Исследования показали, что в спектрах Солнца и звёзд видны многочисленные тёмные линии. Причину появления этих линий в 1858 году впервые объяснил немецкий физик Кирхгоф. Он нашёл, что если свет от источника, дающего сплошной спектр, пропустить через слой холодного газа, то газ поглотит те лучи спектра, которые он сам излучает в раскалённом состоянии. Кирхгоф заключил отсюда, что тёмные линии спектра Солнца получаются из-за того, что газы солнечной атмосферы поглощают лучи, идущие из более глубоких и более раскалённых слоёв Солнца. То же самое происходит и в атмосферах звёзд. Это и позволяет определить, какие химические элементы находятся на Солнце и звёздах.
Спектральный анализ открыл новые, богатейшие возможности для исследования небесных тел. Он позволил по составу света, идущего от светил, выяснить не только химический состав Солнца и звёзд, но и физические условия на их поверхности, определить скорости движения, изучить особенности планет и комет.
Многие сложные небесные явления изучены лишь сравнительно недавно. В 20-х годах нашего столетия в результате дальнейшего развития физики возникла новая отрасль астрономии — теоретическая астрофизика. Она позволила изучать не только процессы, которые происходят на поверхности небесных тел, но и те, которые совершаются в их недрах.
Современные представления о вселенной являются результатом многовекового развития знаний. Достижения философии, астрономии, математики, физики, химии и других наук в XIX и XX веках открыли широкие возможности для научного познания мира.
Что же мы знаем о строении вселенной в настоящее время?
II. Современная наука о вселенной
Солнечная система
Что же представляет собой наша солнечная система? Центром солнечной системы является Солнце. Самая близкая к Солнцу из 9 больших планет солнечной системы — планета Меркурий. Она расположена от него в среднем на расстоянии 58 млн. км. Для сравнения напомним, что окружность Земли по экватору равна 40 тыс. км.
Учёные установили, что Меркурий не имеет ни воды, ни атмосферы. Он по объёму в 15 раз меньше Земли и обращён к Солнцу всегда одной стороной, температура на которой достигает 400°. На противоположной Солнцу стороне царят вечный мрак и холод.
На расстоянии примерно 108 млн. км от Солнца движется вокруг него другая планета — Венера, по своим размерам почти равная Земле. Она окружена плотной атмосферой и густым слоем облаков, поэтому поверхность её практически недоступна наблюдению. В атмосфере Венеры обнаружены большие количества углекислого газа. Тепла от Солнца планета получает в два с лишним раза больше, чем Земля. Как и Меркурий, Венера не имеет спутников.
Затем идёт наша Земля. Она обращается вокруг Солнца со скоростью 30 км в секунду, удалена от него на расстояние 149,5 млн. км. Если самый быстрый кругосветный перелёт на Земле был совершён в 5 суток, то до Солнца с такой же скоростью пришлось бы лететь почти 50 лет.
По данным советского учёного Ф. Н. Красовского, наибольший диаметр Земли равен 12 756 км 490 м, а наименьший 12 713 км 726 м.
Земной шар окружён атмосферой, высота которой превышает 1000 км. Атмосфера защищает Землю как от чрезмерного нагрева солнечными лучами, так и от холода космического пространства.
Земля имеет одного спутника — Луну.
Луна находится от Земли в среднем на расстоянии 385 тыс. км и обращена к ней всегда одной и той же стороной. Поперечник её составляет около 3500 км; это почти в 4 раза меньше диаметра Земли. Как день, так и ночь длятся на Луне более 350 земных часов. Луна, как и Земля, не самосветящееся тело, она освещается солнечным светом. Жизни на нашем спутнике нет, так как Луна лишена влаги и воздуха. О том, что на Луне нет или почти нет атмосферы, говорит тот факт, что мы видим исключительно ясно все образования на её поверхности — горные цепи, плоскогорья, долины и большое число кратеров, так называемых «лунных цирков» (рис. 4).
Рис. 4. Фотография Луны. Видны «лунные цирки» — кратеры.
«Лунные цирки» — это углубления, окружённые высокими горами правильной кольцеобразной формы. Диаметр «цирков» различен: от 200 км до нескольких сотен метров. Многие учёные считают, что «лунные цирки» — это следы когда-то действовавших на Луне грандиозных вулканических процессов.
Иногда Солнце, Луна и Земля располагаются на одной прямой линии; тогда происходят солнечные или лунные затмения. Во время солнечных затмений создаются наиболее благоприятные условия для изучения верхних слоев раскалённой атмосферы Солнца (рис. 5).
Рис. 5. Солнечная корона — лучистое сияние, окружающее Солнце во время затмения.
Ближайшее полное солнечное затмение, видимое на территории нашей страны, произойдёт 15 февраля 1961 года.
Планеты, находящиеся от Солнца дальше, чем Земля, называются внешними. Ближайшая внешняя планета, расположенная на расстоянии 228 млн. км от Солнца, — Марс. Это одна из самых интересных планет. Он обращается вокруг своей оси лишь немного медленнее Земли. На Марсе есть атмосфера, но менее плотная, чем на Земле. Это открытие было сделано впервые Г. А. Тиховым в Пулково. В ней обнаружено присутствие водяных паров и кислорода. Иногда над поверхностью планеты видны и слабые облака.
Около полюсов Марса астрономы наблюдают белые пятна — так называемые «полярные шапки», очень похожие на полярные снеговые и ледяные покровы на Земле. С наступлением лета в соответствующем полушарии Марса эти пятна, так же как и на Земле, уменьшаются, тают, а иногда и совсем пропадают. Воды на планете немного, там нет, по-видимому, больших водоёмов. Вокруг Марса обращаются два маленьких спутника. Поверхность Марса ровная и, вероятно, покрыта мелкой пылью; гор, подобных земным, на планете нет.
В последнее время важные исследования Марса были проведены профессором Н. П. Барабашевым на обсерватории Харьковского государственного университета и профессором Г. А. Тиховым на обсерватории Академии наук Казахской ССР в г. Алма-Ате.
Марс получает от Солнца в два с лишним раза меньше тепла, чем Земля, причём сильно разреженная атмосфера планеты плохо его сохраняет. Г. А. Тихов, изучающий поверхность Марса уже около 50 лет, считает, что на планете существует растительная жизнь. Растительность на Марсе, из-за иной способности поглощения и отражения света, имеет синеватый цвет. Она низкоросла и стелется по поверхности, как некоторые наши травы, кустарники, мхи и лишайники.
В пространстве между орбитами Марса и следующей за ним планеты Юпитера (а также в других частях солнечной системы) движется огромное количество мелких планеток. Их в астрономии называют малыми планетами или астероидами. В настоящее время открыто уже свыше 1600 астероидов. Диаметр открытых астероидов составляет от 800 км до нескольких сотен метров. Несомненно, имеется множество астероидов ещё меньших размеров. Можно предполагать, что большинство астероидов имеет неправильную, обломочную форму.
Юпитер отстоит от Солнца на расстоянии свыше 750 млн. км. Это самая большая планета нашей солнечной системы. Она имеет 12 известных сейчас спутников. Диаметр Юпитера в 11 раз больше земного. На диске планеты хорошо заметны тёмные полосы и пятна. Атмосфера Юпитера состоит в основном из аммиака и метана. Один оборот вокруг своей оси он делает приблизительно за 10 часов.
Средняя плотность Юпитера всего в полтора раза больше плотности воды. Советские астрономы В. Г. Фесенков, А. Г. Масевич и Н. А. Козырев, изучая внутреннее строение Юпитера, приходят к заключению, что он на 60–80 % должен состоять из водорода. Внутри планеты должна сохраняться высокая температура в сто тысяч или более градусов.