Книга: Новая занимательная астрономия

Не верь глазам своим

Не верь глазам своим

Другая трудность, с которой сталкиваются исследователи Вселенной при поиске новых фактов, характерна не только для астрономии, но и для таких наук, как, скажем, физика и математика. Речь идет о соотношении между нашими наглядными представлениями и реальной действительностью.

Весь опыт познания природы и, частности, история астрономии убедительно доказывают, что «наглядность» — весьма ненадежный советчик при решении научных вопросов. Например, философы древности рассуждали так. Представим себе, что у Вселенной есть край и человек достиг этого края. Однако стоит ему только вытянуть руку — и она окажется за границей Вселенной. Но тем самым рамки материального мира раздвинутся еще на некоторое расстояние. Тогда можно будет приблизиться к новой границе и повторить ту же самую операцию еще раз. И так без конца… Значит, Вселенная бесконечна.

«Нет никакого конца ни с одной стороны у Вселенной, ибо иначе края непременно она бы имела», — писал Лукреций Кар в своей поэме «О природе вещей».

Но, к сожалению, подобные рассуждения не могут служить основанием для серьезных научных выводов. Мы многое не можем себе представить, но это само по себе еще ничего не доказывает. Рассуждение же Лукреция, хотя внешне и логично, на самом деле как раз опирается на наши привычные земные представления, молчаливо предполагая, что они справедливы везде и всегда.

Можно вспомнить хотя бы о тех возражениях, которые вызывала в свое время идея кругосветного путешествия, выдвинутая Магелланом. Его противники апеллировали именно к наглядности. «Как можно, — восклицали они, — двигаясь все время по прямой в одном направлении, вернуться в ту же точку?» Возможность такого результата противоречила общепринятым житейским представлениям. Но, как известно, действительность подтвердила предположения Магеллана.

Аналогичные возражения встречала идея антиподов: если Земля шарообразна, то как могут люди жить на другой ее стороне? — Ведь им приходится ходить вниз головой…

При астрономических же наблюдениях наглядность отказывает буквально на каждом шагу. Ежедневно мы видим, например, как в дневное время Солнце, а ночью Луна и звезды перемещаются по небу с востока на запад. Зрительно нам кажется, что Земля неподвижна, а небесные светила вращаются вокруг нее. Так и думали люди в древности, принимая это кажущееся движение за действительное. Сегодня же любому школьнику известно, что видимое суточное перемещение небесных светил — всего лишь отражение собственного вращения Земли.

Весьма замысловаты и видимые перемещения планет среди звезд, происходящие за длительные промежутки времени. Планеты то движутся с запада на восток, то вдруг останавливаются и начинают движение в обратном направлении — к западу. А затем, описав на небе своеобразную петлю, вновь устремляются к востоку.

В действительности же, петлеобразное движение планет — это движение кажущееся, иллюзорное. Оно возникает вследствие того, что мы наблюдаем за планетами с Земли, которая сама обращается вокруг Солнца. Коперник не только понял природу этого явления, но и ввел в естествознание важнейший методологический принцип: мир может быть не таким, каким мы его непосредственно наблюдаем. И поэтому задача науки состоит в том, чтобы выяснять подлинную сущность явлений, скрытую за их внешней видимостью.

Этот принцип не только лег в основу гелиоцентрической системы мира, разработанной Коперником, но и по существу стал фундаментом всего современного естествознания.

Еще один пример, наглядно иллюстрирующий принцип Коперника. Солнце представляется нам на небе сравнительно небольшим диском, почти таким же, как диск Луны. Однако и это всего лишь иллюзия — результат того, что Солнце расположено в 400 раз дальше от Земли, чем наше ночное светило. Если бы мы наблюдали Солнце с орбиты Плутона, самой далекой планеты Солнечной системы, оно показалось бы нам точкой.

А звезды? Мы видим их точками даже при наблюдении в самые мощные телескопы. А среди них есть гиганты, в миллионы и миллиарды раз превосходящие Солнце по своим объемам. Все дело в огромных расстояниях.

Расстояния привносят свои коррективы и в наблюдаемые нами яркости звезд. Одни звезды представляются более яркими, другие — менее яркими. Но само по себе это еще ничего не говорит о количестве света, которое они действительно излучают. Приведем пример. Вот четыре всем известные звезды: Солнце — самая яркая наша звезда, Сириус — ярчайшая звезда ночного неба, звезда Вега из созвездия Лиры (в 4 раза слабее Сириуса) и Полярная звезда — самая слабая из этих четырех светил (в 6 раз слабее Веги).

Но если бы мы могли расположить эти четыре звезды на одинаковом расстоянии от Земли, то нам пришлось бы произвести полную «переоценку ценностей». На первое место вышла бы Полярная звезда, Вега и Сириус поменялись бы местами, а Солнце оказалось бы в самом конце…

Рис. 1. Зависимость видимой яркости звезд от расстояния.

И вообще внешний вид небесного светила может быть довольно обманчивым. Вот хотя бы Луна. Поэты издавна величают нашу космическую спутницу серебристой. В ясные ночи в период полнолуния земные предметы отбрасывают в лучах Луны вполне четкие тени…

В действительности же лунная поверхность отражает всего около семи процентов падающего на нее солнечного света.

В обычных земных условиях предмет, который отражает меньше одной десятой части световых лучей, мы называем черным или, во всяком случае, темно-серым.

И действительно, лунная поверхность — темная. Об этом свидетельствуют телевизионные изображения, переданные с Луны советскими и американскими автоматическими станциями. Это подтверждают и наблюдения американских космонавтов.

Впрочем, справедливость требует отметить, что не все лунные породы черные. Есть и желтые, и коричневые. Кроме того, цвет лунной поверхности во многом зависит от угла падения солнечных лучей. Кстати сказать, объективно измеренный цвет Луны — темно-желтый.

Почему же при всем этом Луна на земном небе кажется нам ярким светилом? Только по контрасту с окружающим черным фоном ночного неба…

И еще одна астрономическая иллюзия. Каждый, разумеется, не раз наблюдал на небе красавицу Венеру, утреннюю или вечернюю «звезду». Ярко сияющей точкой видна она на восходе или на закате… Но посмотрим на Венеру в телескоп. Чаще всего мы увидим серпик, напоминающий лунный «месяц»…

Рис. 2. Фотография планеты Венера.

Однако иначе и быть не может. Ведь в пору своей видимости Венера располагается в стороне от линии, соединяющей Землю с нашим дневным светилом. И поэтому мы ни при каких обстоятельствах не можем увидеть всю освещенную Солнцем половину планеты. Это возможно лишь в том случае, когда Венера находится по другую сторону от Солнца. Но тогда она теряется в его ярких лучах и мы ее вообще не можем наблюдать.

Венера кажется нам звездообразной только благодаря тому, что из-за дальности расстояния наш глаз не способен различать действительные очертания венерианского серпика.

Обман зрения может возникать и при телескопических наблюдениях. Один из самых ярких примеров — знаменитая история открытия каналов Марса. В 1877 г. во время очередного сближения Марса и Земли итальянский астроном Скиапарелли, направив на Марс свой телескоп, обнаружил на поверхности этой планеты тонкую сетку линий, пересекающих ее в различных направлениях. Так родилась загадка марсианских каналов, породившая множество фантастических гипотез о высокой цивилизации, будто бы существующей на таинственной красноватой планете.

Однако многие астрономы утверждали, что никаких каналов на Марсе нет, что пресловутые каналы — всего лишь оптическая иллюзия, возникающая при телескопических наблюдениях. В действительности, говорили они, на поверхности планеты имеется большое количество разрозненных деталей. Но благодаря огромному расстоянию они сливаются для нашего глаза в сплошные линии…

Нечто подобное мы наблюдаем, глядя на экран телевизора. Как известно, телевизионная картинка состоит из нескольких сотен строчек, которые прочерчивает одну за другой электронный луч. Если подойти близко к телевизору, в особенности к телевизору с большим экраном, то эти строчки отчетливо видны. Но стоит удалиться от экрана на достаточное расстояние, и наш глаз перестает различать отдельные строки — они сливаются в сплошное, непрерывное изображение.

Пытаясь доказать, что каналы Марса — обман зрения, некоторые ученые ставили любопытные эксперименты. Они собирали в достаточно большой аудитории людей, которые ничего не слышали ни о Марсе, ни о проблеме марсианских каналов, и вывешивали перед ними на стене специальные рисунки, на которых были беспорядочно разбросаны всевозможные пятна и точки. Затем присутствующих просили перерисовать эти изображения.

Результаты подобных опытов оказались весьма убедительными. Испытуемые, сидевшие в первых рядах и хорошо видевшие оригинал, достаточно точно воспроизводили его без каких бы то ни было добавлений. Но те, кто сидел подальше, изображали линии, которых не было на оригинале, — изображали потому, что не могли на большом расстоянии четко различать отдельные детали, которые казались им сплошными линиями.

Время показало, что результаты подобных экспериментов верно отражали истинное положение вещей. Космические аппараты, передавшие телевизионные изображения марсианской поверхности с близкого расстояния, никаких каналов на этой планете не обнаружили. А в тех самых местах, где на обычных астрономических изображениях Марса «каналы» были видны на поверхности планеты, оказались цепочки небольших кратеров и других мелких деталей.

Нередко неопределенности при астрономических исследованиях возникают в связи с тем, что далеко не всегда удается уверенно определять расстояния до тех или иных космических объектов. Объекты, расположенные в одном и том же месте небесной сферы, на самом деле могут находиться на существенно разных расстояниях от Земли, а следовательно, и друг от друга.

Несколько лет назад американские астрономы сообщили о том, что в центральной части нашей звездной системы Галактики ими обнаружены обособленные плотные сгущения газа. Характер движения этих сгущений можно было истолковать как свидетельство того, что в центре Галактики находится компактное массивное тело. Однако последующие наблюдения, проведенные на крупнейшем советском радиотелескопе РАТАН-600, показали, что сгущения, о которых идет речь, скорее всего не принадлежат нашей Галактике, а лишь случайно проецируются на ее центральную часть.

И еще одно обстоятельство, способное порождать неопределенности: различные физические процессы в космосе могут генерировать электромагнитные излучения, обладающие приблизительно одинаковыми свойствами.

Вероятно, можно было бы привести еще немало примеров и соображений, показывающих, что исследователи Вселенной не имеют права ни доверять непосредственным впечатлениям, ни делать скоропалительные выводы. Особенно в тех случаях, когда изучаются сложные и неясные космические процессы.

Дело в том, что между физическим процессом, протекающим где-либо во Вселенной, и выводами ученых, наблюдающих этот процесс с Земли, лежит цепочка из очень многих звеньев. И при переходе от каждого из них к последующему возможны неточности и неправильные умозаключения. А проверить что-либо непосредственно так, как это делается, скажем, в физике или биологии, — возможности нет.

Кроме того, показание любого измерительного прибора, применяемого при астрономических исследованиях, — отклонение стрелки или почернение фотопластинки — само по себе еще не является научным фактом. Чтобы показание прибора стало таким фактом, оно должно быть соответствующим образом истолковано, интерпретировано. А такая интерпретация может быть осуществлена лишь в рамках определенной научной теории.

«Эксперимент никогда не имеет характера простого факта, который можно констатировать, — подчеркивал известный физик Луи де Бройль. — В изложении этого результата всегда содержится некоторая доля истолкования, следовательно, к факту всегда примешаны теоретические представления»[5].

И если в какой-либо области науки имеются в данный момент конкурирующие теоретические концепции, то одни и те же наблюдательные или экспериментальные данные могут получить с точки зрения этих концепций совершенно различные истолкования. Для того, чтобы заключения о природе того или иного космического явления были в достаточной степени надежны, необходимо рассматривать это явление под разными углами зрения, изучать его независимыми методами и полученные результаты сопоставлять между собой.

Впрочем, все это, разумеется, относится не только к астрономии, но и к любым другим наукам. Разница лишь в том, что для астронома этот вопрос, пожалуй, имеет особое значение. Ведь на протяжении столетий главным инструментом исследования небес был глаз — глаз наблюдателя. Он был источником всех сведений, и многое зависело от того, доверять ему безраздельно или относиться к полученной с его помощью информации в достаточной степени критически.