» » Дж. Мазер От Большого взрыва — к Космическому телескопу имени Джеймса Вебба и новым Нобелевским премиям

Дж. Мазер От Большого взрыва — к Космическому телескопу имени Джеймса Вебба и новым Нобелевским премиям

 

Любовь Стрельникова: Дорогие друзья, добрый день, добрый вечер, доброй ночи и доброе утро всем, кто сейчас уютно расположился у экранов своих мониторов и компьютеров с чашечкой чая или кофе, кто видит и слышит нас благодаря интернету. Мы находимся в одном из залов крупнейшего российского информационного агентства РИА «Новости». Это совершенно замечательный зал, потому что он оснащен суперсовременной техникой. И эта техника позволяет нам сегодня быть на прямой связи с НАСА, США, где уже расположился, тоже вполне уютно, как я вижу, наш гость и наш собеседник, лауреат Нобелевской премии по физике 2006 года, доктор, профессор Джон Мазер. Доброе утро, Джон!

Джон Мазер: Доброе утро!

Любовь Стрельникова: Очень рады видеть вас в добром здравии и такой великолепной физической форме. Из этого зала будет идти прямая трансляция вашей лекции по интернету, которую смогут увидеть тысячи людей в разных городах и в разных уголках нашей необъятной страны. Но прежде чем мы приступим к этой лекции, я должна всё-таки сказать несколько обязательных и важных слов.

Праздник интеллектуального общения, на котором мы сегодня присутствуем и в котором мы будем участвовать, состоялся благодаря усилиям двух организаций — фонда «Династия» и агентства РИА «Новости». Я хочу напомнить всем нашим уважаемым зрителям, кто слышит и видит нас, что фонд «Династия» — Джон, вам это будет интересно, — это первый частный благотворительный фонд в России, и этот фонд учредил на свои личные средства Дмитрий Зимин. Это очень известный в России человек, потому что он основал сотовую связь в России и первую компанию — «Вымпелком». Главная цель фонда — отыскивать и поддерживать молодых талантливых людей в науке и образовании, потому что, как считает Дмитрий Борисович, именно талантливые люди могут изменить нашу жизнь и наш мир к лучшему. Полагаю, что вы вполне разделяете это мнение.

Джон Мазер: (Согласно кивает головой.)

Любовь Стрельникова: У фонда «Династия» есть обширная программа популяризации науки. Вы в курсе, вы согласно киваете. И в рамках этой программы есть проект — «Наука без границ», согласно которому фонд «Династия» привозит в Россию звезд мировой науки для того, чтобы они прочитали публичные лекции. И у нас уже в России побывали Нобелевский лауреат Джеймс Уотсон, у нас побывал Нобелевский лауреат Дэвид Гросс, и ваш знаменитый физик Фримен Дайсон, и многие другие. Они прочитали блестящие лекции. Сегодня в этой череде — ваша лекция. Но она, к сожалению, такая, почти виртуальная. Мы не можем вас, Джон, извините, осязать. Мы можем вас только видеть и слышать. Это первая такая лекция, в таком необычном формате. Будем надеяться, что всё технически сработает безупречно, но если вдруг возникнут какие-то проблемы, заранее просим извинить наших уважаемых зрителей, это наш первый опыт.

И, наконец, два слова о второй главной организации — участнике этого события. Это, конечно, российское агентство информации РИА «Новости». РИА «Новости» тоже создало свою программу популяризации науки и просвещения и 2 июля запустило свой научно-просветительский мультимедийный проект «Мозаика знаний». В рамках этого проекта был создан научно-просветительский клуб «Лекторий — Мозаика знаний», который приглашает и объединяет людей разных профессий, разного образования, разного возраста, всех тех, кто разделяет идею непрерывного самообразования, кто готов делиться своими знаниями, своим накопленным и переосмысленным опытом.

Что еще мне важно сказать? Я бы хотела вам, Джон, представить тех, кто сидит в этом зале. В этом зале сидит ваша группа поддержки. Это журналисты самых разных изданий, это ученые, это сотрудники фонда «Династия» и сотрудники агентства РИА «Новости», и позвольте мне представить вам директора фонда «Династия» Анну Пиотровскую. А также руководитель, директор программ фонда, с которым вы знакомы заочно, Константин Петров. Вот теперь вы знаете, как выглядит Константин Петров. И наконец, я хочу представить вам Альбину Пылаеву, продюсера этого проекта, продюсера проекта «Мозаика знаний» в РИА «Новости».

Итак, все важные слова сказаны, и теперь я с удовольствием предоставляю слово Нобелевскому лауреату по физике 2006 года профессору Джону Мазеру, и мы сейчас все вместе с вами послушаем лекцию «От Большого взрыва — к Нобелевской премии и границам Вселенной». Ну а после лекции мы сможем задать Джону Мазеру любые вопросы. Вопросы будут из зала, и вопросы будут поступать к нам по Интернету. Вы готовы, Джон?

Джон Мазер: Готов.

Любовь Стрельникова: Удачи вам!

 

Дж. Мазер От Большого взрыва — к Космическому телескопу имени Джеймса Вебба и новым Нобелевским премиям

 

Джон Мазер: Итак, я приветствую вас из Центра космических полетов имени Годдарда, расположенного в штате Мэриленд, США. Это крупнейшая научная лаборатория в структуре НАСА, здесь я и работаю давным-давно, с 1976 года, и теперь хочу рассказать вам о работе, которой я тут так долго занимался — понятно, не я один, а совместно со многими моими коллегами. То есть я хочу рассказать вам об истории нашей Вселенной.

Скажите, вы видите на экране мою визуальную графику, мою компьютерную презентацию?

 

Дж. Мазер От Большого взрыва — к Космическому телескопу имени Джеймса Вебба и новым Нобелевским премиям

 

Очень хорошо. Тогда следующий слайд. Деревца там видно правильно, не вверх ногами? Отлично. Хотел показать вам, где началась моя научная карьера. Это местечко в Нью-Джерси, опытное животноводческое хозяйство при Университете Ратгерса штата Нью-Джерси. Здесь мой отец изучал коров молочных пород, проблемы повышения удойности и качества молока. Вообще, для любознательного ребенка, каким я был, место просто замечательное. Там я много читал, а по ночам смотрел в небо. Никто ведь никогда не знает, как повернется история.

 

Дж. Мазер От Большого взрыва — к Космическому телескопу имени Джеймса Вебба и новым Нобелевским премиям

 

А сейчас я расскажу, чем занимаются астрономы. Перед нами, астрономами, стоит задача — понять всю историю Вселенной, с самого момента ее возникновения и вплоть до того, как на Земле возникли условия для зарождения жизни. Поэтому астрономы начинают исследовать картину мироздания как бы изнутри, с самого момента Большого взрыва.

Еще я расскажу, как мы всё это измеряем. У нас есть идеи относительно того, как сформировались первые галактики и звезды, как они эволюционировали; есть идеи, каким образом стало возможным зарождение планетных систем вокруг звезд; наконец, есть идеи, как возникли пригодные для зарождения жизни условия. Вы видите посреди экрана момент зарождения жизни: множество возможностей для этого имелось. Так что нам, астрономам, проще: наша задача — объяснить физическую составляющую. Биологам значительно сложнее: им только предстоит объяснить биологическую составляющую зарождения жизни.

 

Дж. Мазер От Большого взрыва — к Космическому телескопу имени Джеймса Вебба и новым Нобелевским премиям

 

А теперь я вас немножко удивлю: привычно просыпаясь утром, человек стоит перед зеркалом, причесывается, приводит себя в порядок перед тем, как начать новый день, и даже не догадывается, что сам является свидетельством зарождения Вселенной. Просто, когда вы смотритесь в зеркало, вы видите перед собой самих себя, а состоите вы из атомов, которых даже и не существовало в первичной материи, зародившейся в момент Большого взрыва. Они образовались позже, по мере того, как поколения звезд взрывались, — и выбрасывали в пространство свободную материю, из которой образовывались новые и новые поколения звезд и планет. Таким образом, мы живем на планете Земля лишь потому, что прежние звезды взрывались, а новые образовывались.

Странную и экзотическую историю я вам рассказываю, но любое объяснение зарождения Вселенной звучало бы не менее странно и экзотично.

 

Дж. Мазер От Большого взрыва — к Космическому телескопу имени Джеймса Вебба и новым Нобелевским премиям

 

Теперь, при помощи следующего слайда, попробую общедоступно объяснить, как астрономам вообще удается рассказывать эту историю.

Во-первых, и это самое главное, астрономы могут заглядывать непосредственно в прошлое. Свет распространяется с невероятной скоростью, но не с бесконечной. Поэтому мы и можем наблюдать прошлое — относительно близкое или очень далекое — в зависимости от расстояния, на которое мы заглядываем. Так, наше Солнце мы видим таким, каким оно было 500 секунд назад; ближайшую от Солнца другую звезду — такой, какой она была примерно четыре года назад. Если бы была техническая возможность рассмотреть самые удаленные от нас космические объекты — мы бы увидели их такими, какими они были 15 млрд лет назад. В настоящее время, однако, мы можем заглядывать в прошлое не глубже чем на 13,7 млрд лет.

В этом наше главное отличие от представителей других наук: мы можем наблюдать прошлое самым непосредственным образом. Да, геологи реально изучают древние горные породы; историки — древние документы. Но только астрономы видят космические объекты реально такими, какими они были тысячи, миллионы, миллиарды лет назад.

В наказание за это перед нами стоит сложнейшая задача: мы получаем крайне размытые и тусклые изображения — они требуют огромных трудозатрат на цифровую обработку и расшифровку. Но тем не менее мы реально видим всё, что наблюдаем, именно таким, каким оно было миллиарды лет назад, когда излученный свет отправился в путь.

 

Дж. Мазер От Большого взрыва — к Космическому телескопу имени Джеймса Вебба и новым Нобелевским премиям

 

Следующий вопрос, который обычно задают на лекциях: «А как вы определяете, насколько далеко назад в прошлое вы заглянули?» Действительно, чтобы это определить, нужно знать расстояние.

Так вот: расстояния мы измеряем в точности так же, как это делали еще древнегреческие и древнеегипетские астрономы, — по законам тригонометрии: зная одну сторону треугольника и два угла, можно рассчитать все стороны и углы. Это, по сути, ничем не отличается от обычной картографической съемки на местности, и метод этот известен уже многие тысячи лет.

Другой прием — использование эталонного источника излучения: если мы уверены, что звезда относится к совершенно тому же типу, что и другая, расстояние до которой известно, но выглядит тусклее, значит, она отстоит от нас дальше. В этом случае расстояние до звезды можно рассчитать, зная, что наблюдаемая светимость звезд обратно пропорциональна квадрату расстояния до них.

Таким образом, умея измерять расстояния и зная скорость света, мы можем определить не только размер, но и возраст Вселенной.

 

Дж. Мазер От Большого взрыва — к Космическому телескопу имени Джеймса Вебба и новым Нобелевским премиям

 

Далее, нас интересует скорость движения небесных тел. Невооруженным глазом движение каких-либо тел по небесной сфере вообще можно усмотреть лишь в редчайших случаях. И хорошо, что такие случаи — редкость.

Еще нам очень важно определить, приближается или удаляется от нас космический объект, и с какой скоростью. Так вот: на графике проиллюстрирован так называемый эффект Доплера. Он открыт в XIX веке, при изучении распространения звуковых волн.

Однако в современной астрономии мы используем его в спектральном анализе. Световая волна, приходящая от далекой звезды, разлагается на спектр на призме или решетке спектрометра. В спектре нашего Солнца мы наблюдаем узкие темные полосы — это длины волн, поглощаемые основными атомами и молекулами, присутствующими в атмосфере Солнца.

Проделывая то же самое со светом, излучаемым отдаленными звездами или галактиками, мы видим аналогичные спектральные линии, однако они расположены со смещением. И это смещение обусловлено движением изучаемых космических объектов по отношению к нам.

И тут мы видим, что наиболее удаленные от нас космические объекты движутся по направлению от нас — и с весьма большой скоростью. И мы замеряем их скорость по смещению линий поглощения в их спектрах излучения.

 

Дж. Мазер От Большого взрыва — к Космическому телескопу имени Джеймса Вебба и новым Нобелевским премиям

 

В 1929 году Хаббл нарисовал этот график и сделал открытие, что Вселенная, в целом, судя по всему, расширяется. Точками и кружками на графике представлены отдельные галактики. Хаббл первым сумел измерить расстояние до других галактик посредством сравнительного анализа наблюдаемой светимости эталонных источников светового излучения: таковыми принято считать пульсары, и по их относительной яркости можно оценивать расстояния до галактик, в которых они находятся. Он же по доплеровскому смещению сумел измерить и скорости далеких галактик.

Вот его схема, и по ней видно, что практически все галактики удаляются от нас — и удаляются очень быстро, со скоростью в сотни и тысячи километров в секунду. А поделив наблюдаемую скорость на расстояние, мы получаем время, которое потребовалось галактикам, чтобы удалиться от нас на то расстояние, на котором мы их сейчас наблюдаем.

Более того, скорость удаления от нас других галактик, похоже, пропорциональна расстоянию до них! Теперь делим расстояние на скорость — и получаем возраст Вселенной.

Так вот, в 1929 году, когда Хаббл сделал это открытие, оно было не просто важным. Оно было настолько важным, что стало полным сюрпризом для всего мира. Все новости, все главные газетные заголовки во всём мире были посвящены ему — и известие об этом необычайном открытии казалось людям куда важнее, а главное — куда приятнее очередных новостей о разразившемся в том же году глобальном экономическом кризисе.

 

Дж. Мазер От Большого взрыва — к Космическому телескопу имени Джеймса Вебба и новым Нобелевским премиям

 

На следующем слайде я собрал портреты некоторых знаменитых ученых, работавших над интересующим нас вопросом. В центре вверху — Альберт Эйнштейн, это его очень известная фотография. В 1916 году он подарил нам общую теорию относительности, согласно которой гравитационные воздействия приводят к искривлению пространства-времени. Это было удивительное, просто неправдоподобное предсказание, однако вскоре оно было подтверждено экспериментальными измерениями.

Слева вверху вы видите Александра Фридмана, который в 1922 году, работая в Ленинграде, заявил: «Хорошо, я понимаю и признаю уравнения Эйнштейна, но, исходя из них, я предсказываю, что Вселенная возникла из исходной точки и с тех пор расширяется». На что Эйнштейн ответил: «Быть такого не может!»

В 1927 году Джордж Леметр, которого мы видим на фотографии в центре вместе с Эйнштейном, повторил расчеты Фридмана и получил тот же результат, и снова Эйнштейн заявил, что это невозможно.

Через два года Хаббл опубликовал график, который я вам перед этим только что демонстрировал, и тут уже Эйнштейну оставалось только извиняться за невежливость в адрес коллег и признать свое недопонимание природы Вселенной.

Тут же представлены портреты ученых следующего поколения: в правом верхнем углу — Георгий (Джордж) Гамов, уроженец Одессы, эмигрировавший в США. В 1948 году Гамов совместно с двумя молодыми американскими физиками — Робертом Херманом и Ральфом Альфером (вы видите их в нижнем левом углу) — придумали и обосновали теорию Большого взрыва, и по их расчетам выходило, что вся Вселенная должна быть пронизана реликтовым излучением, тепловым фоном, оставшимся с момента Большого взрыва. Излучение это должно было быть достаточно «ярким» — мощностью около 1 мкВт/м2. И тогда, в 1948 году, они его правильно предсказали. Только вот технических возможностей примитивных приборов того времени было недостаточно, чтобы его обнаружить.

Наконец, в правом нижнем углу я поместил двух совсем уже современных ученых. Это — Рашид Сюняев и Джим Пиблс, которые на протяжении вот уже многих лет занимаются расчетами и предсказывают, что мы должны увидеть и какие результаты астрофизических измерений получим. Они — пионеры в области теоретических расчетов такого рода.

 

Дж. Мазер От Большого взрыва — к Космическому телескопу имени Джеймса Вебба и новым Нобелевским премиям

 

Следующим рисунком я хочу объяснить, что, хотя во всеобщем представлении Вселенная зародилась в какой-то исходной точке, мы, астрономы, этого утверждать не можем. В реальности мы не видим ни центра, ни края Вселенной. И все астрономы, когда они рассчитывают параметры расширения Вселенной по закону Хаббла, исходят, фактически, из того, что мы сами и находимся в центре Вселенной.

Ну что же, раз они так полагают, значит действительно находятся в центре, поскольку центра, как такового, просто не существует. По крайней мере, до сих пор никто не доказал, что центр Вселенной существует — как никто и не опроверг возможности его существования. Однако никакими наблюдениями не найдено никаких признаков существования центра или края Вселенной. Такой вот удивительный результат получен по совокупности всех расчетов.

 

Дж. Мазер От Большого взрыва — к Космическому телескопу имени Джеймса Вебба и новым Нобелевским премиям

 

А это означает, что и соответствующую наглядную картину мы составить не можем. Вот мы просто и отобразим на запрещающем красном фоне тот факт, что наглядную картину мы нарисовать не можем.

Мы, обычные человеческие существа, обитаем в четырехмерном мире с тремя пространственными измерениями и одним временным. А чтобы взглянуть на Вселенную со стороны, нужны дополнительные измерения, которые мы можем только умозрительно вообразить, а графически представить не можем. Так что, извините, ни наглядной картинки мы вам нарисовать не можем, ни центра Вселенной, ни границ ее узреть не в состоянии, даже если и имеются таковые.

 

Дж. Мазер От Большого взрыва — к Космическому телескопу имени Джеймса Вебба и новым Нобелевским премиям

 

Здесь я хотел бы кратко обрисовать наши нынешние представления об истории зарождения ранней Вселенной.

Представим себе, что первородная материя, что бы она собой ни являла, на самом деле простиралась бесконечно во всех измерениях, причем измерений могло быть больше, чем те четыре, которые нам сейчас известны.

Так вот, крошечная часть этой протоматерии повела себя весьма странно и вдруг начала расширяться. Причем расширяться настолько стремительно, что даже свет не успевал за расширяющейся материей.

И вот этот небольшой объем материи — сантиметров десять в диаметре, — как мы теперь полагаем, стремительно ускорившись, и положил начало всей той расширяющейся Вселенной, которую мы теперь наблюдаем.

Крайне неправдоподобная история, но лучше нее никто ничего не придумал — по крайней мере, на текущий момент.

 

Дж. Мазер От Большого взрыва — к Космическому телескопу имени Джеймса Вебба и новым Нобелевским премиям

 

Вы спросите: как вся Вселенная могла целиком поместиться в столь малом объеме, о котором я упомянул? Тут нужно учесть сразу несколько аспектов.

Во-первых, космическое пространство практически совершенно не заполнено материей: звёзды находятся на огромном удалении друг от друга.

Даже атомы — и те состоят практически из сплошной пустоты. Размеры атомных ядер несопоставимо малы по сравнению с размерами целых атомов. А будь у нас возможность проникать внутрь атомных ядер, мы бы и их легко расчленили и выяснили, что состоят они из еще меньших частиц — кварков и глюонов.

Так вот: расчеты показывают, что это вовсе не так невероятно, как может показаться, — то, что вся современная Вселенная произошла из столь малого объема первородной материи.

Вот, вкратце, и вся история того, что теперь принято называть «инфляционной стадией» зарождения Вселенной, о которой физикам-теоретикам известно с середины 1980-х годов.

 

Дж. Мазер От Большого взрыва — к Космическому телескопу имени Джеймса Вебба и новым Нобелевским премиям

 

И тут напрашивается следующий вопрос, требующий от нас ответа: каким же образом стало возможным само наше существование? Раз Вселенная расширяется, почему мы сами не расширяемся? Как мы вообще существуем?

Если коротко, то ответ следует искать в области свойств гравитации, действующей по всей вселенной. Силы гравитационного притяжения препятствуют расширению образований, плотность которых превышает среднестатистическую. В отдельных областях молодой Вселенной, изначально образовавшейся вследствие Большого взрыва, средняя плотность материи оказалась выше — и эти области расширяться прекратили, а со временем там стали образовываться галактики и скопления галактик, а затем формироваться звёзды.

Это и дало возможность появиться сначала Солнцу, потом Земле и, наконец, всему многообразию сложной органической жизни на Земле. Всё это было обусловлено способностью гравитации остановить расширение определенных областей Вселенной.

Поэтому мы и существуем.

 

Дж. Мазер От Большого взрыва — к Космическому телескопу имени Джеймса Вебба и новым Нобелевским премиям

 

На следующем слайде — краткая история ранней Вселенной. Сверху — картина Большого взрыва, воссозданная по результатам замеров реликтового фонового космического излучения, полученным в обсерватории WMAP.

Галактики, согласно нашим представлениям, образовались из мельчайших частиц, которые постепенно стекались к более плотным сгусткам материи, как ручейки сливаются в огромные реки.

Наконец, в левом нижнем углу вы видите снимок ближайшей к нам соседней галактики, точнее — ближайшей к нам большой галактики. Это Туманность Андромеды. Посмотрите, какая она красивая. И у нее даже есть два спутника — две обращающиеся вокруг нее небольшие галактики.

Дальше я некоторую часть рассказа об истории Вселенной пропущу. Отмечу лишь ключевые события.

Когда нашей Вселенной было около трех минут от роду, из протонов и нейтронов образовались первые атомные ядра гелия.

Когда Вселенной было около 389 000 лет, произошел захват атомными ядрами электронов — и на месте непрозрачной горячей плазмы образовались прозрачные газовые облака.

Как только Вселенная стала прозрачной, первичное тепловое излучение, которое до этого могло передвигаться лишь на короткие расстояния, сразу же распространилось по всей Вселенной — от края и до края.

И теперь, находясь на Земле, мы можем наблюдать это реликтовое фоновое излучение в том виде, который оно и приняло, как только космическое пространство стало прозрачным, когда Вселенной было 389 тысяч лет от роду.

Ну а затем стали образовываться первые звёзды, и, хотя их формирование отстоит от нас слишком далеко во времени или расстоянии и лично пронаблюдать за этим процессом мы не можем, мы можем теоретически рассчитать, что именно обусловило их образование из газа.

А затем, примерно 5 млрд лет назад, произошла удивительная вещь: темпы расширения Вселенной снова начали ускоряться! И теперь она с каждым годом расширяется всё быстрее и быстрее. Невероятно, но факт!

 

Дж. Мазер От Большого взрыва — к Космическому телескопу имени Джеймса Вебба и новым Нобелевским премиям

 

Теперь я хотел бы проиллюстрировать некоторые события, вероятно происходившие с Землей. Солнце и первые твердые тела Солнечной системы образовались 4,567 млрд лет назад — то есть Солнечная система примерно втрое моложе Вселенной. Судить об этом нам позволяют точнейшие радиоизотопные измерения возраста древнейших микроскопических вкраплений, извлекаемых из метеоритов.

Затем, примерно через 90 млн лет после этого, небольшая планета, размером примерно с современный Марс, — астрономы дали ей название Тейя — столкнулась с Землей и, буквально, смела всё с ее лица. При этом более легкие химические элементы, такие как углерод и водород, были выброшены в околоземное космическое пространство. Все эти обломки скальных пород и космический мусор и образовали, в итоге, Землю в ее нынешнем виде и Луну. Случилось это, повторю, примерно через 90 млн лет после формирования Солнечной системы. А после этого Земля стала постепенно остывать.

Затем, несколько сотен миллионов лет спустя, Юпитер и Сатурн, как полагают, дважды изменяли свои орбиты под взаимным гравитационным воздействием. В этот период Земля подвергалась мощной бомбардировке великим множеством астероидов, метеоритов и комет, вместе с которыми, как полагают, и попали на Землю в достаточном количестве вода и углерод.

А по завершении этого бурного периода, предположительно, и зародилась жизнь на Земле. Имеются обширные и полновесные доказательства того, что жизнь могла зародиться сразу же, как на Земле возникли для этого все необходимые условия: понизилась температура окружающей среды и скопилось достаточно воды для поддержания и воспроизводства жизни.

Еще один интересный факт состоит в том, что солнечная активность в тот период была, вероятно, значительно интенсивнее: на Солнце было множество пятен, оно разгоралось всё ярче — и постепенно разогревало Землю. При таком сценарии не исключено, что какие-то формы жизни попали на Землю в полностью замороженном состоянии вместе с глыбами космического льда — и впоследствии оттаяли.

 

Дж. Мазер От Большого взрыва — к Космическому телескопу имени Джеймса Вебба и новым Нобелевским премиям

 

Как вам, несомненно, известно, земные континенты совершали дрейф, и связанная с этим тектоническая активность порою вызывала сильнейшие изменения в химическом составе атмосферы планеты. Иногда, похоже, атмосфера становилась попросту ядовитой — столько в нее выбрасывалось углекислого газа и сероводорода. Но со временем молекулы этих губительных для жизни органических соединений снова поглощались горными породами благодаря различным биохимическим процессам.

Все образовывавшиеся со временем континенты геофизики и географы воссоздали на своих картах. Последним, относительно недавно — «всего лишь» сотню миллионов лет тому назад, — разверзся Атлантический океан, отделивший от Евразии Северную и Южную Америку, а затем и Африку.

 

Дж. Мазер От Большого взрыва — к Космическому телескопу имени Джеймса Вебба и новым Нобелевским премиям

 

И совсем недавно, по космическим меркам, в Африке появились первые человекоподобные существа. Случилось это всего каких-то 150 тысяч лет назад, во время очередного ледникового периода, когда значительная часть земной суши оказалась обезвоженнойили покрыта ледниками и скована вечной мерзлотой.

Подробно рассказывать о происхождении человека и истории человечества я не собираюсь — на это попросту не хватит времени. Отмечу лишь, что в этом году мы отмечаем 400-летие инструментальной астрономии: в 1609 году Галилео Галилей впервые направил в небо свой первый слабенький оптический телескоп. Поэтому 2009 год объявлен Международным годом астрономии.

Так что сразу перейду к плохим известиям: в будущем нас ждет много неприятностей. Возможно, в результате биохимических процессов, происходящих в биосфере планеты, весь углекислый газ из земной атмосферы будет выкачан и осядет в известняках. После этого на Земле станет очень и очень холодно, поскольку без углекислого газа прекратится «парниковый эффект». Но это лишь одна из гипотез, и, возможно, она не подтвердится, поскольку в геофизическом прогнозировании мы пока что не очень сильны.

Затем, примерно через миллиард лет, Солнце разгорится настолько ярко, что на Земле станет нестерпимо жарко для нас, что бы мы ни предпринимали.

Наконец, примерно через 5 млрд лет Солнце неизбежно начнет увеличиваться в размерах — и раздуется до такой степени, что его поверхность достигнет земной орбиты. Тут уже, Земля, надо полагать, погибнет, как таковая.

И приблизительно в те же сроки наша Галактика — Млечный путь — столкнется с красивой галактикой Туманность Андромеды, фотографию которой я вам несколько минут назад показывал. Дивное это будет зрелище для астрономов, при условии, что к тому времени мы переберемся на другую планету. Ну, а не изыщем способа, — так какие-нибудь инопланетные астрономы им полюбуются.

Примерно через 7,6 млрд лет Солнце догорит и превратится в звезду типа «белый карлик».

А еще через многие миллиарды веков, как мы предполагаем, если Вселенная будет и дальше расширяться с ускорением, галактики исчезнут из пределов видимости, звезды догорят — и Вселенная погрузится во тьму.

Но это лишь одна из теоретических гипотез. Есть и другие. Не исключено, что расширение Вселенной прекратится, а затем обратится вспять — и галактики снова собьются в кучу, а затем наступит вселенский коллапс. Не нам судить, понятно.

 

Дж. Мазер От Большого взрыва — к Космическому телескопу имени Джеймса Вебба и новым Нобелевским премиям

 

Теперь давайте немного расскажу вам о той работе, которую проделал лично я — и которая привела меня, в итоге, к получению Нобелевской премии.

В 1974 году я окончил Калифорнийский университет в Беркли и в качестве дипломной работы попытался, совместно с коллегами, измерить интенсивность остаточного теплового излучения Большого взрыва — увы, безуспешно. Но это послужило дополнительно демонстрацией того, что нужно более тщательно работать в этом направлении. Собственно, мы все тогда же и поняли, что наблюдения и измерения нужно вести из космоса.

Поэтому в 1976 году, как только я пришел работать в Центр космических полетов им. Годдарда, мы сразу занялись проектированием орбитальной космической обсерватории по исследованию реликтового излучения (COBE). На рисунке вы видите золотисто-желтый защитный экран в форме усеченного конуса. Внутри этого раструба размещены инструменты, точнее — целый комплекс инструментов. Два из них находятся в резервуаре с жидким гелием, благодаря чему они работают при сверхнизкой температуре — всего 1,5° выше нуля по абсолютной шкале. Остальные инструменты размещены по периметру криогенного резервуара и защищены от попадания не только прямых солнечных лучей, но даже и отраженного света с поверхности Земли. Поэтому и они работают при весьма низких температурах.

Эта обсерватория до сих пор находится на околоземной орбите, хотя и использовалась лишь на протяжении приблизительно первых пяти лет после вывода на орбиту — для получения данных первичных измерений.

Запомните ее название — Орбитальная космическая обсерватория по исследованию реликтового излучения (COBE). По вечерам ее бывает прекрасно видно в темнеющем небе — было бы желание поднять голову.

 

Дж. Мазер От Большого взрыва — к Космическому телескопу имени Джеймса Вебба и новым Нобелевским премиям

 

Вот график с первыми научными результатами этого космического проекта. Гладкая кривая — теоретически рассчитанное распределение интенсивности реликтового микроволнового фона по частотам, а нанесенные поверх нее квадратики — первые полученные нами результаты измерений. Видите, что квадратики точно ложатся на кривую? То есть мы получили в точности те результаты, которые ожидали получить, которые предсказывала теория Большого взрыва, просто до этого фактических ее подтверждений не имелось. И когда мы доложили результаты наших измерений Астрономическому обществу, они были встречены овациями: нам аплодировали стоя, и рукоплескания не смолкали на протяжении многих минут.

Это значит, что теория Большого взрыва действительно верна... ну, точнее, экспериментально подтверждена настолько, насколько это только возможно. Строгого, в математическом смысле, доказательства столь критически важной теории, как теория Большого взрыва, к сожалению, привести невозможно. Но все результаты измерений находятся в строгом соответствии с ней и свидетельствуют в ее пользу.

То есть теперь мы можем утверждать, что Вселенная действительно возникла в результате Большого взрыва, от которого и сохранилось в космическом пространстве это реликтовое излучение. И после стольких лет усилий мы измерили его температуру, которая составляет 2,725 K, причем измерили с потрясающей точностью: погрешность измерения составляет ±5 x 10–5 (то есть пятьдесят миллионных долей!)

 

Дж. Мазер От Большого взрыва — к Космическому телескопу имени Джеймса Вебба и новым Нобелевским премиям

 

Это был первый серьезный результат, полученный с помощью орбитальной обсерватории. Когда через два года, в 1992 году, мы показали Стивену Хокингу, знаменитому физику-теоретику, эти несколько графиков, он сказал мне, что это — важнейшее открытие века, если вообще не всех времен!

Итак, перед вами карты распределения температур микроволнового теплового фона, оставшегося со времен Большого взрыва. Каждый из трех овалов представляет собой карту всей небесной сферы.

На верхней карте отражены первичные данные измерений. На ней видно только, что с одной стороны неба излучение интенсивнее (розоватый оттенок), с другой — слабее (зеленовато-голубой оттенок). Однако это явилось лишь следствием того факта, что Земля движется относительно остальной Вселенной, как таковой.

Устранив этот эффект наложения математически, получаем среднюю карту: теперь мы видим розовую полосу более интенсивного излучения посередине — в области небесного экватора. Однако и этот эффект — лишь следствие обилия свободных электронов в плоскости нашей Галактики.

Наконец, устранив математически и этот эффект наложения, мы получаем нижнюю картину, отображающую реальное распределение температур фонового излучения по небесной сфере, а именно — карту реликтового фонового излучения.

Разброс температур ничтожно мал — в пределах 0,00003 К. И тут нам лишь остается предположить, что именно эти незначительные отклонения и есть первопричина самого нашего существования. Сейчас полагают, что они являются следствием влияния на фоновое излучение недавно открытой астрономами «темной», или «скрытой», материи — которая обусловила эту незначительную неоднородность фонового реликтового излучения и которая приостановила расширение Вселенной в отдельных областях и заставила материю закрутиться вокруг себя и оформиться в галактики, звёзды и планеты.

Именно одно из таких вот небольших пятнышек и стало первопричиной самого нашего существования. Конечно, ту самую неоднородность, которая стала исходной точкой нашей истории, мы наблюдать не можем, но вполне можем представить, что выглядела она как одна из ей подобных.

 

Дж. Мазер От Большого взрыва — к Космическому телескопу имени Джеймса Вебба и новым Нобелевским премиям

 

И вот, три года назад, месяц в месяц, мне позвонили из Стокгольма и сообщили, что мы получим Нобелевскую премию «за открытие анизотропии и чёрнотельной структуры энергетического спектра реликтового излучения». Это как раз та кривая, которую я вам показывал. А «анизотропия» — это, по-гречески, означает «неоднородность по направлениям». То есть как раз те маленькие пятнышки с всплесками и провалами, которые вы видели на расцвеченной карте.

 

Дж. Мазер От Большого взрыва — к Космическому телескопу имени Джеймса Вебба и новым Нобелевским премиям

 

Итак, я отправился в Стокгольм для получения диплома Нобелевского лауреата, а кроме того, получил чек на внушительную сумму — и на эти средства я основал собственный фонд развития науки и искусств. В основном средства фонда расходуются на выплату стипендий для получения высшего образования талантливой молодежью.

 

Дж. Мазер От Большого взрыва — к Космическому телескопу имени Джеймса Вебба и новым Нобелевским премиям

 

Полагаю, однако, что в будущем астрономов поджидает еще немало удивительных открытий, а также сюрпризов — как приятных, так и не очень. На карикатуре показано, как астроном узнает из теленовостей, что абсолютно все общепринятые гипотезы и прогнозы оказались неверны. Сейчас я вам об одном таком недавнем сюрпризе расскажу.

 

Дж. Мазер От Большого взрыва — к Космическому телескопу имени Джеймса Вебба и новым Нобелевским премиям

 

Перед вами обложка одного из номеров журнала Science за 1998 год. Именно в том году было установлено, что Вселенная расширяется с ускорением — с каждым годом всё быстрее. И открыли это трое ученых, показанных на фотографии справа.

Они изучали самые удаленные от нас ярчайшие звёзды — так называемые «сверхновые», — и выяснилось, что их светимость на 20% ниже теоретически предсказанной. Ничего не оставалось делать, как предположить, что это результат того, что в течение последних 5 млрд лет Вселенная расширялась с ускорением — и отнести это явление на счет действия неведомой силы, которые мы теперь называем «темной энергией». При этом мы даже не можем установить — действительно ли это сила в физическом понимании или нечто еще.

Понятно, что это открытие само по себе тянуло на Нобелевскую премию, но вот вопрос: как скоро мы узнаем, что это за материя такая — если это вообще материя? Вот это на сегодняшний день, пожалуй, один из важнейших предметов исследования в астрономии.

 

Дж. Мазер От Большого взрыва — к Космическому телескопу имени Джеймса Вебба и новым Нобелевским премиям

 

Итак, у астрономов еще осталось немало загадок, которые нам предстоит разрешить совместно с физиками.

Загадка номер один: почему в наблюдаемой Вселенной существует только обычная материя, а антивещество, антиматерию мы можем наблюдать лишь в виде отдельных, моментально аннигилирующихся частиц? И никаких галактик, целиком состоящих из антивещества, во Вселенной не наблюдается?

Второй вопрос: что такое темная материя? Я вам о ней рассказывал: именно она обусловливает те незначительные колебания температуры реликтового микроволнового фона. И эта материя, судя по всему, во Вселенной наличествует в избытке — ее значительно больше, чем обычной материи, из которой состоим, например, мы сами. Но темная материя не взаимодействует со световыми волнами — и мы не можем ее непосредственно наблюдать. Более того, мы не можем даже определить, вступает ли она во взаимодействие с гравитационными силами. То есть мы, вроде как, абсолютно уверены в ее существовании, но ни единой частицы темной материи наблюдать не можем — даже в лабораторных условиях.

Далее: что такое «темная энергия»? Опять же, я говорил, что мы знаем, что она существует, но понятия не имеем, что это такое.

Еще есть вопрос, который задают все любопытные — начиная со школьников младших классов и заканчивая студентами вузов: «А не ошибся ли Эйнштейн со своей теорией относительности? Правда ли, что мы не можем перемещаться в пространстве быстрее скорости света?» Самое интересное, что вопрос этот до сих пор актуален.

Астрономы неустанно пытаются ответить на вопросы: «Как мы оказались на Земле? Как стало возможным само возникновение Земли?»

Ну и, конечно вопрос, скорее, философского характера: «Одни ли мы, люди, во Вселенной? Есть ли в ней другие разумные существа, помимо человека?»

И, уже как частности, можно сформулировать вопросы типа: «Каким образом Земля сделалась пригодной для нашего обитания?» или «Имеются ли во Вселенной другие планеты, пригодные для жизни человека?»

И, наконец, после всех этих философских вопросов настает черед итогового вопроса: «А что ждет нас в будущем?»

 

Дж. Мазер От Большого взрыва — к Космическому телескопу имени Джеймса Вебба и новым Нобелевским премиям

 

И этот вот, последний, вопрос напрямую связан со следующим проектом, над которым я сейчас и работаю. Называется этот проект «Космический телескоп имени Джеймса Вебба». Но, прежде чем рассказывать об этом телескопе, позвольте кратко объяснить вам, что такое инфракрасное излучение.

Инфракрасный свет подобен обычному видимому свету, просто у инфракрасного излучения несколько более длинные волны, поскольку исходит оно от более холодных объектов. Инфракрасное излучение очень важно для нас, астрономов, по целому ряду причин.

Во-первых, когда мы заглядываем в самые отдаленные области Вселенной в нашем стремлении изучить древнейшие галактики, выясняется, что свет от них, даже изначально излученный в ультрафиолетовом диапазоне спектра, доходит до нас лишь в виде инфракрасных волн из-за колоссального допплеровского смещения в красную область спектра, обусловленного расширением Вселенной. Поэтому, чтобы заглянуть в древнейшие времена, нам нужны инфракрасные телескопы.

Во-вторых, как вы видите на слайде, — и это очень важно для нас — объекты, находящиеся при температуре, близкой к комнатной, например наши собственные человеческие тела, также излучают инфракрасные лучи. Однако в инфракрасном диапазоне картина выглядит принципиально иной по своим характеристикам, нежели в видимой части спектра.

Поэтому, если мы, как астрономы, хотим всесторонне изучить свойства тел, находящихся при достаточно низких температурах, например близких к комнатной, нам нужно исследовать и исходящее от них инфракрасное излучение.

 

Дж. Мазер От Большого взрыва — к Космическому телескопу имени Джеймса Вебба и новым Нобелевским премиям

 

Это и навело нас на замысел создания этого принципиально нового телескопа — Космического телескопа им. Джеймса Вебба. Он будет значительно больше своего предшественника — Космического телескопа им. Хаббла. Новый телескоп проектируется уже 14 лет, и мы планируем вывести его на орбиту в 2014 году.

Он будет принципиально отличаться от всех ранее существовавших телескопов — как космических, так и наземных, — поскольку будет состоять из отдельных ячеек; эти ячейки будут распакованы и образуют зеркало телескопа уже после вывода на орбиту; наконец, сам телескоп будет работать при крайне низких температурах.

Скоро я объясню вам, как это будет сделано. Но до этого хочу рассказать, кто принимает участие в постройке нового телескопа:

Проект осуществляется под общим руководством НАСА и координируется Центром космических полетов им. Годдарда, откуда я сейчас с вами разговариваю.

Мы работаем в тесном международном партнерстве с Европейским и Канадским комическими агентствами, а постройкой этой космической обсерватории будет заниматься наш генеральный подрядчик — аэрокосмическая корпорация Northrop Grumman, производственные мощности которой расположены по соседству с лос-анджелесским аэропортом.

Измерительные инструменты, позволяющие точно регистрировать излучение во всём диапазоне инфракрасных волн, будут разработаны и собраны специалистами из Аризонского университета (США), Европейского и Канадского космических агентств.

Еще раз подчеркну: новый космический телескоп будет значительно больше по размерам, нежели все его предшественники. У телескопа им. Хаббла диаметр зеркала равнялся 2,4 м, а у того, который мы теперь собираемся запустить, — 6,5 м. Благодаря этому он будет несравненно мощнее и позволит нам регистрировать излучение, исходящее из самых отдаленных областей Вселенной. Наконец, его конструкция такова, что работать новый космический телескоп будет при сверхнизких температурах.

Чуть позже я покажу вам орбиту, на которую мы собираемся его вывести. Но пока что еще раз обратите внимание на его эскиз: видите голубую подкладку под зеркалом телескопа? На самом деле — это гигантский защитный экран из пяти слоев полимерных материалов, предназначенный для защиты телескопа от теплового излучения Солнца и Земли.

Благодаря такой конструкции телескоп будет работать при очень низкой температуре (около 40 K), а значит, не будет сам излучать в инфракрасном диапазоне и, тем самым, не будет создавать помех для измерений.

 

Дж. Мазер От Большого взрыва — к Космическому телескопу имени Джеймса Вебба и новым Нобелевским премиям

 

На следующем слайде показана орбита, на которую будет выведен телескоп: он будет обращаться с небольшим радиусом вокруг так называемой второй точки Лагранжа (L2) в системе Солнце—Земля, на удалении около 1,8 млн километров от Земли. Орбита рассчитана таким образом, чтобы экран, или зонтик, который вы видели, надежно защищал телескоп от теплового излучения, исходящего и от Солнца, и от Земли. Эта точка открыта математиками еще в XVIII столетии.

 

Дж. Мазер От Большого взрыва — к Космическому телескопу имени Джеймса Вебба и новым Нобелевским премиям

 

Следующие фотографии запечатлели демонстрацию полноразмерного макета телескопа. Мы этот макет специально построили, чтобы показать всем, какой большой и мощный космический телескоп можно соорудить. Этот макет мы возили по всему миру, выставляли во многих городах. На снимках он показан в Мюнхене в прошлом году и в Вашингтоне в позапрошлом. Сами видите теперь, какой он большой.

 

Дж. Мазер От Большого взрыва — к Космическому телескопу имени Джеймса Вебба и новым Нобелевским премиям

 

Теперь, надеюсь, всё получится — и вы увидите анимацию, иллюстрирующую развертывание телескопа после его вывода на заданную орбиту. Видите: телескоп значительно больше ракеты-носителя, и развертывать его придется уже после запуска и доставки на орбиту.

Итак, первым делом выпускаются солнечные батареи и радиоантенна для передачи телеметрических данных. Затем выдвигается пластиковый защитный экран. Всё это делается с помощью дистанционного управления, запускающего сервомоторы и приводы, в то время как мы сидим себе на Земле и лишь контролируем, чтобы всё работало правильно.

Последнее, что нам нужно для этого, — заставить сам телескоп принять правильную форму. Сейчас вы увидите, как выдвигаются зеркальные ячейки и образуют гигантское шестиугольное главное зеркало телескопа.

Вот и готов телескоп, каким он будет в реальном космосе. Конечно, это колоссальная задача с точки зрения инженерно-конструкторского проектирования, но решить ее мы обязаны — иначе не будет у нас работающей космической обсерватории.

 

Дж. Мазер От Большого взрыва — к Космическому телескопу имени Джеймса Вебба и новым Нобелевским премиям

 

Чтобы эта новая космическая обсерватория могла работать, нам пришлось применить ряд уникальных изобретений. Пожалуй, самое важное из них — так называемые «алгоритмы фазирования зеркала».

После запуска Космического телескопа Хаббла выяснилось, что он работает некорректно: зеркало было спроектировано с ошибкой. Поэтому пришлось на ходу учиться, как измерять величину этой погрешности и вносить поправки на нее в получаемые результаты измерений. И тогда был разработан математический алгоритм внесения поправок в результаты измерений, полученных с использованием телескопа Хаббла. Зато теперь, поскольку этот математический алгоритм нам известен, мы можем применять его для внесения поправок на погрешности геометрической формы и корректировки взаимного расположения всех восемнадцати зеркальных ячеек, составляющих огромное зеркало нового телескопа, и заставлять его функционировать как единое целое.

 

Дж. Мазер От Боль
		<div style=
08 июль 2019 /
  • Не нравится
  • 0
  • Нравится

Похожие новости

Найдена самая далекая «спектроскопическая» галактика

Недавно астрономы открыли самую древнюю и самую далекую галактику, которая выглядит точно также как и после большого взрыва 700 миллионов лет назад. Для того, чтобы обнаружить эту галактику ученые и

Телескопы попытаются разглядеть юную Вселенную

Космические телескопы объединятся для того, чтобы заглянуть в самую глубь древней истории нашей  Вселенной и при помощи гравитационной линзы они должны  «разглядеть» галактики, которые находятся

Десять причин, почему мы до сих пор не встретили пришельцев

Однажды физик Энрико Ферми задался вопросом: где все? Или, если точнее, «где все инопланетяне?». Так возник парадокс Ферми. Когда мы оцениваем размер Вселенной, число землеподобных планет, а также
Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Код:
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Введите код:
Популярные новости
Эффективна ли саентология?Впервые получены структуры контактной и сольватноразделённой ионных пар силенил-литиевого соединенияOstrovok.ru – огромная база отелей по всему мируУ одной из ближайших звезд обнаружена потенциально обитаемая планетаО применении знания каббалы на практикеУникальная сверхновая поставила астрономов в тупикФекальная трансплантация поможет спасти вымирающих коалSpaceX выбрала девять мест на Марсе для высадки