«Наука и Техника» [журнал для перспективной молодежи], 2007 № 07 (14)

Следующий математический фокус — связь между параметром расширения и красным смещением объекта. Оказывается, красное смещение какой-либо звезды связано простой формулой с двумя значениями параметра расширения: в тот момент, когда она испустила свет, и в тот момент, когда он долетел до глаза астронома, фотопластинки или ПЗС-матрицы телескопа. Значит, зная это смещение, можно рассчитать, сколь далеко мы заглянули одновременно в пространство и во время: чем больше красное смещение, тем более далекую от нас эпоху мы наблюдаем. Для этого пересчета и нужно задать космологическую модель и узнать параметры Вселенной, например: плотность распределения материи, значение космологического члена, он же — плотность темной энергии, и прочие. Одни параметры поддаются измерениям, другие можно добыть только из теоретических расчетов.

Вот так формула пересчета красного смещения в реальные координаты и оказывается связанной с теоретической моделью Вселенной.

Впрочем, все эти трудности не останавливают астрофизиков. Вот, например, в майском номере журнала “The Astrophysical Journal” за 2005 год группа американских ученых, во главе с одним из пионеров вселенской картографии доктором Ричардом Готтом из Принстонского университета, опубликовала новую редакцию карты Вселенной, которая и послужила основой для этого рассказа. Ученые озабочены, прежде всего тем, чтобы уменьшить искажения, возникающие при проецировании на плоскость разлетающегося трехмерного объекта, и по форме получившихся крупномасштабных структур Вселенной попытаться оценить справедливость той или иной космологической модели. Наша цель проще: показать, как выглядит Вселенная с учетом современного знания.

Масштаб

Изобразить на одном листе бумаги карту со столь большой разницей расстояний очень трудно. Однако в руках человеческих есть мощный инструмент — логарифмический масштаб: каждое новое деление на оси расстояний означает увеличение не на единицу, а на порядок, то есть в десять раз. В результате вдоль оси форма объектов искажается. Например, возникает иллюзия, что центр Млечного Пути сильно сдвинут в направлении от Земли. Но это всего лишь иллюзия, в чем можно убедиться, присмотревшись к значениям расстояний. Обосновывая такой выбор, авторы ссылаются на картину Саула Стейнберга “Вид на мир с 9-й авеню”. На переднем плане картины изображены в полный рост здания, которые стоят на этой улице. Далее расположена река Гудзон. На ее берегу в виде тонкого штриха показан Нью-Джерси. Скалистые горы выглядят небольшими холмами, а ширина Тихого океана не превышает ширины Гудзона. Именно такой геоцентрический вид: изображение все более крупных объектов во все уменьшающемся масштабе по мере удаления от нашей планеты — и получается при использовании логарифмической шкалы.

На карте есть и вторая координата — это угол окружности экватора Земли. Его измеряют в часах: они показывают время на той или иной широте в тот момент, для которого построена карта. А третьей координаты нет: иметь дело с плоскими картами гораздо привычнее, чем с объемными. Авторы карты выбрали для проецирования на плоскость область в 2 градуса небесной сферы вверх и вниз от экватора Земли. Впрочем, иногда они отступают от этого правила, показывая некоторые важные объекты, что лежат вне пределов этого слоя. В качестве даты, которой соответствуют изображенные на карте объекты, выбрали ночь полнолуния 12 августа 2003 года, 4 часа 48 минут универсального времени.

Околоземное пространство

Итак, самый ближний к нам внеземной объект — это Международная космическая станция. Фактически она летит в верхних слоях атмосферы, в пределах ионосферы. Чуть повыше расположен космический телескоп Хаббл. Далее под защитой внутреннего радиационного пояса (пояса Ван Аллена), который возникает из-за взаимодействия заряженных частиц солнечного ветра с магнитным полем Земли, находятся многочисленные искусственные спутники и их обломки. Выше — спутники Глобальной системы навигации (GPS). Их количество велико: на карте появляется заметная линия.

Следующая линия — спутники связи и шпионские спутники на геостационарной орбите, то есть они вращаются с той же скоростью, что и Земля вокруг своей оси.

Всего приземная группировка спутников составляет 8420 объектов, объем же рукотворного космического мусора, по мнению специалистов, может достигать и миллиона кусочков.

Ближний космос

Рукотворные объекты есть и в ближнем космосе. Так, за орбитой Луны в точках Лагранжа системы Земля-Солнце (в этих точках силы тяготения от обоих небесных тел уравниваются и спутник висит в пространстве, не затрачивая энергию) находятся спутник WMAP, который строит карту реликтового излучения, и солнечная обсерватория SOHO. Среди других знаменитых космических кораблей на карте изображены “Вояджеры” и “Пионер-10”, уже вплотную приблизившиеся к гелиопаузе — месту, где солнечный ветер сталкивается с межзвездным полем. За ней уже лежит открытый космос.