Новая занимательная астрономия

Задача состоит в том, чтобы, не «вскрывая» черного ящика, только по характеру входных и выходных сигналов составить представление о его внутреннем устройстве.

Представьте себе, что вы не знаете ни конструкции, ни принципа действия вашего радиоприемника. Известно лишь, что на его «вход» поступают электрические сигналы с антенны, а на «выходе», в динамике, мы слышим звук: голос, музыку, пение. И по этим «входным» и «выходным» данным необходимо составить представление о конструкции черного ящика — радиоприемника.

В принципе существуют два пути решения задачи. Можно регистрировать поступающие от антенны сигналы и сравнивать их с тем, что происходит на «выходе». Это — путь наблюдений. Но есть и другая возможность, более активная. Самим подавать на «вход» различные сигналы и наблюдать, что произойдет на «выходе».

Очевидно, второй путь более эффективен; в частности, он открывает возможность оперативной проверки возникающих гипотез и предположений относительно «конструкции» черного ящика. Изучив закономерности, связывающие между собой входные и выходные сигналы, можно, в принципе, построить модель, достаточно точно отражающую устройство черного ящика. Астрофизики решают аналогичные задачи. Большинство космических объектов — черные ящики, внутреннее строение которых, т. е. происходящие в них физические процессы, можно изучать лишь по внешним проявлениям.

Однако положение астрономов осложняется, по меньшей мере, двумя обстоятельствами. Во-первых, они лишены возможности экспериментировать, а могут лишь наблюдать. Во-вторых, большинство космических черных ящиков — это ящики, у которых нет «входов».

Во всяком случае, эти «входы» в. настоящее время нам неизвестны. Например, мы не знаем таких внешних воздействий, которые могли бы изменить течение физических процессов на Солнце. Есть, правда, экстравагантная гипотеза, принадлежащая Э. Броуну, гипотеза, согласно которой периодические колебания солнечной деятельности связаны с приливными возмущениями со стороны планет. Однако пока это всего лишь предположение…

Впрочем, среди космических объектов имеются и такие, для которых внешние воздействия играют существенную роль. В частности, любопытные явления были обнаружены в так называемых двойных системах, состоящих из двух звезд, обращающихся вокруг общего центра масс. Если одна из этих звезд достаточно массивная и обладает мощным гравитационным полем, то на нее, согласно выводам современной астрофизики, должно перетекать вещество второй, «нормальной» звезды. Подобный процесс может играть роль «входного» сигнала, заметно влияющего на состояние массивной звезды.

Есть определенные «входы» и у таких небесных тел, как планеты и кометы. Для планет это, к примеру, воздействие солнечной активности, а для комет — теплового и светового излучения Солнца, солнечного ветра, а также притяжения планет-гигантов.

Но при изучении Солнца у современных астрономов практически есть лишь одна реальная возможность: регистрировать явления, которые происходят в его внешних слоях. Это и есть «выходы» солнечного черного ящика.

Не верь глазам своим

Другая трудность, с которой сталкиваются исследователи Вселенной при поиске новых фактов, характерна не только для астрономии, но и для таких наук, как, скажем, физика и математика. Речь идет о соотношении между нашими наглядными представлениями и реальной действительностью.

Весь опыт познания природы и, частности, история астрономии убедительно доказывают, что «наглядность» — весьма ненадежный советчик при решении научных вопросов. Например, философы древности рассуждали так. Представим себе, что у Вселенной есть край и человек достиг этого края. Однако стоит ему только вытянуть руку — и она окажется за границей Вселенной. Но тем самым рамки материального мира раздвинутся еще на некоторое расстояние. Тогда можно будет приблизиться к новой границе и повторить ту же самую операцию еще раз. И так без конца… Значит, Вселенная бесконечна.

«Нет никакого конца ни с одной стороны у Вселенной, ибо иначе края непременно она бы имела», — писал Лукреций Кар в своей поэме «О природе вещей».

Но, к сожалению, подобные рассуждения не могут служить основанием для серьезных научных выводов. Мы многое не можем себе представить, но это само по себе еще ничего не доказывает. Рассуждение же Лукреция, хотя внешне и логично, на самом деле как раз опирается на наши привычные земные представления, молчаливо предполагая, что они справедливы везде и всегда.

Можно вспомнить хотя бы о тех возражениях, которые вызывала в свое время идея кругосветного путешествия, выдвинутая Магелланом. Его противники апеллировали именно к наглядности. «Как можно, — восклицали они, — двигаясь все время по прямой в одном направлении, вернуться в ту же точку?» Возможность такого результата противоречила общепринятым житейским представлениям. Но, как известно, действительность подтвердила предположения Магеллана.

Аналогичные возражения встречала идея антиподов: если Земля шарообразна, то как могут люди жить на другой ее стороне? — Ведь им приходится ходить вниз головой…

При астрономических же наблюдениях наглядность отказывает буквально на каждом шагу. Ежедневно мы видим, например, как в дневное время Солнце, а ночью Луна и звезды перемещаются по небу с востока на запад. Зрительно нам кажется, что Земля неподвижна, а небесные светила вращаются вокруг нее. Так и думали люди в древности, принимая это кажущееся движение за действительное. Сегодня же любому школьнику известно, что видимое суточное перемещение небесных светил — всего лишь отражение собственного вращения Земли.

Весьма замысловаты и видимые перемещения планет среди звезд, происходящие за длительные промежутки времени. Планеты то движутся с запада на восток, то вдруг останавливаются и начинают движение в обратном направлении — к западу. А затем, описав на небе своеобразную петлю, вновь устремляются к востоку.

В действительности же, петлеобразное движение планет — это движение кажущееся, иллюзорное. Оно возникает вследствие того, что мы наблюдаем за планетами с Земли, которая сама обращается вокруг Солнца. Коперник не только понял природу этого явления, но и ввел в естествознание важнейший методологический принцип: мир может быть не таким, каким мы его непосредственно наблюдаем. И поэтому задача науки состоит в том, чтобы выяснять подлинную сущность явлений, скрытую за их внешней видимостью.

Этот принцип не только лег в основу гелиоцентрической системы мира, разработанной Коперником, но и по существу стал фундаментом всего современного естествознания.

Еще один пример, наглядно иллюстрирующий принцип Коперника. Солнце представляется нам на небе сравнительно небольшим диском, почти таким же, как диск Луны. Однако и это всего лишь иллюзия — результат того, что Солнце расположено в 400 раз дальше от Земли, чем наше ночное светило. Если бы мы наблюдали Солнце с орбиты Плутона, самой далекой планеты Солнечной системы, оно показалось бы нам точкой.

А звезды? Мы видим их точками даже при наблюдении в самые мощные телескопы. А среди них есть гиганты, в миллионы и миллиарды раз превосходящие Солнце по своим объемам. Все дело в огромных расстояниях.

Расстояния привносят свои коррективы и в наблюдаемые нами яркости звезд. Одни звезды представляются более яркими, другие — менее яркими. Но само по себе это еще ничего не говорит о количестве света, которое они действительно излучают. Приведем пример. Вот четыре всем известные звезды: Солнце — самая яркая наша звезда, Сириус — ярчайшая звезда ночного неба, звезда Вега из созвездия Лиры (в 4 раза слабее Сириуса) и Полярная звезда — самая слабая из этих четырех светил (в 6 раз слабее Веги).

Но если бы мы могли расположить эти четыре звезды на одинаковом расстоянии от Земли, то нам пришлось бы произвести полную «переоценку ценностей». На первое место вышла бы Полярная звезда, Вега и Сириус поменялись бы местами, а Солнце оказалось бы в самом конце…