Поле зрения телескопа – длинный тонкий конус, расширяющийся до границ обзора. Объекты, находящиеся на разном расстоянии, рассказывают нам об определенных эпохах в прошлом. Чем дальше расстояние, на которое мы углубляемся, тем глубже мы продвигаемся назад во времени. Это напоминает скважину, пробуренную сквозь следующие один за другим слои антарктического льда, чтобы узнать об истории климата Земли.
Космический телескоп «Хаббл» преследовали задержки запуска, ошибки в конструкции и превышения бюджета, но на сегодняшний день – лучше, как говорится, поздно, чем никогда, – он оправдал надежды, которые астрономы возлагали на него. Его расфокусированное зеркало было откорректировано первой пилотируемой экспедицией по обслуживанию в 1994 г., также были улучшены бортовые оптические датчики. Преодолевая все несчастья, «Хаббл» продолжает работать. Но не менее важны и усовершенствования более крупных наземных телескопов нового поколения. Их зеркала размером 8–10 м обеспечивают собирающую поверхность в 16 раз больше, чем у «Хаббла», и могут собрать намного больше света от очень тусклых отдаленных галактик. Два телескопа обсерватории Кека на горе Мауна-Кеа на Гавайях были первыми введенными в строй инструментами нового поколения. Теперь их стало больше. Самый впечатляющий из всех – это «Очень Большой Телескоп» (Very Large Telescope, VLT), комплекс из четырех телескопов, каждый из которых имеет восьмиметровое зеркало, установленный в чилийских Андах Европейской Южной обсерваторией.
Четкость изображений, полученных от этих наземных телескопов, ограничена искажением, вызванным турбулентностью в атмосфере (тем же самым процессом, из-за которого мы видим мерцание звезд). Эти границы можно раздвинуть или связав вместе два телескопа, совмещая полученные от них изображения, или с помощью так называемой адаптивной оптики, когда зеркало постоянно подстраивается и приспосабливается к тому, чтобы компенсировать флуктуации атмосферы.
Эти великолепные приборы сделали снимки Вселенной в момент формирования первых галактик. Возможно, первые звезды появились даже раньше в формированиях меньших, чем сегодняшние галактики, но они были слишком тусклыми, чтобы мы могли их увидеть. Позже такие скопления объединились в более крупные структуры. Скорость, с которой газ конденсируется в звезды, – это скорость «метаболизма» галактики. По всей видимости, своего пика она достигла, когда возраст Вселенной составлял четверть от сегодняшнего (хотя первый свет звезд появился гораздо раньше). Сейчас ярких звезд появляется не много, потому что большая часть газа в «материнских» галактиках уже задействована в более старых звездах.
По крайней мере, с таким сценарием согласно большинство специалистов по космологии. Для того чтобы уточнить детали, потребуется больше наблюдений и более полное понимание того, как образуются звезды. Целью этой работы является создание согласующегося сценария, который будет не только совпадать с тем, что мы знаем о сегодняшних галактиках, но и принимать во внимание все более и более детальные снимки того, как звезды выглядели и как создавались их скопления в начале истории Вселенной. Когда информации мало, она может соответствовать нескольким совершенно неправильным теориям, но, когда доказательств становится больше, мы должны остановиться на единственной картине, которая описывает, как все работает.
С увеличением расстояния наши знания увядают, и увядают быстро. В конце концов мы достигаем границы темноты, предела возможного для нашего телескопа. Там мы измеряем тени и рыщем среди призрачных ошибок измерений в поисках заметных объектов, которые будут более вещественными. Этот поиск будет продолжаться. Лишь только когда эмпирические источники истощатся, нам придется пройти в призрачное царство размышлений.
Это последние слова из классической книги Эдвина Хаббла «Царство туманностей» (Realm of the Nebulae, 1936). Современные достижения обрадовали бы, а возможно, и потрясли бы Хаббла. Эти успехи принес космический телескоп, названный его именем, а также огромные телескопы на Земле.
ДО ГАЛАКТИК
А что было в те еще более ранние эпохи, до того как начали формироваться галактики? Лучшее доказательство тому, что вначале все находилось в сверхсжатом состоянии, – это то, что межгалактическое пространство не является абсолютно холодным. Тепло, которое в нем присутствует, – «остаточное свечение творения» – обнаруживается как микроволновое излучение, то самое, что подогревает блюда в микроволновке, но гораздо слабее. Первое обнаружение космического фонового микроволнового излучения
[21] в 1965 г. было самым важным событием в космологии со времен открытия расширения Вселенной. Более поздние измерения подтвердили, что реликтовое излучение имело отличительную черту: его интенсивность на различных длинах волн, представленная в виде графика, соответствует спектру теплового равновесного излучения того, что физики называют «абсолютно черным телом». Так выглядит температурная кривая, когда излучение приходит в равновесие с окружающей средой (как это происходит глубоко внутри звезды или плавильного горна, который сильно нагревали в течение длительного времени). Именно этого можно ожидать, если реликтовое излучение действительно является остатками «огненного шара», когда вся Вселенная была раскаленной, плотной и непроницаемой.
К настоящему времени самые точные измерения были проведены в 1990-е гг. с помощью спутника NASA COBE
[22]. Когда экспериментаторы представляют свои результаты, они обычно изображают на графике «планки погрешностей», которые указывают на степень неуверенности в результатах, но для информации, полученной COBE, таких планок не могло быть, потому что они были бы короче, чем толщина кривой. Это действительно историческое измерение с точностью до одной десятитысячной убедительно подтвердило, что все в нашей Вселенной – в том числе все вещество, из которого состоят галактики, – когда-то было горячим газом с температурой выше, чем в ядре Солнца.
Сегодня средняя температура Вселенной составляет 2,728 градуса выше абсолютного нуля. Это, конечно, очень холодно (около –270 °С), но существует четкое понимание того, почему межгалактическое пространство по-прежнему содержит много тепла. Каждый м3 вмещает 412 млн квантов излучения или фотонов. Для сравнения: средняя плотность атомов во Вселенной составляет примерно 0,2 на 1 м3. Это последнее число известно нам с меньшей точностью, поскольку мы не уверены, сколько атомов может быть в рассеянном газе или темной материи, но, по всей видимости, на каждый атом во Вселенной приходится около 2 млрд фотонов. Во время расширения Вселенной падает и плотность атомов, и плотность фотонов. Но падает она равномерно, поэтому соотношение атомов и фотонов остается прежним. Поскольку отношение «тепла к материи» так велико, о первоначальной Вселенной часто говорят как о горячем Большом взрыве.
