Вселенная. Краткий путеводитель по пространству и времени: от Солнечной системы до самых далеких галактик и от Большого взрыва до будущего Вселенной

книги поЛИТЕХа

Москва   
 
         Альпина нон-фикшн  
 2018

Научно-популярное издание

Краткий путеводитель по пространству 
и времени: от Солнечной системы до 
самых далеких галактик и от Большого 
взрыва до будущего Вселенной

Предисловие 
15 
Благодарности 
19 

Глава  
1

 
Солнце 
21

1.1 
 Строение Солнца и условия в недрах 
23
1.2  
 Реакции в Солнце. Нейтрино 
26
1.3 
 11-летний цикл активности 
30
1.4  
 Солнечные пятна, протуберанцы и все-все-все  
34
1.5  
Солнечная корона и затмения  
37
1.6  
Гелиосейсмология  
41
1.7  
 Солнечные вспышки и их опасность  
45
1.8  
 Эволюция Солнца и жизнь на Земле 
50

Глава  
2

 
Солнечная cистема 
57 

2.1 
Образование Солнечной системы 
59 
2.2  
Планеты и их спутники 
63 
2.3 
Астероиды 
68
2.4 
Пояс Койпера, Плутон и компания 
73
2.5 
Кометы и облако Оорта 
77 

Глава  
3

 
Экзопланеты 
83

3.1 
 Способы обнаружения и изучения экзопланет 
85
3.2 
 Основные типы экзопланет 
90
3.3 
 Формирование и миграция планет 
94

Содержание

Содержание

Сергей Попов

Вселенная 
6

Глава  
4

 
Звезды и их эволюция 
103 

4.1 
 Расстояния до звезд 
105
4.2 
 Устойчивость звезд и их структура 
108
4.3 
Диаграмма Герцшпрунга — Рассела. Цефеиды 
111
4.4 
 Двойные и кратные звезды. Аккреция 
116
4.5 
 Образование звезд. Три населения 
121
4.6 
 Смена термоядерных реакций 
124
4.7 
 Сверхновые 
128

Глава  
5

 
  Синтез элементов и термоядерные 
135 
реакции 

5.1 
 Первичный состав. Реакции в ранней Вселенной. 
137 
Первые звезды
5.2 
 Химическая эволюция Вселенной. Звезды 
139

Глава  
6

 
 Компактные объекты: белые карлики 
147  
и нейтронные звезды 
 

6.1 
 Белые карлики 
149
6.2 
Нейтронные звезды 
154

Глава  
7

 
Черные дыры 
161 

7.1 
 Природа черных дыр. Коллапс 
163
7.2 
Кандидаты в черные дыры в тесных двойных 
167
 
системах
7.3 
Сверхмассивные черные дыры 
170
7.4 
Первичные черные дыры и испарение Хокинга 
175

Глава  
8

 
Наша Галактика 
179 

8.1 
 Структура Галактики 
181
8.2  
 Наше место в Галактике и структура наших окрестностей 
185
8.3 
 Природа спиральных рукавов 
188
8.4  
 Рассеянные и шаровые скопления 
191
8.5  
Сверхмассивная черная дыра — Sgr A* 
195
8.6 
Спутники Галактики. Местная группа 
197

Глава  
9

 
Межзвездная среда 
201

9.1 
Межзвездный газ и пыль. Состав среды 
203
9.2  
 Поглощение света 
206
9.3 
Круговорот вещества в межзвездной среде 
208
9.4  
Межзвездные магнитные поля 
210

Содержание

Сергей Попов

Вселенная 
8

Глава  
10

 
Мир галактик 
215 

10.1 
Типы галактик 
217 
10.2  
 Образование и взаимодействие галактик 
222
10.3 
Сверхмассивные черные дыры и активные ядра 
226
10.4  
Скопления галактик и крупномасштабная структура 
231

Глава  
11

 
Расширение Вселенной 
237

11.1 
Разбегание галактик. Закон Хаббла 
239
11.2  
 Горизонт частиц и горизонт событий. 
242 
Возраст Вселенной 
11.3 
Космологическое красное смещение 
244
11.4  
Геометрия Вселенной 
246 
11.5 
Состав Вселенной. Темное вещество 
249 
11.6  
 Ускоренное расширение Вселенной. 
253 
Темная энергия. Будущее Вселенной 
11.7 
Стадия инфляции 
257 
11.8  
Ранняя Вселенная 
260 

Глава  
12

 
Реликтовое излучение 
265 

12.1 
Модель горячего Большого взрыва 
267 
12.2  
 Космологические данные по наблюдению реликта 
269
12.3 
Измерение температуры реликта в разные эпохи 
272
12.4  
Спектр первичных возмущений 
273

Глава  
13

 
Телескопы 
277 

13.1 
Принцип работы телескопа 
279
13.2  
Рефракторы и рефлекторы 
283
13.3 
 Современные оптические телескопы 
286 
и проекты ближайшего будущего
13.4  
Радиотелескопы 
290 
13.5 
Рентгеновские телескопы 
294 
13.6  
Гамма-телескопы на Земле и в космосе 
299 
13.7 
Детекторы нейтрино 
303
13.8  
Детекторы космических лучей 
308
13.9 
Детекторы гравитационных волн 
313 

Глава  
14

 
Космические исследования 
321

14.1 
 Наблюдения из космоса. Космические телескопы 
323
14.2 
Полеты к телам Солнечной системы 
329
14.3 
 Изучение Земли из космоса и исследования 
334 
околоземного пространства
14.4 
Пилотируемая космонавтика 
337

Глава  
15

 
Компьютеры в астрономии 
343

15.1 
 Управление инструментами, телескопы-роботы 
345
15.2 
Обработка данных. Big data 
348
15.3 
Численный эксперимент и моделирование 
353
15.4 
Виртуальная обсерватория 
358

Содержание

Сергей Попов

Вселенная 
10

Глава  
16

 
Жизнь во Вселенной 
361 

16.1 
 Жизнь в Солнечной системе 
363
16.2 
Жизнь на экзопланетах 
367
16.3 
Двойники Земли. Зона обитаемости. Биомаркеры 
371
16.4 
Другие формы жизни 
377 
16.5 
SETI 
380

Эпилог 
387
Рекомендуемая литература 
389

Моим учителям и ученикам

Сергей Попов

Вселенная 
14

Предисловие

Астрономия — одна из самых быстро развивающихся наук 
наших дней. Поток результатов чрезвычайно велик: каждый месяц 
появляется более тысячи новых публикаций. Во многом это связано 
с вводом в строй новых наземных телескопов, с запуском космиче‑
ских аппаратов и с ростом производительности компьютеров. Поэ‑
тому довольно часто прямо на наших глазах совершаются важные 
открытия или появляются теоретические работы, которые заметно 
влияют на существенные детали нашего научного описания мира. 
Эта книга является скромной попыткой зафиксировать общий вид 
астрономической картины мира на середину 2017 г. Безусловно, 
дальнейшее развитие науки приведет к необходимости уточнять, 
а иногда и перерисовывать разные части этого полотна. Однако, 
надеюсь, какое‑то время данный томик будет оставаться актуальным 
описанием того, какими астрономы видят Вселенную и ее обитате‑
лей — астрономические объекты.
Современная астрономия, которой посвящена данная 
книга, — это в основном астрофизика, наука о природе небесных 
тел. Она изучает свойства космических объектов: как устроены 
звезды, планеты, галактики, какие физические процессы определяют 
их наблюдательные проявления. Мы последовательно рассмотрим все 
важнейшие типы наблюдаемых астрономических источников — от объ‑
ектов Солнечной системы до мира галактик, не забудем также про 
межзвездную среду и синтез элементов, а затем перейдем к космо‑
логии. Кроме того, разберемся, как именно получают все эти данные, 
с помощью каких инструментов и аппаратов наблюдатели изучают 
далекие источники, прямые эксперименты с которыми попросту невоз‑
можны. Наконец, мы получим представление о работе современного 
астронома, которого сейчас скорее можно увидеть перед экраном 
компьютера, чем у окуляра телескопа. А «на десерт» представим 
рассказ о поиске жизни во Вселенной и различных формах, которые 
она может принимать.
По ходу изложения я постарался по возможности обойтись 
без формул, таблиц и графиков. Мне кажется, что важно попробовать 
рассказать о ключевых физических процессах и астрономических 
явлениях просто словами (даже если они не всегда простые, а изло‑
жение зачастую получается чересчур сжатым из‑за ограниченного 
объема). Но читатель должен понимать, что это неизбежно приводит 
к существенному упрощению: мир устроен слишком сложно, чтобы его 
было возможно полностью описать привычными понятиями. Галилею 

Сергей Попов

Вселенная 
16

принадлежит знаменитое изречение: «Философия написана в величе‑
ственной книге (я имею в виду Вселенную), которая постоянно открыта 
нашему взору, но понять ее может лишь тот, кто сначала научится 
постигать ее язык и толковать знаки, которыми она написана. Напи‑
сана же она на языке математики, и знаки ее — треугольники, круги 
и другие геометрические фигуры, без которых человек не смог бы 
понять в ней ни единого слова; без них он был бы обречен блуждать 
в потемках по лабиринту». Поэтому словесное описание физических 
процессов всегда является неполным, и для получения более деталь‑
ной информации нужно обратиться к другим источникам, в том числе 
к научным статьям, обзорам и монографиям (ссылки на некоторые 
из них приведены в конце книги).
Книга состоит из 16 глав, которые делятся на 79 разделов. 
Текст можно читать как подряд от начала до конца, так и выбирая 
отдельные части. Кое‑где это неизбежно привело к смысловым повто‑
рам, которые заметит внимательный читатель, зато это позволяет 
более удобно использовать книгу и как справочник для уточнения 
отдельных фактов. Так что, надеюсь, вы будете возвращаться к тексту 
даже после того, как прочтете его в первый раз.
Хотя детальное описание некоторых важных понятий содер‑
жится только в тематических разделах, соответствующие термины 
могут встречаться в разных частях книги (например, при описании 
галактик упоминаются темная материя и темная энергия, хотя под‑
робный рассказ об этих понятиях читатель найдет ниже, в разделе 
о космологии). Если по ходу чтения какой‑то термин покажется 
непонятным, можно быстро посмотреть его значение в соответству‑
ющем разделе или обратиться к бумажным или онлайновым словарям 
астрономических терминов, которые перечислены в разделе «Реко‑
мендуемая литература».
Каждой главе предшествует краткое введение с упомина‑
нием основных вопросов, а в тексте выделяются ключевые факты 
и понятия. Надеюсь, эти заметки будут полезны и после того, как 
вы прочтете книгу, когда понадобится что‑то вспомнить или уточ‑
нить. Но не надо стесняться делать и свои пометки, выделяя важное, 
непонятное, а может быть, на ваш взгляд, и ошибочное: с этой книгой 
можно работать с карандашом в руках.
Эта книга, безусловно, не является учебником. Однако она дает 
целостное упорядоченное описание наших представлений о Вселенной 
и о методах ее исследования. Книга может послужить своего рода 
хрестоматией, важным дополнением к школьному курсу астрономии, 
а отдельные части будут полезны при преподавании курсов естество‑
знания, в том числе и на вузовском уровне. Надеюсь, что любители 
астрономии и посетители астрономических кружков также найдут для 
себя много интересного и полезного, тем более что наличие базовых