты группы Земли. У них атмосферы либо отсутствуют (Меркурий), либо занимают небольшую долю всего объема планеты. Остальные планеты (кроме астероидов и Плутона) принадлежат к группе Юпитера. Их средняя плотность существенно меньше, чем у планет группы Земли. Например, у Сатурна она в 7,8 раза меньше средней плотности Земли. Обширные атмосферы этих планет состоят, в основном, из водорода и гелия. Среди четырех планет, ближайших к Солнцу, только у Земли имеется спутник с диаметром большим 1000 км (Луна). У Юпитера таких спутников - четыре, у Сатурна - пять, у Урана - четыре и у Нептуна - один. Орбиты планет земной группы и группы Юпитера в разных масштабах показаны на рис.27 и 28. На первом из них прерывистой линией показана орбита гипотетической малой планеты после усреднения элементов орбит 10 самых крупных астероидов, причем усреднение выполнено с использованием весового множителя, пропорционального объему астероида. Для типичного астероида среднее расстояние от Солнца получилось равным 2,73 а.е., тогда как по формуле Бодэ при n = 5 расчет дает значение 2,8 а.е. (близкое к наблюдаемому). Такое совпадение свидетельствует в пользу существования в прошлом планеты, впоследствии расколовшейся. 33

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Рис. 27.

Рис. 28. Названия больших планет известны почти всем. Труднее заполнить их в порядке удаления планет от Солнца. Легче запомнить два слова неизвестного языка: МЕВЕЗЕМА и ЮСУНП. Богатые сведения о планетах получены при помощи КЛА. Вероятно, в Солнечной системе жизнь существует только на Земле. Меркурий лишён атмосферы и воды. Мощная атмосфера Венеры почти вся состоит из углекислого газа. Присутствие его яв34

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

ляется причиной сильного парникового эффекта, благодаря которому у поверхности планеты температура составляет +4700С. Здесь жизнь невозможна. Мало надежд на обнаружение высоко развитой жизни на Марсе (отсутствие жидкой воды, очень разреженная и холодная атмосфера, в которой найдены лишь следы кислорода). Внутренние оболочки планет-гигантов практически не исследованы. При помощи спектрального анализа (и КЛА - в случае Юпитера) в атмосферах этих планет обнаружены водород и гелий (основные элементы), а также метан, аммиак и пары воды. Следовательно, имеется необходимый строительный материал для образования сложных органических соединений (водород, кислород, углерод и азот). Планеты-гиганты излучают больше энергии, чем получают от Солнца, находясь на таких больших расстояниях. Поэтому температура повышается при погружении во все более глубокие слои и, возможно, становится вполне приемлемой для существования жизни. Малые планеты (астероиды) лишены атмосфер, как и большинство спутников планет. Но на Европе (спутнике Юпитера) жизнь, может быть, существует в водном океане, покрытом толстым слоем льда. Хотя в ядрах комет и обнаружены некоторые органические соединения, существование там живых организмов маловероятно (вакуум, отсутствие жидкой воды, неблагоприятные температурные условия), как и на метеороидах. Несмотря на возможности, появившиеся благодаря успехам космонавтики, имеющиеся данные о физической природе планет и их спутников лишь слегка приоткрывают тайны этих объектов. С другой стороны, даже поверхностное знакомство с земной биосферой свидетельствует об исключительном многообразии свойств её представителей. Поэтому необходимо соблюдать предельную осторожность высказывая суждения о возможности жизни в других мирах. Ниже приводятся краткие обобщающие сведения об основных объектах солнечной системы (без Солнца). Примечания. 1. Радиусы приводятся в радиусах Земли. 2. Рас35

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Тип объекта

ЭксцентРадиус риситет орбиты

Интервал от Солнца

Существование жизни

Планета группы Земли

0,4-1

0,0-0,2

0,4-1,5

Только на Земле

Планеты группы Юпитера

4-11

0,01-0,06

5-30

Не известно

Спутники планет

до 0,4

-

Как у центральной планеты

Не известно, невозможно

Астероиды

до 0,08

0,0-0,8

1-6

Невозможно

Кометы и метеороиды

до 0,008

до 1

2,2-105

Невозможно

стояния даны в астрономических единицах (среднее расстояние Земли от Солнца). 3. Эксцентриситет орбиты характеризует степень её вытянутости. Например, отношение минимального удаления планета от Солнца к максимальному равно (1-е)/(1+е), где е - эксцентриситет. Солнце не включено в приведенную выше таблицу, хотя его масса примерно в 740 раз больше массы остальных объектов, вместе взятых. Температура в видимом с Земли слое Солнца (фотосфере) составляет 5740К и существование любых химических соединений там полностью исключено (лишь в области солнечных пятен могут временно существовать простейшие, наиболее устойчивые химические соединения).

§4. Звезды Ближайшая к Земле звезда - Солнце. Справочные данные о нём приводятся в Гл.IV. Светит Солнце за счет энергии, выделяющейся в процессе превращения водорода в гелий при ядерных реакциях. Они протекают в центральной области светила, где температура превышает 14 × 106К, а давление в 200 млрд. раз больше атмосферного (у поверхности Земли) и в 100 тыс. раз боль36

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

ше, чем в центре Земли. Хотя состоит Солнце преимущественно из наиболее легких химических элементов (водорода и гелия), в его центре плотность вещества примерно в 150 раз больше плотности воды при нормальных условиях. Невидимые гамма-излучение и нейтрино, выделяющиеся в этих реакциях, имеют разные судьбы. Нейтрино за 2,3 с преодолевают толщу Солнца и ещё спустя 8,3 мин. некоторые из них проходят сквозь нас и Землю, чтобы затем продолжить свое движение в глубины космоса. С другой стороны, энергии гаммаквантов требуются миллионы лет, чтобы просочиться к поверхности Солнца. При этом излучение, многократно поглощаясь и переизлучаясь, постепенно увеличивает свою длину волны. В результате, выходящее излучение Солнца оказывается заключённым, в основном, в интервале длин волн от 3000 до 20000А (1A=10-10 м) с максимумом в желто-зеленой части спектра, рис.29. Около 1 % звезд имеет примерно те же массу, плотность и химический состав, что и Солнце. За счет водородного “топлива” в центрах их излучение поддерживается на почти постоянном уровне 10-15 млрд. лет. Затем, после исчерпания этих запасов “топлива” вблизи центра происходит перестройка недр. Область ядерных реакций перемещается ближе к поверхности и на сравнительно короткое время резко возрастает радиус и увеличивается мощность излучения звезды (ее светимость). В случае Солнца это должно привести к гибели биосферы на Земле из-за резкого увеличения температуры. В дальнейшем звезды типа Солнца, сбросив часть массы, потеряв способность превращать оставшийся водород в гелий и “использовав” другие возможные типы ядерных реакций, сжимаются в десятки и сотни раз. После этого свечение продолжается за счет внутренней энергии недр, накопленной в прошлом. И это может длиться миллиарды лет. Подобные звезды называют белыми карликами. При солнечной массе и земном радиусе средняя плотность вещества белого карлика оказывается порядка миллиона тонн на кубический метр. Массы звёзд, как правило, заключены в промежутке от 1/50 до 37

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

50 масс Солнца. Самые массивные звезды после “выгорания” водорода раздуваются и их радиусы в сотни раз превосходят солнечный. Средняя плотность вещества сверхгиганта меньше плотности воздуха (при нормальных условиях). В центре же такой звезды находится очень плотное ядро, в котором протекают ядерные реакции. Обычно весь процесс эволюции звезды можно разбить на фазы с разными типами ядерных реакций. Существует следующая закономерность: чем больше масса звезды, тем интенсивнее идут ядерные реакции и тем короче соответствующая фаза эволюции. Например, звезда, в 18 раз более массивная, чем Солнце, проходит фазу выгорания водорода в центре всего за 12 млн. лет. А у звезды, масса которой составляет 0,7 массы Солнца, это время растягивается до 120 млрд. лет. При повторных наблюдениях одних и тех же звезд в течение десятков лет обнаруживаются многочисленные случаи изменения светимости: периодические и неправильные, с малыми и большими периодами и амплитудами. Соответствующие звезды называют переменными. Эту переменность не следует смешивать с мерцаниями - колебаниями блеска с частотами 2-100 Гц. Причиной мерцаний является движение оптических неоднородностей в земной атмосфере. Существуют две основные причины переменности звёзд: геометрическая и физическая. В первом случае звезда, кажущаяся одиночной, на самом деле, двойная, причём расстояние между компонентами настолько мало, а система звёзд находится так далеко от наблюдателя, что для него изображения компонентов сливаются в одно. Между тем, компоненты этой системы, обращаясь вокруг общего центра масс под действием взаимной гравитации, при подходящем положении плоскости их орбит могут периодически затмевать друг друга (с точки зрения наблюдателя на Земле). Во втором случае звезда сама изменяет свою светимость. Такое изменение может иметь следующие причины: 1 - вращение звезды, на поверхности которой имеются достаточно обширные светлые или темные пятна (относительно фотосферы), 2 - пульсация атмосферы звезды, 3 - взрывы в атмосфере и 4 - взрывы в 38

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

недрах, приводящие к частичному или полному разрушению звезды. Пример пульсирующей переменной - цефеида. Зависимость светимости ее от времени качественно показана на рис.30. Нарастание светимости происходит быстрее, чем спад. Интервал времени между последовательными максимумами (период цефеиды) у разных звезд заполняет промежуток от часа до 70 суток, но у отдельной звезды сохраняется постоянным. При пульсациях атмосферы радиус звезды изменяется на 10-15 %. По сравнению с обычными звёздами цефеиды содержат значительно больше гелия. Степень ионизации этого элемента меняется при сжатии и расширении оболочки цефеиды таким образом, что потери энергии на пульсацию компенсируются усилением поРис.29. глощения потока энергии из недр звезды благодаря изменению коэффициента поглощение гелия в определённых фазах пульсаРис.30. ции. Цефеиды видны с очень больших расстояний (по сравнению с расстоянием видимости типичных звезд). Это объясняется тем, что светимости цефеид превышают солнечную в 40 - 25000 раз. Благодаря этому обстоятельству, а также особой зависимости между периодами и светимостями цефеиды играют роль маяков Вселенной: по наблюдаемому периоду можно вычислить светимость, а сопоставление её с видимым блеском звезды позволяет найти расстояние. У звезд, называемых “новыми”, время от времени отделяется оболочка. Она расширяется со скоростью в несколько тысяч километров в секунду. Масса оболочки обычно не больше одной десятитысячной массы звезды. Наблюдатель видит вспышку звезды, 39

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

при которой за время порядка суток светимость возрастает в десятки тысяч раз и больше; затем на протяжении нескольких лет светимость спадает почти до прежнего уровня. К “сверхновым” относят звезды, светимость которых при вспышке превышает солнечную более, чем в сто миллионов раз. Невооруженным глазом “сверхновые” наблюдались в 1054, 1572 и 1604 годах, причём в первых двух случаях они были хорошо видны на дневном небе. В 1987 году сверхновая звезда вспыхнула в ближайшей к нам другой галактике - Большом Магеллановом Облаке. (На самом деле это произошло более ста тысяч лет назад - столько времени требуется свету, чтобы пройти разделяющее нас расстояние). Существуют сотни примеров вспышек “сверхновых” в других галактиках (в астрономической литературе слова “новая” и “сверхновая” записывают с большой буквы). В случае “сверхновой” во взрыв вовлечена вся звезда, а не только ей внешняя, сравнительно тонкая оболочка. На месте взрыва остаются быстро расширяющаяся туманность и звезда с диаметром всего в несколько десятков километров - нейтронная звезда. Плотность её настолько велика, что электроны, “вдавливаясь” в ядра атомов, соединяются с протонами, образуя нейтроны. Поэтому большая часть массы звезды приходится на нейтроны (отсюда и название объекта). Иногда нейтронная звезда проявляет себя в виде пульсара источника импульсного радиоизлучения с периодом чередования импульсов от нескольких секунд до сотых долей секунды. Например, период пульсара в центре Крабовидной туманности (остаток “сверхновой” 1054 года в созвездии Телец) составляет всего 1/30 секунды. С таким периодом вращается нейтронная звезда. Она обладает магнитным полем, у которого полюса не совпадают с полюсами вращения звезды (как и у Земли). При ускорении частиц, несущих заряд, магнитным полем звезды возникает радиоизлучение во вращающихся конусах, непрерывно меняющих своё положение относительно наблюдателя. Возможно, что в некоторых случаях при взрыве “сверхновой” возникает “черная дыра” - объект гравитация которого, не 40

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

выпускает даже свет, а свойства его не может точно описать даже общая теория относительности (см. также Гл.VII). С точки зрения удаленного внешнего наблюдателя на границе “черной дыры” время останавливается и сам процесс превращения объекта в “чёрную дыру” до конца проследить невозможно. Предполагается, что “новые” входят в состав двойных звезд (см. ниже), а “сверхновые” имеют массы гораздо большие, чем у Солнца. Поэтому нашему светилу не грозит превращение в “новую” или “сверхновую”.

§5. Малые звездные системы Более 50 % звезд образуют гравитационно связанные системы из двух, трёх и четырёх компонентов (очень редко наблюдается и большее их число). Такие системы называют кратными звездами. Среди них больше всего двойных звёзд. В кратных звездах, состоящих из трёх компонентов, расстояние между двумя из них гораздо меньше расстояния от каждого из них до третьего компонента. На рис.31 такому взаимному расположению компонентов соответствует случай (а). В случае (б) взаимодействие звёзд заканчивается, как правило, либо образованием конфигурации типа

Рис.31. (а), либо выбросом из системы одной из звезд. Систему типа (а) можно рассматривать как две двойные звезды: в первой из них компоненты А и В обращаются вокруг со41

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

вместного центра масс (показанного стрелками), во второй двойной звезде система из звёзд А и В, рассматриваемая, как один объект, вращается вместе с компонентом С вокруг центра масс всех трёх звёзд (показан крестиком). Ближайшей к Солнцу кратной звездой типа (а) является система Альфа Центавра на удалении 4,3 светового года. Компоненты А и В образуют двойную звезду с периодом (обращения В вокруг А) около 80 лет. Масса и радиус компонента А лишь немногим больше, чем у Солнца, а температура и химический состав верхнего слоя совпадают с теми, что наблюдаются у нашего светила. Компонент В несколько меньше и значительно холоднее Солнца. Среднее расстояние между компонентами А и В равно 24 а.е. (а.е. - астрономическая единица - 149,6 млн. км). Расстояние же от А до С точно не известно, но не меньше 1100 а.е. Двойные звезды по способу их обнаружения подразделяют на визуально-, затменно- и спектрально-двойные, а также широкие пары. В первом случае можно непосредственно измерить угловое расстояние между компонентами. Иногда подобные измерения позволяют начертить видимую орбиту компонента В относительно компонента А, рис.32. Во втором случае (затменно-двойные) изображения звёзд обычно сливаются в одно, а орбита компонента В относительно А ориентирована в пространстве так, что с Земли, время от времени, наблюдается затмение одного компонента другим. Исследуя кривые блеска, примеры которых приводятся на рис.7 и рис.33, можно получить данные об

Рис.32. Положения компонента В (точки на рисунке), определённые по угловым расстояниям ρ и позиционным углам θ . 42

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

относительных размерах компонентов, их светимостях, температурах атмосфер и даже о распределении яркости по дискам звезд (и пятнах на них, если таковые существуют). На рис.33 минимумы соответствуют периодам затмений, в остальных случаях точки кривой блеска соответствуют полному суммарному свету звёзд. И в третьем случае (спектрально-двойные), как Рис.33. и в предыдущем, изображения звезд, как правило, сливаются. В спектре суммарного света компонентов заметны периодические смещения линий. Используя принцип Доплера (см. Гл.VII), по таким смещениям можно рассчитать изменение со временем лучевой скорости одного или обоих компонентов и построить кривые лучевых скоростей, рис.34. Анализ кривых лучевых скоростей позволяет определить отношение и сумму масс компонентов и некоторые параметры их орбит. Иногда, хотя и редко, одна и та же двойная звезда является и визуально-, и спектрально-, и затменно-двойной. Анализ таких случаев дает наиболее богатую информацию о звёздах.

Рис.34. Рис. 34. Кривые лучевых скоростей компонентов А и В; V r - лучевая скорость, γ - значение лучевой скорости центра масс системы. 43

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

В широких звездных парах расстояние между компонентами настолько велико, а их относительные скорости настолько малы, что эти звезды движутся относительно других звёзд почти с одинаковыми скоростями. По этому признаку и обнаруживают широкую пару. У некоторых двойных звезд вещество может перетекать от одного компонента к другому. Ввиду того, что для этого расстояние между ними должно быть очень мало, такие системы называют тесными-двойными системами (ТДС). Более массивный компонент ТДС изменяется в ходе эволюции быстрее, чем другой. Достигнув стадии гиганта (сверхгиганта), он раздувается до такой степени, что часть его атмосферы подпадает под гравитационное воздействие второго компонента. Тогда вещество первой звезды начинает перетекать к другой звезде, увеличивая её массу и ускоряя этим эволюцию. Если и вторая звезда превратится в гиганта, то обе звезда, вращаясь вокруг общего центра масс, касаются друг друга и ТДС принимает гантелевидную форму, рис.35. Такая система называется контактной. Богатство проявлений, свойственных звездам, возрастает, если они - члены ТДС.

§6. Скопления звёзд От кратных звёзд скопления отличаются большим числом членов и отсутствием иерархичности типа той, что показана на рис.31, случай (а). Шаровые звездные скопления содержат сотни тысяч звезд, причем это - наиболее старые звёзды Галактики (см. ниже). В

Рис.35. Тесная двойная система. 44

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

скоплениях выделяют ядро, в котором обычно сосредоточена наиболее массивные звезды, и обширную корону. В центре шарового скопления среднее расстояние от звезды до ближайшей к ней другой звезды составляет всего десятые доли светового года (один световой год равен 9,463 × 1012 км), тогда как расстояние от Солнца до ближайшей звезды равно 4,3 светового года. Гипотетический наблюдатель, находящиеся вблизи центра шарового скопления, увидит небо, сплошь усеянное яркими звёздами. Созвездия этого неба за десять тысяч лет изменят свои звёздные узоры до неузнаваемости (на Земле для этого потребовались бы сотни тысяч лет). Типичный диаметр шарового скопления - 100 световых лет. Рассеянные звёздные скопления содержат меньше звёзд, чем шаровые, и обычно имеют неправильную форму. Их диаметры составляют 10-40 световых лет. Одно из ближайших к Солнцу рассеянных скоплений - Гиады в созвездии Телец. Расстояние до него - 140 световых лет. Число обнаруженных членов этого скопления - около 100. Другой пример - рассеянное скопление Плеяды в том же созвездии. Его ярчайшие 5 звёзд легко различимы невооруженным глазом. Среди звездных скоплений встречаются как очень молодые (возраст - миллион лет и меньше), так и очень старые (возраст более десяти миллиардов лет). Сам факт существования звездных скоплений свидетельствует, что, по крайней мере, часть звёзд рождается не поодиночке, а группами. На рис.36 фотовкладки приводится схематический вид рассеянного и шарового скоплений. В галактике полное число рассеянных скоплений составляет около 10000, а шаровых - 200.

§7. Галактика Млечный Путь, наблюдаемый в безлунные ночи в виде широкой серебристой полосы с неровными краями и тянущейся сквозь всё небо, представляет собой наиболее богатые звездами области Галактики - нашего звездного дома. Почти всё, что видно на небе, Солнце, Луна, планеты, кометы, звёзды - входит в Галактику. Её частью является и сама Земля. Невооружённым 45

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

глазом из северного полушария можно наблюдать единственный объект, расположенный вне Галактики - большую туманность в Андромеде. Это - ближайшая другая галактика, даже большая нашей. На южном небе видна еще две галактики - Большое и Малое Магаллановы облака. Используя телескоп, можно наблюдать многие миллионы галактик. В Млечном Пути сосредоточено более 90 % звезд Галактики, общее число которых составляет от 200 до 400 миллиардов. “Влияние” Млечного Пути прослеживается за его пределами: плотность числа звезд (то есть числа в расчете на единицу угловой площади неба) убывает при увеличении углового расстояния от Млечного Пути. В самом Млечном Пути даже в самые большие телескопы удаётся увидеть далеко не все звезды по двум причинам: 1 - среди звёзд встречаются настолько тусклые (то есть малой светимости), что они не видны даже находясь на сравнительно небольших расстояниях; 2 - между нами и достаточна удаленными звездами находятся облака, содержащие пыль. Они ослабляют свет звёзд. Общий вид Галактики схематично представлен в двух ракурсах на рис.37. Как видно, Галактика имеет экваториальную плоскость симметрии (она перпендикулярна чертежу и показана прерывистой линией) и ось вращения (прямая сплошная линия). Области, близкие к упомянутой плоскости, особенно богаты звёздами. Из Солнца, отмеченного кружком с точкой, здесь наблюдается Млечный Путь. Поперечник Галактики приблизительно равен 100000 световых лет. Солнце удалено от центра на 30000 световых лет. Период обращения Солнца вокруг центра называется галактическим годом и составляет около 200 млн. лет. Следует знать, что вместе с Солнцем в этом движении участвуют и другие звёзды, а также газопылевые облака в межзвездном пространстве. В состав Галактики входят: 1 - звезды (одиночные, кратные, в шаровых и рассеянных скоплениях), 2 - межзвездный газ (атомарный, молекулярный водород, другие газы и в числе их сложные химические соединения, включая органические), 3 - пыль (размеры пылинок 10-5 - 10-4 см), собранная вместе с газом в об46

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

лака, 4 - потоки космических лучей, управляемые и удерживаемые магнитным полем Галактики и 5 - планеты с их спутниками, метеороиды и кометы (по крайней мере, всё это имеется в окрестности Солнца). В Галактике происходят сложные процессы эволюции её составляющих. Продолжается образование всё новых звезд из облаков межзвёздной среды. Достаточно массивные звезды время от времени взрываются, обогащая межзвездную среду химическими элементами, синтезированными в их недрах при ядерных реакциях. Поэтому химический состав Галактики постепенно изменяется. В Галактике выделяют две подсистемы: диск и гало. К гало относят шаровые скопления, звезды - субкарлики, выделяющиеся большими скоростями и низким (по сравнению с другими звёздами) содержанием элементов тяжелее гелия, а также некоторые другие объекты и, в том числе, особые типы переменных звёзд. Считается, что в гало входят наиболее старые образования Галактики; их возраст обычно не меньше 10 млрд. лет. К диску относят остальные звезды, а также рассеянные скопления и межзвездные газопылевые облака. Эта грубая картина была со временем уточнена: диск и гало были разбиты на промежуточные, более молодые и более старые составляющие. Солнце принадле47

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

жит к старой составляющей диска. Спиральную структуру (см. рис.37,б) образуют самые молодые объекты диска. Хотя при наблюдении других галактик спирали выделяются довольно контрастно (особенно при использовании голубого светофильтра), масса спиралей незначительна в сравнении с массой всей галактики. В динамике Галактики эти образования не играют заметной роли.

§8. Метагалактика Так называют весь обозримый мир, изучаемый как единое целое. До 1924 года существование других галактик не било доказано, его лишь предполагали. После того, как Эдвин Хаббл при помощи самого большого в то время телескопа с диаметром зеркала 2,5 м обнаружил в галактике М31 (так обозначают туманность Андромеды) рис.37в фотовкладки, переменные звезды - цефеиды, сомнения в звездной природе объекта М31 отпали. К настоящему времени установлено, что число доступных наблюдению галактик, во всяком случае, не меньше миллиарда. Самые далекие из них находится на расстояниях около 12 млрд. световых лет. Их наблюдаемый теперь свет был испущен задолго до появления Земли. В состав Метагалактики входят галактики и квазары, образующие группы и скопления. Всё пространство Метагалактики (часто называемой Вселенной) пронизано излучениями. Это, во-первых, инфракрасное, видимое, ультрафиолетовое и рентгеновское излучение галактик и квазаров, а также потоки нейтрино, и, во-вторых, реликтовое микроволновое и нейтринное излучения, возникновение которых связывают с Большим взрывом, положившим начало Метагалактики. Одно время полагали, что пространственное распределение галактик имеет ячеистый вид (первоначально сгущения галактик в стенках “ячеек” называли сверхскоплениями). Однако, скорее всего, клочковатая структура наблюдаемой Метагалактики результат совместного действия двух факторов: 1 - случайных флуктуаций (колебаний) в распределении чисел групп и скопле48

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

ний галактик в равных объёмах пространства и 2 - клочковатой структуры межзвёздного поглощающего вещества нашей Галактики. В отличие от звезд, изображения галактик на фотопластинках имеют низкую поверхностную яркость. Поэтому даже незначительное межзвёздное ослабление света (в газопылевых облаках) приводит к существенному искажению картины видимого распределения галактик даже вдали от Млечного Пути. Если в Метагалактике выделять равные кубические объёмы с длиной ребра куба порядка 300 млн. световых лет, то число галактик внутри таких объемов окажется одинаковым в пределах случайных колебаний. Это свойство Метагалактики называют ее однородностью, предполагая дополнительно, что все характеристики вещества и излучения в этих объемах тоже одинаковы. В основе построения теоретических моделей Метагалактики лежит космологический принцип - предположение, что Вселенная однородна и изотропна. (Изотропность означает одинаковость свойств материи по всем направлениям). Свойства галактик частично рассматривались выше на примере Галактики. Следует добавить, что кроме спиральных галактик существуют еще эллиптические (названные так по их виду в проекции на фотопластинку), в которых нет спиралей и, как правило, отсутствует пыль. Наконец, существует класс многочисленных неправильных галактик - относительно небольших размеров и неправильной формы (пример - Малое Магелланово Облако). Квазары, упомянутые выше при перечислении известных видов объектов Метагалактики, вероятно являются ядрами зарождающихся галактик. Бурные процессы в этих ядрах сопровождаются излучением электромагнитной энергии в десятки и сотни раз более мощным, чем от самых больших “зрелых” галактик. Первоначально квазары были обнаружены как радиоисточники ничтожно малых угловых размеров. В оптической области спектра квазар выглядит белой звездочкой. Ни один квазар нельзя увидеть невооружённым глазом. Ещё одно свойство квазаров - все они удаляются от нас (в каком бы направлении не наблюдались) со скоростями в десятки и сотни тысяч километров в секунду. Скопления галактик содержат сотни членов, группа - несколько 49

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

десятков. Наша Галактика вместе с галактикой М31 (на расстоянии в два миллиона световых лет) входит в Местную группу галактик, включающую ещё три десятка сравнительно небольших галактик. В 1929 году был опубликован закон Хаббла, согласно которому все галактики (за исключением нескольких самых близких) удаляются от нас: Vr = Hr . Здесь Vr - лучевая скорость в км/с (см. Гл.VII), r - расстояние, выраженное в мегапарсеках (мегапарсек равен 3,1 × 10 19 км) и H = 75 - постоянная, называемая постоянной Хаббла. На рис.38 показано сечение Метагалактики плоскостью, проходящей через наблюдателя О. Скопления галактик изображены точками, длины стрелок пропорциональны скоростям скоплений относительно точки О (в ней находится наблюдатель, измеряющий скорости). Этот рисунок не следует понимать так, что скопления, удаляясь от точки О, увеличивают свои скорости. Правильнее будет считать, что в точке О произошел взрыв и те объекты, которые получили большие скорости, успели удалиться от точки взрыва на большие расстояния. Скорости же почти не меняются. Спустя некоторое время те скопления, которое находятся на окружности 1, окажутся на окружности 2, принеся туда свои ско-

Рис. 38. 50

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

рости. За то же время, скопления, находившиеся на окружности 2, попадут на окружность 3, так что и там скорости окажутся меньшими, чем на рис.38. Судьба расширения Метагалактики зависит от средней плотности материи. Если она меньше некоторого критического значения, то гравитационное взаимодействие между скоплениями галактик не остановит расширение и оно не сменится сжатием. При плотности, большей критического значения, Метагалактика то сжимается, то снова расширяется. Данные наблюдений пока не позволяют сделать уверенный выбор между этими вариантами. Однако при исследовании скоростей галактик в скоплениях выясняется, что значения скоростей превосходят тот предел, при котором скоплению уже грозит быстрый распад. Следовательно, либо скопления галактик действительно распадаются (но тогда неясно, почему они не успели уже это сделать), либо там присутствуют какие-то скрытые, не наблюдаемые в оптической области спектра, массы. Допустив наличие таких масс, можно получить значение средней плотности Метагалактики примерно равное критическому. Однако существует ещё и третья возможность: члены скопления с наибольшими скоростями относительно его центра на самом деле скоплению не принадлежат и лишь случайно проецируются на него. Исключить такую возможность непросто, так как расстояния до галактик определяются с большими ошибками. Самые далекие скопления движутся со скоростями, близкими к скорости света. Следствием этого (и эффекта Доплера) является наблюдаемое увеличение длины волны излучения. Далёкие галактики краснеют и тускнеют. Более того, с точки зрения земного наблюдателя замедляются все происходящие там физические процессы. Но точно так же выглядит и наша звёздная система (Галактика) с точки зрения жителей тех далеких галактик. Наконец, на еще больших взаимных расстояниях, определяющих так называемый “горизонт событий”, объекты оказываются недоступными для их взаимных наблюдений. Виною тому является скорость взаимного удаления, близкая к скорости света. Время начала расширения можно грубо оценить, исполь51

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

зуя закон Хаббла. Как видно из рис.39, любая галактика, удаляющаяся от нашей со скоростью Vr преодолеет расстояние r за время, равное r / Vr . Заменив величину Vr произведением Hr , после сокращения найдем, что искомое время равно 1 / H . Ввиду того, что ответ не зависит от расстояния r , можно сделать вывод, что вещество, из которого сформировались скопления галактик, было выброшено из одного и того же места одновременно. Это произошло около 15-20 млрд. лет назад (“возраст Вселенной”). Напрашивающийся вывод, что наша Галактика находится в центре Метагалактики, раз от нее разбегаются во все стороны скопления галактик, неверен. Можно доказать, что закон Хаббла справедлив для наблюдателя, расположенного в любой точ-

Рис. 39. ке Метагалактики. Неопределенность “возраста Вселенной” отчасти связана с ошибками в определении значения постоянной Хаббла. Более серьезным источником неопределённости является отсутствие экспериментальных данных о поведении свободного фотона на протяжении многих миллионов лет (столько времени требуется излучению, испущенному далекой галактикой, чтобы достичь земного наблюдателя). Если фотон за это время теряет часть своей энергии (например, при взаимодействии с окружающими физическими полями), то “красное смещение в спектрах галактик, по крайней мере, отчасти имеет не доплеровскую природу. Тогда “возраст Вселенной”, приведенный выше, окажется заниженным. Он может составить и 30, и 50 млрд. лет. Является ли Метагалактика единственной в мироздании, или же она - представительница многочисленного класса объектов, пока неясно. До сих пор остаются неизвестными даже сами размеры Ме52

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

тагалактики. Первая нестационарная модель Метагалактики принадлежит русскому физику и математику Александру Александровичу Фридману.

53

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Глава III Земля §1. Общие сведения Среди 9 больших планет Земля занимает пятое место по массе (в порядке убывания), радиусу и значению угловой скорости осевого вращения. Вместе с тем, она самая большая их четырёх планет, ближайших к Солнцу. Вокруг Земли обращается Луна, которая является самым большим спутником относительно своей планеты в Солнечной системе, если не учитывать Харона - спутника Плутона (а всего на начало 2000-го года известно более 60 спутников). Средняя плотность вещества у Земли больше, чем у любой другой планеты. Среди четырёх ближайших к Солнцу планет только на поверхности Земли присутствует жидкая вода, покрывающая 71% площади планеты. Только на Земле имеется свободный кислород (в атмосферах Марса и Венеры найдены лишь его следы) и только здесь существует биосфера. Значительная величина угла наклона плоскости экватора Земли к плоскости её орбиты вокруг Солнца ( ε = 230 26 ′ ) обеспечивает смену времён года и существование полярных дней и ночей на больших площадях вокруг полюсов. Земля сформировалась около 4,6 млрд. лет назад в результате сложных физико-химических процессов, протекавших в газопылевом облаке, окружающем тогда Солнце (это были остатки гораздо большего облака, из которого вначале образовалось Солнце). Данные наблюдений, большая часть которых выполнена во второй половине 20-го века, свидетельствуют о том, что поверхности Меркурия, Венеры, Луны, Марса и многих спутников планет-гигантов (и даже астероидов) усеяны кратерами. Большинство из них образовалось в результате падения метеороидов. Эти тела падали и на Землю, но в результате атмосферных процессов следы большинства падений стёрлись и сохранились только те из больших кратеров (астроблем), которые возникли не раньше, 54

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

чем миллиард лет тому назад. В недрах Земли происходило медленное выделение внутренней энергии (при распаде радиоактивных изотопов разных элементов). За миллиарды лет это привело к разогреванию, уже первоначально тёплой Земли, до температур в несколько тысяч Кельвинов. Наконец, происходило медленное расслоение вещества (его дифференциация): плотное вещество опускалось к центру, лёгкое поднималось к поверхности. При фазовых переходах в веществе выделялась дополнительная внутренняя энергия. Ниже приводятся числовые значения некоторых глобальных характеристик Земли. Среднее расстояние от Солнца - 149,6 млн. км. Пределы изменения расстояния - от 147,1 до 152,1 млн. км. Период обращения вокруг Солнца - 365.2564 суток. Период смены времён года - 365,2422 суток. Период обращения вокруг центра масс системы Земля-Луна -27,32 сут. Орбитальная скорость на среднем расстоянии от Солнца - 29,8 км/с или 107200 км/час. Период вращения вокруг оси относительно звезд - 23ч56м04с. Линейная скорость вращения на экваторе - 0,465 км/с или 1684 км/час. Средний радиус - 6371 км. Разность между экваториальным и полярным радиусами - 21 км. Масса - 5,976 × 1024 кг. Средняя плотность - 5,518 т/м3. Среднее значение ускорения свободного падения - 9,806 м/с2. Вторая космическая скорость - 11,2 км/с. Содержание основных химических элементов в земной коре (в % к общей массе): кислород (49,5), кремний (25,3), алюминий (7,5), железо (5,08), кальций (3,39), натрий (2,63), калий (2,40), магний (1,93). Среднее возвышение суши - 860 м (наибольшие - 8848 м, наименьшее - - 395 м) над уровнем моря. Средняя глубина океанов - 3900 м (наибольшая - 11022 м). Науки, изучающие Землю в целом: - геодезия (размеры и форма Земли, положения точек её поверхности); - геофизика (физические процессы в оболочках Земли, ускорение силы 55

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

тяжести в различных точках поверхности - гравиметрия, землетрясения - сейсмология); - геология (состав, строение и развитие земной коры, размещение полезных ископаемых); - астрономия (различные виды движений планеты Земля, взаимодействие Земли с другими небесными телами, происхождение Земли).

§2. Внутреннее строение Средняя плотность самого верхнего слоя Земли - коры примерно в два раза меньше средней плотности Земли в целом. Это свидетельствует об общем возрастании плотности к центру. По некоторым данным там она достигает 13 т/м3, тогда как средняя плотность коры - 2,8 т/м3. Исследование путей распространения сейсмических волн (продольных и поперечных колебаний, происходящих в теле Земли), возникающих в очагах землетрясений, позволяет нарисовать более подробную картину внутреннего строения Земли, которая в упрощённом виде представлена на рис.40. В центре находится твёрдое, предположительно железно-нике-

Рис.40. левое ядро радиуса 1255 км. Оно погружено в жидкое ядро, верхняя граница которого находится на глубине 2900 км. Вещество его проводит электрический ток и способно к перемешиванию. В таких условиях может возникнуть электрический ток. И он действительно 56

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

возникает, порождая магнитное поле, которое и наблюдается нами, как магнитное поле Земли. Кора имеет толщину от 5 км (под океанами) до 50 км (под Гималаями - 70 км). Ниже, вплоть до жидкого ядра Земли, простирается оболочка, названная мантией. Её верхний слой частично расправлен. Кора и этот слой медленно перемещаются. Это проявляется в движении материков и в образовании, так называемых, срединно-океанических хребтов. При сталкивании твердых плит верхнего слоя Земли (литосферных плит) происходит горообразование. Энергия, обеспечивающая эти движения и вулканические процессы, имеет два главных источника: распад радиоактивных изотопов урана, калия и тория и перераспределение масс в недрах Земли, при котором потенциальная энергия этих масс превращается в тепловую (внутренюю) энергию. Рост температуры с глубиной, наиболее быстрый у поверхности (15 - 20 К на один километр), постепенно замедляется и в центре Земли температура составляет 4000 -5000 К.

§3. Атмосфера Воздушная оболочка Земли образовалась, главным образом, из газов, которые выделяются земными недрами и, в частности, вулканами. Вероятно, некоторый вклад внесло и вещество комет, особенно часто падавших на Землю в далеком прошлом. Важную роль в появлении свободного кислорода играли процессы в биосфере и, в частности, фотосинтез. Благодаря вертикальному перемешиванию воздуха его химический состав сохраняется почти постоянным до высоты 100 км (гомосфера). В процентах ко всему объёму воздуха относительное содержание трёх основных газов таково: азот - 78,1, кислород - 20,9, аргон - 0,9. По отношению к общей массе на эти газы приходится соответственно 75,5, 23,1 и 1,3 процента. Содержание углекислого газа и паров воды, в значительной сте57

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

пени определяющих температурный режим, испытывает колебания. На долю углекислого газа (по объему) приходится в среднем 0,03 % (в индустриальных районах больше). На долю же паров воды приходится от 0,05 до 3 % (в среднем 0,3 %). Из-за такого сильного колебания пары воды не учитывались выше при расчёте содержания основных газов. Конденсируясь пары воды образуют жидкие и твердые осадки (дождь и снег). По всей Земле за сутки общая масса осадков составляет 1,2 × 1012 тонн (при массе всей атмосферы 5 × 1015 тонн). В среднем по всей Земле на уровне моря температура воздуха равна +150С, а его плотность - 1,23 кг/м 3. Уже на высоте 10 км значения этих параметров соответственно равны -50 0 С и 0,42 кг/м 3. По характеру изменения температуры с высотой в атмосфере выделяют следующие слои: В тропосфере температурный режим определяется, в основИнтервал высот (км)

Название слоя

Характер изменения температуры

0 - 12

тропосфера

убывание

12 - 50

стратосфера

возрастание

50 - 80

мезосфера

убывание

> 80 - 85

термосфера

возрастание

ном, притоком тепла от нагретой Солнцем поверхности Земли. Для инфракрасного излучения с этой поверхности существует преграда в виде газов СО2 и Н2О, поглощающих соответствующую энергию (парниковый эффект). В стратосфере воздух разогревается прямым солнечным излучением. Его коротковолновую часть интенсивно поглощает присутствующий здесь озон. В мезосфере озона практически нет и температура здесь убывает с высотой. Вблизи температурного минимума на высотах 80-85 км иногда наблюдаются самые высокие облака - серебристые. Они полупрозрачны и увидеть их удаётся только в поздние ве58

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

черние сумерки (или в ранние утренние), когда небо достаточно тёмное, а облака на тех больших высотах освещены Солнцем. Возможно, что серебристые облака состоят из частиц, образовавшихся при распаде мелких метеорных тел. Эти частицы становятся центрами конденсации молекул Н2О (земного происхождения) в кристаллики льда. Чаще всего серебристые облака появляются в июне-июле. В термосфере температурный режим определяется наиболее коротковолновой частью излучения Солнца, не достигающей более глубоких слоев. Здесь происходит диссоциация (распад) молекул воздуха и ионизация образовавшихся атомов. Именно здесь находится ионосфера, отражающая и преломляющая радиоизлучение. Её свойства изменяются в течение суток (от дня к ночи), так как главная причина ионизации - солнечное излучение. На высотах 250 км и дальше длина свободного пробега частицы воздуха превышает 500 м. Здесь спутники почти не испытывают сопротивления своему движению, хотя их скорости близки к 30000 км/ч. На ещё больших высотах, кроме гравитации, проявляется магнитное поле Земли. Благодаря ему образуются так называемые радиационные пояса, в которых протоны и электроны солнечного ветра вместо того, чтобы выпасть на Землю, совершают колебательные движения между её магнитными полюсами, рис.41. На высотах от 100 до 700 км при взаимодействиях этих частиц с верхними слоями атмосферы возникают полярные сияния. Такое название объясняется тем, что именно вблизи магнитных полюсов частицы солнечного ветра глубже всего входят в атмосферу. Основной вклад в полярное сияние вносит излучение атомарного кислорода в линии 5577А (зелёный свет). Обычно полярное сияние происходит в виде серии вспышек с продолжительностью каждой от 2 до 20 минут при общей длительности серии 59

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

около двух часов. Полярные сияния не обязательно зеленого цвета; иногда наблюдаются красные сияния (длина волны 6300А) и др. Сияния сопровождаются магнитными бурями и нарушениями радиосвязи в полярных районах. Во время магнитной бури происходят колебания напряжённости магнитного поля (обычно не превышающие нескольких процентов), Рассмотренные явления (магнитные бури, полярные сияния, нарушения радиосвязи на коротких длинах волн) учащаются в периоды максимума солнечной активности.

§4. Атмосферные процессы Говоря о погоде и климате, имеют в виду, прежде всего, физические условия в нижних слоях тропосферы. Эти условия характеризуются температурой и влажностью воздуха, атмосферным давлением и силой ветра, видом и интенсивностью осадков и т.д. Климат - это общие свойства погоды, характерные для данного географического района. Главным двигателем атмосферных процессов, определяющих погоду и климат, является солнечная энергия, достигающая поверхности Земли непосредственно или в рассеянном виде. То, как Земля воспринимает эту энергию, зависит от отражательной способности поверхности (то есть от доли отражённого света альбедо) в данном пункте Земли и его окрестностях. Часть энергии переносится в другие области ветром и морскими течениями. Особенности же движения воздушных и водных масс определяются: 1 - неравномерностью поступления солнечной энергии в области с разной географической широтой в разное время суток и года, 2 - вращением Земли, порождающим кориолисову силу, благодаря которой траектории движения воздушных и водных масс отклоняются вправо (если смотреть по ходу движения) в северном полушарии и влево - в южном, 3 - наличием водных бассейнов, аккумулирующих тепловую (внутренюю) энергию и сглаживающих колебания температуры, и 4 - рельефом поверхности суши и морского дна. Первый фактор поясняется на рис.42. 60

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

При прочих равных условиях наибольшая температура устанавливается в пункте В, наименьшая - в пункте С. Здесь важен не только угол наклона лучей света к площадке, но важно и время пребывания последней на дневной стороне. Это время в пункте В, очевидно, больше, чем в пункте С. Кроме того, необходимо учитывать

Рис. 42. На площадки А, В и С, одинаковые по величине, приходятся разные коиличесва солнечной энергии.

отражение солнечного света в космос, которое в полярных областях из-за снежного покрова обычно больше, чем в экваториальных. Прежде, чем переходить ко второму фактору, следует пояснить понятие силы Кориолиса. На рис.43 показаны русла трёх рек в северном полушарии Земли. В случаях А и В русла ориентированы вдоль географических меридианов, в случае С - по географической параллели; направления течения воды показаны стрелками. Сплошными отрезками без стрелок показаны новые положения русел через некоторое время. Наконец, пунктирными стрелками указаны направления течения при условии, что русло не повернулось бы. Легко сообразить, что во всех трёх случаях действие кориолисовой силы приведёт к большему подмыву правых береРис. 43. 61

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

гов рек (если смотреть по течению). Различие давлений (барический градиент) порождается различием температур в разных пунктах. Воздух имеет тенденцию перемещаться в области более низких давлений. Но как только возникает ветер, сразу же появляется сила Кориолиса (благодаря вращению Земли). Она отклоняет траекторию ветра вправо до тех пор, пока сила из-за градиента давления и кориолисова сила не уравновесят друг друга. Ситуация поясняется на рис.44. В результате, воздух втекает в область пониженного давления (“Н” - на рис.44), обходя её против часовой стрелки (в южном полушарии - по часовой стрелке). Так возникает циклонический тип движения воздуха. Воздушные массы, вытекающие из области повышенного давления, движутся по часовой стрелке (антициклоны).

Втекая в центр области низкого давления, воздух при этом совершает восходящее движение и, так как он имеет повышенную влажность, то на некоторой высоте (где температура понижена в сравнении с поверхностью) возникают облака, затем идут дожди или падает снег. Итак, при систематической разности температур у полюсов и экватора появляется перенос тепла от экватора к полюсам путём движения воздушных масс (или/и морских течений). При этом благодаря кориолисовой силе, порождаемой вращением Земли, возникают циклонические и антициклонические системы ветров, пассаты и широтные зоны повышенного и пониженного давления. Эти явления 62

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

происходят на фоне сезонных изменений, вызванных обращением Земли вокруг Солнца.

§5. Сезонные изменения Причина сезонных изменений - несовпадение плоскостей экватора Земли и её орбиты вокруг Солнца. В настоящее время угол между ними равен ε = 230 26′ . На рис.45 показаны положения Земли на её орбите (плоскость орбиты перпендикулярна чертежу) 22 июня и 22 декабря. Эти даты соответствуют летнему и зимнему солнцестояниям и принимаются в качестве начал астрономического лета и астрономической зимы в северном полушарии. На рис.45 выделены полярные шапки, в которых наблюдается полярная ночь; в противоположных полярных шапках в эти моменты наблюдается полярный день; направление осевого вращения Земли показано стрелками. Географические параллели, ограничивающие эти области называются полярными кругами. Географические широты этих кругов равны по величине ( 66 0 34 ′ ) и противоположны по знаку (в северном полушарии широта положительна). Наблюдатель, стоящий на Земле в точке А или в точке В, увидит Солнце точно над головой (в зените). Чтобы понять это, необходимо

Рис. 45. знать, что сила тяжести в этих точках направлена к центру Земли (вдоль соответствующего радиуса). Точка А принадлежит южному тропику (тропику Козерога), а, точка В - северному (тропику Рака). Их геогра63

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

фические широты составляют по абсолютной величине 230 26 ′ и противоположны по знаку. Между тропиками находится жаркий пояс Земли. Здесь хотя бы раз в году Солнце бывает в зените. На экваторе высота Солнца в полдень в течение года изменяется от 66 0 34 ′ до 900, то есть на 230 26 ′ - меньше, чем где бы то ни было на Земле. Вне тропической зоны годичное изменение полуденной высоты Солнца составляет 46 0 53′ . Между тропиком и полярным кругом находится зона умеренного климата. За полярным кругом в период полярной ночи высота Солнца отрицательна, даже когда оно находится ближе всего к точке юга на горизонте. На самом полюсе высота Солнца колеблется от − 230. 26 ′,5 до 230 26 ′,5 (точное определение понятие высоты см. в Гл. VII). На рис.46 показан вид земного шара в начале астрономического лета в северном полушарии (Солнце находится в плоскости чертежа слева; центр Земли вследствие годичного движения планеты перемещается в плоскости чертежа вверх). В пунктах Т0 и Т1 наблюдается полярный день и он будет продолжаться до тех пор, пока терминатор КК1, вращаясь против часовой стрелки (при движении Земли вокруг Солнца), станет пересекать соответствующую географическую параллель. В тот момент, когда терминатор пройдёт через точку С (северный полюс), любая географическая параллель разделится линией терминатора на две равные части; день станет равен ночи (уточнение см. в Гл. I, §7). Этому моменту соответствует в данном случае осеннее равноденствие. За начала астрономиРис. 46. ческой весны и астрономиЗатенена ночная сторона Земли. 64

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

ческой осени принимаются соответствующие моменты равноденствий (около 21 марта и 23 сентября). Вблизи этих моментов везде на Земле, за исключением окрестностей полюсов, где ещё (или уже) стоит полярный день (атмосферная рефракция приподнимает Солнце над горизонтом), продолжительности дня и ночи приблизительно одинаковые. Восходит Солнце приблизительно в точке востока и заходит - в точке запада. В пункте с географической широтой ϕ высота Солнца в полдень определяется по формуле: h = 90 0 − ϕ + δ , где δ - склонение Солнца, равное приблизительно нулю 21 марта и 23 сентября и достигающее экстремальных значений 22 июня ( + 230 26 ′ ) и 22 декабря ( − 230 26 ′ ). Если не учитывать ослабление света в атмосфере, то освещённость горизонтальной площадки Солнцем равна E = E 0 sinh , где E 0 - постоянная. В полдень величина E принимает наибольшее значение, зависящее от времени года. Ниже для полдня приводятся отношения E / E 0 в начале лета (индекс “1”) и в начале зимы (индекс “2”) для Еревана и Петербурга: Летние освещённости в этих городах различаются гораздо меньше, чем зимние. Кроме того, из последнего столбца видно, что годовое изменение максимальной суточной освещённости в Петербурге в 3,25 раза больше, чем в Ереване. Ереван находится на 2200 км южнее Петербурга.

§6. Биосфера Ãîðîä

Å1/Å0

Å2/Å0

Å1/Å2

Åðåâàí

0,975

0,445

2,15

Ïåòåðáóðã

0,803

0,115

6,98

Биосфера - оболочка Земли, свойства которой в достаточ65

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

ной мере обусловлены прошлой и/или современной деятельностью живых организмов. Существует ещё одно понятие, близкое к предыдущему и часто отождествляемое с ним - биогеосфера. Это - оболочка Земли, в которой существует жизнь. Она простирается вверх, в атмосферу на десятки километров и погружается на 10-14 км вглубь, в земные недра. Однако у верхней и нижней границ встречаются только редкие микроорганизмы, а наибольшего расцвета жизнь достигает у поверхности, где соседствуют суша, воздух и вода. Если массу всех живых существ, имеющихся в наличии в данный момент, равномерно распределить по поверхности планеты, то образуется слой толщиной в два сантиметра. В состав живого вещества входит несколько миллионов органических соединений. Это в несколько тысяч раз больше числа всевозможных природных минералов. Размеры живых организмов бывают от 2 × 10-8 м до 33 м (от мельчайшего вируса до синего кита). В современной биосфере представлено около двух миллионов видов. Среди них 1,3 млн. приходится на многоклеточные организмы (в том числе один миллион видов насекомых). Одни лишь млекопитающие имеют около 4500 видов. Видом называется совокупность особей, способных к скрещиванию с образованием плодовитого потомства. При отсутствии пола при выделении вида учитывается сходство организмов и по ряду основных признаков по их взаимоотношениям с окружающей средой. Общим для всех живых организмов является способность к низкотемпературным химическим реакциям, которые регулируются ферментами. Биосфера - это как бы фабрика макромолекул (из очень большого числа атомов). Важную роль играют растения, которые путём фотосинтеза преобразуют солнечную энергию в энергию высокомолекулярных органических соединений. Весь органический мир обычно делят на царства, подразделяемые на типы, которые, в свою очередь, делят на классы, отряды и т.д. Примеры царств: растения, грибы и животные. В царстве животных выделяют одноклеточные и многоклеточные организмы, среди многоклеточных - хордовые, среди них - млекопитающие, куда входит подкласс плацентарных, содержащий 66

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

отряд приматов с несколькими подотрядами, разделёнными на семейства. В одно из таких семейств входит человек-разумный (Homo Sapiens). За все время существования биосферы появилось не менее миллиарда видов. Подавляющее большинство их исчезло, а некоторые превратились в другие виды. Способность организмов к выживанию проверялась, в частности: - сезонными изменениями погодных условий, засухами, - циклическим оледенением больших участков суши, наводнениями, - последствиями извержений вулканов и землетрясений, -катастрофами, связанными с падениями метеороидов, - вирусными болезнями, -борьбой за существование с другими организмами. Все существующие в настоящее время живые создания - растения, животные, грибы, бактерии, вирусы - это потомки победителей в той борьбе за выживание, непрерывной и суровой, которая продолжается уже 3-4 млрд. лет. Берущая начало от тех первых живых микроскопических комочков цепочка рождений, которая вывела на современную биосферу, не прерывалась ни разу. Все другие побеги древа жизни, в которых стремление к выживанию угасло или не обрело достаточной силы, канули в небытие. Следовательно, биосфера - это как бы гигантский инкубатор, в котором культивируется стремление к выживанию и, тем самым, стремление к бессмертию цепи поколений. Можно предположить, что возможные биосферы других космических миров являются подобными же генераторами стремления к бессмертию. На Земле жизнь развивается, в основном, от микромира к макромиру: вирус, живая клетка - многоклеточный организм - семья сообщество - государство - содружество государств - единый земной очаг разума. При этом рассмотрена (с пропусками) лишь одна из эволюционных цепочек, в которой последнее звено ещё не достигнуто. Ноосфера - это сфера разума, как бы обволакивающая Землю и являющаяся порождением биосферы. Может быть, благо67

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

даря ноосфере земная жизнь со временем войдёт в некую структуру более высокого порядка, включающую другие, пока неизвестные, ноосферы других миров. Если жизнь не была занесена из космоса, то скорее всего, она появилась на Земле в результате сложных физико-химических процессов в образе единственной протоклетки. Многочисленные потомки, порождённые её делением, непрерывно изменялись. Причины этого - мутации и естественный отбор. Эти факторы привели затем к неимоверному усложнению и численному росту потомства. Так возникла биосфера. Человеческое существо, как и биосфера берёт начало из единственной клетки, наращивая свою массу в миллион раз. Если тысячу лет назад на всей планете проживало около 300 млн. людей, то к концу 20-го века их стало уже в 20 раз больше. Многократно выросла научно-техническая мощь человечества. Она позволила, например, преодолеть притяжение Земли и достичь других планет. Вместе с тем, благодаря человеку происходит коренное и не всегда должным образом контролируемое изменение окружающей среды. Всё более реальной становится опасность глобальной экологической катастрофы. Угрозы появляются одна за другой: недопустимая концентрация вредных для жизни веществ; появление неизлечимых болезней, принимающих эпидемический характер; резкое возрастание радиационного фона; повышение температуры атмосферы, влекущее за собой небывалые природные катастрофы; истощение озонового слоя и, наконец, опасность ядерной и бактериологической войн. Правильное отношение человека к окружающей среде требует глубоких знаний. Важной их частью являются представления о космосе и его влияниях на Землю. Особенность этих влияний в том, что они тем заметнее, чем большие интервалы времени рассматриваются. Поэтому, заботясь о судьбе человечества, приходится заглядывать в далёкое будущее. Однако нельзя полностью исключить и появление катастрофических событий, связанных с космосом и имеющих глобальный характер, которые могут произойти в ближайшем 68

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

будущем.

69

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Глава IV Проявления космоса на Земле §1. Энергетические воздействия Солнца Краткие сведения о Солнце приводились в Гл.I, §7 и Гл. II, §4. Ниже приводятся некоторые числовые данные, касающиеся Солнца. Среднее расстояние от Земли - 149 597 870 км. Диаметр - 109 экватор. диаметров Земли. Средняя плотность - 0,256 от средней плотности Земли. Ускорение силы тяжести на уровне фотосферы - 27,9g (g= 9,8 м/с2). Период вращения на экваторе - 25,4 земных суток. Температура фотосферы - 55000С. Химический состав - водород (71 %), гелий (26,5 %) и многочисленные другие элементы (в ионизированном состоянии, в том числе). Мощность излучения (светимость) - 3,74 × 1023кВт. Средний цикл солнечной активности - 11 лет (полный - 22 года). Возраст - 5 млрд. лет. 1. Земля перехватывает своей поверхностью 1/2 200 000 000 часть энергии солнечного излучения. В среднем 36 % падающего света отражается обратно в космос. Почти все движения на Земле и почти вся жизнь существуют благодаря солнечной энергии. Исключением являются движения, связанные с внутренним теплом планеты. Но его приток к поверхности в 4000 раз слабее солнечного. Поэтому лишившись солнечной энергии, атмосфера отвердела бы, превратившись в ледник толщиною около 7 метров. Ядерного “топлива” хватит, чтобы обеспечить нынешнюю мощность излучения Солнца ещё на срок, не меньший 5-10 млрд. лет. Но и после исчерпания водородного “топлива” в центральной области светила выделение энергии не прекратится, только оно будет происходить в слоях более близких к поверхности. Мощность излучения возрастёт до значений, при которых жизнь на Земле станет невозможной. 70

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

2. Благодаря Солнцу в земной атмосфере существует свободный кислород. Его запасы непрерывно восполняются в процессе фотосинтеза, возможного лишь при помощи солнечного света. Будучи химически активным элементом, кислород быстро переходит в связанное состояние. Не случайно в горных породах его больше, чем в воздухе. По некоторым данным после прекращения фотосинтеза уже спустя 2000 лет содержание кислорода в атмосфере не превысит нескольких процентов (в настоящее время на кислород приходится 21 %). 3. В стратосфере, в основном, на высотах 20-25 км находится слой озона О3. Он защищает сухопутные растения и животные от избытка ультрафиолетового излучения Солнца. Это излучение способно вызывать генетические изменения, вредно для кожи и зрения. Опасность настолько велика, что в 1985 году была принята в Вене конвенция об охране озонового слоя. Её тогда подписали представители 44 стран. Предполагают, что одной из причин нарушения озонового слоя является использование фреонов, содержащих хлор и фтор и применяемых, например, в холодильной технике. Принимаются меры для сокращения выпуска соответствующих химических соединений. Предполагают, что в прошлом, в периоды инверсий магнитного поля Земли (смены положений полюсов) происходило резкое падение его напряженности. Частицы солнечного ветра, порождаемого вспышками на светиле, достигали низких слоев атмосферы и почти полностью разрушали озоновый слой. Возможно, что в этот период частота мутаций превосходила допустимые пределы и вымирали целые виды растений и животных. 4. Выше упоминалось понятие солнечного ветра. Это - поток плазмы, усиливающийся при вспышках на Солнце. Он состоит из протонов, электронов, альфа-частиц, ионов кислорода, кремния, серы, железа и некоторых других элементов. В окрестности Земли средняя скорость солнечного ветра составляет около 400 км/с. Хотя на долю его приходится 10-8 часть мощности излучения светила, в периоды его усиления на Земле наблюдаются магнитные бури, полярные сияния и нарушения радиосвязи, оказывающие определённое воздействие на биосферу и производственную деятельность. 71

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

В частности, статистические данные указывают на чувствительность к магнитным бурям людей с ослабленным здоровьем. Однако в процессе своей эволюции жизнь, в основном, должна была приспособиться к этому явлению. 5. Воздействие солнечного излучения на поверхность Земли и на ее атмосферу зависит от силы парникового эффекта. Свет Солнца, прямой или рассеянный облаками, пройдя сквозь атмосферу, нагревает земную поверхность. Та излучает в инфракрасной области спектра. Но это излучение на своём пути в космос встречает преграду в виде углекислого газа, паров воды и метана. Это и есть парниковый эффект. Благодаря ему температура воздуха в среднем повышается на 400С. Кроме того, поскольку обратный поток солнечной энергии через стратосферу снижается, а также понижается температура верхней тропосферы, парниковый эффект приводит к некоторому уменьшению температуры в области озонового слоя. По некоторым данным это может стать одной из причин образования озоновых дыр. Между тем, производственная деятельность способствует увеличению содержания в атмосфере газов, вызывающих парниковый эффект, что приводит к постепенному потеплению. 6. Львиную долю информации об окружающем мире человек получает благодаря зрению. Его спектральная чувствительность определяется особенностью солнечного излучения. Кроме того, без этого излучения не были бы видны Луна, планеты и кометы. Лишь свет далёких звёзд вносил бы какое-то разнообразие. Впрочем, без Солнца не было бы и самой жизни.

§2. Солнце и химический состав Земли Солнце сформировалось 5 млрд. лет назад. Спустя несколько сотен миллионов лет появилась Земля. Её химический состав в значительной мере был предопределен близостью к Солнцу; водород и гелий из внутренних частей первичной туманности отгонялись световым давлением и солнечным ветром на её периферию - в область будущих планет-гигантов. Поэтому планеты 72

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

земной группы оказались обеднёнными этими элементами. Они оказались менее массивными, но более плотными, чем планеты-гиганты. И в дальнейшем Солнце существенно влияло на химический состав близких к нему планет и, в частности, Земли. Ядра комет, состоящие из льдов таких соединений как Н2О, СО 2 и многих других, начинают испаряться всё сильнее по мере приближения комет к Солнцу. С другой стороны, миллиарды лет назад, когда комет было особенно много, их ядра часто падали на поверхность планет, привнося туда свое вещество. При этом ядра миникомет, которых было больше всего, не успевали долетать до Венеры и Меркурия. А если они и долетали, то приносили этим планетам вещество, которое уже почти не испарялось. Возможно, что это - одна из причин дефицита воды на Венере (её там в тысячу раз меньше, чем на Земле). Но и та вода, которая оказалась на планете, постепенно иссякала. Виновником опять было Солнце. Молекулы Н2О под действием его излучения распадались на составные элементы. При этом водород поднимался в верхние слои атмосферы и постепенно улетучивался. Кислород же связывался в окислах и оставался на планете. Аналогичные процессы происходили и на Земле, но были не такими интенсивными, как на Венере, ввиду большей удалённости Земли от Солнца. На химический состав верхнего слоя Земли Солнце воздействует ещё и опосредствовано - через растительный и животный мир биосферы, а также благодаря процессам выветривания (энергию которым даёт Солнце).

§3. Солнце и история Важную роль солнечного света и тепла люди понимали и в глубокой древности. У разных народов Солнце было объектом поклонения. Вероятно, следами такого поклонения являются крест и свастика. Это - стилизованные изображения Солнца с расходящимися лучами. В свастике отражено понимание древними годичного движения Солнца по эклиптике. На рис.47 Сол73

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Рис. 47. нце катится по эклиптике справа налево, как это и подтверждают наблюдения, выполненные из северного полушария Земли. Овеществлённые солнечные лучи искривлены таким образом, чтобы не мешать этому движению (иначе лучи впивались бы в эклиптику сильнее). О поклонении Солнцу свидетельствует и следующий исторический факт. Когда греческий философ Анаксагор в 5-ом веке до н.э. стал утверждать, что Солнце - это не бог Гелиос, а огненный сгусток, то сразу же был обвинён в кощунстве и вынужден был покинуть Афины. Тропический год - период движения Солнца по эклиптике относительно точки весеннего равноденствия - является одновременно и средним периодом смены времён года. Поэтому величина этого периода (365,2422 средних солнечных суток) лежит в основе солнечного календаря - системы счёта больших промежутков времени. Один из первых таких календарей был создан в Египте в третьем тысячелении до н.э. В настоящее время большинство стран использует григорианский календарь, в котором средняя продолжительность года (принимающего два целочисленных значения - 365 и 366 суток) составляет 365,2425 средних солнечных суток. Это очень близко к продолжительности тропического года. Таким образом, Солнце не только даёт свет и тепло, но и определяет суточный и годичный ритмы деятельности человека. Известен ажиотаж, поднятый в просвещённой Европе вокруг полного солнечного затмения 11 августа 1999 года. Несмотря на то, что наукой давно установлены причины и следствия (они незначительны) этого явления, находится достаточно много суеверных людей, испытывающих страх перед затмениями. В древности процент таких людей был гораздо выше. Это 74

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

использовали жрецы для укрепления своего влияния. Дело в том, что уже в те времена они умели предсказывать затмения. Подробнее об этом можно прочитать в следующем разделе.

§4. Влияния Луны Краткие сведения о Луне приводились в Гл. I, §6 и Гл. II, §2. Некоторые справочные данные приводятся ниже. Среднее расстояние от Земли - 384400 км. Средний диаметр - 0,273 диаметра Земли. Средняя плотность - 0,607 средней плотности Земли. Ускорение силы тяжести на поверхности - 0,165g. Период вращения вокруг оси и вокруг Земли (направления вращений совпадают) - 27,32 суток. Период смены дня и ночи - 29,53 суток. Температуры на экваторе в полдень и в полночь - +1200С и -1300С. Элементный химический состав верхнего слоя - кислород (43 %), кремний (20 %), алюминий (11 %), кальций (10 %) и др. Обнаружено более 50 минералов. Число кратеров с диаметром более 3,6км - 35000. Возраст - 4,6 млрд. лет. Полная Луна светит в 465000 раз слабее Солнца. 1. Луна вызывает приливы и отливы, наиболее сильные в водной оболочке и более слабые в твердом теле Земли и в атмосфере. Причиной их является различие ускорений, которые лунная гравитация в один и тот же момент сообщает разным точr кам Земли. Если a 0 - ускорение воображаемой точки в центре r

r

Земли, a A и a B - ускорения к Луне точек А и В, то соответстr

r

r

r

вующие приливообразующие ускорения равны a A − a 0 и a B − a 0 . Эти ускорения показаны на Рис.48 двойными стрелками. Они почти одинаковы по величине, по противоположны по направлениям. В водной оболочке Земли вблизи точек А и В возникают два приливных горба, причем прямая АВ приблизительно нацелена на Луну, чуть опережая её в направлении вращения Земли 75

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Рис. 48. (увлекающей воду благодаря трению). Поскольку приливные горбы движутся относительно Земли с востока на запад, вращение планеты постепенно тормозится и продолжительность суток в каждые 100 лет увеличивается на 0,0015 секунды. (В эту величину свой вклад вносит и приливное воздействие Солнца, которое в 2,37 раза слабее лунного). Если бы величина замедления вращения Земли оставалась постоянной последние 3 млрд. лет, то общее удлинение суток составило бы 12,5 часа. Это пример того, как кажущиеся незначительными влияния космоса приводят к весьма ощутимым последствиям. 2. Приливы и отливы (их впервые объяснил Исаак Ньютон) учитываются в мореплавании. Из-за того, что лунные приливы повторяются через 12ч25м, а солнечные - через 12ч, высота максимального прилива непрерывно изменяется, достигая наибольших значений вблизи моментов новолуний и полнолуний, когда действия Луны и Солнца взаимно усиливаются. Другой причиной изменений высот приливов является изменение расстояний до Луны и Солнца. Приливообразующее ускорение (см. выше) обратно пропорционально кубу расстояния до возмущающего тела. Поэтому, например, солнечные приливы самые высокие в начале января, когда Земля ближе всего к Солнцу. Учёт этих и других причин изменения высот приливов и силы отливов позволяет понять, почему прибрежная кромка воды у океана отступает иногда на довольно большое расстояние, позволяя жителям тех мест воспользоваться неожиданными дарами дна океана. С другой стороны, небывалой силы прилив в сочетании с ураганным ветром со стороны моря может привести к катастрофическому наводнению. 76

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

3. Согласно одной из гипотез жизнь на Земле зародилась при интенсивном перемешивании сложных органических соединений в первичном океане. Причиной же перемешивания явились приливы и отливы. Когда-то они были гораздо более сильными, так как Луна располагалась ближе к Земле. Доказано, что наш спутник постепенно удаляется от Земли благодаря особенности обратного гравитационного действия масс приливных горбов на Луну. 4. В разделе, посвященном влияниям Солнца, отмечалось, что его энергия питает почти все движения на поверхности Земли и только в районе вулканов оказывается существенным другой источник внутреннее тепло Земли. На самом деле имеется ещё и третий источник энергии - приливные воздействия Луны и Солнца. Уже построены электростанции, работающие на энергии приливов. 5. Возможно, возникновению культа числа семь способствовало то, что интервал времени от первой четверти Луны до полнолуния, от полнолуния до третьей четверти и т.д. содержит приблизительно семь суток (точнее, 7,38 суток). Здесь важно и то, что в древности были известны семь “планет”: Солнце, Луна, Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн. 6. Как уже отмечалось, умение предсказывать солнечные и лунные затмения использовалось жрецами для укрепления своей власти. Чтобы сделать такое предсказание, достаточно было знать продолжительность сароса - интервала в 19756 суток, по истечении которого повторяется любое затмение. Зная моменты всех затмений, случившихся примерно за 54 года, можно было предсказывать последующие затмения на протяжении многих саросов. Существование сароса имеет следующее объяснение. Так как солнечные затмения случаются только при новолунии, то интервал времени между любыми двумя затмениями кратен периоду смены фаз Луны (это - синодический месяц, составляющий 29,5305882 ср. солнечных суток). Но затмения происходят не при каждом новолунии, а лишь при таком, когда Луна достаточно близка к плоскости земной орбиты (к эклиптике). Так появляется ещё один период, которому должен быть кратен промежуток времени между затмениями - драконический месяц (27,212220 ср. солнечных суток). В саросе первый и второй периоды укладывают77

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

ся соответственно 669,0012 и 725,9974 раза. То, что эти числа немного всё же отличаются от ближайших целых и является причиною смены одной серии затмений другою по истечении около 1100 лет. 7. Луна отражает солнечный свет. Отражённый свет особенно ярок вблизи полнолуний. Полная Луна ярче Луны в первой или третьей четверти не в два раза, как можно было ожидать, а в 12 раз! Именно полную Луну с полным правом можно назвать ночным светилом, так как она восходит вскоре после захода Солнца (иногда непосредственно перед его заходом). Такого яркого ночного “фонаря” нет ни у какой другой планеты.

§5. Совместные влияния Луны, Солнца и планет Примерами “сотрудничества” Луны и Солнца являются рассмотренные выше затмения и приливы. Согласно одной из вероятных гипотез, совместное влияние Луны, Солнца и планет приводит к возникновению ледниковых периодов. Причинно-следственная цепочка в этом случае имеет такой вид: вращение Земли вокруг оси - сплюснутость нашей планеты у полюсов - действия гравитации Луны и Солнца на экваториальный избыток массы Земли (он возникает из-за её сплюснутости) - прецессия вытянутость орбиты Земли вокруг Солнца - наклон оси Земли к плоскости её орбиты, равный 66,50 - смена времён года - различие расстояний до Солнца зимой и летом - изменение ситуации из-за планетных возмущений и прецессии. 1. Вращение Земли вокруг оси. Если бы его не было, то планета имела бы форму шара; радиус Земли составил бы 6371 км (после сглаживания неровностей из-за существования материков и океанических впадин). У реальной Земли благодаря действию центробежной силы инерции экваториальный радиус на 21 км больше полярного. 2. Прецессия. На рис.49, на котором сильно преувеличена (ради наглядности) сплюснутость вращающейся Земли, заштрихован экваториальный избыток её массы. Луна, относительное расстояние которой сильно преуменьшено, притягивает часть А этого избытка сильнее (и в ином направлении), чем часть В. 78

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Рис. 49. Это станет понятным, если учесть, что сила притяжения Луны убывает при увеличении расстояния от нашего спутника. Кроме того, Луна большую часть времени проводит над или под плоскостью экватора Земли. Если бы Земля не вращалась, но сохранила свою сплюснутость, а центр её и Луна застыли на своих местах, то можно представить себе, как ось Земли поворачивается так, чтобы линии действия обеих сил совпали. Очевидно, после их совпадения движение продолжится и Земля в целом превратится в качающийся маятник. Если же Земля вращается, то с нею произойдёт то же, что и с вращающимся волчком, когда ударяют по его оси: возникнет прецессионное движение, рис. 50. Свой вклад в прецессию вносит и солнечная гравитация. В результате совместного действия Луны и Солнца ось вращения Земли описывает в пространстве конус, осью которого является перпенди-

79

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

куляр к плоскости земной орбиты, а угол между этой осью и образующей конуса составляет в настоящее время 230 26 ′ . Этот угол испытывает квазипериодические колебания (в основном из-за влияния планет на положение плоскости земной орбиты) с характерным временем около 40 тыс. лет от 22,50 до 24,30. Период лунно-солнечной прецессии составляет в среднем 25800 лет. 3. Вытянутость земной орбиты. Орбитой Земли является эллипс, в фокусе которого находится Солнце (строго говоря, здесь имеется в виду орбита центра масс системы Земля - Луна). Мерой вытянутости эллипса является эксцентриситет (это понятие поясняется в Гл.VII, §7). Под влиянием на Землю притяжения планет он испытывает квазипериодические колебания с характерным временем около 100 тыс. лет. В настоящее время разность между максимальным и минимальным расстояниями Земли от Солнца составляет 5 млн. км., но благодаря колебаниям эксцентриситета она временами достигает 19,7 млн. км. 4. Наклон оси Земли к плоскости орбиты и времена года. Указанный наклон (в настоящее время его угол составляет 66 0 34 ′ ) определяет особенности расположения климатических полюсов и амплитуду колебаний освещённости солнечным светом горизонтальных площадок Земли в разное время года. Если бы угол между осью Земли и плоскостью её орбиты был равен 900, то смены времен года не происходило бы. По мере уменьшения этого угла амплитуда сезонных изменений увеличивается. Реальные значения указанного угла в разное время бывают от 65,70 до 68,50. 5. Различие расстояний до Солнца зимой и летом. В настоящее время лето в северном полушарии наступает, когда Земля находится вблизи самой удалённой от Солнца точки своей орбиты (вблизи афелия). Поэтому лето здесь сравнительно прохладное, но зато более длинное, так как в этой части своей орбиты Земля движется медленнее всего. Одновременно в южном полушарии стоит зима, причем зимние холода усиливаются из-за удалённости от Солнца. Вследствие прецессии спустя 12900 лет земная ось успеет описать ровно половину своего пути вокруг перпендикуляра к плоскости земной орбиты. Однако, одновременно в пространстве немного по80

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

вернётся и большая ось земной орбиты - из-за притяжений планет. Поэтому потребуется не 12900, а 11000 лет, чтобы современная ситуация сменилась на противоположную: летнему периоду в северном полушарии будет соответствовать малое расстояние от Солнца (здесь лето станет более коротким, но зато и более жарким), рис.51. Вся эта последовательность событий дополняется ещё одним фактором. 6. Роль колебаний эксцентриситета земной орбиты. Как отмечалось в п.3, этот эксцентриситет испытывает квазипериоди-

Рис. 51. ческие колебания с характерным временем в 100 тыс. лет. Если он достаточно велик, то на одном из полушарий наступает такой период, когда лето особенно холодное и длинное (см. выше). Согласно одной из гипотез это может способствовать возникновению ледникового периода в соответствующем полушарии. Снег на поверхности возвышенных мест Земли не успевает растаять. Эго способствует образованию ледников, само существование которых приводит к дальнейшему охлаждению соседних областей Земли, так как белая поверхность хорошо отражает солнечный свет, несущий тепло. Такой подход к объяснению ледниковых периодов развивал югославский учёный Милутин Миланкович (1879 - 1958). Периодическое наступление оледенений больших участков Земли могло играть важную роль в истории древних народов. Связывание в ледниках больших количеств воды приводило к заметному понижению её уровня в океанах. В частности, на время исчезал Берин81

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

гов пролив, разделяющий Евразию и Северную Америку. Это облегчало переселение людей из Азии в Америку.

§6. Метеорные тела 1. Обычно метеорное тело (метеороид) определяют как космическое тело, меньшее астероида, то есть с диаметром до 1 км, но большее молекулы. Число метеорных тел растёт при уменьшении их масс. Встреча метеорного тела с Землей может иметь один из трёх возможных исходов: 1 - падение на поверхность Земли, 2 - полное разрушение и рассеяние в атмосфере и 3 - возвращение в космическое пространство после пересечения верхних слоев атмосферы по траектории, почти параллельной поверхности Земли. В первом случае имеют дело с метеоритом, во втором и третьем с метеором (так называют световое явление в атмосфере, возникающее при вторжении метеорного тела). В первом случае обычно также наблюдаются метеоры. Метеор, который ярче молодой Луны, называют болидом. Если при встрече с земной поверхностью скорость метеорита больше 3 км/с (10800 км/час), то происходит взрыв с образованием кратера. На Земле обнаружено уже более 250 больших метеоритных кратеров (астроблем). На самом деле их должно быть гораздо больше по двум причинам: древние кратеры не слишком больших размеров уже успели разрушиться из-за атмосферных процессов; большую часть земной поверхности занимают моря и океаны, дно которых большей частью не наблюдаемо. Возможно, что метеориты - осколки астероидов, афелии орбит которых обычно располагаются между орбитами Марса и Юпитера. Метеоры же, не являющиеся болидами, как правило, связаны с крошечными метеорными телами, образующимися при распаде комет. Масса метеорного вещества, выпадающего на Землю в течение года, составляет не менее 50 тыс., тонн. 12 февраля 1947 года произошло выпадение осколков Сихотэ-Алинского метеорита. На пло82

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

щади в три квадратных километра было собрано множество осколков метеорита общей массой в 37 тонн. 2. Падение крупного метеорного тела несомненно нарушает экологическое равновесие в соответствующем месте Земли. Ниже приводятся данные о некоторых астроблемах. В метеоритном кратере диаметром 15 км располагается город Калуга. Возраст кратера - 400 млн. лет. Возраст Каньона Дьявола всего 30000 лет; у кратера Попигай он достигает 180 млн. лет. Название

Диаметр

Где находиться

Каньон Дьявола

1,2 км

Сев. Америка, Аризона.

Брент

3,5 км

Сев. Америка, Канада.

20 и 32 км

Сев. Америка, Канада.

Нордлингер Рис

24 км

Европа, Ф РГ.

Вредефорт

100 км

Африка, ЮАР.

Попигай

100 км

Азия, Россия, Таймыр.

Кратеры Клируотер

Множество гигантских кратеров обнаружено на Луне, Меркурии, Венере и Марсе, Кратеры видны на снимках спутников Марса (Фобоса и Деймоса), Юпитера, Сатурна и других планет (в том числе - астероидов). Таким образом, бомбардировка метеорными телами - распространённое явление в Солнечной системе. Наиболее интенсивной она была в первые миллиарды лет. 3. 30 июня 1908 года в районе, отстоящем к северу (на 150 км) от посёлка Чамба у реки Подкаменная Тунгуска, на высоте 5 - 10 км произошёл взрыв, которому предшествовало явление болида, наблюдавшегося при свете утреннего Солнца многочисленными свидетелями. На площади 2150 км 2 произошёл сплошной вывал леса, но в эпицентре деревья остались стоять, потеряв крону, сучья и, в некоторых случаях, кору. Землетрясение, вызванное взрывом, было зафиксировано в Иркутске, Ташкенте, Тбилиси и германском городе Иена. Вызванная взрывом воздушная волна была зарегистрирована не только барографами метеостанций Сибири, но также в Петербурге, Лондоне, Вашингтоне, Джакарте и многих других пунктах. В Потсдаме удалось заметить две волны: прямую и обратную, обо83

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

гнувшие Землю с двух сторон. В ночь с 30 июня на 1 июля в широкой полосе, протянувшейся на запад от места взрыва до Великобритании, небо было необычайно ярким. Один из свидетелей этого явления отмечал, что в полночь можно было довольно легко прочесть мелкий шрифт газеты. Были сообщения о свечении неба за несколько суток до взрыва. Анализ всех этих данных позволил сделать вероятный вывод, что здесь Земля столкнулась с ядром небольшой кометы, подлетавшей со стороны Солнца и поэтому не обнаруженной на дневном небе. Необычайно яркие ночи объясняются взаимодействием вещества кометного хвоста с верхними слоями атмосферы. Масса ядра оценивается в миллион тонн. Диаметр ледяного ядра с каменистыми включениями в нём был 100150 м. Скорость его вторжения в атмосферу составляла 30 км/ с (108000 км/ч). Энергия взрыва соответствовала 100 мегатонной водородной бомбе. В июле 1994 рода наблюдалось столкновение с Юпитером гораздо большей кометы Шумейкера - Леви. Согласно ориентировочной оценке, в среднем раз в 350 млн. лет на Землю падают тела с массой, превышающей 10 12 тонн (диаметр не меньше 10 км). Возможно, подобное падение имеет отношение к массовому вымиранию динозавров и других видов животных и растений, начавшемуся около 65 млн. лет тому назад. При падении такого большого тела образуется кратер диаметром порядка 100 км, нарушается слой озона, уменьшается приток солнечной энергии из-за помутнения атмосферы и происходит похолодание. Изменения носят планетарный характер и не все представители флоры и фауны успевают к ним приспособиться.

§7. Влияния планет Краткие сведения о планетах приводились в Гл. II, §3. Кроме 9 больших планет обнаружено уже около 6000 малых 84

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

планет (астероидов); предполагают, что это - лишь небольшая доля всех существующих объектов этого типа. Попытки же обнаружить большие планеты, более близкие к Солнцу, чем Меркурий, и более, далёкие, чем Плутон, не увенчались успехом. Далёкие окраины Солнечной системы можно изучать только с помощью автоматических станций и комет: пролетая мимо гипотетических планет они должны изменять орбиты под действием гравитации. 1. Гравитационное действие планет на Землю. Существование Солнечной системы на протяжении почти 5 млрд. лет свидетельствует о её способности противостоять дестабилизирующему влиянию взаимных притяжении планет. Отчасти такое свойство системы объясняется тем, что львиная доля её массы приходится на Солнце (на все остальные тела - 1/746 часть массы). Устойчивости способствует и то, что орбиты больших планет близки к круговым. Что же касается метеороидов, то пролетая мимо больших планет, они существенно изменяют свои орбиты. Часть метеороидов при этом со временем может покинуть Солнечную систему. Другая часть выпадает на планеты. Наконец, некоторые из метеороидов постепенно переходят на сравнительно безопасные орбиты. Планета

r min

gпл /∆ g¤о

М еркурий

77

1,8x10-7

Венера

38

4,4x10-5

М арс

55

5,3x10-6

Юпитер

589

6,6x10-5

Сатурн

1200

4,7x10-6

Уран

2600

1,5x10-7

Нептун

4300

6,5x10-8

В следующей таблице приводятся наименьшие расстояния планет от Земли и данные об ускорениях (gпл), сообщаемых на таких расстояниях нашей планете. Для большей наглядности ускорения 85

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

разделены на разность ускорений к Солнцу Земли и планеты. Расстояния от Земли до планет выражены в миллионах километров. Во всех случаях влияния планет ничтожно малы в сравнении с влиянием Солнца. Наибольшее воздействие на Землю (по данным приведенной таблицы) оказывают Венера (планета, ближе всего подходит к Земле) и Юпитер (самая массивная планета). Суммарное действие всех планет также остаётся очень малым. Поэтому, так называемые, парады планет ничем не угрожают Земле. Более подробный и точный анализ свидетельствует, что на очень больших интервалах времени (гораздо больших продолжительности жизни человека) происходят квазипериодические колебания эксцентриситета и большой полуоси земной орбиты. В §5 уже отмечалось, что суммарное влияние колебаний эксцентриситета орбиты, поворота её орбиты и прецессии может приводить время от времени к оледенениям больших участков суши. 2. Воздействия планет через малые тела Солнечной системы. Влияние планет на Землю может быть связано с их способностью изменять своим притяжением траектории пролетающих мимо астероидов, комет и метеорных тел. В этом отношении наибольшими возможностями обладает Юпитер, масса которого в 318 раз больше земной. Предположим, что при отсутствии Юпитера траектория метеороида выводит его на Землю; учет же притяжения Юпитера так изменит траекторию, что катастрофы не произойдёт. Но возможна и прямо противоположная ситуация, когда именно притяжение этой планеты сделает катастрофу возможной (хотя первоначально траектория была безопасной для Земли). 3. Планеты и жизнь на Земле. До сих пор происхождение жизни на Земле остаётся неизвестным. Согласно гипотезе Сванте Аррениуса (1859-1927) жизнь могла быть занесена из космоса. Автор гипотезы предполагал, что зародыши жизни разносятся по космосу давлением излучения. Однако это давление может оказаться недостаточным для преодоления притяжения планеты, да и сами эти зародыши могут погибнуть при действии коротковолновой части солнечного излучения (благодаря атмосфере она не достигает поверхности Земли). С другой стороны, метеороид, пролетающий по касательной к поверхности планеты мог случайно захватить споры (микроскопические зачатки высших или низших представителей живого мира) и затем, вылетев обратно в кос86

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

мическое пространство, через какое-то время мог упасть на поверхность Земли. Небольшая часть спор могла при этом сохраниться. 4. Планеты и наука. Несомненным является информационное воздействие планет. Благодаря наблюдениям больших планет были открыты законы их движения (законы Кеплера, 15711630), а это позволило затем вывести закон всемирного тяготения (Исаак Ньютон, 1643-1727), лежащий в основе современного объяснения устройства Вселенной. 5. Неизученные влияния. Существует удивительная особенность осевого вращения Венеры. Его направление противоположно земному, а период составляет 243,16 суток. Обозначим этот период символом Т, период обращения Земли вокруг Солнца - Р и, наконец, период осевого вращения Венеры относительно Земли - Х . Можно получить уравнение (вывод опускаем): X-1=T -1+P-1. Подставив сюда значение Р=365,25636 суток, найдём Х=145,979 суток. С другой стороны, средний промежуток времени между двумя последовательными сближениями Венеры с Землей (синодический период) составляет S = 583,92 суток. Удивительной является величина S/X, равная 4,00003. Этот результат означает, что за время между последовательными сближениями с Землей Венера совершает ровно 4 поворота вокруг оси (относительно движущейся Земли). Небольшое отличие указанного отношения от целого числа скорее всего объяснимо небольшой ошибкой определения исходного значения величины Т. Механизм влияния Земли на Венеру, явившийся причиной подобной синхронизации периодов орбитальных движений Земли и Венеры с периодом осевого вращения этой планеты остаётся неизвестным. Его невозможно объяснить влиянием приливов на Венере, вызванных Землей, так как они ничтожно малы в сравнении с солнечными приливами. Но если всё же Земля каким-то образом влияет на Венеру, то такие же влияния уже на Землю возможны со стороны других планет.

87

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Глава V Проблемы существования и поиска внеземных очагов жизни и разума §1. Аргументы в пользу существования жизни вне Земли 1. Если законы Вселенной везде одни и те же, то не даёт ли это основание для утверждения, что жизнь закономерно возникает в разных местах Вселенной, раз она уже существует на Земле? Положительный ответ на этот вопрос давали Анаксимандр (610-546 гг. до н.э.), Лукреций (99-55 гг. до н.э.) и Джордано Бруно (1548- 1600). В настоящее время при разработке моделей Вселенной используется космологический принцип, отчасти подтверждённый наблюдениями, согласно которому Вселенная однородна и изотропна. Однородность как раз и означает одинаковость всех свойств материи всюду в пространстве. Правда, при этом имеются в виду средние значения разных физических параметров внутри кубов с длиной ребра 3 × 2121км (для исключения случайных отклонений). Но таких кубов во Вселенной очень много. За пределами Земли сколько угодно необходимых для зарождения и развития жизни энергии (в виде излучения звёзд), химического материала (водорода, углерода, кислорода, азота и т.д.), планет (обнаружено более десятка других звёздных систем с планетами) и времени (для эволюции жизни). Примерно 1 % всех звёзд нашей Галактики (то есть более миллиарда) - того же типа, что и Солнце. Кроме планет пристанищами для жизни могут стать некоторые их спутники, а также сравнительно маленькие остывающие звезды (гипотеза астронома Харлоу Шепли, 1885-1972). В последнем случае источник энергии находится не снаружи, как на Земле, а внутри, то есть в звезде, на поверхности которой расцвела жизнь. В межзвёздном пространстве обнаружены многие десятки органических соединений. По-видимому, там существуют условия для синтеза таких веществ - кирпичиков живого. 88

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Мысль, высказанную в начале этого пункта, можно выразить иначе. Допущение, что Земля - единственный во Вселенной очаг жизни и разума, равносильно признанию выделенности нашего места во Вселенной. С другой стороны, вся история астрономии - история преодоления антропоцентризма, геоцентризма, гелиоцентризма и затем - галактоцентризма (вначале полагали, что Солнечная система находится вблизи центра Галактики - единственной во Вселенной; потом после открытия других галактик из-за ошибок определения расстояний получалось, что Галактика - самая большая среди галактик; теперь известно, что таких галактик, как наша, - множество). 2. Второй аргумент имеет философский характер. Он связан с ответом на вопрос: может ли материя существовать бесконечно, не порождая время от времени достаточно большое число очагов жизни и разума? На Земле непрерывность существования жизни обеспечивается, в частности, её способностью к изменениям в условиях изменяющейся внешней среды. При наличии разнообразных механизмов, обеспечивающих эту способность выделяется главный вектор жизненного процесса - стремление к выживанию, то есть к бессмертию. Те цепи поколений, в которых это стремление угасло или хотя бы не обрело достаточной силы, выбывают из игры. Именно такой непрерывный отсев нежизнеспособного и обеспечивает совершенствование средств для сохранения и усиления стремления к бессмертию. В определённый момент на этом пути появляется новое оружие - быстрый разум. Он возникает вслед за качеством, которое можно назвать медленным разумом. Последним обладают все выжившие за миллиарды лет цепи поколений изменяющихся живых организмов. Здесь носителями разума являются не отдельные живые организмы, а некий развёртывающийся во времени процесс, воплощенный в изменяющейся (одновременно с изменениями окружающей среды) цепи поколений. Но и быстрый разум может оказаться для жизни всего лишь переходной стадией к более мощному средству - к сверхразуму. 89

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Он обладает способностью: 1 - концентрировать необозримое (для быстрого разума) количество информации, 2 - почти мгновенно извлекать нужные сведения из их хранилища (функция воспоминания) и 3 - моделировать сложнейшие процессы с целью отбора оптимальной линии поведения. Несмотря на то, что на Земле сверхразум ещё не появился, для него созданы необходимые предпосылки: компьютерные методы и техника. Обладая таким средством, жизнь получает эффективный инструмент, позволяющий ускорить её саморазвитие, а затем и сменить носителя сверхразума (может быть, возвратиться к биологическому носителю). О том, как это будет происходить на самом деле, можно только гадать. Однако вполне вероятно, что многократно увеличив время своего существования и сохранив стремление к бессмертию, могущественная жизнь озаботится и бессмертием самой материи. Таким образом, порождая жизнь и разум, материя создаёт механизм, обеспечивающий её бессмертие. С этой точки зрения биосфера Земли и возможные биосферы других миров - это своеобразные инкубаторы, в которых выращивается необходимое материи стремление к бессмертию.

§2. Где искать жизнь? Несмотря на то, что в межзвёздном пространстве методом радиоспектроскопии обнаружены довольно сложные органические соединения, условия для жизни, напоминающей земную, там неблагоприятны (вакуум, удалённость от источников энергии - звёзд). Но как там появились молекулы, содержащие углерод, кислород, водород и азот? При взрывах звёзд более массивных, чем Солнце, в окружающее пространство наряду с водородом и гелием выбрасываются и другие элементы, синтезированные в ходе ядерных реакций при температурах в десятки и сотни миллионов кельвинов. Это вещество постепенно собирается в межзвёздные облака, где на протяжении миллионов лет происходит синтез химических соединений (в частности, на поверхности пылинок). 90

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Вероятно, жизнь может появиться и развиваться на поверхности планет вблизи источников энергии, какими являются звёзды. Если масса звезды слишком велика (по сравнению с массой Солнца), то как показывают расчёты, время стабильного свечения звезды слишком мало, чтобы жизнь успела возникнуть, развиться и породить разумные формы. Такие звёзды взрываются и если к этому времени жизнь появилась, то она погибает при взрыве. Звёзды, масса которых значительно меньше солнечной, излучают слишком мало энергии. Жизнь может поддерживаться только на поверхности планеты очень близкой к звезде. В частности, если масса в два раза меньше, чем у Солнца, то уровень освещённости, сравнимый с наблюдаемым на Земле, будет достигнут на расстоянии 40 млн. км от звезды. На таком расстоянии период обращения планеты вокруг своего светила составит около 70 суток. Угловой диаметр звезды, наблюдаемой с этой планеты будет в 2,35 раза больше диаметра Солнца, наблюдаемого с Земли. Такая звезда будет иметь красный цвет, температура поверхности составит около 3800 К. Если же масса звезды в 1,5 раза больше солнечной, то такой же уровень освещённости, как на Земле, создаётся на расстоянии 250 млн. км. На этом расстоянии период оборота планеты вокруг звезды составит 1,8 года, а угловой диаметр светила будет в 1,4 раза меньше солнечного. Температура такой звезды составляет 6650 К. Предполагается, что у этих звёзд, как и у Солнца, энергия выделяется в ходе ядерных реакций превращения водорода в гелий. Продолжительность этой фазы в первом примере составляет около 80 млрд. лет и только 3 млрд. лет - во втором (в случае Солнца - 12 млрд. лет). На Земле жизни понадобилось 3-4 млрд. лет, чтобы породить человека - разумного. Во втором примере (массивная звезда) время спокойной фазы может оказаться недостаточным для появления очага разума, подобного земному. Кроме массы возможно существование и других ограничений: 1 - по спектральному составу излучение звезды должно обеспечить благоприятные условия для фотосинтеза, 2 - излучение не должно испытывать больших колебаний, опасных для жизни, 91

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

3 - вокруг звезды должны существовать планеты, причём орбита планеты, на которой возникает жизнь, должна быть достаточно стабильной, чтобы исключить недопустимые перепады температур (в случае движения по вытянутой орбите), 4 - сама планета должна иметь подходящий химический состав и т.д.

§3. О возможности найти очаг разума в окрестности звезды типа Солнца Поскольку очаг жизни и разума существует в окрестности Солнца, то в первую очередь следует изучать звёзды мало отличающиеся от него. Это - звезды с массами от 0,9 до 1,1 масс Солнца, с тем же источником энергии и не имеющие в качестве спутника другую звезду. На расстояниях до 100 световых лет таких звёзд насчитывается около 200. Рассмотрим верхнюю оценку для вероятности существования очага разума (в дальнейшем, ОР) в окрестности звезды типа Солнца в момент ее наблюдения с Земли. Предположим, что вокруг каждой звезды солнечного типа существует подходящая система планет и на одной из планет обязательно возникает жизнь, порождающая разум. Кроме того допустим, что - звезды типа Солнца непрерывно образуются из межзвёздной среды, причём на протяжении последних 12 млрд. лет скорость звездообразования не изменялась, - с начала фазы “горения” водорода до появления ОР проходит не менее 4 млрд. лет, - на протяжении последующих 8 млрд. лет (до окончания спокойной фазы свечения звезды) ОР возникает с равной вероятностью в любой момент, но только однажды, - возникнув, ОР существует ровно миллион лет (то есть в 100 раз дольше, чем уже существует земная цивилизация) и затем либо гибнет, либо переходит в ненаблюдаемое состояние (например, теряет интерес к другим ОР). На рис.52 весь отрезок I соответствует интервалу времени в 8 млрд. лет (из всего времени существования звезды в спокойной фазе вычтены 4 млрд. лет, затраченных на инкубационный пе92

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

риод). Отрезку II соответствует один миллион лет - продолжительность существования ОР. Стрелка .указывает на момент в жизни звезды, когда земной наблюдатель ею интересуется. Из вариантов А, В и С только последний соответствует ОР, существующему одновременно с нами. Считая любое положение стрелки на отрезке I равновероятным, находим вероятность её попадания в отрезок II, как отношение соответствующих интервалов времени: p =

10 6 1 = . 8 ⋅ 10 9 8000

Нужно ещё учесть, что вероятность пребывания звезды в возрасте от 4 до 12 млрд. лет равна p0 =

12 − 4 2 = . 12 3

Теперь можно найти вероятность P того, что звезда типа Солнца в момент её наблюдения имеет ОР на одной из её планет: 1 . 12000 На расстояниях до 100 световых лет математическое ожидание числа звёзд, у которых в данный момент имеется ОР, соP = pp0 =

ставляет 200 × P = 1 60 . Математическое ожидание станет равным единице, если взять все солнцеподобные звёзды до расстояния около 390 световых лет. (Термин “математическое ожидание” соответствует среднему числу). 93

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Полученные выше оценки являются наиболее оптимистичными. Надо ещё учесть, что далеко не около каждой звезды солнечного типа возникает жизнь, а там, где она появилась, не обязательно появляется и ОР. Если это принять во внимание, то вероятность P существенно уменьшится. Если она уменьшится в миллион раз, то понадобится 12 млрд. звёзд солнечного типа, чтобы мат. ож. числа современных ОР достигло единицы. Но во всей Галактике не наберётся такого числа звёзд подобных Солнцу. Это означает, что соседний ОР находится в другой галактике и расстояние до него измеряется миллионами световых лет. Тогда продолжительность существования ОР (согласно высказанному ранее предположению) оказывается меньше того времени, которое требуется свету для преодоления такого расстояния. В этом случае прямой контакт между нами и этим ОР невозможен.

§4. Проблема поисков космических очагов разума Вероятно, по глубине понимания природы мироздания и места разума в нём большинство сосуществующих с нами ОР далеко перегнало земную цивилизацию. Сделать такой вывод можно, если предположить, что ОР развиваются не менее 106 лет и учесть, что возраст земной цивилизации не больше 104 лет. На Рис.53 отрезок II соответствует интервалу времени в миллион лет, а отрезок III - продолжительности существования земной цивилизации к настоящему времени (около десяти тысяч III лет). Очевидно, взяв другой ОР в произвольный момент II его существования, мы попаРис. 53. дём в первые 104 лет с вероятностью не большей 10 4/ 106=0,01. Следовательно, не менее 99 % ОР старше земного ОР; разница в 900 столетий и большая окажется, по крайней мере, в 90 % всех случаев. Остаётся ещё предположить, что разница в возрасте влечет за 94

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

собой и различие в степени развития интеллекта. Учитывая всё ускоряющиеся темпы роста населения Земли, быстрое развитие наук и технологии, можно прийти к выводу о возможности наступления эпохи освоения Луны, планет и всей солнечной системы. Тогда проявления технологической деятельности человечества со временем приобретут космические масштабы и станут наблюдаемы с огромных расстояний. Но если космические ОР намного перегнали землян, то почему они никак себя не проявляют? Возможны варианты: либо их нет, либо это - исключительно редкое явление, либо существует некий фактор ограничения, не допускающий выхода на космические масштабы энергопотребления. Начиная с 60-х годов 20-го века ведётся систематическое прослушивание космоса в радиодиапазоне. Соответствующая программа получила название “Связь с внеземным разумом”. Затем содержание программы и её название были уточнены: “Поиски внеземного разума”. Соответствующие аббревиатуры имеют вид: CETI и SETI. В 1982 году Международный астрономический союз образовал комиссию по проблеме “Биоастрономия”, объединившую 200 учёных из 28 стран. Поиски искусственного космического радиоизлучения особенно интенсивно велись вблизи длины волны 21 см (спектральная линия излучения межзвёздного нейтрального водорода). Наблюдения также проводились в оптическом, инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах. Однако на конец 20-го века никаких искусственных радиосигналов так и не было обнаружено. В 1974 году было направлено радиопослание с информацией о земной цивилизации в сторону шарового звёздного скопления М13. Оно находится на расстоянии около 25000 световых лет и содержит несколько сотен тысяч звёзд. Кроме того, на борту космических летательных аппаратов устанавливались таблички с информацией, рассчитанной на другие ОР. При отсутствии данных о спектре намерений разных ОР подобные действия, раскрывающие местоположение землян, могут оказаться рискованными. Выше был приведен аргумент в пользу того, что другие ОР с 95

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

большой вероятностью должны быть мудрее молодой земной цивилизации. Следовательно, им легче обнаружить нас, чем нам - их. И если о них ничего не известно, то либо они ещё не обнаружили землян (а тогда и земляне не смогут обнаружить их), либо земляне уже замечены, но в настоящее время не представляют интереса с точки зрения установления контактов (а тогда и нам набиваться в знакомые бесперспективно). Возможно, человечеству остаётся лишь ожидать проявления признаков внимания со стороны других ОР - по крайней мере, до тех пор, пока оно не обретёт достаточной силы. В следующем параграфе обсуждается ещё одна возможность.

§5. Случай невозможности прямых контактов Невозможность прямых контактов между очагами разума (ОР) может проистекать из двух обстоятельств: А) расстояние между ОР больше того расстояния, которое свет пробегает за время Т их существования (рис.54, А); В) расстояние между ОР достаточно мало для контактов, но не пересекаются интервалы времён существования ОР (рис.54, В).

В случае А оба ОР никогда не узнают друг о друге, либо один из них узнает о другом лишь посте того, как тот закончит свое существование. Во втором случае более поздний очаг (ОР2) сможет узнать о более раннем (ОР1) по следу или посланию. Возможности для организации такого послания гораздо более благоприятны, чем в случае А. Если исключить требование одновременности существования ОР (и допустить, что ОР возникает вблизи каждой подходя96

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

щей звезды), то расстояние между соседними ОР окажется таким же, как и расстояние между соседними звёздами типа Солнца. Ввиду того, что в радиусе 100 световых лет таких звёзд насчитывается около 200, типичное расстояние ∆ между соседями составит в световых годах ∆ ≈ 3

4 π ⋅ 100 3 / 200 ≈ 30 . 3

Наконец, сверхоптимистическая оценка, когда ∆ = 0 , получается, если допустить, что вблизи одной и той же звезды (и в том числе, в Солнечной системе) ОР возникают более одного раза. Например, в течение последних 600 млн. лет существования жизни на Земле могло бы возникнуть и угаснуть 10 ОР с продолжительностью существования каждого в миллион лет - один ОР на 50-70 млн. лет. При разновременном существовании ОР единственной возможностью для контакта является оставление послания - памятника от более раннего очага разума к более позднему. При этом первый из них должен суметь предвидеть появление второго спустя миллионы лет. О форме и цели послания остаётся только гадать. Надо только учесть, что за сотни тысяч (а может быть, миллионы) лет своего существования ОР может измениться до неузнаваемости. Среди многочисленных фаз его развития могут быть и такие, во время которых он проявляет интерес к другим ОР. Между тем, если каждая галактика за десять миллиардов лет своего существования среди сотен миллиардов своих звёзд порождает хотя бы один ОР, то и тогда во Вселенной в разное время должно существовать не менее миллиарда ОР.

§6. Проблема НЛО Сообщения о наблюдении необычных явлений в атмосфере появлялись ещё более двух тысяч лет тому назад. К концу 20-го века накоплены десятки тысяч подобных наблюдений в разных странах и на разных континентах. Само название НЛО - неопознанный летающий объект предполагает, что физическая природа объекта остаётся неизвестной, по 97

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

крайней мере, в момент наблюдения и большинству свидетелей. Поэтому НЛО привлекают к себе повышенное внимание, а возможные их объяснения неспециалистами часто имеют сенсационный характер. Например, в некоторых случаях утверждают (или подразумевают), что здесь не обошлось без пришельцев из космоса. Данные о НЛО анализируются и обобщаются начиная с середины 20-го века. В России этим занимаются группы уфологов. Более 75 % всех случаев НЛО связано с техногенными и природными явлениями: запуски и падения геофизических и космических ракет (о которых своевременно не сообщается населению), метеорологические зонды, световые пятна на облаках от прожекторов, технические эксперименты в атмосфере, свечение (хемолюминесценция) промышленных выбросов в атмосферу, мощные полярные сияния (иногда наблюдаемые на средних широтах), эффекты аномального преломления света в атмосфере, болиды (яркие метеоры), редкие формы облаков и др. Около 15-20 % всех НЛО необъяснимы просто из-за недостаточного или недостоверного их описания. И только в 5-10% случаев НЛО действительно не поддаются истолкованию на базе современных данных о физических процессах (в том числе и электромагнитного характера) в атмосфере. С другой стороны, было бы преждевременным утверждать, что современная наука знает об атмосфере всё. Поэтому до сих пор пока нет веских оснований связывать хотя бы некоторые НЛО с космическими пришельцами. Если рассматривать всю совокупность обнаруженных НЛО независимо от их последующего объяснения, то выясняются интересные закономерности. 1. Больше всего сообщений о НЛО приходится на январьфевраль и июль-август. 2. Суточный максимум наблюдений соответствует 21 часу по местному времени. В первую половину дня НЛО обнаруживают редко. 3. Чаще других НЛО обнаруживают дети в возрасте 5-10 лет. 4. Среди многочисленных форм НЛО чаще других встречаются шаровидная и звездообразная. Дисковидные формы - на третьем 98

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

месте. 5. Наиболее распространенная деталь НЛО - световой луч. Приведенный выше перечень причин появления НЛО свидетельствует об их большом разнообразии. Многое зависит от психического состояния и уровня образования наблюдателя. Например, иногда при определённых условиях видимости городской житель, мало знакомый со звёздным небом, может принять за “летающую тарелку” полную Луну или яркую Венеру. В связи с сообщениями о психическом воздействии некоторых НЛО следует знать, что во время мощных полярных сияний происходят магнитные бури. При этом частота колебаний магнитного поля может быть близка к частоте альфа-ритма. К тому же, впечатление от световых эффектов усиливается в тех случаях, когда человек наблюдает их впервые. А это и происходит в период максимумов солнечной активности, когда зона видимости северных сияний иногда распространяется далеко на юг.

99

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Глава VI Астрология и астрономия Астролог привлекает внимание клиента обещанием раскрыть тайны его судьбы. В отличие от гадалки, опирающейся на авторитет случая, астролог ссылается на связи земного с небесным. Встречаясь с критикой в свой адрес, астролог либо не “опускается” до споров, либо выдвигает аргументы из следующего привычного набора. I. Астрология, зародившись в глубокой древности, живёт и процветает до сих пор. Не может быть ложным учение, выдержавшее такую проверку временем. II. Современная наука доказала неопровержимо, что космос влияет на Землю и на нас. III. Существует много примеров из жизни замечательных людей, когда предсказания астролога сбывались. IV. Астролог говорит: “Вот Вы критикуете астрологию, а не знаете этой науки”. При этом, если имеется такая возможность, он показывает сложные астрологические таблицы и схемы. По пункту I можно ответить, что профессии обманщиков, жуликов и воров тоже живучи (и в не меньшей степени). В любом обществе существует значительная прослойка людей малообразованных и легковерных. Их знание законов природы отрывочно и поверхностно. Эти люди - питательная среда для процветания астрологии. Ведь всегда существует сильное желание узнать о себе и своём будущем от образованного человека, “владеющего тайнами неба”. В далёкие времена астролог при правителе был полезным и нужным человеком хотя бы потому, что имел хорошее образование (для того времени) и обладал тренированным умом. В отличие от подхалимов, которые обычно окружают правителей, астролог почти без опаски мог давать полезные советы, так как находился как бы под защитой звёзд и планет. Близость астролога к правителю уже сама по себе способствовала укреплению его авторитета среди населения. 100

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Ответ на возражение II совсем прост. Космос действительно оказывает достаточно сильное воздействие на Землю и на нас (см. Гл. IV). Однако научные представления о влияниях космоса не имеют ничего общего с тем, что провозглашает и использует в своих гороскопах астрология. Но об этом обстоятельстве астрологи скромно умалчивают. С одной стороны, существует астрономия - быстро развивающаяся наука о космосе с её открытиями других галактик, расширения Вселенной, механизмов свечения звёзд, природы планет и т.д. С другой стороны, имеется “наука” астрология, основанная на представлениях того периода в истории человечества, когда Венера олицетворяла любовь, дружбу и плодородие, Марс был планетой военных, убийц и поваров и т.д. О том, как сильно и в каком направлении развивается астрология, можно судить по примерам из астрологической практики, относящимся к 1999 году: Венера знаменует любовь, обаятельность и деньги, Марс - активность, смелость и инициативу. Как видно, суть осталась той же, что и тысячи лет назад. Марс красный? Значит, он имеет цвет крови. Кровь - это война. Дальнейшая трансформация очевидна. Венера самая яркая из планет? Значит, она и самая красивая. Поэтому Венера - олицетворение красоты, любви и т.д. Впрочем, современные астрологи стараются “не отставать” от прогресса науки. По мере открытия новых планет астрологи приписывают им влияния на всё новые человеческие качества: Уран - ощущение свободы и новизны, Нептун ведает вопросами веры и иллюзиями, Плутон ответственен за скрытые резервы человека (может быть потому, что назван в честь бога подземного царства?), в ведении Цереры (астероида) - работоспособность и здоровье. Поскольку этого оказалось недостаточно, была изобретена “Черная луна” - математическая точка, совпадающая с апогеем лунной орбиты. Она “ответственна” за страх, ложь, активное зло и т.д. Затем были задействованы и узлы лунной орбиты точки пересечения последней с орбитой Земли (Гл. VII). 101

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Действительно ли существует много примеров из жизни замечательных людей, подтверждающих ценность астрологических предсказаний? Здесь приходиться верить на слово, так как проверка в большинстве случаев невозможна. К тому же, предсказания опытного астролога имеют нарочито неопределённую форму, допускающую различные истолкования. Ниже приводится предсказание Нострадамуса, вызвавшее усилиями современных астрологов чуть ли не переполох в Европе накануне августовского полного солнечного затмения 1999 года: Ну, с чем мы прийдём к двадцать первому веку? Сошедший с горящего неба - теперь повелитель земли. Конец и начало столетья мятежным живут человеком. Открытие Марса свободе грозит. Мишель Нострадамус (1503-1566) - самый знаменитый из астрологов. Он составил около 1000 подобных предсказаний. В них, как правило, предрекаются ужасные бедствия: убийства, войны, предательства, эпидемии, пожары, наводнения и даже ледниковый период. Приведенное выше предсказание астрологи отнесли к 1999 году. Однако истолкования даются разные: 1 в конце 20-го века на Марсе высадится человек, 2 - 20-ый век закончится под грохот революций и войн, под ядерные взрывы, 3 - начавшись Лениным, век закончится с появлением великого мятежного человека и 4 - сошедший с горящего неба - житель иной планеты. Насколько известно, ни один из этих случаев пока не реализовался. В связи с контраргументом IV ниже рассматривается наиболее распространённый способ составления гороскопа. Исходными являются дата, час и место рождения клиента. Прежде всего находят четыре “кардинальные” точки: 1 - восточную точку пересечения эклиптики с горизонтом (“гороскоп”), 2 - верхнюю точку пересечения эклиптики и небесного меридиана, (“середину неба”), 3 - западную точку пересечения эклиптики и горизонта (“заход”) и 4 - нижнюю точку пересечения эклиптики с небесным меридианом (“середину земли”). Далее эклиптику делят на 12 дуг - “домов” (по три между соседними “кардинальными” точками. Через концы этих дуг 102

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

проводят круги склонений (см. Гл. VII). В результате небо оказывается разделенным на 12 частей, которые называют “домами”, как и соответствующие дуги эклиптики. Снизу к “гороскопу” примыкает “дом жизни”, затем следуют дома богатства, братьев, родственников, детей, здоровья (у точки “захода”), брака, смерти, веры, чинов, дружбы и вражды (примыкает к “гороскопу” сверху). При помощи этих 12 “домов” составляется небесная фигура - путем нанесения положений планет, Солнца, Луны, знаков зодиака и некоторых звёзд. Наконец, при помощи традиционных правил по небесной фигуре составляется предсказание. При этом учитывается, в какие “дома” попали знаки зодиака, планеты и т.д. Например, если Солнце находится в первом “доме” (жизни), то новорождённый обещает быть здоровым и учёным человеком. Попадание Меркурия во второй дом сулит удачу в торговле; Луны в пятый дом - большое число детей. Существуют разные варианты названий “домов” и их предсказательных функций. Кроме того, ещё используется понятие жилища планеты. Знаки зодиака Овен и Скорпион соответствуют Марсу, Козерог и Водолей - Сатурну и т.д. В разных местах эклиптики планеты обладают разной силой. Как можно убедиться из этого краткого описания, астрология решала две задачи: чисто научную - составление небесной фигуры и псевдонаучную - истолкование положений светил на основе произвольных, выдуманных правил (напоминающих детскую игру). Для решения первой задачи в древние времена астрологам приходилось заниматься систематическими наблюдениями светил. Это способствовало накоплению астрономических знаний и сыграло важную роль в развитии астрономии. В настоящее время у астрологии осталась только вторая задача, так как первую решает астрономия. Может ли астролог принести хоть какую-нибудь пользу? Ответ может быть утвердительным только в том случае, когда астролог является опытным, добросовестным психологом. Тогда его индивидуальная работа с клиентом может оказаться полез103

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

ной. Астрологические правила, касающиеся влияний светил, здесь используются лишь постольку, поскольку стимулируют поиск решения, подходящего для клиента. Но убедительность для него даваемых рекомендаций окажется тем выше, чем ниже уровень астрономических знаний клиента. Существует ещё один случай, когда астролог приносит скорее пользу, чем вред. Здесь используется лишь знание знака зодиака (то есть приближённой даты рождения); данные о месте рождения игнорируются. Следовательно, прогноз имеет отношение сразу к 500 млн. людей. Рекомендация составляется так, чтобы, по возможности, быть полезной для большинства людей. Ниже приводится в сокращённом виде пример подобных рекомендаций, составленных одним из астрологов в 2000-ом году. Ч исло З на к ме ся ца зо д иа ка ма р т а

Р е ко ме нд а ции

Д е ва

2

П р о явит е т е р пе ние , сде р жа нно ст ь , р а ссуд ит е ль но ст ь

Ра к

3

В тр удную минуту о бр а тит есь за по мо щь ю к др узь ям, близким людям.

27

П о о б ща йт е сь с живо й пр ир о д о й, по за б о т ь т е сь о сво их д о ма ш них люб имца х. Б уд ь т е до б р е е , б ла го р о д не е .

Л ев

Такие рекомендации могут оказаться полезными большинству людей. Но при чём здесь космос? Иногда можно услышать ответ, суть которого в следующем. С космосом связана смена времён года, а с этой сменой - различие условий вынашивания ребёнка и первого года его существования. Однако, существуют гораздо более мощные факторы жизненный уровень семьи и наследственность. Они не учитываются астрологом. К тому же, в южном полушарии знакам зодиака соответствуют совсем иные времена года (чем в северном полушарии). 104

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Глава VII Математические основы §1. Небесная сфера Так называют сферу произвольного радиуса с центром в глазу наблюдателя. Она вводится для удобства при изучении видимых положений и движений светил. Видимым движением светила называют изменение направления на него с точки зрения наблюдателя. Благодаря введению небесной сферы появляется возможность использовать формулы сферической тригонометрии при решении задач астрометрии (раздела астрономии, в котором исследуются видимые положения и движения светил). На Рис.55 показаны основные линии и точки небесной сферы. Рис. 55. ZZ ′ - вертикальная линия, PP ′ - ось мира, Z зенит, Z ′ - надир, P - северный полюс мира, P′ - южный полюс мира, S - точка юга, N - точка севера, E точка востока, W - точка запада, SN - полуденная линия, WSENW - математический горизонт (истинный горизонт), WQE Q ′W - небесный экватор, ZPZ ′P ′ - небесный меридиан, Q и Q′ точки пересечения небесного экватора с небесным меридианом. 105

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Вертикальной линией называют диаметр небесной сферы (в дальнейшем н.с.), параллельный направлению силы тяжести; она пересекает н.с. в зените (над головой наблюдателя, расположенного в центре н.с.) и надире. Осью мира называют диаметр н.с., параллельный оси Земли. Она пересекает н.с. в северном полюсе мира (над горизонтом в северном полушарии) и в южном полюсе мира. Большим кругом (б.к.) называют любую окружность на сфере, плоскость которой проходит через центр сферы. Математическим горизонтом называют б.к., перпендикулярный вертикальной линии. Небесный экватор - б.к., плоскость которого перпендикулярна оси мира (он параллелен экватору Земли). Небесный меридиан - б.к., проходящий через зенит и северный полюс мира. Точки севера и юга находятся на пересечениях небесного меридиана с математическим горизонтом; первая из них - ближайшая к северному полюсу мира. Точки востока и запада находятся на пересечениях небесного экватора и математического горизонта (в первой из них восходят светила, движущиеся вдоль небесного экватора). Диаметр н.с., соединяющий точки севера и юга, называют полуденной линией. В течение суток звёзды движутся против часовой стрелки, если смотреть изнутри н.с. в сторону северного полюса мира Р. Географической широтой пункта называют острый угол между вертикальной линией и плоскостью экватора Земли. Этот угол считается положительным в северном полушарии. На рис.55 угол ∠QOZ - также равен географической широте, так как небесный экватор параллелен земному. Наконец, географической широте равен и угол ∠PON (он, как и угол ∠QOZ , дополняет угол ∠ZOP до 90°). Географическую широту обычно обозначают буквой ϕ . В астрометрии вместо реальных светил рассматривают их проекции на небесную сферу. Чтобы получить проекцию, необходимо провести из центра н.с. луч к светилу и найти точку пересечения этого луча с н.с. Очевидно, направления из центра н.с. на проекцию и на светило всегда совпадают.

§2. Небесные координаты. 106

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

В горизонтальной системе координат положение проекции светила определяется углами А и h , показанными на рис.56. Угол А, называемый азимутом, измеряется двугранным углом между южной полуплоскостью небесного меридиана и полуплоскостью вертикала светила. Вертикал представляет собой полуокружность с концами в зените и надире и проходящую через проекцию светила. Угол А отсчитывают по математическому горизонту от точки S к точке W (и дальше, если необходимо). Он изменяется от 0 до 3600. Например, для точек W и Р азимуты соответственно равны 90 и 1800. Угол h, называемый высотой, определяют как острый угол между направлением на светило (из центра н.с.) и плоскостью математического горизонта. Величина h изменяется от -900 (в надире) до 900 (в зените). Она равна нулю, если проекция светила находится на математическом горизонте. Высоты точек W, N и Р соответственно равны 00, 00 и ϕ . В первой экваториальРис. 56. ной системе координат положение светила определяют углами t и δ , показанными на рис.57. Угол t, называемый часовым углом, измеряется дугой небесного экватора от точки Q на запад до точки пересечения небесного экватора с кругом склонения светила (точнее, его проекции). Круг склонения - полуокружность с концами в полюсах мира и проходящая через светило. Для запоминания полезно заметить, что угол t аналогичен углу А, рассмотренному выше. Однако, в отличие от угла А, единица измерения иная - вместо градуса используют час, равный 150 (см. ниже). Угол δ аналогичен высоте h и представляет собой острый угол между направлением на светило (из точки О) и плоскостью небесного экватора. Этот угол 107

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

называют склонением и он, как и угол h, изменяется от 900 (в точке P ′ ) до +900 (в точке Р). Склонение считают отрицатель-ным, если светило находится ближе к южному полюсу мира (чем к северному), равным нулю на небесном экваторе и положительным в остальных случаях. В течение суток координаты h, A и t изменяются изРис. 57. за осевого вращения Земли, отражением которого являются движения светил вдоль суточных параллелей (см. Гл. I, §2) вокруг оси мира. Для составления звёздных карт и каталогов такие координаты непригодны. Во второй экваториальной системе координат положение светила определяют углами α и δ . Угол α , называемый прямым восхождением, измеряют дугой небесного экватора от точки Овен (точка весеннего равноденствия) до круга склонения светила навстречу суточному движению его (то есть навстречу направлению отсчёта угла t). Если t γ - часовой угол точки Овен, то справедливо одно из равенств: t γ = t + α или t γ = t + α − 24 ч . Берут то из них, при котором tγ <24ч. Второй угол - δ тот же, что и в первой экваториальной системе координат. У звёзд координаты α и δ почти не изменяются в течение суток. Поэтому они являются основными астрономическими координатами, используемыми при составлении каталогов и карт. Эклиптика и ее замечательные точки. Эклиптику приближённо определяют, как большой круг н.с., по которому в течение года движется Солнце на фоне звёзд (в более точном определении считается, что это движение наблюдают из центра масс системы Земля - Луна). Небесный экватор эклиптика пересекает в точках равноденствия. Та из них, в которой Солнце бывает около 21 108

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

марта - точка весеннего равноденствия (точка Овен). В точке осеннего равноденствия (Весы) Солнце бывает около 23 сентября. Как уже отмечалось, вблизи моментов равноденствий на большей части земного шара день равен ночи (на обоих полюсах Солнце не заходит). Точки эклиптики, наиболее удалённые от небесного экватора, называют точками солнцестояния. Соответствующие даты - около 22 июня (летнее солнцестояние) и 23 декабря (зимнее солнцестояние). Точки весеннего равноденствия, летнего солнцестояния, осеннего равноденствия и зимнего солнцестояния обозначают знаками созвездий, в которых они находились около 2000 лет тому назад: ^ (Овен), a (Рак), d (Весы) и g (Козерог), рис.58. Период времени, по истечении которого Солнце возвращается в точку весеннего равноденствия, называют тропическим годом. Его продолжительность - 365,2422 средних солнечных суток (ввиду небольших изменений продолжительности суток от даты к дате, используют среднюю продолжительность суток в течение года). Из-за медленного движения точки ^ на фоне звёзд (прецессия) тропический год на 20 минут короче сидерического (звёздного) года - периода обращения Земли вокруг Солнца. Но в жизни людей важен именно тропический год - период смены времён года. В следующей таблице приводятся координаты некоторых

g

^

Рис. 58. Эклиптика и небесный экватор. Угол между их плоскостями ε = 23026´. Диаметр ПП´ - ось эклиптики, П и П´ - полюса эклиптики. Солнце движется в течение года по эклиптике навстречу суточному движению звёзд. 109

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

точек небесной сферы и указаны названия соответствующих созвездий. Координаты этих точек не изменяются или изменяются очень медленно (причина некоторых изменений - планетные возмущения, влияющие на значение угла ε , а также короткопериодические возмущения, связанные с неравномерностью прецессионного движения Точка

Прямое восх.

Склонение

Созвездие

Сев. полюс мира

-

+900

М алая М едведица

Южн. полюс мира

-

-900

Октант

Сев. полюс эклиптики

18ч

66034

Дракон

Южн. пол. эклиптики

6ч

-66034

Золотая Рыба

Овен ( ^ )

0ч

00

Рыбы

Рак ( a )

6ч

23026

Близнецы (Телец)

Весы ( d )

12ч

00

Дева

Козерог ( g )

18ч

-23026

Стрелец

полюсов мира). Значительно сильнее изменяются координаты звёзд. Главная причина изменений - прецессия, проявляющаяся в смещении точки Овен на фоне звёзд со скоростью около 50′′ в год. Пусть даны экваториальные координаты звезды α 0 и δ 0 в момент t 0. Требуется вычислить их значения в момент t. Если t − t 0 <100 лет и учитывать только прецессию, то можно воспользоваться приближенными формулами: α = α 0 + pα (t − t 0 ) , δ = δ 0 + pδ (t − t 0 ) ,

где pα = 3,07 C + 1,336 S sin α 0 tgδ 0 , pδ = 20,05′′ cos δ 0 . 110

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Например, при t 0 = 2000 ,0 , α 0 = 18 ч 3,8м и δ 0 = −21o 03′ для t = 2050,0 имеем: t − t 0 = 50, α 0 = 273,450 , δ 0 = −21,050 , pα = 3,583С , pδ = 1,207 ′′

и α = 18 ч13 ,8м + 3,0 м = 18ч16,8м , δ = −21o 03′ + 1′ = −21o02′ . Прецессия не влияет на значения угловых расстояний между звёздами. Примечание. При переходе от градусной меры угла к часовой используют соотношения: 15o = 1ч , 1o = 4 м , 15′ = 1м , 1′ = 4 с и

15′′ = 1с , где ч, м и с - сокращенные обозначения часа, минуты времени и секунды времени. Используя формулы сферической тригонометрии, можно получить следующие формулы, связывающие горизонтальные и экваториальные координаты светила: sin δ = sin ϕ sinh − cos ϕ cosh cos A , (1) cos δ cos t = cos ϕ sinh + sin ϕ cosh cos A , cos δ sin t = cosh sin A ,

(2) (3)

sinh = sin ϕ sin δ + cos ϕ cos δ cos t ,

(4)

cosh cos A = − cos ϕ sin δ + sin ϕ cos δ cos t . (5) Пример 1. В пункте с географической широтой ϕ для некоторого светила определены горизонтальные координаты h и А. Требуется найти склонение δ и часовой угол t . По формуле (1) находят sinδ , а затем и угол δ (известно, что это - острый угол, а знак угла определяется знаком sinδ ). Затем по формулам (2) и (3) вычисляют cost и sin t . После этого однозначно определяют угол t . Пример 2. Для некоторой звезды надо рассчитать высоту и азимут в пункте с известной географической широтой ϕ по известным координатам δ и t . 111

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

По формуле (4) находят sinh , а затем и угол h (острый угол, положительный или отрицательный). При помощи формул (3) и (5) вычисляют sin A и cos A , а затем и сам угол А. Примечание. Если в этой задаче вместо часового угла дано прямое восхождение α , то необходимо ещё знать звёздное время S в момент наблюдений. После задания звёздного времени вычисляют часовой угол по формуле: t = S − α .

§3. Время Звездное время (S) в данный момент принимается равным часовому углу точки весеннего равноденствия: S = t γ = t + α (или S = t + α − 24 4 ). (6) Здесь t или α - координаты любого светила. Время, в те-

чение которого часовой угол точки весеннего равноденствия изменяется на 24ч (интервал между последовательными её верхними кульминациями) называют звёздными сутками. За их начало принимают момент, когда t=0. Изменение величины t γ обусловлено вращением Земли относительно направления на точку γ. Истинное солнечное время (Т ¤ ) численно равно часовому углу Солнца, увеличенному на 12ч : (7) T0 = t 0 + 24 ч . Интервал времени между последовательными нижними кульминациями Солнца называют истинными солнечными сутками (понятия верхней и нижней кульминаций определяются в §4). За их начало принимают момент, когда t O = 12ч . Для определения истинного солнечного времени можно воспользоваться солнечными часами. В них время указывает тень от стержня, параллельного оси мира, на циферблате, форма и ориентировка которого, вообще говоря, могут быть произвольными и определяются из соображения удобства. Чаще всего используют плоские циферблаты, ориентированные горизонтально или вертикально. Инструкция по изготовлению солнечных часов даётся в Прило112

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

жении. Среднее солнечное время равно численно часовому углу “среднего солнца” , увеличенному на 12ч : T = t ср + 12 ч .

(8)

“Среднее солнце” - воображаемая точка небесного экватора (не эклиптики!), равномерно движущаяся на фоне звёзд с тем же периодом (равным тропическому году) и в том же направлении, что и Солнце. “Среднее солнце” находится не далее нескольких градусов от проекции центра солнечного диска на небесный экватор. На практике применяют формулу: T = TO + E , (9) где Е - “уравнение времени”. В течение года эта величина в среднем равна нулю; всегда выполняется неравенство: E < 16,4 м . Величину Е рассчитывают заранее, принимая во внимание неравномерность движения Солнца по эклиптике и наклон последней к небесному экватору (по которому отсчитываются часовые утлы). Как и в случае угла t¤ причиной изменения угла t ср является вращение Земли вокруг оси и движение её вокруг Солнца. Время, в течение которого “среднее солнце” совершает полный оборот на н.с. относительно небесного меридиана, называют средними солнечными сутками. За их начало принимают момент, когда t с р = 12ч . Средние солнечные сутки равны среднему значению истинных солнечных суток в течение года. Последние в середине сентября на 50с короче, чем в 20-х числах декабря. Наблюдения свидетельствуют, что тропический год содержит 365,2422 средних солнечных суток и 366.2422 - звёздных. Отсюда следует, что последние примерно на 4м короче первых; соответственно звёздный час на 9,86 секунды короче среднего солнечного часа. Пример. Определить звёздное время в момент весеннего равноденствия, если известно, что истинное солнечное время было равно 6ч17м12с. В этот момент прямое восхождение центра солнечного дис113

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

ка равно нулю. Используя формулу (7), по известному истинному солнечному времени находим часовой угол Солнца: t O = -5ч42м48с (или 18 ч 17 м 12 с ). По формуле (6) находим звездное время: S = t O + α O = 18ч17м12с. В момент осеннего равноденствия ( α O = 12ч) при том же истинном солнечном времени звёздное время составило бы 6ч17м12с. Таким образом, около 23 сентября звёздное время приблизительно совпадает с истинным солнечным, а около 21 марта разность между ними близка к 12ч. В каждые следующие сутки звёздное время опережает истинное солнечное приблизительно на 4м. Примечание. В астрометрии рассматривают несколько разновидностей звёздного времени. Различие между ними - незначительное. Местным называют время (звёздное, истинное солнечное, среднее солнечное), определённое для данного географического меридиана. Плоскость такого меридиана проходит через ось вращения Земли и при пересечении с поверхностью Земли образует линию, близкую к полуокружности, с концами в полюсах, рис.59. Рис.59.Показаны два географических меридиана: 1 - начальный (нулевой), проходящий через точку в бывшей Гринвичской обсерватории близ Лондона, и 2 - произвольный, проходящий через пункт в восточном полушарии. Двугранный угол между плоскостями начального меридиана и меридиана данного пункта, отсчитываемый на восток, на-

Рис. 59. Показаны два географических меридиана: 1 - начальный (нулевой), проходящий через точку в бывшей гринвичской обсерватории близ Лондона, и 2 - произвольный, проходящий через пункт в восточном полушарии. 114

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

зывают восточной географической долготой этого пункта и обозначают буквой λ . Можно доказать, что разность местных времён двух пунктов численно равна разности их географических долгот, выраженной в часовой мере: ′ S ′′ − S ′ = TO′′− TO = T ′′ − T ′ = λ ′′ − λ ′ .

(10)

Из этих равенств не следует, что интервалы солнечных и звёздных времён равны друг другу (следует учесть различие единиц измерения). Всемирным временем ( TO ) называют местное среднее солнечное время, определённое для начального меридиана. Его связь с местным средним солнечным временем пункта с географической долготой λ выражается равенством: T = TO + λ .

(11) Пример. Для данного пункта λ =28 . Чему здесь равно среднее солнечное время в 6ч всемирного времени? Угол λ выражаем в часовой мере: λ =(28/15)ч =1,8667ч =1ч+0,88667 × 60м=1ч 52м . Искомое время равно 6ч +1ч 52м=7ч 52м. Поясное время ( TN ) в часовом поясе с номером N определяют по формуле: 0

(12) TN = T0 + N × 1ч . Теоретический границы N-го часового пояса определяются в неравенствах:

(N − 0,5) × 1ч ≤ λ ≤ (T + 0,5) × 1ч или

(13)

(N − 0,5) × 15 ≤ λ ≤ (T + 0,5) × 15 . По практическим соображениям реальные границы несколько отличаются от теоретических. Летнее время в большинстве стран получают прибавлением к поясному времени одного часа. В России такое время до o

o

115

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

1980 года называли декретным, а в настоящее время - зимним. Летнее же время в России ещё на один час больше, то есть опережает поясное на два часа. Московское зимнее и московское летнее время (Тз и Тл) связано со всемирным временем равенствами: Т з=Т 0+3 ч , (Т л=Т 0+4 ч). (14) Пример. Определить летнее московское время в момент истинного полдня (наивысшего положения Солнца) в Москве 1 июля. В этот момент часовой угол Солнца равен нулю. Следовательно, истинное солнечное время (см. равенство (7)) равно 12ч . Уравнение времени в этот день приблизительно равно Е=+3,7м (в течение дня оно изменяется незначительно). Местное среднее солнечное время составляет 12ч03,7м (см. формулу (9)). Зная географическую долготу Москвы и используя формулу (11), находим всемирное время: T0=T-λ=12ч03,7м-2ч30м=9ч33,7м. Наконец, по второй формуле (14) находим Т л=13ч 33,7м. Ввиду того, что Москва приписана ко второму часовому поясу, при N>2 время в N-ом часовом поясе опережает московское на N -2ч. Например, для Владивостока (N=9) опережение составит 7 часов. Линия смены дат (демаркационная линия) - линия, близкая к географическому меридиану с долготой 180 0 и обладающая свойствами: 1 - она нигде не пересекает сушу и архипелаги островов (кроме Антарктиды), 2 - здесь начинается и спустя 48ч заканчивается любая дата на Земле и 3 - на запад от этой линии всегда дата на одни сутки старше, чем на восток.

§4. Суточные движения При своём движении вокруг оси мира светило дважды пересекает небесный меридиан. То из пересечений, которое находится ближе к зениту, называют верхней кульминацией, другое - нижней кульминацией. Точка верхней кульминации может располагаться как к югу, так и к северу от зенита, рис.60. При верхних кульминациях часовой угол t равен нулю, а при 116

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

нижних - 1800. Учитывая это, из формулы (4) получаем hB = 90o − ϕ − δ ,

(15)

Рис. 60. Точки С1 и С2 - верхние кульминации, Е 1 и Е 2 - нижние кульминации; А - область незаходящих светил, В - область невосходящих светил. и hH = ϕ + δ − 90o ,

(16)

где hВ и hН - высоты светила в верхней и нижней кульминации соответственно. Светило окажется незаходящим, если hН >0 и невосходящим при hВ < 0. Из формул (15) и (1б) следуют условия: ϕ + δ > 90o (светило не заходит) и ϕ − δ > 90 o (светило не восходит). На экваторе эти условия не выполняются и всё светила восходят и заходят (атмосферная рефракция не учтена). На полюсах светила движутся параллельно математическому горизонту, так как он совпадает с небесным экватором. Из этого правила существуют исключения. Некоторые светила, перемещаясь на фоне звёзд, могут пересекать горизонт: Солнце, Луна, искусственные спутники, планеты и кометы. Представляет практический интерес определение момента верхней кульминации светила с известным прямым восхождением α по среднему солнечному времени данного пункта, Т. В этот момент условия для наблюдений наиболее благоприятны, если иметь в виду 117

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

помехи из-за атмосферного ослабления и преломления света. Чтобы определить искомое время, необходимо учесть, что в момент верхней кульминации часовой угол светила равен нулю и тогда, согласно формуле (6) , местное звёздное время S оказывается равным прямому восхождению α . Задачу перехода от звёздного времени к среднему солнечному решим приближённо, учитывая то обстоятельство, что согласно данным астрономических справочников прямое восхождение среднего солнца равно нулю около 23 марта. Обозначив α ср и t ср прямое восхождение и часовой угол среднего Солнца и учитывая равенство (8), получаем: S = α ср + t ср = α ср + E − 12 ч . Подставив сюда вместо S величину α , получаем выражение для среднего солнечного времени: T = α − α ср + 12 ч . Учитывая, что за одни сутки прямое восхождение среднего солнца увеличивается на 3,943м, приходим к приближённой формуле:

T ≈ α − 3,943м ⋅ n + 12 ч , где n - число суток, истекших после 23 марта (в случае оставшихся суток величина n берётся отрицательной). Чтобы определить московское время, необходимо найти всемирное время Т0 (18) T0 ≈ α − 3,943М ⋅ n + 12 ч − λ и затем воспользоваться формулами (14). Пример. Определить момент по зимнему времени верхней кульминации светила с прямым восхождением α =6ч 33 м для 1 марта. Пункт с географической долготой 4ч 15м находится в четвёртом часовом поясе. Число суток, оставшихся до 23 марта равно 22. По формуле (18) находим всемирное время: Т0=15ч45м. Зимнее время определяется с учётом номера часового пояса: Тз=15ч45м+4ч+1ч= 20ч45м. Примечания. 1. Ошибка подобных расчётов не превысит 6м, если в високосные годы вместо 23 марта брать 22-е. 2. Момент 118

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

верхней кульминации светила по среднему солнечному времени с ещё меньшей точностью можно определить при помощи подвижной карты звёздного неба, причём положение светила (если его нет на карте) можно найти по его экваториальным координатам. 3. Момент нижней кульминации, следующей за верхней, наступает позднее на 11ч58м. Моменты захода и восхода светил. В этом случае необходимо знать географическую широту пункта ϕ , экваториальные координаты светила α и δ , а также географическую долготу λ (если требуется определить зимнее или летнее время). Полагая в формуле (4) h= -0,5830 (учёт угла атмосферной рефракции на горизонте), находят часовой угол светила в момент его захода:  A − sin ϕ sin δ   , t = arccos   cos ϕ cos δ 

(19)

где A = sinh = −0,0102 . Выразив здесь величину t в часовой мере, определяют местное звёздное время S = t + α и подставив его вместо величины α в формулу (18) находят всемирное время (для перехода к зимнему или летнему времени осталось учесть номер часового пояса данного пункта). Для нахождения момента восхода светила величину t в равенстве (19) заменяют на −t . Для приближенного расчёта моментов захода и восхода Солнца величину А в равенстве (19) следует положить равной 0,0148 (надо учесть, что при заходе математического горизонта касается не центр солнечного диска, а его верхний край). Моменты восхода и захода по местному среднему солнечному времени находятся по формулам: Tвосх =12ч-t+E, Тзах =12ч +t+E, (20) где Е - уравнение времени; оно приводится в астрономических календарях для каждой даты года и не зависит от координат пункта. Для перехода ко всемирному времени, следует из найденных значений вычесть географическую долготу пункта, выраженную в часовой мере. После этого легко рассчитать зимнее или летнее время в данном пункте. 119

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Приближенный характер расчётов определяется тем, что не учитывается изменение в течение суток величин δ O и Е. Приближённое значение продолжительности дня равно величине 2t. Вечерние гражданские сумерки заканчиваются, а утренние начинаются в момент, когда высота Солнца достирает значения -60. Для расчёта соответствующих часовых углов величину А в формуле (19) следует положить равной -0,1045. Если вечерние гражданские сумерки не закончившись переходят в утренние, то наступают белые ночи. Из равенства (16) следует условие для наступления белых ночей: ϕ > 84 o − δ0 . Южная граница области белых ночей в северном полушарии соответствует значению δ O = 23 0 26 ′ и географической параллели с ϕ = 60o34′ . Расчёт моментов восхода и захода Луны усложняется двумя обстоятельствами: 1 - очень быстрым изменением склонения и 2 - необходимостью учёта суточного параллакса (угла между направлениями на Луну из данной точки Земли и из её центра). Первое обстоятельство объясняется тем, что на фоне звёзд Луна перемещается в среднем в 13,37 раза быстрее, чем Солнце.

§5. Календарь Юлианские дни. Под словом “день” здесь подразумеваются средние солнечные сутки. Момент любого события можно определить, задав порядковый номер соответствующего юлианского дня и прибавив к нему величину, равную доле средних солнечных суток, истёкшую с начала юлианского дня до момента события. За начало любого юлианского дня принимается момент 12ч по всемирному времени. В качестве начала отсчёта (нульпункта) берут 1 января 4713 года до н.э. Пример. 18 часам всемирного времени 1 января 2001 года (дата начала 21-го века и третьего тысячелетия) соответствует юлианский день 2 451 911,25, что принято записывать так: JD 120

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

2451911,25. Началу же 1 января этого года соответствует JD 2451910,5. Зная юлианские дни двух событий, легко определить интервал времени между ними, как разность юлианских дней. Кроме того, прибавив число 1.5 к юлианскому дню, соответствующему 0ч всемирного времени какой-нибудь даты, и разделив результат на число 7, получим в остатке число, определяющее день недели (0 - воскресенье, 1 - понедельник, 2 - вторник и т.д.) Например, для 1 января 2001 года при делении числа (2451910,5+1,5) на 7 получим в остатке 1, что соответствует понедельнику. В этот момент (0ч по всемирному времени) понедельник пришёл уже во все пункты Земли между нулевым меридианом и линией смены дат (восточное полушарие). В стальных местах Земли - еще воскресенье предыдущей даты (и предыдущего столетия). Переход от обычных дат к юлианским дням можно выполнить при помощи формулы З. Покорного: JD = [ 365,25G ] + [ 30,6(m + 1)] + d + 1720981,5 ,

где G - номер года, m - номер месяца (например, для мая m = 5 ) ч d - число и его доля (отсчитываемая с момента 0 всемирного времени). При этом в январе и феврале величину G заменяют на G − 1 , а величину m - на m + 12 . Здесь через [ x] обозначена целая часть числа x . Пример. Определить день недели начала космической эры. В качестве начала космической эры принято считать 4 октября 1957 г. Находим юлианский день: JD = [ 365,25 × 1957] + [ 30,6 × 11] + 4 + 1720981,5 = 2436115,5 .

Остаток от деления числа 243 6117 на 7 равен 5. День недели пятница. Система юлианских дней была предложена в 1583 году Жозефом Скалигером и названа им в честь его отца Юлия. Новый и старый стили. Старый стиль (юлианский календарь) был введён по распоряжению императора Юлия Цезаря в 46 г. до н.э. Новый стиль впервые введён в ряде стран в 1582 году в результате реформы, проведенной папой римским Григорием XIII (григорианский календарь). В этих календарях учитываются два природных процесса: 121

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

смена дня и ночи и смена времён года. Соответствующие периоды это средние солнечные сутки и тропический год продолжительностью в 365,2422 средних солнечных суток. В обоих календарях год бывает простым (365 суток) и високосным (366 суток). В юлианском календаре на три простых года всегда приходится один високосный. Благодаря этому средняя продолжительность календарного года составляет 365,25 суток, что довольно близко к продолжительности тропического года. Високосными считаются годы, порядковый номер которых кратен числу 4, например, 1604, 1900 и 1984 годы. Григорианский календарь более совершенен, так как средняя продолжительность календарного года (365,2425) здесь только на 0,0003 суток длиннее продолжительности тропического года. Это достигается благодаря меньшему числу високосных лет, чем в юлианском календаре. Если номер года содержит в конце два нуля, то на кратность числу 4 (условие високосного года) проверяют число, составленное из первых двух цифр. Например, год 2000 - високосный, так как 20 кратно 4, а 1900-ый - невисокосный (простой). Но последний год является високосным в юлианском календаре. В период с 14 марта 1900 года по 14 марта 2100 года (по новому стилю) юлианский календарь “отстаёт” от григорианского на 13 дат. В обоих календарях год делят на 12 месяцев; в настоящее время началом года считается 1 января. В обоих календарях дни недели всегда совпадают. Приведенное выше правило определения дня недели по дате можно свести к более простой формуле. Вначале определяют вспомогательную величину D : D = [1,25G] + [ 2,6(m + 1)] + d + 5 ,

где величины G , m и d были введены при расчёте юлианского дня. Номер дня недели определяется как остаток при делении числа D на 7. Дату берут по новому стилю. Пример. Пусть требуется определить день недели для 1 января 2101 года. Полагая G = 2100, m =13 и d = 1, находим: D = [1,25 × 2100] + [ 2,6 × 14] + 1 + 5 = 2625 + 36 + 6 = 2667 .

122

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Остаток при делении на 7 равен нулю. Искомый день - воскресенье.

§6. Всемирное тяготение Закон всемирного тяготения гласит: две материальные точки притягивают друг друга с силами, пропорциональными произведению их масс и обратно пропорциональными квадрату расстояния между ними. При этом силы определяют относительно центра масс системы этих точек. Они равны по величине и направлены по одной прямой навстречу друг другу (см. рис.61, на котором m1 и m2 - массы точек, относительные величины и направления сил указаны стрелками). При увеличении расстояния в два раза силы уменьшаются в четыре раза. М а т е м а т и че с ка я запись закона имеет вид: r r m1 m2 r F1 = − F2 = −G 3 r , r

Рис. 61.

r mm F1 = G 1 2 2 , r G≈

2 ⋅ 10 −10 м 3 / ( кг ⋅ с 2 ) , 3

(21)

где G - гравитационная постоянная, rr - радиус-вектор с началом в r

r

первой точке и концом во второй, F1 и F2 векторы сил. В случае материальных точек, о которых говорилось в формулировке закона, размеры тел пренебрежимо малы в сравнении с расстоянием между ними. Как доказал Ньютон, шары, расстояние между центрами которых больше суммы их радиусов, притягиваются точно так же, как и материальные точки тех же масс, помещённые в центры шаров. При этом предполагается, что либо шары однородны, либо плотность вещества внутри них зависит только от расстояния от центра. Это замечательное свойство шаров позволяет, например, 123

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

довольно точно вычислить силу, с которой шарообразная Земля притягивает человека массы m на её поверхности. Ввиду того, что размеры человека пренебрежимо малы в сравнении с радиусом планеты, его можно рассматривать как материальную точку. С другой стороны, огромная Земля, притягивая человека, ведёт себя, как материальная точка той же массы и помещённая в центр Земли. Поэтому искомая сила равна F =G

mm ⊕ = mg , R⊕2

где m⊕ и R⊕ масса и средний радиус Земли, а g - ускорение свободного падения, равное 9,8 м/с2 (вращение Земли вокруг оси здесь не учитывалось). Учёт некоторой сплюснутости Земли у полюсов и центробежной силы инерции, вызванных вращением Земли, приводит к приближённой формуле:

(

)

F = m ⋅ 9,780 1 + 0,0053 sin 2 ϕ , где ϕ - географическая широта пункта. Отсюда следует, что на полюсах вес человека (не гравитационная сила, действующая на него) увеличивается по сравнению с экватором в 1,0053 раза (на 0,53 %). Приливообразующим ускорением называют разность ускорений к Луне (Солнцу) данной точки Земли и её центра. Например, в случае Луны справедлива формула: g ′ ≈ 2Gm R⊕ / r 3 , где g ′ - приливообразующее ускорение, m и r - масса Луны и расстояние до неё от центра Земли, причём величина g ′ определяется здесь для точек А и В, показанных на рис.48. Ввиду того, что точка В отстоит от Луны дальше, чем центр Земли, и лунная гравитация там слабее, чем в точке О, приливообразующее ускорение здесь направлено прочь от Луны. Величина его почти такая же, как и в точке А.

§7. Законы Кеплера 124

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Первый закон. Планеты движутся по эллипсам, в общем фокусе которых находится Солнце. Уравнение эллипса в полярной системе координат с полюсом в Солнце и с полярной осью, проходящей через перигелий, имеет вид: r=a

1 − e2 , 1 + e cos ϑ

(23) где e = c / a - эксцентриситет. Отсюда следуют выражения для минимального и максимального расстояния планеты от Солнца: q = a (1 − e) и Q = a(1 + e) . Например, для орбиты Земли a = 149,6 × 10 6 км , Рис. 62.

e = 1 / 60 , q = 147,1 × 10 6 км

и Q = 152,1 × 10 6 км . Второй закон (закон площадей): за одинаковые промежутки времени радиус-вектор планеты ометает равные площади. На рис.63 точки К1, К2, К3 и К4 - положения планеты в моменты t1, t2, t3 и t 4 соответственно. Если t2-t1=t4-t3, то площади секторов К1SК2 и К3SК4 одинаковы. Из рис.63 видно, что дуга орбиты К3К4 длиннее дуги К1К2. Следовательно, чем ближе планета к Солнцу, тем больше ее скорость. Второй закон можно записать в виде: r2

dϑ =C , dt

(24)

1− e2 и угол ϑ выражен в радианах; Р - период д P обращения планеты вокруг Солнца. Из второго закона Кеплера следует, например, что в перигелии скорость Земли в 1,0339 раз больше, чем в афелии (разность скоростей составляет примерно 1 км/с). где C = 2 πa 2

125

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Третий закон: квадраты периодов обращений планет вокруг Солнца пропорциональны кубам больших полуосей их орбит. Его можно записать так: Рис. 63.

P2 = const . a3

(25) Если время выражать в периодах обращения Земли вокруг Солнца, а расстояния - в астрономических, единицах (1 а.е.= 149,6 × 106), то третий закон примет особенно простой вид: P = a 3/ 2 Ньютон обобщил (и уточнил) все эти законы на случай двух произвольных материальных точек с массами m1 и m2 , притягивающихся друг к другу по закону всемирного тяготения (других сил нет). Точки находятся по разные стороны от центра масс их системы, который делит отрезок, соединяющий точки, на части, длины которых обратно пропорциональны массам соответствующих точек. При этом каждая из них движется по эллипсу, в фокусе которого находится указанный центр масс, рис,64. Однако при достаточно больших скоростях точек орбитами могут быть также парабола или гипербола. Случаи, рассмотренные Кеплером соответствуют ситуации, когда начало системы отсчёта помещено в Солнце (например, в массу m1 рис.64). Планета же (масса её - m2 ) движется по эллипсу с фокусом в первой точке. Притяжения других планет не учиты-

Рис. 64. С - центр масс. 126

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

ваются. Математическая запись уточнённого третьего закона Кеплера такова: P 2 (m1 + m2 ) / a 3 = 4π 2 / G .

(26) В таком виде закон применяют при определении масс двойных звёзд, а также масс планет, у которых имеется спутник. Пусть, например, P и a - период обращения и большая полуось относительной орбиты спутника данной планеты (или звезды). Тогда сумма масс планеты и спутника (или первой и второй звезды) может быть найдена по формуле: m1 + m2 =

4π 2 a 3 . GP 2

Как правило, массой спутника планеты можно пренебречь. Чтобы определить отношение масс звёзд, необходимо исследовать их орбиты относительно центра масс системы этих звёзд. Если a1 и a 2 - большие полуоси соответствующих орбит, то справедливы равенства: m1 / m2 = a 2 / a1 .

§8. Космические скорости и полеты к планетам Задачу о расчёте координат и скоростей двух материальных точек, притягивающихся по закону всемирного тяготения, называют задачей двух тел. Поместив начало координат в точку массы m1 (первая материальная точка) и определив ускорение массы m2 (второй материальной точки) относительно этого начала, получаем уравнение: r G (m1 + m2 ) r d 2r =− r, (27) 2 dt r3 где t - время, rr - вектор с началом в первой точке и концом - во

второй. Из этого уравнения следует равенство: 2 V 2 = G (m1 + m2 ) ⋅ ( + C ) , r

(28)

где V - скорость второй точки и С - постоянная, определяющая 127

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

характер орбиты этой точки. При С<0 орбита - эллипс, причём С=-1/а (а - большая полуось эллипса). При С=0 точка движется по параболе и при С>0 по гиперболе. В последних двух случаях вторая точка со временем неограниченно удаляется от первой. Частным случаем эллипса является окружность (когда эксцентриситет е равен нулю). Поскольку расстояние r здесь постоянно, то из равенства (28) вытекает и постоянство скорости. Последнюю называют первой космической скоростью ( V I ). При С=0 соответствующую скорость называют параболической или второй космической ( V II ). Справедливы формулы: V I = G (m1 + m2 ) / r

(29)

и (30) V II = 2VI Для космического летательного аппарата (КЛА), летящего параллельно поверхности Земли на высоте 200 км, первая и вторая космические скорости соответственно равны 7,8 и 11,2 км/с. Вторая космическая скорость составляет 2,4 км/с у поверхности Луны и 618 км/с - на границе солнечной фотосферы. Если объект можно окружить сферой, на поверхности которой вторая космическая скорость равна скорости света, то его называют “черной дырой”. Радиус “чёрной дыры” однозначно определяется значением массы объекта: rg = 2Gm / c 2 .

(31)

Отсюда следует приближенное равенство: rg ≈ 3,0m / mO ,

где mO масса Солнца и результат получается в километрах. Для Солнца и Земли значения rg соответственно равны 3 км и 1 см. Если у поверхности Земли ракете сообщена скорость VO > V II , то на расстоянии r от центра Земли скорость составит:

128

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

 R  V = V02 − 1 − ⊕ V II2 , r   где R⊕ - средний радиус Земли. Атмосферное сопротивление и притяжения Солнца и Луны не учитывались. Третья космическая скорость ( V III ) определяется как наименьшая скорость, достаточная для преодоления притяжения Земли, а затем и Солнца и выхода в космическое пространство. КЛА запускают с таким расчётом, чтобы удалившись от Земли на несколько миллионов километров, он летел в том же направлении, в каком движется вокруг Солнца Земля. Кроме того, его скорость относительно Солнца должна при этом составлять 42,1 км/с (вторая космическая скорость на расстоянии в 1 а.е. от Солнца). Это значение будет достигнуто при скорости запуска с Земли 16,7 км/с. Заметим, что последняя скорость берётся относительно Земли. Затем, после преодоления земного притяжения (практически это происходит после удаления на 2 млн. км) уменьшившаяся скорость окажется такой, чтобы сложившись с орбитальной скоростью Земли (около 29,8 км/с) она обеспечила нужное значение суммарной скорости. Сопротивление атмосферы здесь не учитывается. При полёте КЛА с Земли к другой планете выбирают траекторию, близкую к той, что показана на рис.65 (в случае полёта к Марсу). Это - полуэллипс, касающийся снаружи орбиты Земли и изнутри - орбиты планеты (гомановская траектория). После запуска с Земли КЛА летит по инерции под действием лишь притяжения Солнца. В случае промаха КЛА вернётся в ту же точку земной орбиты, с которой был запущен (описав полный эллипс). Большая ось эллипса равна сумме a ⊕ + a больших полуосей орбит Земли и Марса. Используя третий закон Кеплера, получаем формулу для времени полёта к Марсу: t = (1 + a ) 3 / (4 2 ) ,

(33)

где величина a = 1,524 а.е., а время t выражено в орбитальных периодах Земли (то есть сидерических годах продолжительнос129

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

тью 365,256 средних солнечных суток). Расчёт дает значение t=0,708 (259 ср. солн. суток). Аналогичные формулы применяют для приближенной оценки времени полёта и к другим планетам. Орбиты планет в этих случаях считаются круговыми.

§9. Видимые и абсолютные звёздные величины Грубо говоря, видимая звёздная величина охарактеризует в логарифмической шкале количество света звезды, планеты или другого светила, которое регистрирует земной наблюдатель. Она определяется равенством:

m = −2 ,5 lg E + C ,

(34)

где Е - освещённость и C - постоянная, значение которой устанавливается по соглашению между астрономами (в основном, из исторических соображений). Освещённостью Е называют световую энергию, поступающую от светила за единицу времени на единицу площади, причём площадка перпендикулярна направлению на звезду и вынесена за пределы земной атмосферы. Если Е1 и Е2 соответствуют звёздным величинам m1 и m2 , то из (34) следует, что: E2 = 100,4(m1 − m2 ) . E1

(35)

Уменьшение величины m , на единицу приводит к увеличению освещённости Е в 2,512 раза. Легко запомнить, что при 130

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

m1 − m2 = 5 будет E 2 / E 1 = 100 .

Создавая одну и ту же освещённость, разные светила могут различаться по их цвету. Представление о цвете можно получить, сравнивая звёздные величины при разных светофильтрах. Например, голубая звезда при её наблюдении сквозь голубой светофильтр (В) останется такой же яркой, а жёлтый светофильтр ( V ) заметно ослабит свет голубой звезды. В результате, величина C = mB − mV , называемая показателем цвета, окажется отрицательной (здесь mB и mV - звёздные величины одной и той же звезды, соответствующие фильтрам В и V ). У белых звёзд C ≈ 0 , у жёлтых и красных - С>0. Показатель цвета определяют для звёзд, планет, галактик и других небесных объектов. Некоторые примеры приводятся в таблице на стр.132. В этой таблице самая голубая звезда - Спика (в созвездии Дева), самая красная - Проксима Центавра (ближайшая к Солнцу звезда). Землю иногда называют голубой планетой потому, что её показатель цвета наименьший среди планет и меньше, чем у Солнца. Как видно из таблицы, видимая звёздная величина mV может быть отрицательной. Человеческий глаз обычно различает звёзды с mV <5,5-6. Современная техника наблюдений позволяет изучать объекты примерно до mV = 25 . По создаваемой на Земле освещённости они в 40 млрд. раз слабее Сириуса и в 400 тыс. раз слабее Проксимы Центавра. Видимая звёздная величина возрастает при увеличении расстояния до источника света: (36) m = M + 5 lg r − 5 . Здесь M - абсолютная звёздная величина и расстояние выражено в парсеках. Один парсек (пк) равен 206265 астрономическим единицам или 3,066 × 1013км (парсек - расстояние, с которого средний радиус земной орбиты, перпендикулярный лучу зрения, виден под углом 1′′ ). Из равенства (36) видно, что при r = 10 пк окажется, что m = M . Таким образом, заменяя видимые звёздные величины на абсолютные, тем самым “выстраивают” 131

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Объект

Тип объекта

С

mV

MV

Спика

звезда

-0,23

0,96

-3,4

Сириус

звезда

0,00

-1,45

1,4

Солнце

звезда

0,65

-26,7

4,8

Бетельгейзе

звезда

1,86

0,8

-6

Проксима Центавра

звезда

1,97

11,0

15,4

Туманность Андромеды

галактика

0,8

3,5

-21,1

Венера I

планета

0,79

-4,22

М арс

планета

1,37

-2,02

планета

0,8

-2,6

планета

0,2

-3,84

II

Юпитер Земля

II

III

Примечания. I. Максимальное угловое удаление от Солнца. II. Противостояние. III. Наблюдатель находится на Солнце. все звёзды на одном и том же расстоянии от Солнца (10 пк). Вывод равенства (36) основан на формуле (34) и законе Бугера (освещённость, создаваемая точечным источником, обратно пропорциональна квадрату расстояния до него) Пусть L - светимость звезды (энергия излучения, испускаемого по всем направлениям за единицу времени), LO - светимость Солнца, M и M O - соответствующие абсолютные звёздные величины. Справедлива формула (являющаяся следствием формулы (34)): L = 100,4( M 0 − M ) . L0

(37)

В данном случае имеется в виду излучение звезды во всем диапазоне электромагнитных колебаний. Соответствующую светимость и соответствующую абсолютную звездную величину 132

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

называют болометрическими. Если же эти характеристики звезды определяют с использованием жёлтого (точнее, жёлто - зелёного) светофильтра, то формула (37) по-прежнему верна, только величины L и M следует заменить на LV и M V . Примеры абсолютных звёздных величин приводятся в последнем столбце предыдущей таблицы. Применяя формулу типа (37), можно сделать вывод, что светимость Туманности Андромеды в 3,8 × 1010 раз больше светимости Солнца. Примечание. Отсюда нельзя делать вывод, что эта галактика содержит примерно 4 × 10 10 звёзд. Во-первых, благодаря ослаблению света звёзд в межзвёздной среде данной галактики и нашей собственной светимость Туманности Андромеды может оказаться заниженной в 2-3 раза. Во-вторых, Солнце примерно в два раза массивнее типичной звезды, а его светимость превосходит типичное для звёзд значение примерно в 10 раз. Если учесть всё это, то число звёзд в Туманности Андромеды может существенно превысить значение 1011. Если пренебречь избирательным ослаблением света в межзвездной среде (голубой свет ослабляется сильнее, чем красный), то окажется, что показатели цвета, подобно абсолютным звёздным величинам, не зависят от расстояний и, следовательно, характеризуют физическую природу звезды. Диаграмма показатель цвета С абсолютная звёздная величина M V (её называют диаграммой цвет - светимость), построенная для звёзд в окружающем Солнце галактическом поле, имеет вид, показанный схематически на рис.66 (выделены сгущения точек на этой диаграмме). Вместо показателя цвета С по оси абсцисс иногда откладывают спектральный класс звезды S p . Спектральные классы обозначают буквами: О, В, А, F, G, К и М (С, S). Именно в этой последовательности значения С возрастают от -0,2 до 2, а температуры фотосфер убывают от 40000 К до 2400 К. Звезды классов С и S в общем похожи на звёзды класса М, но вместо полос поглощения TiO в спектрах обнаруживают полосы, свойственные соединениям углерода и циркония. Существуют и другие, более редкие спектральные классы. 133

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Рис. 66. Полосы на диаграмме (рис.66), где сгущаются точки, называют последовательностями диаграммы. Каждой из них приписывают “класс светимости”, обозначаемый римскими цифрами от I до VII. В ходе эволюции звезды, длящейся миллионы и миллиарды лет, точка, изображающая звезду на диаграмме, перемещается с переменной скоростью. Там, где эта скорость мала, возникает на диаграмме сгущение точек. Так образуются последовательности, названия которых грубо характеризуют свойства входящих туда звёзд: I - сверхгиганты, 134

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

II - яркие гиганты, III - гиганты, IV - субгиганты, V - звёзды главной последовательности, VI - субкарлики, VII - белые карлики. Анализ расположения разных последовательностей помогает проверить справедливость теорий эволюции звёзд. Заметим, что в верхней части диаграммы находятся звёзды наиболее высоких светимостей (до M V = −6 ÷ −7 ). Их массы в десятки раз больше массы Солнца. В нижней части диаграммы располагаются звёзды с массами, как у Солнца и значительно меньшими. Там же находятся и белые карлики, средние плотности вещества которых составляют порядка тонны на кубический сантиметр. На главной последовательности находятся Солнце и другие звезды, которые светят за счёт энергии, выделяющейся в процессе превращения водорода в гелий. Ввиду длительности этой фазы, в главную последовательность входит особенно много звёзд.

§10. Движения звезд Скорость любой звезды относительно Земли изменяется непрерывно с периодом в один сидерический год. Причина этого в том, что вектор скорости Земли относительно Солнца за это время успевает повернуться на 3600. На рис.67 показано, как изменяются положение и скорость Земли за полгода. Если звезда находится в плоскости земной орбиты и неподвижна относительно Солнца, то относительно Земли она удаляется со скоростью 30 км/с в случае А и приближается с такой же скоростью - в случае В. Для исключения подобного изменения скорости звезды её определяют относительно Солнца, вводя соответствующую поправку в значение скорости относительно Земли. Различают лучевую и тангенциальную скорости звезды, рис.68. 135

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Лучевая скорость ( Vr ) - это проекция полной скорости звезды на луч, проведенный от Солнца к звезде (луч зрения). Эта скорость считается большей нуля, если звезда удаляется от Солнца. Чтобы найти лучевую скорость, исследуют доплеровское смещение линий в спектре. Соответ-ствующая формула имеет вид: Vr = c

λ − λ0 λ0 ,

(38)

где с - скорость света, λ и λO - длины волн одной и той же линии в спектре звезды и лабораторного источника соответственно. Тангенциальная скорость ( Vt ) - это проекция полной скорости на картинную плоскость. Картинной называют плоскость, проходящую через звезду перпендикулярно лучу зрения. Очевидно, полная скорость определяется по теореме Пифагора: V = Vr2 + Vt 2 .

При этом тангенциальную скорость находят по формуле: Vt = 4,74 µr , (39) где µ - собственное движение, выраженное в секундах дуги за год, и r - расстояние, выраженное в парсеках (скорость получается в км/с). 136

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Собственное движение µ - это угловое смещение звезды на небе, вызванное её движением в пространстве. Для подавляющего большинства звёзд µ < 0,1′′ в год и ни у одной звезды не превышает 11′′ в год. Сравнивая два снимка одной и той же области неба, полученных с интервалом времени в 25-100 лет (в одно и то же время года), измеряют угловое смещение l данной звезды относительно гораздо более далёких звёзд или ядер галактик. Собственное движение находят по формуле: µ = l / ∆t , где ∆t - интервал времени от первого снимка до второго. При этом определяют не только величину собственного движения, но и его направление. Расстояние до звезды определяют прямым или косвенным методом. Один из прямых методов основан на использовании годичного параллакса, π . Так называют выраженный в секундах дуги угол, под которым от звезды видели бы средний радиус земной орбиты, перпендикулярный лучу зрения. Связь между параллаксом и расстоянием имеет вид: r = (1′′ / π ) пк. Для нахождения параллакса фотографируют данную звезду (на фоне гораздо более далёких звёзд) по крайней мере дважды в течение года, когда Земля находится вблизи точек А и В (см. рис.67). Угол между направлениями АС и ВС на рис.67 равен удвоенному годичному параллаксу звезды С. Зная этот угол (по смещению звезды С на фоне гораздо более далёких звёзд) и расстояние между точками А и В (примерно 300 млн .км), можно определить расстояние до звезды. r

Как найти скорость самого Солнца? Пусть Vi - вектор скорости i - той звезды ( i = 1,2,..., N ) относительно Солнца. Здесь рассматриваются звёзды какого-то определённого вида (например, наблюдаемые невооружённым глазом или какие-то другие) внутри сферы радиуса R с центром в Солнце. Скорость центроида этих звёзд (геометрического центра их совокупности) может быть определена из равенства:

137

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

r 1 VO = N

r

N

∑V

i

i=1

.

(40)

Скорость Солнца относительно совокупности рассматриr r ваемых звёзд, очевидно удовлетворяет условию: VO = −VO . Если рассматривать только звёзды солнечного типа, то есть с почти такими же, как у Солнца, массами, светимостями и спектральными классами, то относительно них скорость нашего светила составит около 36 км/с. Вектор этой скорости направлен к созвездию Лира. Но относительно ближайших звёзд, наблюдаемых невооруженным глазом, скорость равна 20 км/с и она направлена к созвездию Геркулес в точку с экваториальными координатами альфа=18ч и дельта=+300. Эту точку называют апексом движения Солнца. Для каждой звезды можно, в принципе, определить остаr

r

r

точную (пекулярную) скорость: υi = Vi − VO . Это - скорость звезды относительно центроида. Для выборки звёзд со сходными физическими характеристиками распределение остаточных скоростей в проекции на некоторое направление l (υ l ) подчиняется нормальному закону (как и в случае молекул газа): f (υ l ) =

1 2πσ l

e −υ /( 2 σ 2 l

2 l

)

,

(41)

где f (υ l ) - плотность вероятности и σ l2 - дисперсия скоростей υ l . В отличие от того, что наблюдается для частичек газа (ато-

мов или молекул), значение σ l зависит от выбранного направления. Данные наблюдений свидетельствуют, что наибольшее значение σ l получается в направлении приблизительно на центр р Галактики, наименьшее в направлении, перпендикулярном к плоскости галактического экватора. Для звёзд с разными физическими свойствами значения σ l изменяются от 5 ÷ 10 км/ с до 100 ÷ 200 км/с. Скорости звезд изменяются со временем под действием при138

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

тяжении других звёзд, звёздных скоплений и облаков пыли и газа. При этом растёт дисперсия скоростей. Выше шла речь о звёздах, не принадлежащих к звёздным скоплениям и кратным системам. В первом случае при случайных сближениях звёзд также дисперсия скоростей постепенно увеличивается, что в конце концов приводит к распаду скоп ления. Во втором случае обычно структура системы обеспечивает её существование на протяжении многих миллиардов лет.

§11. Радиусы звезд Зная расстояние до звезды и угол, под которым наблюдается её радиус, можно рассчитать длину последнего в километрах. Однако уже на расстоянии в 10 пк радиус Солнца наблюдался бы под слишком малым углом (около 0,0005′′ ). Такой угол в настоящее время измерить очень трудно. Угловые радиусы удаётся измерить только у ближайших к Солнцу звёзд-гигантов и сверхгигантов. Косвенно линейный радиус R звезды с известной светимостью L и абсолютной температурой T можно оценить, используя соотношение: L = 4πR 2 e , где e - поверхностная яркость звезды. Предположив, что последняя пропорциональна величине T 4 (закон Стефана - Больцмана), получим уравнение: L = constR 2 T 4

и аналогичное уравнение можно записать для величин LO , RO и TO . Из этих двух уравнений следует формула: R / R) =

L / LO / (T / TO ) 2 .

(42)

Здесь L - болометрическая светимость (во всём диапазоне длин волн), определяемая по видимой звёздной величине и расстоянию с учётом спектральных особенностей звезды. Температуру оценивают по распределению энергии в спектре излучения звезды. В частности, температуру можно определить по формуле: 139

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

T = a / (C + b) ,

где C - показатель цвета и a и b - известные постоянные. Существуют и другие способы определения звездных радиусов. Например, их можно найти по продолжительности затмений в тех двойных звёздах, у которых плоскости орбит образуют достаточно малые углы с лучом зрения наблюдателя.

§12. Принципы построения звёздных моделей При расчете параметров внутреннего строения звезды необходимо учесть 1 - гравитацию, сжимающую звезду, 2 - давление газа и световое давление, противодействующие сжатию, 3 химический состав вещества на разных расстояниях от центра, 4 - источники энергии (обычно это - ядерные реакции в центральных областях) и 5 - способы переноса энергии (излучение, теплопроводность и конвекция - локальные движения масс вещества). Основные уравнения имеют вид: dp Gmρ dL = C1 r 2 ρε =− 2 , dr dr r

и dT = C 2 Lρ / (r 2 T 3 ) , dr

где G , C1 и C2 - постоянные, p , m , ρ , L , ε и T - давление, масса внутри сферы радиуса r , описанной вокруг центра звезды, плотность вещества, поток излучения через упомянутую выше поверхность, количество энергии, вырабатываемой единицей массы, и температура. Все эти параметры являются функциями расстояния от центра. В некоторых случаях приходится ещё учитывать и квантово-механические эффекты, возникающие при достаточно больших плотностях. Если у звезды нет поблизости другой звезды, с которой может происходить обмен массой, то её состояние в данный момент определяется, в основном, начальными массой и химическим составом, а также возрастом. 140

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

141

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Заключение 1. Космос и Земля соединены друг с другом многими цепочками причинно-следственных связей. По-видимому, часть их ещё остаётся за пределами поля зрения современного человечества. Но даже сравнительно поверхностный, беглый обзор известных влияний космоса уже позволяет убедиться в их многообразии, сложности и важности для того, что происходит на Земле. Взгляд в далёкое прошлое показывает, что корни той жизни, что расцвела на планете Земля, находятся в глубоком космосе. Это - прежде всего те химические элементы, из которых мы все состоим. Углерод, кислород, азот и другие необходимые для жизни элементы были синтезированы в ядерных топках звёздных недр. После этого прошло ещё много миллионов лет прежде, чем упомянутые элементы оказались в межзвёздном пространстве. Там из них и водорода, существовавшего изначально, сформировались газопылевые облака, а из некоторых облаков при определённых условиях под действием гравитации образовались звезды второго поколения. Часть этих звёзд имела в своей окрестности планетные системы, причём к этому времени там уже присутствовали разнообразные органические соединения - кирпичики будущих живых существ. 2. Процесс зарождения жизни до сих пор ещё остаётся тайной. Но жизнь появилась. Затем естественный отбор, мутации и, может быть, ещё какие-то факторы привели к неимоверному усложнению живых организмов и их сообществ. Неотъемлемым качеством жизни стало стремление к выживанию цепи поколений или, иначе говоря, стремление к бессмертию. Возможно, именно это качество предопределит будущее человечества и его взаимоотношения с космическими очагами разума, если таковые существуют. 3. В космосе, как и на Земле, всё находится в состоянии непрерывного изменения, быстрого или медленного. Даже Метагалактика, вбирающая в себя весь наблюдаемый мир, расширяется, подтверждая древний тезис Гераклида Эфесского (“всё течёт”). 142

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Изменяется и человечество. Возможно, важную роль в этом сыграл последний ледниковый период, причины которого, скорее всего, связаны с космосом (см. Гл.4, §5). Проявлениями изменений можно назвать: - численный рост населения (за последнее тысячелетие в 20 раз), - использование всё новых способов передвижения (от телеги и колесницы до автомобиля, самолёта и ракеты), - развитие способов связи (от гонца и почтового голубя до радио, спутникового телевидения и интернета), - усиление способности к восприятию окружающего мира (микроскоп, телескоп, радиоинтерферометр и т.д.), - создание всё новых средств для усиления интеллектуальных возможностей (от счетов и арифмометра до компьютерных систем), - всё углубляющееся проникновение в тайны материи и жизни (физика, химия, астрономия, генетика, фармацевтика и т.д.). Весьма существенным условием для такого развития явилось объединение усилий множества людей для решения конкретных научных и технических задач. Трудно представить себе, чтобы один человек или небольшая группа людей смогли от начала и до конца создать современный авиалайнер (электронный калькулятор, телевизор, автомобиль и т.д.). Ещё одно изменение (возможно, самое важное) состоит в том, что человек всё глубже погружается в искусственную среду, созданную другими людьми (пусть читатель, находящийся в помещении, на время оторвётся от этого текста и попробует найти в окружающей его среде какой-нибудь предмет, которого не касалась бы рука человека, прямо или опосредствованно - при помощи технических устройств). 4. Опасность такого погружения состоит в недооценке возможности постепенной изоляции человека от природной среды и в чрезмерной зависимости от среды искусственной. Последняя для человека является новой, непривычной и зачастую слишком сложной - чтобы ею успешно управлять. Последствия пребывания в этой среде поколений людей трудно предсказуемы. 143

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

С другой стороны, постепенное привыкание людей к жизни в искусственной среде имеет и свои плюсы. Окружающий Землю со всех сторон космос враждебен человеку (вакуум межпланетного пространства и неблагоприятные условия на поверхностях планет и их спутников). Поэтому в обозримом будущем жизнь за пределами Земли возможна лишь в искусственной среде обитания. Создав очаги такой среды вне Земли, человек получит возможность приступить к освоению космоса. Это будет означать, что жизнь начнёт возвращаться к своим космическим истокам.

144

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Приложение 1 Имена созвездий и ярчайших звёзд в них Созвездие

Самая яркая звезда

Андромеда Близнецы Большая Медведица Большой Пёс Весы Водолей Возничий Волк Волопас Волосы Вероники Ворон Геркулес Гидра Голубь Гончие Псы Дева Дельфин Дракон Единорог Жертвенник Живописец Жираф Журавль Заяц Змееносец Змея Золотая Рыба Индеец Кассиопея

Альферац, Мираж Кастор, Поллукс Алиот, Дубхе Сириус Зубенеш Садалсууд Капелла без имени Арктур Диадема Дженах Корнефорос Альфард Фа кт Сердце Карла Спика Ротанев Этамин без имени без имени без имени без имени Альнаир Арнеб Рас Альхаг Сердце Змеи без имени без имени Шедар, Каф

Видни ли звезда в Пскове да да да да да да да нет да да нет да да нет да да да да да нет нет да нет да да да нет нет да 145

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Кентавр Киль Кит Козерог Компас Корма Лебедь Лев Летучая Рыба Лира Лисичка Малая Медведица Малый Конь Малый Лев Малый Пёс Микроскоп Муха Насос Наугольник Овен Октант Орёл Орион Павлин Паруса Пегас Персей Печь Райская Птица Ра к Резец Рыбы Рысь Северная Корона Секстант Сетка

Толиман Канопус Мира, Дифда Шедди без имени На ос Денеб Регул без имени Вега без имени Полярная, Кохаб Китальфа без имени Процион без имени без имени без имени без имени Гамаль без имени Альтаир Бетельгейзе Пикок Регор Эниф, Шеат, Маркаб Мирфак без имени без имени Азеллюс, Австралис, Презепа без имени Каитайн без имени Гемма без имений без имени

нет нет да да нет нет да да нет да да да да да да нет нет да нет да нет да да нет нет да да да нет да да да да да да нет 146

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Скорпион Скульптор Столовая Гора Стрела Стрелец Телескоп Телец Треугольник Тукан Феникс Хамелеон Цефей Циркуль Ча сы Ча ша Щит Эридан Южная Гидра Южная Корона Южная Рыба Южный Крест Южный Треугольник Ящерица

Антарес без имени без имени Ша м Каус Австралис без имени Альдебаран без имени без имени без имени без имени Альдерамин без имени без имени без имени без имени Ахернар без имени без имени Фомальгаут Акрукс Атрия без имени

да да нет да да нет да да нет нет нет да нет нет да да нет нет нет да нет нет да

Примечание. Самой яркой в созвездии считается звезда с наименьшим значением видимой звездной величины mV (см. Гл. VII, §9). При наличии других звезд со сходными значениями mV приводятся и их имена. Звезда считается наблюдаемой в Пскове, если ее склонение больше -320 (см. Гл. VII, §2 и 4). Однако, если звезда достаточно близка к горизонту, то из-за атмосферного ослабления света ее не всегда удается обнаружить невооруженным глазом. Кроме того, следует учесть, что часть года звезда находится над горизонтом в ночные часы, а в другую - в дневные. Выбрать подходящую дату поможет подвижная карта звездного неба. 147

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Приложение 2 Верхние кульминации ярких звезд в Пскове

Созвездие

Высота

Альдебаран

Телец

Альтаир

Звезда

М естное время кульминации янв.

март

май июль сент.

ноя.

490

21-50 18-00 14-00 10-00 6-00

1-50

Орел

410

13-10 9-10

5-10

Антарес

Скорпион

60

9-50

5-50

1-50 21-50 17-50 13-50

Арктур

Волопас

510

7-30

3-40 23-40 19-40 15-40 11-40

Бетельгейзе

Орион

400

23-10 19-20 15-20 11-20 7-10

Вега

Лира

710

12-00 8-00

4-00

Гемма

Сев. Корона

590

9-00

1-00 21-00 17-00 13-00

Денеб

Лебедь

780

13-10 9-20

Капелла

Возничий

780

22-30 18-30 14-30 10-30 6-30

2-30

Кастор

Близнецы

640

0-50 21-00 17-00 13-00 9-00

4-50

М ирфак

Персей

820

20-50 17-00 13-00 9-00

4-50

0-50

Процион

М алый Пес

370

1-00 21-00 17-10 13-10 9-00

5-00

Регул

Лев

440

3-30 23-30 19-30 15-30 11-30 7-30

Сириус

Большой Пес

160

0-00 20-00 16-10 12-10 8-00

Спика

Дева

210

6-40

5-00

5-20

1-10 21-10 17-10

3-10

0-00 20-00 16-00

1-20 21-10 17-10

4-00

2-40 22-40 18-50 14-40 10-40

Примечание. Округленное местное среднее солнечное время наивысшего положения звезды над горизонтом дано для пер148

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

вого числа месяца. Спустя n суток от этого времени следует вычесть 4n минут. Для перехода к московскому времени к местному прибавляют величину u , которая равна 3ч − λ и 4 ч − λ соответственно в периоды действия зимнего и летнего времени, где λ - географическая долгота пункта в часах и минутах времени (см. Гл. VII, §3). Для Пскова ( λ = 1ч53м) u = 1ч07м и 2ч07м соответственно. Если ϕ - географическая широта пункта, то для нахождения максимальной высоты светила к табличному значению (рассчитанному для Пскова) следует алгебраически прибавить величину 58o − ϕ . Во всех рассмотренных случаях верхняя кульминация происходит на южной половине небесного меридиана.

149

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Поисковые карты для некоторых звёзд

150

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Зв. величины

Карта околополярной области неба. Слева оцифрованы круги склонения. При δ > 90o − ϕ звёзды - незаходящие.

151

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

152

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Окружение области неба, показанной на карте на стр. 7 (рис. 2). Зв. величины

153

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

На этой карте, как и на предыдущей, содержатся фрагменты эклиптики с зодиакальными созвездиями. Зв. величины

154

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Приложение 3 Большие планеты Таблица 1 Планета

r min

r ma x

S

V

n

М еркурий

0,533

1,467

116

48

0

Венера

0,272

1,728

584

35

0

Земля

-

-

-

30

1

М арс

0,386

2,666

780

24

0

Ю питер

3,951

6,455

399

13

5

Сатурн

8,025

11,083

378

9,6

10

Уран

17,270

21,094

370

6,8

5

Нептун

28,80

31,32

367

5,4

3

Плутон

28,67

50,25

367

4,5

1

Примечание. Минимальное и максимальное удаления от Земли, rmin и rmax , выражены в а.е. (1 а.е.=149,6 × 106км); средний интервал времени между последовательными сближениями планеты с Землей выражен в ср. солн. сутках (S - синодический период); средняя орбитальная скорость планеты, выражена в км/с; n - число спутников с радиусом большим 100 км. Таблица 2 Планета

R R⊕

ρ ρ⊕

VII

Р ос

i

g/gO

М еркурий

0,38

1

4,3

58,6

3

0,38

Венера

0,95

0,95

10,4

243

1780

0,90

Земля

1

1

11,2

1

23,5

1

М арс

0,53

0,71

5,0

1,026

25,2

0,37

Юпитер

11

0,24

60,2

0,410

3,1

2,64

Сатурн

9,1

0,13

36,3

0,426

26,7

1,16

Уран

4,0

0,24

22

0,451

98

0,91

Нептун

3,9

0,30

24

0,658

28,8

1,17

0

155

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Примечание. Радиусы ( R ), средние плотности ( ρ ) и ускорения силы тяжести ( g ) выражены в земных единицах. Период осевого вращения Pос выражен в ср. солн. сутках, а вторая космическая скорость ( V II ) в км/с. Значение угла наклона i экватора планеты к орбите большее 900 означает, что планета вращается по часовой стрелке, если смотреть, поднявшись над северным полюсом Земли. Данные о Плутоне - ненадежные и поэтому не включены в таблицу. Приложение 4 Наибольшие спутники планет и астероиды Таблица 1 Спутник

Радиус (км)

Год открытия

m

Центральное тело

Ганимед

2631

1610

4,6

Юпитер

Титан

2575

1655

8,3

Сатурн

Каллисто

2400

1610

5,6

Юпитер

Ио

1815

1610

5,0

Юпитер

Луна

1738

-

-12,7

Земля

Европа

1569

1610

5,3

Юпитер

Тритон

1350

1846

13,6

Нептун

156

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Таблица 2 Астероид

Радиус (км)

Год открытия

m

Церера

502

1801

7,0

Паллада

304

1802

6,7

Веста

269

1807

5,9

Давида

162

1903

8,3

Эвномия

136

1851

7,4

Юнона

124

1804

7,0

Бамберга

123

1892

7,3

Примечание. Звездные величины m объектов в таблицах соответствуют наименьшим расстояниям от Земли, а в случае Луны - полнолунию в перигее и перигелии. Приложение 5 Солнечные часы В солнечных часах время показывает медленно перемещающаяся тень от стержня, параллельного оси мира (оси вращения Земли). Циферблат часов может быть горизонтальным, вертикальным, параллельным плоскости небесного экватора и, вообще говоря, может иметь произвольную ориентацию и форму. В солнечных часах нет движущихся (относительно Земли) частей. Эти часы предназначены для определения истинного солнечного времени (см. Гл. VII, §3), которое на практике в настоящее время не применяется. Однако можно так рассчитать циферблат часов, что они окажутся пригодными для приближенного определения московского времени (а также летнего или зимнего времени лю-

157

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Горизонтальные солнечные часы-компас.

Рис. А. I - козырёк, II - циферблат, III - фиксатор козырька.

бого пояса). В этом случае необходимо учитывать географические координаты пункта. Отсчет времени производится по той границе тени козырька, которая соответствует отрезку ОС (см. рис. А). Таким образом, отрезок ОС играет роль стержня, параллельного оси мира, о котором говорилось выше. Расчёт циферблата горизонтальных солнечных часов состоит в нахождении углов x (см. Рис. А), соответствующих разным значениям летнего или зимнего времени Т. Применяются формулы: 158

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

− 180 0 + x ′ , t < −90 0 ,  x =  x ′ , − 90 ≤ t < 90 0 , 180 0 + x ′ , t ≥ 90 0 , 

(I)

x ′ = arctg (sin ϕtgt ) ,

(II)

t = (T − N − u − 12) × 15 + λ

(III) где ϕ и λ - географические широта и долгота, причём долгота выражена в градусной мере, N - номер часового пояса, u = 1ч и 2ч соответственно для зимнего и летнего времени и t - часовой угол Солнца. Здесь x - угол при центре О циферблата между направлением на север и границей тени козырька. Если x > 0 , то отсчёт угла ведётся от северного направления по часовой стрелке (при x < 0 - против часовой стрелки). Рассчитав значения x , например, для моментов T = 6ч , 7ч , ..., 22ч, из точки О циферблата проводят соответствующий пучок лучей до пересечения с некоторой окружностью с центром в точке О. Полученные часовые метки подписывают. Один из вариантов изготовления горизонтальных солнечных часов для Пскова поясняется на рис. В. Подходящим материалом для изготовлении макета солнечных часов может служить плотная бумага или тонкий картон. После изготовления солнечных часов их следует должным образом установить. Это делают в солнечный день, используя обычные часы. Выбрав место, часы устанавливают так, чтобы циферблат располагался горизонтально. При этом время, на которое указывает тень козырька, должно соответствовать моменту T − E , где E - уравнение времени на дату установки часов (его можно приближённо определить интерполяцией данных в Приложении 6). Такой способ установки солнечных часов позволяет минимизировать ошибки из-за того, что уравнение времени E изменяется от даты к дате. В период с апреля по 20 сентября ошибка при игнорировании уравнения времени не превысит 6м, а в большинстве случаев окажется меньше 4м. Если же требуется время определить более точно, то достаточно к пока159

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

занию часов прибавить величину E , считая её постоянной в течение 3-4 дат. Из самого способа установки солнечных часов при помощи обычных часов видно, что их можно использовать в качестве компаса. При тщательно изготовленных часах ошибка определения направления на юг в указанное выше время года не превысит 20 при игнорировании величины E и может составить лишь несколько десятых долей градуса при учёте этой величины. В вертикальных солнечных часах циферблат вертикален. Если он обращён точно на юг, то расчёт и изготовление таких часов мало отличаются от того, что было изложено выше в случае горизонтальных часов. На Рис. А и В угол ϕ следует заменить на 90o − ϕ , слово “юг” - заменить на “зенит” и соответствующая стрелка при установке часов должна указывать на зенит. Наконец положительные углы x отсчитываются от направления к надиру против часовой стрелки, а отрицательные - по часовой стрелке. Все расчёты производятся по формулам (I) , (II) и (III). Вертикальные солнечные часы удобны тем, что при установке высоко на южной стене здания их показания можно определять с довольно больших расстояний. Кроме того, на стенах зданий можно устанавливать восточные и западные вертикальные часы, в которых стержень, отбрасывающий тень, параллелен не только оси мира, но и плоскости циферблата, то есть самой стене. Наконец, иногда вертикальные солнечные часы устанавливают на стене, обращённой к северу. Такие часы показывают время только утром и вечером, причём только при положительном склонении Солнца.

160

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Летние солнечные часы-компас для Пскова. После перехода на зимнее время от показаний часов вычитают 1ч . В рабочем положении часов циферблат устанавливается так, чтобы тень показывала московское время. В этот момент стрелка на циферблате покажет направление на юг с ошибкой, не превышающей 10-20 (с 20 марта по 25 сентября). В другие даты ошибка иногда достигает 30-40.

Заготовка для козырька. O′B′ - линия сгиба, намечаемая неглубокой бороздкой (тупой стороной лезвия ножа). Заштрихованные уголки продеваются в прорезь ОВ циферблата так, чтобы линии ОВ и O′B′ совпали. После этого отогнутые уголки смазываются клеем и приклеиваются к обратной стороне циферблата (по разные стороны от линии ОВ). Рис.В. 161

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Приложение 6 Уравнение времени E Дата М есяц

1

7

13

19

25

Январь

3м

6м

9м

11м

12м

Ф евраль

14

14

14

14

13

М арт

12

11

10

8

6

Апрель

4

2

1

-1

-2

М ай

-3

-3

-4

-4

-3

Июнь

-2

-1

0

1

2

Июль

4

5

6

6

6

Август

6

6

5

4

2

Сентябрь

0

-2

-4

-6

-8

Октябрь

-10

-12

-13

-15

-16

Ноябрь

-16

-16

-16

-15

-13

Декабрь

-11

-9

-6

-3

0

162

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Московское время Т

Углы X, используемые при построении циферблатов горизонтальных (Г) и вертикальных (В) солнечных часов

6ч 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

ПСКОВ λ 1ч 53,3м ϕ 57,80

ПЕТЕРБУРГ

МОСКВА

λ 2ч 01,3м ϕ 59,950

λ 2ч 30,5м ϕ 55,750

ХГ

ХВ

ХГ

ХВ

ХГ

ХВ

-126,10 -109,5 -92,0 -74,4 -57,5 -41,9 -27,6 -14,2 -1,4 +11,3 24,5 38,6 53,9 70,5 88,0 105,6 122,5

-139,20 -119,4 -93,1 -66,0 -44,7 -29,5 -18,2 -9,1 -0,9 +7,2 16,0 26,7 40,8 60,6 96,9 114,0 135,3

-123,40 -106,8 -89,6 -72,4 -56,0 -40,6 -26,3 -12,8 +0,3 13,3 26,8 41,2 56,6 73,2 90,4 107,6 124,0

-138,70 -117,6 89,4 -61,3 -40,6 -26,3 -15,9 -7,5 +0,2 7,8 16,3 26,9 41,3 62,4 90,6 118,7 139,4

-116,50 -98,9 -80,8 -63,2 -47,0 -32,3 -18,8 -6,1 +6,3 19,0 32,5 47,3 63,5 81,1 99,2 116,8 133,0

-126,20 -103,0 -76,6 -53,5 -36,1 -23,3 -13,0 -4,2 +4,3 13,2 23,4 36,4 53,8 77,0 103,4 126,5 143,9

163

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Литература 1. Агекян Т.А. Звёзды, Галактика, Метагалактика. - М.: Наука, 1981. 2. Астапенко П.Д. Вопросы о погоде. - Ленинград: Гидрометеоиздат, 1987. 3. Бялко А.В. Наша планета - Земля. - М.: Наука, 1989. 4. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. Новосибирск.: ЮКЭА, 1997. 5. Засов А.В., Кононович Э.В. Астрономия. - М: Просвещение, 1993. 6. Кононович Э.В. Солнце - дневная звезда. - М.: Просвещение, 1982. 7. Левитан Е.П. Астрономия. - М.: Просвещение, 1994. 8. Порфирьев В.В. Астрономия. - М.: Просвещение, 1987. 9. Солопов Е.Ф. Концепции современного естествознания. - М.: ВЛАДОС, 1998. 10. Фесенко Б.И. Астрономический калейдоскоп: вопросы и ответы. - М.: Просвещение, 1992. 11. Шевченко В.В. Луна и её наблюдение. - М.: Наука, 1983.

164

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Алфавитный указатель

А

К

азимут 107 астероид 18, 35

квазар 49 комета 16

Б

М

биосфера 66, 68 болид 18, 82

мезосфера 58 месяц драконический 78 - синодический 77 Метагалактика 48 метеор 17, 82 метеорид 17 метеорит 82 Млечный Путь 46

В высота 107 Г Галактика 46 год тропический 74 горизонт событий 52

Н

З

ноосфера 68

закон Хаббла 52 звезда переменная 38, 48 - визуально-двойная 44 - двойная 38, 44 - затменно-двойная 44 - кратная 41 - новая 40 - сверхновая 40 - спектрально-двойная 44

О ось мира 8 П полюс мира северный 8 постоянная Хаббла 50 Р радиант 18 - метеорного потока 17

165

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

С скопление рассеянное 45 - шаровое 45 скорость лучевая 43 стратосфера 58 Т термосфера 59 тропосфера 58 Х Хаббл 48 Ц цефеида 39 Ч черная дыра 41, 128 Э экватор небесный 8 эффект Доплера 51

166

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

167

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Ф 44 Борис Иванович Фесенко Александр Алексеевич Кирсанов

КОСМОС и ЗЕМЛЯ Учебное пособие

Издательская лицензия ЛР №020029 от 16.10.1996 года. Подписано в печать 16.05.2000г. Формат 60х90/16. Объем издания: у.п.л.11,5, в т.ч. 1,0 вкладка; у. и. л. 9,1. Тираж 170. Заказ № Псковский государственный педагогический институт им.С.М.Кирова, 180760, г. Псков, пл. Ленина, 2. Редакционно-издательский отдел ПГПИ им. С.М.Кирова, 180760, г. Псков, ул. Советская, 21, телефон 2-86-18.

168

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Рис. 25. Фотография видимого полушария Луны.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com