Один из основоположников теоретической астрофизики – немецкий астроном Карл Шварцшильд (1873–1916). В 1906 году он построил теорию переноса лучистой энергии веществом звезды. На основе открытия ввел систему уравнений, описав перенос лучистой энергии из недр Солнца наружу. Решив эти уравнения, он смог вычислить температуру каждого слоя внутри Солнца. Далее ученый сформулировал общие уравнения звездной статистики, дал общее полное решение этих уравнений. Независимо от А. Зоммерфельда вывел основные правила квантования, дал полную теорию эффекта Штарка (влияние электрического поля на свет), начал развивать квантовую теорию молекулярных спектров. В 1911 объяснил распределение яркости в хвосте кометы Галлея механизмом флуоресцентного свечения молекул.
Ученым удалось определить размеры и общую массу нашей Галактики, а также выяснить, что Солнце расположено в ней далеко от центра. Вращение Галактики было обнаружено на основе статистического анализа русским астрономом М. А. Ковальским в 1859 и детально исследовано голландским астрономом Я. Оортом в 1927.
Эйнар Герцшпрунг (1873–1967), датский астроном, составил диаграмму зависимости звездной величины от показателя цвета звезд в скоплениях Плеяды и Гиады (1911). Через два года американский астроном Ресселл построил аналогичную диаграмму для всех звезд с известными расстояниями, получившую название диаграммы Герцшпрунга – Расселла. На ней звезды разбиваются на группы по сходным физическим характеристикам. Большинство звезд расположились на «Главной последовательности», простирающейся по диагонали от горячих голубых звезд со светимостью в 1000 раз большей, чем у Солнца, через белые звезды, желтовато-белые, желтые (Солнце), оранжевые к красным карликам, в 1000 раз слабее Солнца. Эта диаграмма стала основой для исследований эволюции звезд.
Имя Эдвина Хаббла, американского астронома (1889-1953), встало в один ряд с Николаем Коперником (См. Приложения, рис.12,с. 26). Оба они совершили революцию в представлениях о Вселенной.
В 1923-1924 гг. он доказал звездный состав туманности Андромеды и двух других спиральных туманностей и, обнаружив в них цефеиды, убедительно определил расстояние до ближайшей из них в 900000 св. лет, что сняло все сомнения в реальности островного характера наблюдаемой Вселенной. Годом позже разработал первую классификацию галактик, в основном оставшуюся неизменной до сих пор.
Он исследовал интересное явление, состоящее в том, что линии спектра далёких галактик смещены в красную сторону (красное смещение). Если это смещение трактовать как эффект Доплера, то оно свидетельствует об удалении галактик со скоростями, пропорциональными их расстоянию, т. е. об общем расширении наблюдаемой части Вселенной.
Коэффициент пропорциональности Н, или постоянная Хаббла, является одной из фундаментальных постоянных величин в космологии. Его значение, определенное Хабблом как 550 км/(с*Мпк), в настоящее время, после неоднократного уточнения, принимается равным 75 (вернее от 50 до 100) км/(с*Мпк). Это значит, что галактики, удаленные на 1 млн парсек, удаляются от нас со средней скоростью 75 км /с, а те, что в 100 раз дальше, разлетаются в 100 раз быстрее.
Вся наша наблюдаемая Вселенная, оказалась эволюционирующим в целом объектом, имеющим начало, развитие и конец. На основе открытия Хаббла Георгий Гамов сформировал в 40-70-е гг. новая космологическая теория "Большого Взрыва" как начала нашей Вселенной. Но только в самые последние годы было обосновано, что и эта, казалось, универсальная картина относится лишь к части материального мира – к нашей Метагалактике. Это показано в новой теории "расширяющейся Вселенной", в которой утверждается возможность множественности как во времени, так и в пространстве самих Метагалактик.
Происходит огромное развитие техники наблюдений. Строятся большие рефлекторы, в которых быстро темнеющие металлические зеркала заменены стеклянными, посеребрёнными химическим путём или покрытыми слоем алюминия катодным распыливанием в высоком вакууме. Диаметр зеркал увеличивают, что позволяет рассматривать звёзды в 1010 раз слабее наиболее ярких.
Большие успехи достигнуты в создании новых типов приёмников излучения. Благодаря фотоэлектронным умножителям, электронно-оптическим преобразователям, методам электронной фотографии и телевидения значительно повысилась точность и чувствительность фотометрических наблюдений. Стал доступным наблюдению мир далёких галактик, находящихся на расстояниях млрд световых лет.
В 30-х гг. появился новый, быстро развивающийся раздел астрономии — радиоастрономия. Ученые обнаружили, что из многих точек небесной сферы к нам приходят электромагнитные излучения в диапазоне от миллиметровых до метровых волн. Таким образом были открыты квазары (определение) и пульсары. С помощью радиоастрономических наблюдений подтверждено спиральное строение Галактики.
Исследование особых частиц – нейтрино – образованных при генерировании энергии звезд, привело к возникновению ещё одной отрасли – нейтринной астрономии. Она открыла новые возможности в небесной механике и астрофизике, в частности при вычислении движения искусственных спутников и межпланетных ракет.
Получены новые сведения о движениях звёзд и расстояниях до них. Разработанные методы определения светимости звёзд по характеру их спектра позволили фотометрическим путём определять расстояния до значительно более удалённых звёзд. Пульсирующие переменные звёзды – цефеиды явились объектами, позволяющими определять расстояния до удалённых звёздных скоплений, галактик, где эти звёзды наблюдаются. Широко развилось исследование переменных звёзд, в значительной мере благодаря работам русских и советских учёных. Международный центр, систематизирующий эти исследования, теперь находится в Москве.
Современная физика помогает найти и изучить источники звёздной энергии и разработать теорию эволюции звёзд на основе ядерных процессов, совершающихся в их недрах. А результаты астрофизических исследований значительно способствовали успехам ядерной физики.
В XX веке астрономия стала всеволновой. Сначала были изобретены радиотелескопы, а во второй половине века были построены и запущены космические лаборатории, при помощи которых человек исследует Вселенную во всех диапазонах: от радио- до гамма-излучения. Запуск первого искусственного спутника Земли в 1957 году открыл новую эпоху в жизни человечества – космическую эру.
Сейчас мы живем в XXI веке. К сожалению, даже сегодня мы не можем утверждать, что наши представления об устройстве Вселенной полны и окончательны. Что еще предстоит решить нашим ученым?
- как образовались планеты Солнечной системы, их спутники и кольца;
- какова природа планет у других звезд;
- возможно ли во всех деталях понять жизнь звезд;
- в какой форме вещества содержится скрытая масса Вселенной;
- как рождались галактики разных типов;
- какие новые знания о Вселенной несут нейтринные потоки и гравитационные волны;
- можно ли понять загадку рождения Вселенной и предугадать ее дальнейшую судьбу?
Поэтому белые пятна в астрономии ждут своих ученых – первооткрывателей.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Подводя итог проделанной работе, можно сказать, что двигателем любых открытий во все времена являлись практические потребности. Еще в первобытном обществе, а потом и древнейших цивилизациях люди поняли ценность знаний о небесных светилах в повседневной жизни.
Конечно, определенный застой в развитии астрономии образовывался благодаря священному стремлению людей сохранять традиции в средние века. Отказываясь принимать новые, даже теоретически и экспериментально доказанные версии устройства Вселенной, человечество тормозило эволюцию древней науки.
Когда церковью была узаконена теория Аристотеля-Птолемея, несколько веков никакие опровергающие факты не могли удалить ошибочное мнение из сознания людей (власть религии была очень велика). Христианским принципам как нельзя лучше соответствовало утверждение о центральном, непоколебимом положении Земли в мире. Поэтому гелиоцентрическая система Коперника (о центральности Солнца говорили еще в древности) стала настоящей революционной ломкой старых суждений.
Далее, согласно извечному любопытству человека, «запретное» учение Николая распространилось в среде исследователей неба. Многие не только его поддерживали, но и развивали. Так, знаменитый Джордано Бруно за опасные утверждения о том, что звезды – такие же солнца, и на них есть разумная жизнь, расплатился своей жизнью. Затем выдающийся ученый, Галилео Галилей, сконструировавший телескоп и сделавший множество открытий, подтверждающих гелиоцентрику, был вынужден отказаться от них. И лишь спустя почти 360 лет, в 1992 году был полностью оправдан католической церковью.
Новое время помогло выйти на следующий уровень развития астрономии – теперь стало ясно, что движение вперед важно, что уточнение и обновление застаревших данных просто необходимо. Различные карты звездного неба, каталоги космических объектов, а в XX веке – сооружение лучшей техники для наблюдений, а также первые полеты в космос, запуск спутников довели древнейшие представления о Вселенной до современной теории устройства мира.
Несмотря на все сложности и препятствия долгой истории развития астрономии, ученые не сходили с верного пути, не отступались от своих идей и взглядов. Мы должны быть благодарны их труду и работе, а, возможно, и последовать их примеру.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ