Многочисленные вестники далеких миров приносят нам ценнейшие сведения о Вселенной. Но эти сведения оставались бы просто набором разрозненных фактов, если бы человек не умел анализировать их, обнаружи­вать всевозможные связи между ними, раскрывать за­кономерности, ими управляющие, если бы он не обла­дал способностью мыслить. Именно разум человека позволил ему создать те замечательные приборы и ин­струменты, с помощью которых улавливаются и рас­шифровываются почти все вестники Вселенной.

Но мало того. Далеко не все явления в окружающем пас мире можно непосредственно наблюдать. И далеко не каждое событие, которое мы наблюдаем во Вселен­ной, непосредственно вытекает из какого-либо другого, нам уже известного. В таком случае на помощь иссле­дователю приходит научная теория. Она позволяет вскрывать зависимости между различными явлениями и процессами, восстанавливать недостающие звенья, пред­видеть новые факты, исследовать такие задачи, которые нельзя решить с помощью одних лишь наблюдений и измерений. Именно теория освещает путь дальнейших исследований и концентрирует усилия ученых в опреде­ленных направлениях, ставит перед ними первоочеред­ные задачи, нацеливает па поиски определенных фактов.

Теория не может существовать без фактов, без дан­ных наблюдений; без них она превратилась бы в пу­стые логические упражнения, в решения умозрительных задач, не содержащие в себе никаких сведений об окру­жающем мире но и простой калейдоскоп фактов без теоретического осмысления, без выяснения ведущих за­кономерностей, управляющих этими фактами, принес бы мало пользы исследователям природы. Наблюдения и теоретические исследования в современной науке — это близнецы, которые не могут существовать друг без друга.

Характер теоретических исследований в современной астрономии весьма разнообразен. Здесь можно встретить и математические выкладки, и статистические под­счеты — обобщение результатов многочисленных наблю­дений, и оригинальные гипотезы и смелые догадки. Ко­нечной целью подобных исследований является состав­ление и решение уравнений, как можно более точно описывающих тот или иной процесс. В основе же почти всех теоретических изысканий лежит так называемый метод сравнения…

Существует старинная легенда о короле, который однажды задал своим «мудрецам» нелегкую задачу. Пригласив их во дворец, он указал им на большой ка­менный шар, лежавший посреди двора, и попросил оп­ределить, что находится внутри него. Один за другим пытались «мудрецы» разрешить трудную загадку. Сутка­ми напролет просиживали они наедине с шаром, при­стально вглядываясь в него и стараясь силой мысли проникнуть внутрь камня. И один за другим удалялись, понурив голову, так и не справившись с заданием. Так продолжалось до тех пор, пока среди «мудрецов» не нашелся действительно мудрый человек. Он приказал разложить под загадочным шаром костер и нагревал его до тех пор, пока раскаленный камень не треснул и шар не распался на две половинки. И тогда все уви­дели, что внутри шара нет ничего, кроме камня…

Мудрец из легенды поступил совершенно правильно. Если какой-либо предмет абсолютно неподвижен, если с ним ничего не происходит, если его современное со­стояние мы не можем сравнить с другими его состоя­ниями, то мы о нем мало что сможем узнать. И когда ученые ставят тот или иной эксперимент, они как раз изменяют состояние интересующего их объекта. Иногда можно обойтись и без эксперимента. Его заменяют на­блюдения за теми изменениями, которые с течением времени происходят с самим объектом в природе. Разу­меется, подобный способ, как правило, приводит к цели значительно медленнее. Но бывает и так, что он вооб­ще практически неприменим: в тех случаях, когда изме­нения, интересующие ученых, протекают слишком мед­ленно, настолько медленно, что их невозможно просле­дить за сколько-нибудь реальные сроки.

Именно в таком положении находятся астрономы. Подавляющее большинство космических тел и кос­мических систем   развиваются   чрезвычайно   медленно в сравнении с масштабами человеческой жизни. Продолжительность существования звезды или галактики исчисляется миллиардами лет. Столетие в «жизни» по­добного  объекта — все  равно  что  секунда   в  жизни человека. Не удивительно, что исследователь, наблю­дающий за какой-либо звездой даже десятки лет под­ряд, в большинстве случаев не обнаруживает в ее со­стоянии заметных изменений. Положение существенно не изменилось бы и в том случае, если бы за такой звездой наблюдали не отдельные ученые, а даже не­сколько последовательных поколении астрономов. По­добный способ изучения эволюции космических тел по­требовал бы чудовищных сроков в десятки и сотни миллионов лет.

Сравнение березы и елиПоложение астронома в этом смысле можно срав­нить с положением человека, которому поручили в те­чение одних суток изучить развитие какой-либо породы дерева, например, березы или сосны. На первый взгляд подобная задача представляется вообще неразрешимой.

Одни сутки в жизни березы — такой же малый проме­жуток времени, как сотни лет в жизни звезды. Нетруд­но догадаться, что за сутки с березой не произойдет каких-либо   существенных   изменений,   на   основании которых можно было бы судить об особенностях ее раз­вития.

И тем не менее задачу все же можно решить. Ре­шить методом сравнения. Для этого надо пойти в лес, отыскать там несколько берез различного возраста, мыс­ленно расположить деревья в порядке его увеличения и по этому «возрастному ряду» сделать вывод о развитии березы вообще.

Примерно так же могут поступать и астрономы. В мире звезд мы встречаемся с объектами разного возраста. По­этому, чтобы судить об эволюции небесных тел, надо раз­делить их на классы однотипных объектов и внутри каждого  такого  класса   составить   «возрастной»   ряд.

Фактически подобный ряд будет представлять собой то же самое, что и ряд следующих друг за другом во вре­мени состояний одной и той же звезды.

Сравнение обьектов

Диаграмма берез

Разумеется, это лишь принцип подхода к решению задачи. Практически же астрономы поступают следую­щим образом. Сравнение звезд ведется по двум физиче­ским характеристикам, которые в наибольшей степени отражают состояние этих небесных тел. Характеристики, о которых идет речь: поверхностная температура и све­тимость, т. е. количество света, излучаемое звездой в сравнении с Солнцем, светимость которого условно при­нимается за единицу. И поверхностная температура, и светимость в процессе эволюции звезды постоянно ме­няются, отражая те качественные превращения, которые происходят в ее физическом состоянии.

Составляется специальная диаграмма — диаграмма «температура — светимость» или, как ее чаще называют, диаграмма «спектр — светимость». По горизонтальной оси откладывают поверхностью температура звезд, по вертикальной  — их светимости. Таким образом, каждая звезда в соответствии со своими физическими свойства­ми изображается на диаграмме некоторой точкой. В верх­ней левой части располагаются точки, изображающие звезды с высокой светимостью и высокой температурой, а в правой нижней — «холодные» звезды, излучающие мало света.

Нанося на подобную диаграмму физические характе­ристики большого числа звезд, астрономы тем самым как бы собирают большой сравнительный материал. Анализ этого материала позволяет сделать важные выводы о за­кономерностях развития звезд.

Так, например, положение каждой точки на диаграм­ме определяется возрастом данной звезды; оно зависит от того, на каком этапе своего развития эта звезда на­ходится. Чтобы узнать, какое положение занимала эта точка в прошлом и куда она переместится в будущем, астрономы прибегают к остроумному приему. Известно, что звезды одного скопления имеют приблизительно оди­наковый возраст. Значит, сравнивая диаграммы спектр — светимость, составленные для различных скоплений — «старых» и «молодых», можно выяснить, в каких на­правлениях эволюционируют звезды.

Диаграмма для космических тел

Спектр - Светимость

Метод сравнения оказал неоценимую помощь астро­номам и при решении такой сложнейшей задачи, какой является изучение нашей Галактики — гигантского звезд­ного острова, к которому принадлежит и наше Солнце. Главная трудность, с которой встречаются здесь ученые, состоит в том, что мы сами находимся внутри этой звезд­ной системы и далеко не все ее области доступны современным методам наблюдений.

Представьте себе человека, который впервые в жизни приехал в незнакомый город и которого попросили со­ставить подробный план этого города, не выходя за пре­делы одной из городских площадей. Очевидно, при таких условиях задача неразрешима. Чтобы справиться с ней, нужно либо подняться в воздух и взглянуть на город сверху, либо последовательно пройти по всем его ули­цам, переулкам и площадям.

Но, к сожалению, для исследования Галактики ни один из этих способов, по крайней мере в настоящее время, неприменим. Мы не можем ни вылететь за пре­делы этой звездной системы и посмотреть на нее со стороны, ни последовательно побывать в разных ее точках.

Но есть еще один путь. Изучать различные звездные острова Вселенной и сравнивать их друг с другом и с нашей Галактикой. В строении различных галактик име­ются сходные черты, а их развитие подчиняется общим закономерностям. Поэтому сравнение с ними позволит многое узнать о нашем собственном звездном острове.

 

Приглашаем Вас обсудить данную публикацию на нашем форуме о космосе.

Комаров В. Н. «Увлекательная астрономия» 1968 год. «Наука»