Вселенная. Руководство по эксплуатации

Расстояния до галактик измерить труднее, чем можно себе представить. Что бы ни писали в фантастических романах, нельзя полететь в другую галактику или даже к ближайшей звезде, развертывая за собой рулетку. Так что если астрономы, например, говорят: «До галактики Водоворот 23 миллиона световых лет», вы вправе спросить, откуда у них такие сведения.

Чем дальше от нас находятся звезды и галактики, тем тусклее они кажутся. Этот эффект мы можем использовать к собственной выгоде при помощи «стандартной свечи». Представьте себе, что вы идете в магазин и покупаете там стоваттную лампочку, ввинчиваете ее и начинаете от нее отходить. Чем дальше вы отходите, тем тусклее кажется свет. Вы знаете, насколько он ярок вблизи, поэтому, отходя от него, в состоянии оценить, насколько вы удалились, измерив, насколько тусклой кажется лампочка. Трудность заключается в том, что поскольку галактики не продаются в хозяйственных магазинах, на них не стоит маркировка в ваттах.

Даже Эдвин Хаббл, который, вероятно, был величайшим астрономом-наблюдателем начала XX века, не мог отмерять расстояния так уж четко. В1929 году он откалибровал расстояния и наблюдаемые скорости расхождения других галактик, выдвинув закон, который впоследствии назвали «законом Хаббла».

В своей статье Хаббл недооценил расстояния до галактик в восемь раз, и еще 20 лет назад публиковалось множество статей, где доказывалось, что расстояния, а следовательно, и постоянная Хаббла, вероятно, неверны с погрешностью в два раза[93].

Данные со спутника «Гиппарх», запущенного в 1989 году, и запущенного в 1990 году космического телескопа «Хаббл» (удачное название), позволили астрономам измерить постоянную Хаббла с точностью до нескольких процентов.

Еще один кусочек пазла расширяющейся Вселенной — это измерение скорости, с которой разбегаются от нас галактики. Измеряют ее примерно так же, как инспектор измеряет скорость, с которой вы мчитесь по дороге, — при помощи допплеровского сдвига. Вы наверняка заметили этот странный феномен, который происходит со звуком, когда мимо проносится пожарная машина. Когда машина летит на вас, сирена воет выше обычного. А когда она удаляется, сирена воет ниже. Со светом происходит примерно то же самое — только когда источник света движется на вас, свет кажется немного синее обычного. А когда удаляется — немного краснее. Чем быстрее удаляется источник, тем сильнее сдвиг в красную сторону, называемый астрономами «красное смещение».

Представьте себе, что мы берем Коржика из «Улицы Сезам» и разгоняем его в сторону от Земли со скоростью в 25 % скорости света. Его мех — темно-синий — в наших телескопах будет казаться ярко-красным. На взгляд астронома-наблюдателя Коржик — вылитый Элмо, однако он никогда не будет так бояться щекотки.

Мы знаем, что большинство книг по этому вопросу твердят, что галактики удаляются от нас, и опускают подробности, но мы верим в ваш интеллект. Вселенная растет, а галактики по большей части сидят смирно, зато пространство вокруг них растягивается. На первый взгляд такие поправки кажутся мелочными придирками, но на самом деле это важное уточнение.

Когда какая-нибудь далекая галактика испускает свет, фотоны проделывают долгий путь — от родной галактики до нас. При этом Вселенная расширяется, и тем больше фотонам требуется времени на дорогу, чем больше Вселенная успевает расшириться за время пути. Это расширение влияет на их цвет, как мы уже описали. Когда фотон «расширяется», это на самом деле значит, что увеличивается длина световой волны. Длина световой волны определяет цвет. Так что если Вселенная расширяется, пока фотон путешествует, фотон будет становиться краснее. Чем дальше от нас находится источник, тем сильнее, успеет расшириться Вселенная за время пути и тем больше будет красный сдвиг у фотона.

I. Где находится центр Вселенной?

Если вы хоть немного похожи на нас, то выросли с убеждением, что вы — центр Вселенной, и на первый взгляд наблюдения Хаббла подтверждают эту теорию. Кажется, что все галактики разбегаются от нас врассыпную (хорошо, если хотите, Вселенная расширяется вокруг нас), и напрашивается мысль, что мы выгодно отличаемся от иных прочих. Ведь если все галактики удаляются от нас, значит, мы находимся в центре, как же иначе?