Открытие Вселенной - прошлое, настоящее, будущее - Александр Потупа

Крупнейшим достижением последних лет стало обнаружение огромных скрытых масс материи, скрытых в том смысле, что они пока недоступны обычным телескопическим наблюдениям.

Разумеется, идея о том, что во Вселенной могут существовать не только объекты, достаточно яркие для наших телескопов, отнюдь не нова. Фактически со времен открытия Урана и последовавшей затем Нептуновой истории астрономия вышла в своеобразный гравитационный диапазон, отыскивая небесные тела по их чисто гравитационному проявлению. Но вот при попытке оценить плотность массы в масштабе галактических скоплений и Вселенной в целом возник качественно новый уровень. Дело в том, что в соответствующих оценках мы долгое время были ограничены светящимися массами — именно по «плотности светимости» (средней светимости единицы объема пространства) обычно и оценивалась средняя плотность вещества. Однако группа эстонских астрономов под руководством Я. Э. Эйнасто и здесь — в предельно больших масштабах попыталась применить принципы гравитационной астрономии.

Исследователи из Тарту обратили внимание на то, что скорости отдельных галактик в скоплениях очень велики — тысячи километров в секунду, и, чтобы удержать столь быстрые компоненты, скопления должны обладать достаточно сильным полем тяготения, то есть массами порядка 1014-1015 М). Но это на 1–2 порядка превышает суммарную массу светящихся галактик.

Было также установлено, что спутники больших галактик (типа Магеллановых Облаков — спутников нашей Галактики) движутся со скоростями, практически не зависящими от расстояния до центральной галактики — в очевидном противоречии с третьим законом Кеплера, согласно которому скорость спутника должна убывать с ростом расстояния до центра (v (1/vr). Это означало, что галактики-спутники находятся совсем в иной ситуации, чем, например, планеты в Солнечной системе — вещество галактической системы не сконцентрировано в центральном теле, а распределено по всему объему с плотностью, убывающей к краю ((~ 1/r2). В такой среде аналог третьего закона Кеплера действительно вел бы к независящим от расстояния скоростям спутников (центростремительное ускорение v2/r ~ GM/r2 ~ G½r3/r2 ~ const/r, т. е. v ~ const) или, что то же самое, к пропорциональности радиуса орбиты периоду обращения.

Эти факты и легли в основу представления о гигантских массах, полностью определяющих гравитационные проявления скоплений и отдельных галактик и в то же время слишком слабо светящихся, чтобы обнаружить их как обычное вещество. По-видимому, скрытые массы в среднем раз в 30 превышают массу всего светящегося вещества, то есть играют решающую роль не только в описании отдельных крупных структур, но и в оценке всего космологического процесса в целом.

Природу этих скрытых масс пытались объяснить многими гипотезами прежде всего, обилием темных выгоревших звезд типа черных карликов и черных дыр. Однако теперь, в связи с обнаружением массы нейтрино, более вероятной представляется именно нейтринная модель невидимой материи. Именно массивные реликтовые нейтрино способны конденсироваться в первичные облака — зародыши сверхскоплений, крупнейших структурных единиц Вселенной.

Вероятно, теперь следует считать, что каждая крупная галактика вместе со своими спутниками и скрытым веществом (так называемой короной) образует особую связанную систему — гипергалактику, а гипергалактики формируют скопление средним размером в несколько мегапарсеков, обладающее единой мощной короной.

Галактические скопления, в свою очередь, концентрируются в сверхскопления. И на этом иерархическом уровне, благодаря исследованиям группы Эйнасто и ряда других астрономов, открылось нечто неожиданное. Оказалось, что сверхскопления выглядят как своеобразная ячеистая структура — вроде пчелиных сот, сработанных несколько хаотично, или пористой, «пещеристой» ткани. Отдельные скопления выстраиваются в пересекающиеся цепочки, как бы формируют стенки ячеек толщиной в 3–4 Мпс, и, разумеется, самая высокая плотность достигается в узлах этой структуры. Размеры отдельной ячейки, которую теперь и называют сверхскоплением, порядка 100 Мпс, и внутри — вдали от стенок — она практически пуста. Надо полагать, что состав вещества в таких «внутриячейковых заповедниках» крайне близок к исходной водородно-гелиевой смеси, из которой некогда стали формироваться космические структуры.

На этом уровне иерархия космических структур, по-видимому, завершается — уже в масштабе 300 Мпс Вселенную можно с большой степенью точности считать однородной. И уже 1 Гигапарсек (1000 Мпс) — чисто космологический масштаб, в котором, по современным представлениям, можно пренебречь всеми эффектами структурности материи. Это следует считать экспериментально подтвержденным положением, ибо наличие следующего уровня структурной иерархии (в духе схемы Шарлье) привело бы к заметным изменениям в 3-градусном реликтовом излучении, изменениям, которые не наблюдаются.

Таковы в общих чертах этапы открытия современной космологической картины. На некоторых ее деталях мы подробно остановимся во II части книги. А теперь необходимо рассмотреть еще одну линию исследований, реально возникшую лишь во второй половине 20 века, но уже серьезно повлиявшую на наши взгляды.

Воплощенная мечта

История науки о Вселенной была бы не полна, не остановись мы на блестящем прорыве в космическое пространство, состоявшемся во второй половине 20 века. В идейном плане этот прорыв готовился давно, удивительно давно, и для нас, безусловно, интересны его истоки — все-таки приятно убедиться, что фантастика, некогда (и не так уж давно!) воспринимавшаяся как развлекательный вымысел, становится чем-то вполне реальным, свершенным, а потом — как бы само собой разумеющимся. Кроме того, появится прекрасная возможность еще раз, но под несколько иным углом зрения прокрутить ленту эволюции космических представлений.

Наши далекие предки довольно активно размышляли не только о строении неба, но и о небесных путешествиях. Подобно тому, как образ вещи склеивался в древнейших представлениях с операциями по ее изготовлению, образ той или иной области — земной или небесной — склеивался с «операцией путешествия», со средствами достижения интересующего и, разумеется, с целью такого достижения. В иные эпохи связь между землей и небом не воспринималась как нечто недоступное, скорее, это была естественная, пусть трудная, но вполне достижимая цель.

Это хорошо просматривается в картине небольшой Вселенной-капсулы, где светила карабкаются на небосвод по деревьям и тем же путем спускаются обратно. Особенно хорошо видна близость неба в австралийских мифах о Стране мертвых. Туда, в Небесный Мир (Манидьирангмад у племени гунвинггу), уходят духи умерших соплеменников, хотя варианты ухода несколько разнятся деталями. Например, у племен кулип и вотьо духи попадают на Майнабу («Бесконечную реку», то есть Млечный Путь), духи племени вурадьери устремляются на небо по веревке. У других племен духи могли уходить на острова или просто на соседние территории. Иными словами, Страна мертвых не у всех аборигенов ассоциировалась с небом — небо выступало как одна из возможных областей, примерно эквивалентная областям земным в смысле таинственности и доступности.

Некоторые духи изгонялись с неба, и люди, в тело которых они возвращались, должны были снова оживать — возможно, таким образом аборигены интерпретировали явления типа глубокого обморока. Естественно также и распространенное убеждение, что колдуны, обладающие особой магической силой, могут в любое время посетить небесный мир. Всем этим я хотел бы подчеркнуть, что на определенном и, видимо, наиболее древнем из исторически зафиксированных уровней мировосприятия путешествия на небо не представлялись чем-то принципиально недоступным — ни по средствам (деревья, веревки, шесты), ни по расстоянию (того же порядка, что и до соседних земель).

По мере формирования собственно религиозных идей небо отодвигалось все дальше, и его доступность постепенно уменьшалась, однако многие элементы «космомагических программ» сохранялись на удивление долго. В большинстве ранних религиозных систем сохранялся тот или иной канал постоянной связи между небом и землей — им могли служить гора, дерево, священный камень, храм. В характерном трехчленном делении Вселенной на небесный, земной и подземный миры всегда как-то выделялось средство связи этих миров. Это обеспечивало спуск богам и подъем людям или их душам.

Разумеется, небо, поддерживаемое 4–8 особыми столбами или великанами (вроде древнегреческого Атланта или хурритского Упеллури), не казалось таким уж недоступным. Так, по горной тропе поднялся на небосвод один из героев «Махабхараты» Юдхиштхира. В китайской поэме 4 века до н. э. «Тянь Вэнь» небо-тент крепилось веревками, веревочные крепления неба встречались и в вавилонских мифах. В древнеегипетских текстах есть варианты космического путешествия по лестнице, причем данное представление было развито весьма глубоко: небольшие лестницы — по сути, символы лестниц вкладывались даже между бинтами мумий, дабы души мертвых не испытывали транспортных трудностей. В Библии описывается видение Иакова: «И увидел во сне: вот, лестница стоит на земле, и верх ее касается неба; и вот, Ангелы Божий восходят и нисходят по ней».