Портреты белых звезд и история их написания

Из типичных портретов остается посмотреть еще семейный портрет четы Сириуса. Каждый из членов этой звездной пары - характерный представитель белых звезд, встречающихся очень часто, но пара Сириуса поражает нас диспропорцией ее членов. Сириусу А природа навязала смехотворно мелкого компаньона, тем не менее подражающего своему большому соседу по манере испускать спектр и горячиться, доходя до «белого каления».

В самом деле, спектры их почти одинаковы: АО и А7, и спутник, будучи лишь на две тысячи градусов холоднее Сириуса А, нагретого до 10 000°, тоже белого цвета. Масса принципала в 2 1/2 раза больше солнечной, а у Сириуса В она почти равна солнечной массе (точнее, 0,96), т. е. массы двух этих звезд отличаются не так уж сильно. Но на этом сходство между компаньонами кончается...

Рис. 147. Три спичечные коробки с веществом спутника Сириуса уравновешивают целый класс школьников

Сириус А - давно знакомый нам типаж с диаметром почти вдвое большим солнечного, и с плотностью в 2 1/2 раза меньшей, чем у воды. Сириус А - звезда как звезда, а вот черты его спутника светящегося в 10000 раз слабее, кажутся просто невероятными, если бы подлинность портрета не была многократно и авторитетно заверена.

«Как ни верти», а приходится принять, исходя из совокупности всех данных, что он лишь втрое больше Земли (это бы еще куда ни шло) и что его средняя плотность в 30 000 раз больше плотности воды! Но если так, то для перевозки спичечной коробки, наполненной таким веществом, нужен грузовик! Ее вес уравновесил бы восемь взрослых человек, а наперсток с этим веществом весил бы 30 кг.

Кто этому поверит?! Не верили этому и астрономы, хотя не верить было нельзя, потому что все вычисления подтверждали друг друга. Физики на основе своих успехов в изучении атома заявили, что такая огромная плотность в условиях звездных недр осуществима. Для этого температура в недрах должна быть ниже чем у обычных звезд, а давление вышележащих слоев к центру очень велико. При этом атомы разрушаются и превращаются в смесь ядер и электронов, не связанных друг с другом. Размеры атомных ядер составляют всего лишь 10^-13 см, а размеры полных атомов можно определить, как размеры орбиты их внешнего электрона, - не меньше 10^-8 см, т. е. ядра в сто тысяч раз меньше атомов. Следовательно, пространство, занятое ядрами, гораздо меньше пространства, занятого атомами, и при достаточном давлении, которое существует в недрах звезд - белых карликов, они могут быть сближены друг с другом гораздо теснее. Искрошенные атомы теоретически можно упаковать еще теснее, чем это имеет место в спутнике Сириуса.

Обычные атомы с электронной оболочкой можно себе представить как электрические лампы с огромными бумажными абажурами, а искрошенные атомы - как такие же лампы, искрошенные в мелкие осколки и кусочки. Возьмите эти осколки и в ящике, где едва-едва умещалась одна лампа с абажуром, уместится великое множество ламповых остатков, так что ящик станет в тысячи раз тяжелее.

Спутник Сириуса, считавшийся вначалв уродом звездного мира, объектом кунсткамеры, оказался типичным представителем довольно обширного племени звезд - белых карликов, которые трудно обнаружить лишь ввиду их общего слабого излучения. Мы их можем заметить лишь вблизи нас, как жука в поле, тогда как яркие звезды, как коровы, видны нам издалека и в большем числе, хотя жуков в поле больше, чем коров.

Говоря о Сириусе, нельзя не сказать об исключительной роли, сыгранной им в развитии человеческих знаний.

Сириус - песья звезда, бог с песьей головой древних египтян (Анубис) - управлял, по их мнению, разливами Нила, оплодотворявшего почву своим илом и своей влагой. Разлив Нила бывал летом (после выпадения дождей в горах Абиссинии); приближение его знаменовалось определенным положением Сириуса на небе. Сириус, или звезду Изиды, богини плодородия, называли еще Сопд, что греки произносили как Сотис. С появления Сириуса перед восходом Солнца в лучах утренней зари и сопутствующего ему разлива Нила египтяне начинали новый год.

Они взывали к Сириусу:

«Божественная Сотис вызывает Нил к началу года.

Сотис, великая, блистает в небе, и Нил выходит из его источников.

Божественная Сотис производит разлив Нила в его верховьях».

Такие надписи нашли высеченными на стене храма богини Хатор в Дендерах.

Учащиеся и поныне, быть может, сами того не зная, славят Сириуса и «песье время», т. е. каникулы, ибо так в Древнем Риме называется летний период, связанный с определенной видимостью на небе Сириуса, главной звезды в созвездии Большого Пса. По-латыни пес - «канис», откуда и произошло слово каникулы.

Сириус был первой звездой, собственное движение которой по небу заметил Галлей, сравнивая современные ему наблюдения положения звезды на небе с древними.

Почти 1/2 века назад на примере Сириуса была продемонстрирована сила человеческого гения, способного создать не только «астрономию видимого», но и «астрономию невидимого». Это - знаменитая история открытия спутника Сириуса.

В 1834 г., изучая собственное движение Сириуса, Бессель в Германии обнаружил, что он движется не по прямой (точнее, не по дуге большого круга), а описывает какую-то волнистую линию. Лишь через десять лет он заключил: волнистый путь Сириуса вызван наличием у него невидимого спутника с периодом обращения в полустолетие. Центр тяжести системы движется в пространстве прямолинейно, как любая одиночная звезда, но оба тела описывают около него свои орбиты, так что сочетание орбитального движения с поступательным и делает видимый путь Сириуса подобным волнистой линии. Сириус и его невидимый спутник находятся всегда по разные стороны от их центра тяжести.

Рис. 148. Извилистый путь Сириуса по небу и орбита его спутника. Центр тяжести системы движется прямолинейно

Предсказание блестяще подтвердилось только 31 января 1862 г. В этот вечер американский оптик Альван Кларк испытывал новый, построенный им 45-сантиметровый рефрактор. Это был наибольший тогда телескоп, обладавший прекрасными оптическими качествами. Наведя его на Сириус, он увидел возле него слабо светящегося спутника, как раз в том месте, которое для него указывала теория. Последующие наблюдения показали, что и период обращения спутника также совпал с периодом, предсказанным теорией. Таким образом, невидимое небесное тело, в существовании которого были убеждены и местоположение которого на каждый день знали, стало, наконец, видимым...

Спутник Сириуса не такой уже слабый, - он 7-й видимой звездной величины, но соседство ослепительной «песьей звезды» мешало его заметить раньше и затрудняло его изучение в дальнейшем. Поэтому только в 1916 г. удалось сфотографировать спектр спутника и убедиться, что он похож на спектр своего яркого соседа. Предположение, что спутник светит отраженным светом, приводило к выводу о нелепо больших его размерах, а позднее выявилось и различие в спектрах этих двух звезд, что окончательно заставило признать спутник самосветящимся. И вот тогда-то с неизбежностью последовал вывод о чудовищно высокой его плотности, перед чем астрономы останавливались в недоумении. В 1920-1924 гг. английский физик Резерфорд постиг строение атомов, как сложных систем, состоящих из ядер и электронов, а индийский физик Саха создал теорию ионизации под действием высокой температуры, и то, что казалось совершенно необычайным, стало естественным.

К этому времени А. Эйнштейн разработал теорию относительности. Благодаря своей необычности новая теория была встречена сначала с недоверием. Эйнштейн же из своей теории сделал некоторые выводы, которые нельзя было проверить опытами в лабораториях и которые требовали проверки опытом буквально «в мировом масштабе» и требовали услуг астрономов.

В качестве подопытного кролика, или, если хотите, белой мыши, была взята белая крошка - спутник Сириуса. При малом объеме он имеет массу почти как у Солнца и представляет собой как раз то, что нужно для упомянутого опыта. Вследствие малости размеров Сириуса В сила тяжести на поверхности этой звезды в тысячу раз больше, чем на Солнце, и почти в 30 000 раз больше, чем на Земле. Маятник, делающий на Земле за секунду одно колебание, сделал бы их там около 140. «Сутки», т. е. 1440 минут по часам с таким маятником, мы бы прожили на белом карлике за 10 земных минут. По теории относительности в таких условиях световые колебания (вызванные колебаниями в атомах) должны происходить заметно ленивее (медленнее), чем у нас. Длина волны их должна быть больше, чем в нашей лаборатории, линии спектра спутника Сириуса, возникающие у его поверхности, должны быть сдвинуты к красному концу спектра. Величина этого сдвига по вычислениям должна быть такая же, как если бы спутник Сириуса удалялся от нас со скоростью 20 км в секунду.

Но как проверить, что такой сдвиг именно по этой причине действительно есть? Ведь звезда в самом деле может удаляться от нас с такой скоростью, а мы соответствующий сдвиг линий примем за «красное смещение» теории относительности.

Спутник Сириуса, к счастью, как раз позволяет отличить друг от друга такие сдвиги. В самом деле, скорость по отношению к нам вследствие движения спутника по орбите может быть точно вычислена для любого момента. Движение центра тяжести системы Сириуса тоже хорошо известно из наблюдений спектра самого Сириуса. Он приближается к Солнцу на 8 км за каждую секунду. Если после учета обоих движений в спектре спутника все же останется сдвиг линий, то подлинное движение его будет тут уже не при чем. Получить для этой цели хорошую фотографию спектра спутника, находящегося в близком соседстве со звездой, в 10 000 раз более яркой, было трудным делом и требовало от наблюдателя не меньшей ловкости, чем для акробата хождение по канату. Оказалось, что в спектре спутника Сириуса действительно обнаруживается сдвиг линий и как раз такой, какой требуется теорией относительности. Теория, предсказавшая существование сдвига, была тем самым подтверждена и получила права гражданства...

К каким еще новым научным открытиям приведет дальнейшее изучение звезды Изиды и ее диковинного спутника?

О звездах-карликах и звездах-пигмеях, которые еще меньше, мы скажем в очерке «Соседи Солнца».