современные проблемы астрономии

ТЁМНАЯ МАТЕРИЯ. Наблюдения указывают на то, что в галактиках имеется не излучающая свет тёмная материя, которая по массе в несколько раз превышает суммарную массу всех звёзд. Это несветящееся вещество не участвует в электромагнитном взаимодействии, слабо проявляется в ядерном и слабом взаимодействиях, поэтому оно себя не обнаруживает. В основном оно участвует в гравитационном взаимодействии. Природа этой материи пока не ясна, но она вносит основной вклад в массу галактик. Поэтому ранее приведённое значение средней плотности Вселенной нужно увеличить почти в три раза.

УСКОРЕННОЕ РАСШИРЕНИЕ ВСЕЛЕННОЙ И ТЁМНАЯ ЭНЕРГИЯ. Делать выводы о бесконечном расширении Вселенной пока преждевременно, так как ряд наблюдений указывают на существование во Вселенной более экзотической по свойствам тёмной материи, которая получила название тёмной энергии. По своей массе она превышает все другие формы материи и вносит основной вклад в расширение Вселенной. Проявление тёмной энергии было обнаружено по наблюдениям вспышек сверхновых звёзд в очень далёких галактиках. Удалось независимо от метода измерения расстояния по красному смещению линий в спектрах далёких галактик и закону Хаббла определить расстояние до них. Оказалось, что это расстояние больше, чем даёт закон Хаббла. Отсюда следовало, что на таких расстояниях расширение происходит с ускорением, т. е. во Вселенной проявляет себя новая сила отталкивания, которая является определяющей в больших масштабах, а на малых расстояниях ею можно пренебречь. Природа тёмной энергии и связанная с ней сила отталкивания пока не известны. Так что, по мнению учёных, средняя плотность Вселенной равна критической плотности и основной вклад в неё вносит тёмная энергия.

НЕВИДИМЫЕ СПУТНИКИ ЗВЁЗД. Когда для наблюдений стали использовать более мощные телескопы, около Сириуса обнаружили слабенькую звезду — белый карлик. Это открытие подтолкнуло астрономов к более тщательному исследованию движений звёзд. Рассмотрим схему наблюдаемого пути близкой к нам звезды Барнарда за 30 лет. Сплошная линия — невозмущённое движение звезды на фоне далёких звёзд. Кружки показывают реальное возмущённое движение, вызванное тёмными спутниками. Теоретический анализ движения показал существование вокруг неё трёх спутников. Первый находится на расстоянии 1,8 а. е., второй — 2,8 а. е., третий — 4,5 а. е. от звезды Барнарда, а их массы соответственно равны 1,3, 0,6, 0,7 массы Юпитера. Возможно, вокруг звезды вращаются и менее массивные спутники с массами, сравнимыми с массой Земли, но их влияние на движение звезды настолько мало, что их трудно обнаружить.

МЕТОДЫ ОБНАРУЖЕНИЯ ЭКЗОПЛАНЕТ. В настоящее время для поиска планет за пределами Солнечной системы (экзопланет) используют и другие методы, основанные на наблюдениях: по ослаблению света от звезды, когда планета проходит по её диску и заслоняет часть звезды; по измерению доплеровского смещения спектральных линий в звёздном спектре из-за движения звезды вокруг центра масс звезды и экзопланеты. Трудность поиска экзопланет состоит в том, что для обнаружения планеты типа Земли скорости, которые нужно измерить, составляют несколько метров в секунду, а ослабление света звезды составит доли процента.

ЭКЗОПЛАНЕТЫ С УСЛОВИЯМИ, БЛАГОПРИЯТНЫМИ ДЛЯ ЖИЗНИ. Несмотря на все трудности, к настоящему времени обнаружено свыше 4000 экзопланет. В основном это планеты-гиганты. Среди них сотни планет с массами, сравнимыми с массой Земли, и около 40 экзопланет, расположенных на расстояниях от звезды, на которых они получают достаточно тепла для формирования комфортных условий жизни на поверхности. Среди них есть близкие к Земле, например планеты, расположенные около звезды τ Кита. Теперь основная цель наблюдений — обнаружение атмосферы у этих экзопланет и определение её химического состава. Если в химическом составе будет обнаружен кислород, углекислый газ, метан, то на этих планетах возможно наличие жизни.

ЖИЗНЬ ВО ВСЕЛЕННОЙ. Первые телескопические наблюдения Г. Галилея показали, что на Луне видны горы и моря, как на Земле. Напрашивался вывод о возможности жизни на ней. Эти мысли ясно выразил Дж. Бруно, ярый приверженец теории Коперника. Он писал: «Существуют бесчисленные солнца, бесчисленные земли, которые кружатся вокруг своих солнц, подобно тому как наши семь планет кружатся вокруг нашего Солнца... На этих мирах обитают живые существа». Многие астрономы искали проявление жизни на планетах Солнечной системы. Так, открытие Дж. Скиапарелли каналов и морей на Марсе во время Великого противостояния планеты в конце XIX в. вызвало большой интерес к проблеме связи с марсианской цивилизацией. Предлагали прорубить в сибирской тайге просеки в виде теоремы Пифагора с гигантскими квадратами на катетах и гипотенузе, засеять их пшеницей, и тогда на зелёном фоне тайги «марсиане» увидят этот рисунок и в конце концов дадут нам знать о себе.

ФОРМУЛА ДРЕЙКА. К проблеме поиска связи с внеземными цивилизациями учёные обратились в конце 50– 60 гг. ХХ в. Учёные К. Саган, Ф. Дрейк и И. Шкловский попытались на основе знаний из астрономии, биологии, химии, социологии и других естественных наук оценить количество разумных цивилизаций в нашей Галактике, с которыми мы могли бы надеяться связаться в настоящее время. Фрэнк Дрейк предложил следующую формулу для оценки числа Nц цивилизаций в Галактике:

где Rзв 1 звёзд/год — скорость образования звёзд спектральных классов от F до M. Время жизни этих звёзд свыше 4 млрд лет, что достаточно для возникновения и эволюции жизни до разумной на планете; fпл 1 — доля звёзд, имеющих планетные системы, т. е. полагают, что все солнцеподобные звёзды имеют планетные системы; n 0,1 — среднее число планет в планетной системе, имеющих благоприятные для жизни условия (в Солнечной системе только Земля, т. е. n = 1/8); fж 1 — доля планет, у которых при хороших условиях рано или поздно жизнь обязательно возникнет, как на Земле; fраз1 — доля планет, где жизнь возникла и благодаря естественному отбору эволюционировала в разумную; fсв 1 — доля возникших высокоразвитых цивилизаций, у которых появилось желание и возможность связи с другими цивилизациями; T — время жизни высокоразвитой цивилизации в годах. Полагают, что наша высокоразвитая цивилизация уже прожила почти 60 лет, начиная с того момента, как мы построили радиотелескопы и получили возможность посылать сигналы с Земли и принимать сигналы из космоса. Если мы не уничтожим сами себя, то наша цивилизация просуществует несколько миллионов лет. Подставив в формулу Дрейка приведённые цифры, получим число цивилизаций в нашей Галактике: Nц = 100000. Одна высокоразвитая цивилизация на 1 000 000 звёзд! Расчёты показали, что в Млечном Пути должно быть от одной цивилизации (нашей земной) до миллиона. В крупные радиотелескопы астрономы пытаются услышать эти цивилизации. Первые наблюдения в рамках поиска внеземных цивилизаций были проведены в 1960 г. Тогда астрономы, используя радиотелескоп с диаметром антенны в 25 м, прослушивали две близкие звезды, похожие на Солнце, τКита и εЭридана в надежде услышать искусственной природы. Сигналы пока так и не были обнаружены. С помощью гигантских антенн радиотелескопов Центра дальней космической связи в Евратории были отправлены послания в сторону нескольких ближайших звёзд, похожих на наше Солнце.