Эта карта – мгновенный снимок видимой части Вселенной в 4:48 по Гринвичскому времени 12 августа 2003 года. Показан сегмент с угловым размером 4° с центром в экваториальной плоскости Земли (хотя мы показываем и некоторые знаменитые объекты, расположенные за пределами этой области). Спутники и планеты показаны на тех позициях, которые занимали на этот момент, а галактики – в удалении от нас, на том расстоянии, куда они должны были успеть разлететься. То есть для галактик в данном случае показаны сопутствующие расстояния. Мы показали на карте все известные к тому моменту объекты из пояса Койпера. Показали все известные астероиды, попавшие в 2° экваториальной плоскости. Под поверхностью Земли вы видите кору и мантию. Атмосфера показана как тонкая голубая линия над поверхностью Земли, простирающаяся до самой ионосферы. Мы изобразили все 8420 искусственных спутников, вращающихся вокруг Земли. На карте заметна Международная космическая станция (МКС) и космический телескоп «Хаббл». Луна на этой карте полная, она отстоит на 180° от Солнца. Марс показан на своей орбите в точке максимального сближения с Землей. Также изображены планеты Меркурий, Венера, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Показана Церера, крупнейший астероид (945 км). Показан Кваоар, объект из пояса Койпера, был открыт значительно позже Плутона, есть здесь и сам Плутон. На карте изображены некоторые звезды, у которых есть планеты, например HD 209458, – по ближней орбите вокруг этой звезды вращается планета, похожая на Юпитер. Также на карте есть черная дыра Лебедь X-1, чья масса составляет 7 солнечных[38], и галактика M87, в ядре которой скрывается черная дыра примерно в 3 миллиарда солнечных масс. Двойной пульсар Халса и Тейлора, о котором мы упоминали в главе 11, – это система из двух нейтронных звезд, заключенных на тесной взаимной орбите; они медленно по спирали сближаются друг к другу, поскольку система испускает гравитационные волны, – точно как прогнозировал Эйнштейн. В 1993 году Халс и Тейлор получили за свое открытие Нобелевскую премию по физике. Ближе к верхней части карты показаны галактики и квазары из Слоановского цифрового обзора неба общим числом 126 594. Они выглядят как две вертикальные полосы, между которыми лежат пустые зоны, не охваченные обзором. Это те самые «лопасти», которые мы видели на рис. 22.2, просто иначе показанные на новой карте.
На этой карте есть Великая Слоановская стена галактик; когда мы с Марко Юричем измерили ее в 2003 году, оказалось, что длина ее составляет 1,37 миллиарда световых лет. На тот момент она считалась крупнейшей известной структурой во Вселенной. Она примерно вдвое длиннее Великой стены Геллер и Хукры. Но поскольку Великая стена Слоана втрое дальше, на карте она показана во втрое меньшем масштабе. Поэтому на карте Великая стена Слоана простирается примерно на две трети длины Великой стены Геллер и Хукры, тогда как на самом деле первая стена вдвое крупнее второй. В «Книге рекордов Гиннесса» за 2006 год Великая стена Слоана названа крупнейшей структурой во Вселенной. Я и не помышлял, что когда-нибудь найду собственное имя в «Книге рекордов Гиннесса», но мне даже не пришлось для этого съесть 68 хотдогов за 10 минут или скрутить самый большой клубок из бечевки! Рекорд продержался до 2015 года, когда при более глубоком обзоре удалось обнаружить еще более крупную стену.
На карте показан 3C 273 – первый квазар, расстояние до которого удалось измерить, об этом мы рассказывали в главе 16. Мы изобразили Субару – самую далекую галактику, известную на тот момент, а также GRB 090423 – источник гамма-всплесков, самый отдаленный объект, обнаруженный на тот момент (скорее всего, это сверхновая). В самом верху карты изображено реликтовое излучение, наиболее далекий феномен, который мы можем видеть. Я заинтересовался астрономией, когда мне было восемь. На тот момент не было известно ни одного тела из пояса Койпера (кроме Плутона), никаких экзопланет, пульсаров, черных дыр, гамма-всплесков, еще не было никаких наблюдений РИ. Эта карта демонстрирует, каких успехов достигла астрономия при жизни всего одного поколения.
Теперь давайте поговорим о крупномасштабной геометрии Вселенной. Когда Эйнштейн окончательно доработал уравнения общей теории относительности, он попытался применить их в космологии. Его уравнения описывают, как пространство-время искривляется под влиянием плотности энергии и давления. Одно из решений его уравнений – это плоское пустое пространство-время, но он хотел найти космологическое решение (такое, которое было бы применимо ко Вселенной в целом).
Рис. 22.3. Карта Вселенной. Иллюстрация сделана по материалам статьи J. Richard Gott, Robert J. Vanderbei, Sizing Up the Universe, National Geographic, 2011
Рис. 22.3 (продолжение)
Рис. 22.3 (продолжение)
Существовала проблема: его уравнения не давали статического решения. Ньютон рассматривал стационарную Вселенную, где звезды заполняют бесконечное пространство более или менее однородно. Каждая звезда испытывает притяжение со стороны других звезд, но поскольку все эти силы одинаковы во всех направлениях, они компенсируются, и каждая звезда остается на своем месте. Получалась статическая модель, которую считали верным описанием Вселенной. Во времена Ньютона о галактиках ничего не было известно. Такая идея о разнонаправленных силах, которые действуют так, что гасят друг друга, могла работать в контексте абсолютного пространства, каким и представлял его Ньютон. Но если попытаться построить исходно статическую модель в теории Эйнштейна, взаимное притяжение всех галактик должно привести к коллапсу Вселенной. Но Эйнштейн также считал Вселенную статичной (как вы помните, Эйнштейн разработал общую теорию относительности в 1915 году, а работы Хаббла о природе галактик и расширении Вселенной появились лишь в следующем десятилетии). Эйнштейн знал лишь о звездах (из галактики Млечный Путь), а их скорости относительно скорости Солнца невелики по сравнению со скоростью света – и в первом приближении он считал их неподвижными. Чтобы решить эту проблему, Эйнштейн сделал крайне необычный шаг: добавил в свои уравнения дополнительный член! Он назвал его космологической постоянной, эта постоянная не дает Вселенной естественным образом схлопнуться под действием гравитации.
Сегодня физики бы сказали: Эйнштейн в данном случае предположил, что пустое пространство (вакуум) на самом деле обладает небольшой
