Возраст Земли определяют разными методами. Самый точный из них состоит в определении возраста горных пород. Он заключается в подсчете отношения количества радиоактивного урана к количеству свинца, находящихся в данной породе. Дело в том, что свинец является конечным продуктом самопроизвольного распада урана. Скорость этого процесса известна точно, и изменить ее нельзя никакими способами. Чем меньше урана осталось и чем больше свинца накопилось в породе, тем больше ее возраст. Самые древние горные породы в земной коре имеют возраст несколько миллиардов лет. Земля в целом возникла, очевидно, несколько раньше, чем земная кора. Изучение окаменелых остатков животных и растений показывает, что за последние сотни миллионов лет излучение Солнца существенно не изменилось. По современным оценкам возраст Солнца составляет около 5 млрд. лет. Солнце старше Земли

Есть звезды, которые много моложе, чем Земля, например - горячие сверхгиганты. По темпу расходования энергии горячими сверхгигантами можно судить о том, что возможные запасы их энергии позволяют им расходовать ее так щедро лишь короткое время. Значит, горячие сверхгиганты молоды - им 10 6 -10 7 лет.

Молодые звезды находятся в спиральных ветвях галактики, как и газовые туманности, из вещества которых возникают звезды. Звезды, не успевшие рассеяться из ветви, молоды. Выходя из ветви, они стареют.

Звезды шаровых скоплений, по современной теории внутреннего строения и эволюции звезд, самые старые. Им может быть более 10 10 лет Ясно, что звездные системы - галактики должны быть старше, чем звезды, из которых они состоят. Возраст большинства из них должен быть не меньше чем 10 10 лет

В звездной Вселенной происходят не только медленные изменения, но и быстрые, даже катастрофические. Например, за время порядка года обычная на вид звезда вспыхивает, как «сверхновая» (§ 24.3), и примерно за то же время ее яркость спадает.

В результате она, вероятно, превращается в крохотную звезду, состоящую из нейтронов и вращающуюся с периодом порядка секунды и быстрее, (нейтронную звезду). Ее плотность возрастает до плотности атомных ядер (10 16 кг/м), и она становится мощнейшим излучателем радио- и рентгеновских лучей, которые, как и ее свет, пульсируют с периодом вращения звезды. Примером такого пульсара , как их называют, служит слабая звездочка в центре расширяющейся Крабовидной радиотуманности ($ 24.3). Остатков вспышек сверхновых звезд в виде пульсаров и радиотуманностей, подобных Крабовидной, известно уже много.

Вопрос о происхождении Солнечной системы должен решаться вместе с проблемой происхождения и развития звезд. Пожалуй, ее трудно решить правильно без знания того, как формируются и развиваются галактики.

Данные о "возрасте" небесных тел являются с космогонической точки зрения такими же важными, как и астрономические данные в собственном смысле этого слова.

Проблема о "возрасте" может показаться совершенно отличной от тех, которые мы только что рассматривали, поскольку она относится к времени, а мы до сих пор как будто занимались только пространством. Но в действительности различие не является очень большим. В предыдущих параграфах мы видели, как астрономы смогли постепенно распространить законы, открытые на Земле, на все пространство, куда достигает наш глаз, вооруженный совершенными телескопами. С помощью этих законов ученые могут вполне удовлетворительно объяснять процессы, происходящие в различных звездах и даже в наиболее далеких спиральных туманностях.

Правда, астрономы наблюдают небесные тела, от которых свет идет до нас тысячи и миллионы лет. Следовательно, явления, которые изучаются в этих звездах, происходят не сейчас, но происходили ровно столько лет назад, сколько необходимо для того, чтобы луч света, который нам про это рассказывает, - прошел путь от небесного светила до нас (так же, как письмо, присланное например, из Москвы, приносит нам в Париже не свежие известия, но с опозданием на несколько дней). Таким образом, к явлениям, происходившим тысячи и миллионы лет назад, можно с успехом применять законы, имеющие место сегодня на нашей планете и сведения о которых приобретены на основании опыта в течение только двух-трех веков. *

* (То обстоятельство, что мы наблюдаем небесные тела такими, каковы они были многие тысячи и миллионы лет назад (поскольку свет от них идет до нас тысячи и миллионы лет), не играет особой роли, потому что сроки эволюции небесных тел, как правило, очень велики и исчисляются сотнями миллионов и миллиардами лет. (Прим. ред.) )

Ученые, желая вычислить возраст небесных тел, исходят из фактов, наблюдаемых в настоящее время, и стараются объяснить эти факты на основании предполагаемой эволюции мира, сообразуясь с известными им законами природы. Несомненно, что применение подобного метода не может пройти без некоторых затруднений, тем более, что рассматриваемые промежутки времени здесь в тысячи раз больше. Наши знания о законах природы есть и всегда будут лишь приближением к действительности, и ничто не говорит о том, что все законы, справедливые сегодня, могут быть применены без всяких изменений к эпохам, удаленным от нашей на миллиарды лет. Тем не менее имеет место тот замечательный факт, что различные ученые, используя целиком отличные друг от друга методы, пришли к согласующимся результатам, касающимся возраста Земли. Что касается возраста звезд, то в этом вопросе еще не достигнута такая же ясность, но тем не менее получены очень важные результаты.

Возраст Земли

Первые методы, к которым прибегали при определении возраста Земли, были "геологическими". Именно геология первая показала, что земная кора не имела один и тот же самый вид в течение всех веков, но непрерывно изменялась и претерпевала гигантские катастрофы - поднятия и оседания.

Проблема состояла в том, чтобы определить, сколько времени понадобилось для формирования земной коры (в том виде, в каком она находится сейчас). Это время и называют "возрастом Земли".

Первые способы вычисления возраста Земли опирались на законы геологии. Было, например, замечено, что соль, содержащаяся в морской воде, принесена в море реками, которые растворяют на своем пути грунтовые соли. Зная, с одной стороны, количество соли, приносимой различными реками, и колебания этого количества в течение геологических периодов и, с другой стороны, полное количество соли, содержащейся в настоящий момент в океанах, можно легко получить представление о времени, необходимом для накопления этого количества соли в океанах.

Удалось определить также толщину различных слоев грунта, постепенно отлагавшихся в результате речных наносов па дне бывших морей. В то же время другие исследования позволили вычислить скорость роста этих отложений. Простое деление дало после этого число лет, необходимых для их образования.

Эти различные геологические методы привели к заключению, что возраст Земли должен измеряться по меньшей мере сотнями миллионов лет.

Позднее для определения возраста Земли стали применять методы, основанные на изучении распада радиоактивных элементов, имеющего исключительно регулярный характер. Например, в результате радиоактивного распада уран постепенно превращается в свинец, причем при этом процессе выделяется некоторое количество гелия (газа, служащего для наполнения дирижаблей). По соотношению между количествами урана и свинца, содержащихся в некоторых горных породах, можно определить возраст этих пород. С помощью подобных методов оценивают не только возраст Земли, но и продолжительность формирования отдельных пластов земной коры.

Анализируя совокупность результатов, полученных указанным методом, английский ученый Холмс определил, что наиболее вероятный возраст земной коры составляет 3 миллиарда 300 миллионов лет. Само собой разумеется, что не следует создавать иллюзий относительно точности этого числа; во всяком случае, ошибка в несколько сотен миллионов лет вполне допустима. Можно только утверждать, что все оценки, заслуживающие внимания, которые получены в настоящее время, заключены между 3 и 5 миллиардами лет.

Добавим, что эти результаты полностью удовлетворяют биологов. Действительно, по мнению последних, эволюция живой материи длилась примерно в течение 500 миллионов лет.

Возраст звезд

а) Длинная и короткая шкалы времени. Проблема определения возраста звезд возбудила гораздо более горячие дискуссии. Именно в связи с этой проблемой столкнулись между собой сторонники длинной шкалы времени (которые оценивают продолжительность эволюции небесных тел триллионами лет) и сторонники короткой шкалы (ведущие счет миллиардами лет).

Несмотря на то, что сторонники короткой шкалы одержали некоторый перевес (например, при оценке возраста наиболее ярких звезд Галактики), их победу нельзя считать полной, и поэтому необходимо осветить некоторые детали этого конфликта, упомянув сначала о методах, используемых для оценки искомых промежутков времени. Эти методы двух видов: одни оценивают время внутренних физических изменений, которые приводят к изменениям звезд, и пытаются определить продолжительность "жизни" звезд; другие ставят себе задачу вычислить время, которое понадобилось для установления в звездных системах (скоплениях звезд, двойных звездах) характеристик их нынешнего состояния в результате взаимного притяжения звезд.

б) Источники лучистой энергии звезд. Теория Бете. Когда говорят о "жизни" звезды, то подразумевают продолжительность такого состояния звезды, в течение которого она обнаруживает свое присутствие благодаря световому и тепловому излучению. Следовательно, проблема возможной длительности жизни звезды тесно связана с проблемой источников излучаемой ею энергии. Эта энергия исключительно велика. Например, каждый квадратный сантиметр поверхности Солнца излучает непрерывно энергию, достаточную для того, чтобы заставить работать двигатель мощностью восемь лошадиных сил.

Сначала хотели объяснить выделение энергии Солнца обыкновенным горением, затем постепенным сжатием Солнца под влиянием сил тяготения. Но эти гипотезы приводили к слишком малому возрасту Солнца: в соответствии с первой гипотезой он оценивался в тысячи лет, в соответствии со второй - в миллионы лет.

Теория, принятая в настоящее время всеми учеными, опирается на один из фундаментальных результатов теории относительности, открытый в 1905 г. одновременно Эйнштейном и Ланжевеном: "масса тела в состоянии покоя представляет собой не что иное, как меру внутренней энергии этого тела". Другими словами, вещество (материя в корпускулярном состоянии) может частично или даже полностью "исчезнуть" (т. е. перейти в другую форму существования - в излучение), причем это явление сопровождается выделением энергии.

Эта гипотеза была предложена впервые французским физиком Жаном Перреном в 1919 г., который имел в виду значительное выделение энергии в процессе превращения водорода в гелий. Она была подхвачена и доведена до самых крайних следствий ("полное уничтожение" материи в результате превращения ее в энергию) различными учеными, в частности, английским астрономом Джинсом. *

* (На самом деле происходит не "уничтожение" материи, не превращение ее в энергию, а превращение одной формы материи - вещества - в другую - излучение. (Прим. ред.) )

Энергия, выделяющаяся благодаря таким процессам, колоссальна. При полном превращении вещества угля в излучение можно получить в три миллиарда раз больше энергии, чем при обычном его горении, и Джинс вполне справедливо говорил, что небольшого кусочка каменного угля величиной в горошину достаточно для путешествия на самом большом океанском пароходе из Европы в Америку и обратно.

Заметим для сравнения, что при распаде урана, который имеет место в обычной атомной бомбе и который соответствует лишь частичному превращению вещества в излучение, освобождается в два с половиной миллиона раз больше энергии, чем при сгорании такого же количества угля. Что касается превращения водорода в гелий, который имеет место в водородной бомбе, то при этом освобождается в 10 миллионов раз больше энергии, чем при сгорании такого же количества угля.

Некоторые виды превращения вещества (материи в корпускулярной форме) в излучение, которые до недавнего времени мы никогда не наблюдали на Земле, происходят внутри звезд, где царят температуры порядка миллионов градусов.

В предположении, что в звезде произойдет превращение всего количества вещества, из которого она состоит, можно подсчитать, что выделяющаяся при этом энергия может поддерживать ее излучение, т. е. звезде есть на что "жить", в течение триллионов лет. Например, Солнце при этом предположении может жить еще 10 триллионов лет, и если оно "родилось" в виде красного гиганта обычных размеров, то это "рождение" произошло около восьми триллионов лет назад.

Сторонники длинной шкалы времени, как например, Джинс, поддерживали гипотезу полного распада вещества, которая приводит к промежуткам времени, укладывающимся в их космогонические гипотезы. В то же время сторонники короткой шкалы, считавшие на основании различных соображений, что эти промежутки времени слишком велики, придерживались точки зрения Жана Перрена.

Казалось, что решить этот спорный вопрос будет трудным делом, но незадолго до войны 1939 г. успехи атомной химии, в частности, открытия Фредерика и Ирен Жолио-Кюри, пролили некоторый свет на эту проблему. Создание циклотрона, с помощью которого можно было подвергать вещество действию значительных электрических и магнитных полей, позволило частично реализовать в лабораториях условия, аналогичные тем, которые существуют внутри звезд. Действительно, в этих приборах можно было разгонять заряженные частицы до таких скоростей, что они приобретали энергию, сравнимую с той, которую они (в среднем) имеют, находясь в центре такой звезды, как Солнце при температуре в миллионы градусов.

Благодаря этому исключительно могущественному средству, ученые могли создать теорию превращений вещества внутри звезд; она была разработана американским астрофизиком Бете.

Существенным агентом этих превращений является водород. Окончательным результатом совокупности этих ядерных реакций является превращение четырех ядер водорода в одно ядро гелия. *

* (Атомы различных химических элементов состоят из центрального ядра с положительным электрическим зарядом и определенного числа электронов, заряженных отрицательно, причем суммарный заряд электронов у обычного (электрически нейтрального) атома численно равен заряду ядра. Величина положительного заряда ядра определяет так называемое атомное число химического элемента. Если расположить химические элементы в порядке возрастания их атомных чисел, то мы получим известную классификацию элементов по их атомным весам (периодическая система Менделеева). Добавим также, что ядра атомов сами имеют сложную структуру, различную для разных элементов, что явления внутри атомов подчиняются весьма специфическим законам и что в отличие от мнения, существовавшего еще некоторое время назад, атомы по своему строению совсем не похожи на солнечную систему в миниатюре. )

Что касается продолжительности этих процессов, то превращение водорода в гелий, соответствующее потере только 1 / 14 доли массы (преобразованной в излучение), занимает гораздо меньший промежуток времени, чем то, которые получаются в гипотезах, исходящих из предположения о полном превращении вещества в излучение. Согласно новой точке зрения наблюдаемые нами звезды начали излучать свет лишь несколько миллиардов лет назад.

Некоторые звезды - белые и голубые гиганты, масса которых достигает двадцати масс Солнца, - излучают настолько интенсивно, что не могут существовать в таком состоянии более нескольких десятков миллионов лет, так что они, вероятно, прошли пока не слишком длинный "жизненный путь".

Следовало бы теперь показать, как можно с помощью теории Бете истолковать диаграмму Рессела. Мы возвратимся к этому вопросу несколько позднее, когда будем излагать новейшие космогонические теории. Заметим, однако, уже сейчас, что если ядерные реакции, предложенные Бете, позволяют хорошо объяснить наблюдаемые факты относительно звезд главной последовательности, то в отношении гигантов оказывается необходимым предположить существование иных ядерных превращений, далеко еще не вполне установленных. Что касается белых карликов, то лишь в 1946 г. французский астроном Шацман смог уточнить наше представление о процессах, происходящих внутри этих звезд.

Возраст Галактики

Среди различных методов оценки возраста звезд, входящих в состав нашей Галактики, использовались также статистические методы. В этом случае учитывалось влияние на двойные звезды притяжения соседних звезд, производимое в среднем за очень большие промежутки времени. Можно, например, зная теперешнее расстояние между звездами пары, приближенно оценить промежуток времени, протекший после образования звезд пары, если, конечно, предположить, что обе звезды пары имеют общее происхождение (как это и считается в настоящее время) и если знать достаточно точно средние значения расстояний масс и скоростей соседних звезд. Можно также оценить время, необходимое для того, чтобы некоторые шаровые скопления, имеющие небольшую плотность, рассеялись вследствие притяжения проходящих вблизи звезд.

Эти вычисления достаточно деликатны и здесь легко сделать ошибки. Например, Джинс, изучая некоторые пары звезд, пришел к выводу, что возраст этих пар должен составлять несколько триллионов лет. В этом он находил подтверждение своим взглядам о длинной шкале времени. Однако в действительности, как доказал несколькими годами спустя В. А. Амбарцумян, возраст этих пар не превосходит нескольких миллиардов лет.

Как правило, самые последние вычисления как в отношении двойных звезд, так и в отношении шаровых скоплений, приводят к оценкам, выражающимся миллиардами лет. Но нельзя еще отсюда вполне определенно заключать, что именно таким должен быть фактический возраст нашей Галактики. Этот вывод был бы справедлив лишь в том случае, если бы все пары звезд, все шаровые скопления, которые нам известны, сформировались одновременно с нашей Галактикой. Недавние работы Амбарцумяна, напротив, показали, что происходит непрерывное формирование новых звезд в Млечном пути. Поэтому ничто не мешает предположить, что наряду с двойными звездами и шаровыми скоплениями, которые нам сейчас известны, существовали также другие пары и другие шаровые скопления, полностью в настоящее время рассеявшиеся и превратившиеся в одиночные звезды. Следовательно, можно лишь утверждать, что действительный возраст Млечного пути не меньше нескольких миллиардов лет.

Предварительные соображения об эволюции галактик

Можно ли идти дальше и пытаться оценить время полной эволюции какой-либо галактики так же, как мы определяли продолжительность всей "жизни" звезды? Разумеется, такая проблема является гораздо более сложной. Однако при сравнении различных известных типов галактик можно все же получить некоторые интересные данные (рис.7). Действительно, уже простое сопоставление форм галактик заставляет подозревать, что мы имеем здесь дело с различными этапами эволюции. Правда, сейчас же возникает вопрос, в каком направлении идет эта эволюция: от сферических к спиральным туманностям или наоборот.

Рис. Эволюция спиральной туманности по Хабблу. (Наблюдатель находится в экваториальной плоскости). Более темные участки на фигурах IV и V соответствуют областям, где имеется темная материя

Сначала была принята первая гипотеза, высказанная Хабблом, и соответствующая, грубо говоря, эволюции жидкой быстро вращающейся массы (сплющивание, а затем выброс материи по направлению касательной). Но наблюдения показали, что, с одной стороны, эллиптические туманности имеют размеры того же порядка, как и спиральные туманности, а с другой стороны (работы Бааде 1943 г.), они "перенаселены" звездами, но лишены каких бы то ни было следов рассеянной материи. Поэтому большинство ученых склонно считать, что галактики развиваются в противоположном направлении, т. е. их эволюция начинается с галактики неправильной формы и заканчивается гигантским шаровым скоплением. В этой схеме спиральная форма галактики является лишь промежуточным этапом, довольно близким к началу эволюционного пути и, следовательно, вопреки тому, что думали ранее, наша Галактика должна быть относительно "молодой".

Рис. Вид спиральной туманности с образовавшимися рукавами. (Наблюдатель находится на оси вращения туманности)

Что касается оценок полной продолжительности жизни одной галактики, то они еще весьма ненадежны, но не ниже десятков миллиардов лет. Наконец, распределение галактик в скоплениях указывает, по мнению некоторых астрономов (например, Цвикки), что возраст скоплений галактик составляет десятки триллионов лет.

Таким образом, вопреки преждевременным заключениям некоторых сторонников короткой шкалы, вполне определенно вырисовывается следующая идея: в астрономии нет единственной шкалы времени, а имеется много шкал. * Возраст планет солнечной системы отличается от продолжительности жизни большинства звезд Млечного Пути, а последняя не может, по-видимому, оцениваться такой же величиной, что и возраст больших скоплений галактик.

* (Подобная закономерность наблюдается и в микромире. Продолжительность "жизни" различна у разных видов "элементарных" частиц: у одних (например, у электрона) она практически бесконечна, у других (мю-мезоны) равна всего 10-14 сек. Однако, как показывают новейшие данные, для различных небесных тел разница "времен жизни", по-видимому, значительно меньше. (Прим. ред.) )

В большинстве современных учебников, энциклопедий и справочников возраст Солнца оценивается в 4,5-5 миллиардов лет. Еще столько же ему отводится, чтобы «догореть».

В первой половине XX века развитие ядерной физики достигло такого уровня, что стало возможным рассчитывать эффективность различных термоядерных реакций. Как было установлено в конце 30-х годов, при физических условиях, существующих в центральной области Солнца и звезд, могут происходить реакции, приводящие к объединению четырех протонов (ядер атома водорода) в ядро атома гелия. В результате такого объединения освобождается энергия и, как следовало из расчетов, этим путем обеспечивается свечение Солнца в течение миллиардов лет. У звезд-гигантов, расходующих свое ядерное горючее (протоны) более расточительно, время жизни должно быть гораздо короче, чем у Солнца - всего десятки миллионов лет. Из этого был в те же годы сделан вывод о рождении таких звезд и в наше время. Относительно звезд меньшей массы, подобных Солнцу, многие астрономы продолжали придерживаться мнения, что все они, как и Солнце, образовались миллиарды лет тому назад.

В конце 40-х годов В.А. Амбарцумян использовал совершенно иной подход к проблеме определения возраста звезд. Он основывался на имевшихся в то время обширных наблюдательных данных о распределении звезд различных типов в пространстве, а также на результатах собственных исследований динамики звезд, то есть их движений в гравитационном поле, создаваемом всеми звездами Галактики.
В.А. Амбарцумяном были сделаны на указанной основе два важнейших не только для астрофизики, но и для всего естествознания вывода:

1. Звездообразование в Галактике продолжается и в настоящее время.
2. Рождение звезд происходит группами.

Эти выводы не зависят ни от предположений о механизме образования звезд, который в те годы не был установлен с уверенностью, ни от природы источников звездной энергии. Они базируются на сделанном В.А. Амбарцумяном открытии нового вида звездных скоплений, названных им звездными ассоциациями.

До обнаружения звездных ассоциаций астрономам были известны в Галактике звездные группировки двух типов - открытые (или рассеянные) скопления и шаровые скопления. В открытых скоплениях концентрация звезд не очень значительна, но все же они выделяются на фоне звездного поля Галактики. Скопление другого типа - шаровое - отличается высокой степенью концентрации звезд и при недостаточно хорошем разрешении представляется единым телом. Такое скопление состоит из сотен тысяч звезд, создающих достаточно сильное гравитационное поле, которое удерживает его от быстрого распада. Оно может существовать долгое время - порядка 10 миллиардов лет. В открытом скоплении насчитывается несколько сотен звезд и, хотя оно представляет собой гравитационо связанную систему, эта связь не очень прочная. Скопление может распасться, как показали сделанные В.А. Амбарцумяном расчеты, за несколько сотен миллионов лет.

Ученые из НАСА с беспрецедентной точностью определили возраст нашей Вселенной. По оценка астрономов, он составляет 13,7 миллиардов лет, а первые звезды засветили через 200 миллионов лет после Большого Взрыва. С этого момента Вселенная непрерывно расширяется, распыляется и охлаждается… вплоть до полного небытия.

Раньше астрофизики считали, что нашему миру от 8 до 20 миллиардов лет, потом остановились на диапазоне 12-15 миллиардов, оставляя за собой право на 30%-ную ошибку. Нынешняя оценка имеет погрешность в 1 %. Что же до «периода беременности» у первой звезды, то его раньше предполагали лежащим в границах от 500 миллионов до миллиарда лет.
Еще более интересен качественный состав вещества Вселенной. Оказывается, только 4% материи составляют атомы, на которые распространяются известные законы электромагнетизма и гравитации. Еще 23 процента состоят из так называемого «темного вещества» (ученые мало что знают о его свойствах). Ну а целых 73% всего сущего - совсем уж загадочная «темная энергия» или «антигравитация», побуждающая Вселенную расширяться. Получается, что мы знаем, что ничего не знаем на 96 %.
Сутки были первой естественной единицей меры времени, регулировавшие труд и отдых. Сначала сутки делили на день и ночь, и только много позже на 24 часа.

Звездные сутки определяются периодом вращения Земли вокруг своей оси относительно любой звезды.
Истинный полдень наступает на разных меридианах Земли в разное время, и для удобства принято соглашение о делении земного шара на часовые пояса, которые проходят через 15 градусов по долготе, начиная с меридиана Гринвича. Это – Лондонский меридиан 0 градусов долготы, и пояс назван нулевым (западноевропейским).

Секунда – общепринятая единица времени, примерно с периодом 1 с бьется сердце человека. Исторически эта единица связана с делением суток на 24 ч., 1 ч – на 60 мин, 1 мин – на 60 с.

Атомная секунда – интервал времени, в течение которого совершается почти 10 млрд колебаний атома Сs - (9 192 631 830).

Календарем называется система отчета длительных промежутков времени, в которой установлен определенный порядок счета дней в году и указано начало отчета.

Определение возраста по спектру

На первый взгляд может показаться, что для определения состава Солнца или звезды необходимо добыть хотя бы немного их вещества. Однако это не так. Состав того или иного небесного тела можно определить, наблюдая с помощью специальных приборов приходящий к нам от него свет. Этот метод называется спектральным анализом и имеет большое значение в астрономии.
Суть этого метода можно уяснить следующим образом. Поставим перед электрической лампой непрозрачную преграду с узкой щелью, за щелью - стеклянную призму, а несколько поодаль - белый экран. В электрической лампе светится накаленная твердая металлическая нить. Вырезанный щелью узкий пучок белого света, пройдя сквозь призму, разлагается на составные цвета и дает на экране красивое цветное изображение, состоящее из участков различного цвета, непрерывно переходящих друг в друга, - это так называемый непрерывный световой спектр, похожий на радугу. Вид спектра накаленного твердого тела зависит не от его состава, а только от температуры тела.
Иное положение имеет место при свечении веществ в газообразном состоянии. При свечении газов каждый из них светится особым, только ему одному свойственным светом. При разложении этого света с помощью призмы получается набор цветных линий, или линейчатый спектр, характерный для каждого данного газа (рис. 1). Таково, например, свечение неона, аргона и других веществ в газоразрядных трубках, или так называемых лампах холодного света.

Спектр заезды. Фото: NASA

Спектральный анализ основан на том, что каждое данное вещество можно отличить от всех остальных по спектру его излучения. При спектральном анализе смеси нескольких веществ по относительной яркости отдельных свойственных каждому веществу линий можно определить относительное содержание той или иной примеси. При этом точность измерений такова, что позволяет определить наличие малой примеси, даже если она составляет всего одну стотысячную долю от общего количества вещества. Таким образом, спектральный анализ является не только качественным, но и точным количественным методом исследования состава смеси.
Направляя на небо телескопы, астрономы исследуют характер движения звезд и состав излучаемого ими света. По характеру движения небесных тел определяют размеры звезд, их массу и т. д. По составу света, излучаемого небесными телами, с помощью спектрального анализа определяется химический состав звезд. Относительное содержание водорода и гелия в исследуемой звезде определяется путем сравнения яркости спектров этих веществ.

Поскольку развитие звезды сопровождается непрерывным превращением внутри нее водорода в гелий, то чем старше звезда, тем меньше в ее составе водорода и больше гелия. Знание их относительного содержания позволяет вычислить возраст звезды. Однако этот расчет совсем не прост, потому что в процессе эволюции звезд их состав изменяется, а масса уменьшается. Между тем скорость, с которой в звезде идет превращение водорода в гелий, зависит от ее массы и состава. Более того, в зависимости от начальной массы и начального состава эти изменения протекают с разной скоростью и несколько различными путями. Таким образом, для того чтобы правильно определить возраст звезды по наблюдаемым величинам - светимости, массе и составу, нужно в некоторой мере восстановить историю звезды. Именно это делает все расчеты довольно сложными, а их результат не очень точным.

Тем не менее для многих звезд соответствующие измерения и расчеты были произведены. По данным А. Б. Северного в Солнце содержится водорода 38 %, гелия 59 %, остальных элементов 3 %, в том числе углерода и азота около 1 %. В 1960 г. Д. Ламбер на основании данных о массе, светимости и составе Солнца, а также детальных расчетов предполагаемой его эволюции получил значение возраста Солнца, равное 12*109 лет.
При изучении истории развития небесных тел нет ни необходимости, ни возможности следить за какой-нибудь одной звездой от ее рождения до ее старости. Вместо этого можно изучить много звезд, находящихся на различных этапах своего развития. В результате таких исследований удалось выяснить не только настоящее, но также прошлое и будущее звезд и, в частности, нашего Солнца.
Вначале Солнце очень расточительно тратило массу и энергию и сравнительно быстро перешло к своему современному состоянию, характеризующемуся более спокойным и ровным существованием, при котором происходят лишь крайне медленные изменения его светимости, температуры и массы. В этом уже «зрелом» возрасте Солнце просуществует еще много миллиардов лет.

Затем вследствие накопления большого количества гелия прозрачность Солнца уменьшится и соответственно уменьшится его теплоотдача. Это приведет к еще большему разогреванию Солнца. К этому времени запасы водородного «горючего» в Солнце почти иссякнут, поэтому после сравнительно непродолжительного разгорания Солнца начнется относительно быстрое его угасание. Впрочем, все это случится с нашим Солнцем не скоро, не меньше чем через десяток миллиардов лет.

Встречаются такие звезды, в которых содержание водорода много больше, чем в нашем Солнце, а также и такие, в которых водорода очень мало. В. А. Амбарцумян, Б. А. Воронцов-Вельяминов и Б. В. Кукаркин показали, что в Галактике имеются молодые звезды, например ряд сверхгигантов, возраст которых не превышает всего одного или десяти миллионов лет, а также и старые звезды, возраст которых много больше возраста нашего Солнца.

Наша Галактика представляет собой гигантское скопление звезд, связанных между собой силами притяжения и таким образом объединенных в общую систему. Расстояния, отделяющие нас от Солнца и других звезд, огромны. Поэтому для их измерения астрономы ввели специфические единицы длины. Расстояние от Земли до Солнца получило название: астрономическая единица длины. Как известно, 1 а. е. = 149,6 млн. км. Расстояние, которое свет проходит за один год, называется световым годом: 1 св. год = 9,46х10 12 км = 10 13 км. Расстояние, на котором радиус земной орбиты виден под углом в 1 секунду названо секундным параллаксом или сокращенно - парсек (пк). Таким образом, 1 пк=3,26 св. года = 3,085х10 13 км.

Наша Галактика имеет форму очень плоского диска. В ней содержится около 1013 звезд. Солнце - одна из них. Вся эта система медленно вращается, однако не как твердое тело, а скорее как тело полужидкое, вязкое. Угловая скорость вращения Галактики убывает от ее центра к периферии так, что в 8 килопарсеках от центра период обращения составляет около 212 миллионов лет, а в районе Солнца, т. е. на расстоянии 10 килопарсеков от центра, - 275 млн. лет. Именно этот период обычно называют галактическим годом.
Очевидно, что возраст Галактики следует определять по самым старым из входящих в нее звезд. В 1961 г. Г. Арп исследовал ряд наиболее старых звезд. Для старейшего рассеянного скопления NGC 188 он получил значение возраста, равное 16х10 9 лет, а у одного из старейших шаровых скоплений М5 возраст оказался равным 20х10 9 лет. По оценкам Ф. Хойла и др. возраст некоторых близких к Солнцу звезд: 8 Эридана и u Геркулеса А, составляет (10-15)х10 9 лет.

В настоящее время возраст Галактики удалось определить и другими методами, и при этом получились несколько иные результаты. Рассмотрение этих методов и сравнение полученных с их помощью результатов представляет большой интерес и приведено далее.

Современные теории внутреннего строения небесных тел, а также планетарная космогония, в качестве исходной, экспериментальной базы для оценок возраста небесных тел, используют результаты исследований возраста горных пород, солнечного нейтрино или других данных, полученных при изучении внешнего слоя небесного тела.

Так как на основании модели вихревой космогонии небесные тела создавались путем накопления космической материи, то отсюда следует вывод - каждый внутренний слой должен иметь собственный возраст, превышающий возраст наружного слоя этой же планеты или звезды. Следовательно, по данным исследований наружных пород или любых излучений исходящих от этих пород невозможно оценивать возраст внутреннего вещества или небесного тела в целом.

На основании вихревой гравитации и сотворения небесных тел, допустимо определять возраст планет простым делением массы планеты к соответствующему ежегодному приросту массы этой планеты.

С учетом вышеизложенного, возраст Земли составляет - 15,6 млрд. лет.

ТЕМНАЯ МАТЕРИЯ

Как известно, в середине прошлого века при изучении строения галактики было обнаружено несоответствие распределение звезд распределению гравитационного потенциала.

Научное мнение разделилось на две группы.

Некоторые ученые утверждали, что теория гравитации Ньютона, созданная на базе наблюдений за планетами в солнечной системе, не верна в более крупных астрономических масштабах

Большинство исследователей сошлись во мнении, что часть материи (30%) не испускает фотоны, поэтому она не видна. Но именно эта материя уравновешивает гравитационный потенциал в галактике. Невидимая материя получила название темной материи.

Очевидно, что теория вихревой гравитации не испытывает затруднений в объяснение этого астрономического «парадокса», так как сила всемирной гравитации зависит не от масс звезд, а только от скорости вихревого вращения и градиента давления галактического эфира. Величину вихревой гравитации в любой галактике возможно определить в соответствии с гл. 2.1. Полученное значение силы гравитации полностью уравновешивает центробежные силы звезд и, тем самым, отпадает необходимость в использовании гипотетической темной материи.