Исследовав микроскопическую Вселенную, давайте теперь поговорим о макроскопической. Хотелось бы построить единую карту, на которой уместилась бы вся Вселенная; такая карта продемонстрировала бы нам интересные явления, заснятые космическим телескопом «Хаббл» с низкой околоземной орбиты, свойства Солнца и планет, звезд и галактик, далеких квазаров и космического микроволнового фона (реликтового излучения) – самых дальних горизонтов, которые мы способны увидеть. Проблема в том, что наша Галактика крошечная по сравнению с наблюдаемой частью Вселенной, а Солнечная система – микроскопическая точка в нашей Галактике. Следовательно, это непростая задача – уложить всю Вселенную на одной карте так, чтобы эта карта демонстрировала все, что нас интересует.
На рис. 22.2 показана карта (поперечное сечение) видимой части Вселенной, какой она представляется при взгляде с земного экватора. Земля находится в центре карты. Мы расположились в центре видимой части Вселенной, но не потому, что наша планета занимает какое-то особое положение, а потому (и это неудивительно), что мы находимся в центре той области, которая доступна нам для наблюдений. Аналогично, если подняться на крышу Эмпайр-Стейт-Билдинг, то перед вами будет расстилаться область, ограниченная горизонтом, и в центре этой области окажется здание Эмпайр-Стейт-Билдинг. С верхней обзорной площадки Эйфелевой башни вы увидите круглую область, в центре которой будет находиться Эйфелева башня. На приведенной здесь карте видимой части Вселенной самый далекий феномен, доступный для наблюдения, – это реликтовое излучение, рассредоточенное по окружности видимой части Вселенной (наблюдавшееся спутником WMAP). В пределах этого круга в виде точек показаны 126 594 объекта – это галактики и квазары из Слоановского цифрового обзора неба. Две веероподобные области, усеянные точками, – это поперечные сечения зон, охваченных обзором. Пустые «лопасти» – это зоны, не охваченные обзором. На картинке заметна Великая Стена Слоана, о которой шла речь в главе 15. Квазары удалены от нас сильнее, чем галактики. Наш Млечный Путь – лишь точка в центре картинки, а расположение ближайших звезд и планет на этом изображении просто не просматривается, настолько они микроскопические.
Та карта, которую мы действительно хотим начертить, может напоминать знаменитую обложку журнала New Yorker, выполненную Солом Стейнбергом, которая называется «Взгляд на мир с 9-й авеню». Здесь показана картина мироздания с точки зрения нью-йоркца. На переднем плане возвышаются манхэттенские здания. Река Гудзон маленькая, а «Джерси» – просто полоска с противоположной стороны картинки.
Рис. 22.2. Экваториальное поперечное сечение видимой части Вселенной. Мы находимся в центре той области, которую можем наблюдать. Все точки соответствуют галактикам (зеленые) или квазарам (оранжевые), при этом их красное смещение измерено при помощи телескопа «Слоановский цифровой обзор неба». Центральная часть этой схемы уже встречалась нам ранее, она показана на рис. 15.4. По периметру наблюдаемой части Вселенной находится космический микроволновый фон. Иллюстрация сделана по материалам статьи J. Richard Gott, Robert J. Vanderbei, Sizing Up the Universe, National Geographic, 2011
Средний Восток ужат так, что по ширине он сравним с рекой Гудзон, а Тихий океан – еще одна узкая полоса, где-то вдали ограниченная Азией. Вещи, важные для нью-йоркца, показаны крупным планом, а более отдаленные регионы нарисованы крошечными. Именно в таком ракурсе мы хотели бы построить карту всей видимой части Вселенной. Требуется, чтобы важные для нас тела из Солнечной системы выглядели сравнительно крупными, а более отдаленные объекты – уменьшенными.
В 1970-е годы, когда я учился в аспирантуре, я разработал картографическую проекцию именно для этой цели. Я годами вычерчивал ее в разных вариантах, в 1990-е годы сделал карманную версию.
Получилась конформная карта нашей Вселенной. Конформная означает, что в локальном масштабе очертания элементов на такой карте сохраняются, как и на карте Земли в проекции Меркатора. Исландия на карте Меркатора изображена не менее точно, чем Куба. Локальные регионы показаны с сохранением истинной формы, не растянуты, не ужаты ни в одном направлении. Вот почему проекция Меркатора используется на картах Google Maps. Если увеличить небольшой регион для детального рассмотрения, то все контуры на этом участке останутся верными. Но размеры искажаются: Гренландия в проекции Меркатора кажется почти такой же большой, как Южная Америка, но в реальности Южная Америка примерно в 8 раз крупнее Гренландии. Моя карта построена по схожему принципу – чем дальше объект расположен от Земли, тем меньше его масштаб, но все контуры верные.
Мы с Марио Юричем составили в 2003 году большую профессиональную версию этой карты, и она попала на страницы New Scientist и The New York Times, разошлась тиражом 1,5 миллиона экземпляров. В 2005 году ее напечатали в Astrophysical Journal. Газета Los Angeles Times сравнила ее с проекцией Меркатора и вавилонскими картами и охарактеризовала как «пожалуй, самую умопомрачительную карту современности». Мы с Бобом Вандербеем сделали полноцветную крупномасштабную версию карты (в этой книге ее пришлось разделить по вертикали на три части и разместить на трех страницах). Поверните книгу на 90° – и тогда верхняя, нижняя, правая и левая стороны карты расположатся правильно.
Слева направо на 360° разворачивается панорама, открывающаяся с экватора Земли. По горизонтали откладывается долгота небесной сферы. По вертикали – расстояние от Земли, и каждое большое деление означает, что в этой точке расстояние от Земли увеличивается вдесятеро. Объекты, отнесенные в 10 раз дальше, показаны в масштабе 1/10, и так далее. Чем дальше объект – тем меньше он на этой карте. Поверхность Земли на экваторе выглядит как прямая линия. Мы видим Луну, Солнце и планеты. Гораздо дальше расположены звезды, первой идет Проксима Центавра, далее альфа Центавра и Сириус. Еще дальше расстилается основная часть галактики Млечный Путь. За ней показаны галактики М31 и М81. Далее видим галактику М87. Великая Стена, открытая Маргарет Дж. Геллер и Джоном Хакрой, – это большая галактическая нить (цепь галактик). Еще дальше, по верхнему краю карты, проходит линия, соответствующая реликтовому излучению (РИ), – это излучение окружает нас со всех сторон, на 360°.
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.