Тайны Вселенной

ЧАСТЬ 2. АРХИТЕКТУРА МИРОЗДАНИЯ
"ДЬЯВОЛЫ" НА НЕБЕ

"Дьявольские" звезды обнаружили на небе давно, еще в Средние века. Первой оказалась β Персея. Когда арабские астрономы осознали, что звезда медленно ослабевает в блеске, а затем разгорается вновь (как бы мигая), - они воскликнули:

"Алголь!" - в переводе "Дьявол!". С тех пор странная звезда именуется во всех каталогах Алголь, а звезды подобного типа окрестили "дьявольскими". Пронеся свою тайну через столетия, они так и остались объектом споров и загадок. Первая попытка разгадать тайну мигающих звезд была сделана в 1783 году.

Любитель астрономии Джон Гудрайк предположил, что Алголь имеет спутник, который, вращаясь по своей орбите, периодически затмевает ее. Отсюда и переменный блеск, мигание звезды (рис. 73). Эта догадка пережила столетие. В 1889 году на основе спектрального анализа решили, что мигающие звезды - двойные звезды. Но из-за близкого расположения друг к другу и большой удаленности от Земли они видны в телескоп как светящиеся точки.

Автору доводилось всесторонне обсуждать данную тему с уже известным читателю специалистом в области космических проблем профессором В. П. Селезневым. Ниже воспроизведены некоторые фрагменты из нашей дискуссии.

Автор. Насколько справедливы упомянутые объяснения наблюдаемых световых эффектов мигающих звезд?

Профессор. Это объяснение остается чуть ли не единственным и в настоящее время. Правда, за последнее время попытались решить эту загадку иначе: полагают, что звезда мигает якобы оттого, что периодически взрывается. Читателю предлагается вообразить такую картину: атомная или водородная бомба взрывается и после этого, через несколько минут или часов она (включая и световое излучение) вновь собирает рассеянное вещество, восстанавливает конструкцию и систему управления и опять взрывается, повторяя этот процесс регулярно и без потери энергии и материи. По-видимому, такое объяснение процесса мигания звезд абсолютно невероятно. Правда, и гипотеза Гудрайка предполагает условие, само по себе тоже маловероятное. В самом деле, почему плоскость орбиты мигающей звезды должна постоянно совпадать с плоскостью, через которую проходит луч зрения земного наблюдателя? (Ведь только при этом допущении могут происходить периодические затмения.) Вообще на сегодня известно 60 тысяч визуально-двойных звезд. Но из них лишь 10 тысяч измерялись более или менее регулярно. У более чем полутысячи обнаружена кривизна пути, достаточная для того, чтобы определить форму относительно орбиты*. Если верить упомянутой гипотезе, то орбиты всех этих звезд занимают такое исключительное положение! В то же время за всю историю астрономии не было замечено ни одного случая, когда хотя бы в одной из нескольких тысяч обычных двойных звезд произошло затмение, как это бывает у мигающих звезд. Современная астрономия пока не в силах ответить на эти вопросы. И, как ни странно, помеха здесь - существующий взгляд на природу света, который теория относительности наделила особым свойством, не подчиняющимся якобы классическому закону сложения скоростей.

Автор. Еще одна неувязка, характерная для современных научных взглядов. Число двойных звезд, каждая из которых - пара, вращающаяся вокруг общего центра масс, во Вселенной огромно. Но не менее велико и их разнообразие. Например, период обращения звезд, которые видны в телескоп как две светящиеся точки, находится в пределах от одного года до нескольких тысяч лет, период мигающих звезд имеет время от нескольких часов или суток до нескольких лет. Характерно, что теория относительности делает попытку объяснить первый вид звезд, но бессильна перед вторым их видом. Но ведь была еще гипотеза швейцарского физика-теоретика Вальтера Ритца (1878-1909), которая неплохо объясняла многие световые явления.

Профессор. Гипотезе Ритца не повезло: от нее отказались, воспользовавшись нечеткими представлениями о различиях в свойствах упомянутых выше двух видов двойных звезд. По гипотезе Ритца, две звезды, вращаясь относительно друг друга, излучают потоки света с разными скоростями. Все зависит от мгновенного положения звезды на орбите. Максимальной скорость фотонов будет в том случае, когда звезда движется в сторону наблюдателя, находящегося на Земле (скорость света складывается со скоростью орбитального движения звезды), и минимальная, когда звезда движется от наблюдателя. Разница в этих скоростях должна привести к очень интересному явлению. На некотором расстоянии фотоны, летящие от одной звезды с большей скоростью, обгонят фотоны, излученные другой звездой на период раньше, но летящие с меньшей скоростью. Создаются условия, когда наблюдатель будет видеть двойные звезды одновременно в разных местах. То есть рядом с основным изображением пары звезд появится другое - "привидения". Причем "звездные привидения" будут исчезать и появляться вновь в соответствии с периодом вращения звезд относительно друг друга.

Автор. Что же показали астрономические наблюдения? Обнаружены ли такие "привидения"?

Профессор. Противники гипотезы Ритца привели данные о наблюдении двойных звезд (видимых раздельно и с большим периодом орбитального движения), у которых таких явлений, как "привидения", не наблюдается. Отсюда и был сделан вывод, что гипотеза Ритца не верна, а гипотеза о постоянстве скорости света в относительном движении - якобы справедлива.

Автор. Но ведь есть вторая группа двойных звезд с короткими периодами обращения, которые мигают. Учтен ли данный факт при решении столь важного вопроса?

Профессор. Конечно, нет! Дело в том, что двойные звезды с длительным периодом обращения и не должны были создавать "привидения" в пределах не только нашей Галактики, но и на расстояниях до многих миллионов световых лет от Земли, что и подтверждают астрономические наблюдения. А двойные звезды с короткими периодами обращения, которые мигают в звездном небе, как раз и создают эти "привидения". Но анализ этих "привидений" и увязка их с баллистической теорией распространения света не были сделаны.

Автор. Похоже, в столь принципиальном споре между сторонниками двух гипотез одна из сторон использовала не совсем корректные доказательства своей правоты. Но как же в таком случае использовать накопленные знания в области астрономии и экспериментальные данные наземных опытов со светом, чтобы объективно разобраться в этом непростом вопросе?

Профессор. Современных научных фактов вполне достаточно, чтобы подойти к решению данной проблемы весьма убедительно и в наглядной форме. Однако логические доказательства, приводимые ниже, требуют философского обобщения и соответствующих принципиальных оценок.

Автор. Двойные звезды оказались тем камнем преткновения, о который якобы разбились все корпускулярные теории света (Ньютон, Ритц), предполагавшие изменение скорости света в относительном движении тел. Исследователи (Ритц, Де Ситтер, Эйнштейн и др.), анализируя характер прохождения света от двойных звезд, с учетом переменной скорости света, обнаружили, по их мнению, несоответствие расчетных траекторий с кеплеровскими. Несмотря на многие загадочные явления, наблюдаемые у двойных звезд (периодическое изменение яркости, температуры и т. п.), эти исследователи не заметили связи загадочных явлений с вышеназванными особенностями прохождения света. Не здесь ли кроется разгадка?

Профессор. Двойные звезды обращаются около их общего центра масс под действием взаимного тяготения. Периоды обращения двойных звезд, различимых в телескопы как две светящиеся звезды, составляют тысячи лет. Самый короткий из них около года. Имеются двойные звезды, расположенные так близко друг от друга, что при наблюдении в телескопы они сливаются в одну светящуюся точку. Периоды таких спектрально-двойных звезд более короткие - от 2 часов до 15 лет. Скорости движения двойных звезд по их орбитам достигают десятков км/сек.

Рассмотрим прохождение света от двойных звезд, движущихся по круговой орбите (рис. 74-а) вокруг центра. Расстояние от центра орбиты до наблюдателя равно L. Полагаем, что радиус орбиты намного меньше этого расстояния, благодаря чему лучи света можно принять параллельными (все эти допущения ни в коей мере не снижают общности задачи, но упрощают ее решение). Плоскость орбиты совпадает с лучом зрения.

Составляющие скорости света от звезд S1 и S2 в сторону приемника 1 соответственно C1 и С2 определяются суммой скоростей света относительно излучателей и составляющими скоростей движения звезд по орбитам. Зная расстояния звезд S1 и S2 относительно приемника и скорости распространения света C1 и C2, можно определить время прихода лучей t1 и t2. Наблюдатель, находящийся на расстоянии L от пары звезд, будет видеть движение звезд не по круговой орбите, а по орбите эллиптической формы. На рис. 74-б показана эволюция видимой формы орбиты по мере удаления наблюдателя на расстояния L1, L2, ... Ln от звезд. Видимые орбиты постепенно вытягиваются, а эксцентриситет их увеличивается. Если принять за единицу времени период обращения Т звезд по орбите и изобразить формы наблюдаемых орбит через единичные интервалы времени, то смещение к 11 относительно 1 будет равно VT, точек 21 относительно 2 - равно 2 VT, а точек n1 относительно n - nVT. Из рисунка видно, что при удалении более некоторого критического расстояния Lкр.

орбиты начинают накладываться друг на друга (заштрихованные области на рисунке). Это означает, что наблюдатель будет видеть двойные звезды одновременно в различных местах, причем "звездные привидения" будут появляться и исчезать в согласии с их периодическим движением.

Автор. Возможно ли такое удивительное явление в природе? Ведь, по мнению Эйнштейна и его последователей, никаких следов таких явлений не было обнаружено, что дало им основание исключить из рассмотрения альтернативные объяснения загадочного феномена.

Профессор. Однако именно в этом и состоит их ошибка. В звездном мире имеются многочисленные примеры двойных звезд, у которых наблюдаются как раз такие удивительные физические явления. Особенно это относится к двойным закритическим звездам, расстояние которых до наблюдателя превосходит критические (LКР.), и видимые орбиты накладываются друг на друга (если расстояние менее LКР., ТО Такие звезды называются докритическими. Период закритических спектрально-двойных звезд невелик - от 2 часов до 15 лет, а вследствие большого расстояния до Земли они сливаются в одну светящуюся точку, которая периодически меняет свой блеск и спектральный состав. В качестве примера таких "дьявольских" звезд уместно привести и уже упомянутый Алголь - звезду b Персея с периодом 68 часов 49 минут (из них 59 часов блеск звезды сохраняется на одном уровне, затем он в течение 5 часов уменьшается на 2/3), и звезду b Лиры, которая периодически изменяет свой блеск от 3,4 до 4,4 звездной величины за период около 13 суток.

Автор. Существует еще один удивительный тип переменных звезд. Это - цефеиды, или пульсирующие звезды-гиганты.

Профессор. На таких звездах бывают неоднородные по яркости, температуре и химическому составу участки поверхности, напоминающие пятна на Солнце. При вращении такой звезды движение участков поверхности будет происходить по различным орбитам, причем половину периода они будут находиться на невидимой стороне. Поскольку период обращения цефеид невелик (от 1,5 часа до 45 суток), а периферическая скорость значительная (до 100 км/сек), то создаются благоприятные условия для возникновения явлений, аналогичных двойным закритическим звездам с учетом обязательных затмений.

Суммирование световых потоков от неоднородных участков, происходящее за счет перекрытия кажущихся орбит, значительно усиливает эффект пульсации блеска и температуры звезды. Если звезда прецессирует, то интенсивность пульсаций блеска и температуры может происходить с некоторым изменением периодичности. Одновременно может изменяться и спектр звезды. Примером подобных звездных объектов могут как раз и служить физически переменные звезды.

Автор. Можно ли обнаружить с помощью телескопа или каких-либо приборов искажения орбит звезд, возникающие вследствие переменной скорости света?

Профессор. Так как расстояния до далеких звезд определяются со значительными ошибками (до 20% от расстояния), а искажение орбиты происходит только в направлении луча зрения, то заметить искажение весьма сложно. Зато при наблюдении планет Солнечной системы искажения орбит становятся заметными. Более того, неучет таких искажений может привести к серьезным негативным последствиям. Так, ошибки, допущенные при радиолокационном измерении расстояний до Луны, Венеры, Марса, привели к неудачным запускам космических автоматических аппаратов, в разное время направляемых к этим планетам.

Автор. Думается, читателям небезынтересно более подробно познакомиться с этими поучительными фактами.

Профессор. Напомню, что измерение расстояния и скорости относительного движения между Землей и Венерой осуществлялось путем посылки мощных радиолокационных сигналов в сторону Венеры наземными станциями, при этом определялось время прихода на Землю отраженных сигналов от венерианской поверхности. Учитывая характер орбитального движения этих планет, локацию начинали в период, когда расстояние до Венеры достигало около r1=80 млн. км (положение планет 1-1 на рис. 75), затем оно сокращалось до r2=40 млн. км (положение 2-2 противостояния планет) и потом опять увеличивалось до r3. Длительность всего процесса измерений достигала трех месяцев.

На первом участке движения от 1-1 до 2-2 Земля и Венера сближаются, а на втором участке, от 2-2 до 3-3, удаляются друг от друга. Следовательно, результирующая скорость С1 прохождения радиосигналов от Земли до Венеры и обратно на первом участке больше, чем С, а на втором - меньше, и это должно отразиться на продолжительности интервала времени от момента посылки сигналов до их приема. Поскольку эти особенности распространения радиосигналов не учитывались и скорость их распространения принималась постоянной и равной скорости света, расчетные данные не совпали с фактическими: на первом участке расчетные расстояния ri* оказались короче (ri*ri..

Чтобы подогнать расчетно-экспериментальные данные к истинным, исследователи приняли "оригинальное" решение - условно переместить Венеру вперед по орбите примерно на 700 км (положения Венеры 11, 21, 31 на рисунке). Только в этом случае оказалось возможным "свести концы с концами" и якобы подтвердить справедливость специальной теории относительности.

Однако если отбросить какие-либо подгонки и учесть действительные скорости распространения радиосигналов между планетами, то проведенный эксперимент является убедительным подтверждением справедливости классического закона сложения скоростей для световых излучений и радиоизлучений. Нельзя пренебрегать законами распространения сигналов в относительном движении, поскольку это может оказаться особенно опасным, например, при навигации в условиях космического полета.

Автор. У нас радиолокационные измерения расстояний до Венеры проводились в 1962-1975 годах. Нет ли других данных, свидетельствующих о трудностях, к которым приводят релятивистские расчеты, и ошибках навигации в современной космонавтике?

Прфессор. События, связанные с полетами космических летательных аппаратов "Фобос-I" и "Фобос-II" к Марсу, и их загадочное исчезновение, навигационные просчеты при запусках других летательных аппаратов имеют прямое отношение к проблеме распространения электромагнитных сигналов. Наиболее показательны в данном плане неудачи с "Фобосами". Напомню, что эти аппараты, оснащенные новейшей исследовательской и навигационной аппаратурой, после длительного полета достигли окрестностей Марса. Предполагалось, что "Фобос-I" будет проводить изучение поверхности планеты Марс, а "Фобос-II" осуществит посадку на спутник Марса Фобос. Связь с "Фобосом-I" прекратилась внезапно, в это время второй аппарат, "Фобос-II", продолжал процесс сближения с марсианским спутником. Однако, несмотря на принятые меры предосторожности в процессе дальнего наведения аппарата по радиосигналам с Земли, и "Фобос-II" также прекратил взаимодействие с наземными станциями. В итоге космическая эпопея завершилась безрезультатно. Конечно, у подобной неудачи может быть много случайных причин. Однако есть одна возможная причина, носящая не случайный, а систематический характер. Если навигацию осуществлять, опираясь на постулат постоянства скорости света (радиосигналов), то в этом случае неизбежны роковые ошибки наведения, которые могут служить причиной провала всей операции.

Автор. Можно ли оценить масштабы подобных ошибок?

Профессор. К сожалению, в печати не приводятся сведения о навигационной космической обстановке и методике проведения локационных измерений. Поэтому оценку подобной ситуации можно дать, исходя из общих положений небесной механики. Как известно, "Фобосы" успешно преодолели весь путь от Земли до Марса. Радиолокационный сигнал, который посылался с наземной радиостанции на летательный аппарат, принимался его бортовой станцией, а затем переизлучался и возвращался обратно на Землю, преодолевая расстояние туда и обратно за время более 10 минут. Навигация осложняется тем, что планеты - Земля и Марс - движутся по своим орбитам с разными скоростями (Земля - со скоростью 29,76 км/сек, а Марс - 24,11 км/сек), а естественный марсианский спутник Фобос летает вокруг Красной планеты со скоростью около 3 км/сек и периодом обращения 7,68 часа. Интересно отметить, что Фобос вращается вокруг Марса в 3,2 раза быстрее, чем Марс вращается вокруг своей оси, - это единственный случай в Солнечной системе.

Если при навигационных расчетах скорость света (радиосигналов) принималась постоянной в относительном движении небесных тел, то погрешности локационных измерений достигают следующих величии. Вследствие неучета скорости Марса относительно Земли, равной 5,65 км/сек, и длительности прохождения прямого и обратного радиосигналов около 10 минут погрешность в определении расстояния до Марса может достигать до 1000-2500 км. Такая ошибка в определении расстояния от поверхности Марса до летательного аппарата "Фобос-I" уже могла служить причиной его гибели. Для навигации же "Фобоса-II" особую коварность представляет орбитальная скорость спутника Марса - Фобоса. В течение половины периода обращения, когда спутник не закрыт от наблюдателя Марсом, он совершает движение навстречу Земле, а затем удаляется со скоростью 3 км/сек. Вследствие этого ошибка радиолокации со стороны Земли может периодически меняться в пределах - 1500 км в течение 3,84 часа (половина периода обращения). Если "Фобос-II" вышел на ту же орбиту, что и спутник Фобос, и летел на некотором постоянном расстоянии от него, то наземные радиолокационные станции фиксировали расстояние между ними со знакопеременной ошибкой в течение каждого полупериода вращения (3,84 часа). Так, например, если расстояние между аппаратом и спутником составляло четверть длины орбиты, то ошибка в измерении этого расстояния была не менее - 1500 км. Поскольку дальность действия автономной системы наведения "Фобоса-II" может быть меньше указанной ошибки измерения, то вероятность столкновения и гибели аппарата становится существенной. Избежать всех этих ошибок можно при условии проведения навигационных измерений на основе классического сложения скоростей распространения радиосигналов в относительном движении небесных тел.

Автор. Из этого примера видно, как дорого платит человечество за ошибочные гипотезы, если оно слепо принимает их на веру. Уточнение особенностей распространения света при относительном движении тел, по-видимому, позволяет выяснить и весьма интересный вопрос: почему скорость света, идущего от звезд, больше, чем скорость света земных источников излучения почти на 3000 км/сек?

Профессор. Да, основание для этого вполне достаточное. Звезды как источники светового излучения отличаются тем, что их раскаленная поверхность представляет собой бурно кипящую, фонтанирующую среду. Каждая раскаленная частица этой сферы, излучающая свет, совершает беспорядочные движения с огромными скоростями. Вследствие этого потоки света, идущие от звезды в окружающее пространство, приобретают скорость, которая складывается от скорости излучения частицей (300000 км/сек) и скорости ее теплового движения относительно поверхности звезды. Именно эта добавочная скорость звездных источников излучения (в среднем около 3000 км/сек) и не регистрируется наблюдателями, расположенными на Земле.

Автор. Ну вот, кажется, мы вплотную подошли к анализу всего комплекса загадок Солнечной системы и ее освоения...




Тайны Вселенной