Человек, открывший взрыв Вселенной. Жизнь и труд Эдвина Хаббла
Шрифт:
Хаббловскии космический телескоп позволит решить эту важнейшую задачу наблюдательной космологии. В галактиках в скоплении Девы цефеиды с периодом в 20 дней и средней абсолютной звездной величиной —5,5m должны иметь 26-ю видимую звездную величину и будут легко обнаружимы при экспозициях порядка 50 минут.
Многочисленные галактики в этом скоплении позволят космическому телескопу выявить и откалибровать также и вторичные индикаторы расстояний гораздо лучше, чем это сделано до настоящего времени. Такие вторичные индикаторы будут видны на расстояниях почти в десять раз больших, чем сейчас. Одна-две экспозиции достаточны, чтобы найти и измерить эти индикаторы —
Все это приведет к существенному улучшению наших знаний о масштабах Вселенной и позволит определить постоянную Хаббла с реальной точностью примерно до десяти процентов.
Космический телескоп также заметно улучшит калибровку первичных индикаторов и в нашей Галактике. Дело в том, что станет возможным, используя прямой метод тригонометрического параллакса, измерять с точностью до 10% расстояния до звезд, отстоящих от нас на 100 парсеков. Таким образом уточнятся расстояния до ближайших звездных скоплений, с которых начинается длинная лестница шкалы космических масштабов.
Достаточно точное знание расстояний до объектов, удаленных от нас на десятки миллионов парсеков, позволит надежно измерить небольшие отклонения в движениях галактик, вызванные тяготением крупных скоплений, от общего расширения Вселенной. По отклонениям вычисляют соответствующие силы тяготения и суммарную массу вещества, включая труднонаблюдаемые формы, входящие в скопления галактик. Напомним, что плохое знание этой величины является самым слабым звеном в определении средней плотности вещества в больших масштабах. Следовательно, будет решена одна из самых сложных задач наблюдательной космологии — определение средней плотности вещества во Вселенной. От этой величины зависит, будет ли Вселенная неограниченно расширяться или же расширение сменится сжатием.
Решению той же задачи послужит и построение зависимости видимой звездной величины ярчайших галактик от красного смещения для скоплений с z > l. По отклонению этой зависимости от прямолинейной определяют среднюю плотность вещества во Вселенной, находят искривленность трехмерного пространства.
Все эти наблюдения связаны с изучением очень далеких объектов, видимых нами в прошлом, когда свет их покинул в эпоху, отстоящую от нас на миллиарды лет. Потому наблюдения выявят также эволюцию галактик и квазаров за столь длительные промежутки времени. Такие данные очень важны для понимания истории Вселенной.
Заканчивая рассказ о будущих возможностях телескопа имени Хаббла в деле установления шкалы внегалактических расстояний, мы хотим особо подчеркнуть следующее обстоятельство. Этот телескоп, решая проблему определения структуры Вселенной, продолжает дело, начатое Хабблом еще в двадцатые годы. Установление шкалы расстояний с точностью до 10% будет завершением одной из грандиозных задач, поставленных трудами Хаббла. И весьма символично, что дело жизни Хаббла продолжает телескоп его имени.
Каким бы перспективным ни являлось улучшение шкалы внегалактических расстояний в результате запуска космического телескопа, мы все же не можем быть полностью удовлетворены той точностью, которая планируется. Далеко не все проблемы космологии при этом можно будет решить. Вряд ли, например, удастся определить, является ли наша Вселенная открытой — вечно расширяющейся, или она закрытая и в будущем расширение сменится сжатием. Дело в том, что согласно теоретическим оценкам, отличие средней плотности вещества во Вселенной от критического значения, вероятно, на много порядков меньше, чем максимальная точность, с которой будет возможно найти этот параметр с помощью наблюдений на будущем космическом телескопе.
Метод фотометрических индикаторов расстояний, предложенный и активно использовавшийся первопроходцами Вселенной, по самой своей сути вряд ли позволит существенно повысить точность сверх той, которую даст телескоп имени Хаббла.
Новый шаг в измерении гигантских просторов Вселенной можно будет сделать только используя во внегалактической астрономии прямой метод измерения расстояний — метод тригонометрического параллакса.
До сих пор таким способом удавалось измерить расстояние лишь до ближайших звезд.
Можно ли увеличить чувствительность метода в миллион раз, что требуется во внегалактической астрономии? В семидесятые годы Н.С. Кардашевым, Ю.Н. Парийским и Н.Д. Умарбаевой (СССР) была показана принципиальная возможность тригонометрическим путем измерять расстояния до галактик и даже расстояния до самых границ наблюдаемой Вселенной. Она откроется при создании космического радиоинтерферометра с базой порядка диаметра земной орбиты.
Угловое разрешение радиоинтерферометрической системы, а значит, и возможность измерения параллаксов, определяется отношением длины электромагнитной волны, на которой работает система, к длине базы — расстоянию, на которое разносятся радиотелескопы, используемые для построения интерферометрической картины. Если космические радиотелескопы будут работать на длине волны один сантиметр, а расстояния между ними составят около 300 миллионов километров (диаметр земной орбиты), то угловое разрешение достигнет 10– 10 угловой секунды. Этого достаточно для измерений расстояний вплоть до нескольких миллиардов парсеков, т. е. до границ наблюдаемой части Вселенной!
Конечно, до осуществления подобного проекта еще очень далеко и. придется преодолеть много трудностей как технических, так и принципиальных. Прежде всего необходима одновременная работа минимум трех радиотелескопов (один из них может быть на Земле), снабженных приспособлениями для чрезвычайно точного определения расстояний между ними и измерения их относительных скоростей. Кроме того, необходимо найти в удаленных галактиках объекты, достаточно мощно излучающие в радиодиапазоне и очень компактные — в поперечнике меньше диаметра земной орбиты. Наконец, придется учитывать многочисленные источники возможных отклонений в распространении радиолучей в ходе их длительного путешествия к наблюдателю.
Первые шаги в создании космических радиотелескопов уже сделаны. В 1976 г. на советской станции «Салют-6» работал космический радиотелескоп
В 1986 г. американские исследователи осуществили интерферометрическую систему с использованием радиотелескопа на спутнике. Важнейшие исследования предполагаются в ближайшем будущем.
В Советском Союзе в Институте космических исследований будет осуществляться проект «Радиоастрон». Он предполагает создание в ближайшие двадцать лет все более сложных и многоплановых космических радиотелескопов.
Эта программа предусматривает запуск в ближайшее десятилетие космического радиотелескопа с диаметром антенны 10 метров, работающего на частотах от 0,3 до 22 гигагерц. Вместе с наземными радиотелескопами он составит интерферометрическую систему с длиной базы до миллиона километров. В последующее пятилетие намечено создание такого же инструмента, работающего и на миллиметровых длинах радиоволн — на частотах от 22 до 230 гигагерц. Наконец, еще в дальнейшие пять лет планируется создание космического радиотелескопа с антенной в 30 метров диаметром и работающего на частотах от 1,7 до 230 гигагерц.