в ролике – целая настоящая галактика.
И вот мы добрались до того момента в фильме, где кончается обозримая вселенная, тут мы видим реликтовое излучение Большого взрыва – фон из начала времен в самом буквальном смысле слова. И затем наш фильм возвращает зрителя домой, чтобы он не чувствовал себя таким крохотным и незначительным.
Чтобы собрать эту видеомодель, мы использовали результаты исследований огромного количества людей. И хотя это даже не приближается по сложности к построению модели молекулы ДНК, это все равно довольно впечатляющая работа. У нас на руках так много галактик, что в нашей модели приходится делать что-то вроде импрессионистского рисунка, чтобы показать их. Позже я покажу вам иллюстрацию качеством похуже, на ней видны полмиллиарда звезд, положение которых нам точно известно. И мы не останавливаемся. По моим представлениям (они несколько отличаются от прикидок других ученых) примерно у 1 % звезд в нашей галактике есть скалистые планеты среднего размера в «обитаемой зоне». Это от двух до четырех миллиардов планет – по одной на каждую земную семью.
Конечно, нужно упомянуть, что в нашем ролике мы превысили скорость света, потому что проделали путь до края вселенной и обратно всего за три с половиной минуты. Еще стоит отметить прекрасную музыку, что звучит в нашем фильме. Брайан Мэй, присутствующий тут, скажет вам, что как бы ни была хороша картинка, правильная мелодия куда более эффективно провоцирует эмоции. Поэтому в нашем ролике музыка куда лучше, чем в фильме «Контакт». Забавно, вроде бы профессионалы должны были понимать лучше нас, как важен звук.
Так вот, когда вы видите карту, созданную моей командой, вы видите не просто карту вселенной, но карту времени и пространства, следующую по специальной штуке, которая называется «световой конус» (но на самом деле это световая сфера).
Как мы это сделали? Немалую часть своей жизни я потратил на составление карты той, самой далекой излучающей поверхности. Мне невероятно повезло, потому что на моем веку произошло научное событие, позволившее делать то, что я делаю, гораздо эффективнее. Все началось со спутника COBE, тогда мы впервые зарегистрировали флуктуации. Затем появился аппарат WMAP, а в мае 2009 года мы запустили спутник Planck.
Некоторые люди здесь, на Тенерифе, и в других частях Испании вовлечены в этот проект. И мы делаем карты, которые все лучше и лучше показывают эти не только крошки галактик и их скоплений, но и другие космические объекты. Эти карты также дают нам много информации о том, из чего сделана вселенная, какова ее структура. Чуть позже я кое-что объясню о том, как были созданы пространство и время. Вы увидите это своими глазами.
Приближается 50-я годовщина открытия фонового реликтового излучения. Почти 50 лет назад Пензиас и Вилсон случайно обнаружили избыточную шумовую температуру. Если бы тогда у них была возможность просканировать весь небосвод, у них получилась бы карта, похожая на ту, что вы видите. По большом счету вы видите только нашу Галактику (горизонтальная линия посередине), а остальное – однородное диффузное свечение самой вселенной. Дело в том, что длина волны реликтового излучения увеличивалась по мере расширения вселенной, поэтому наш Млечный Путь получился таким ярким на этой картинке.
Рис. 1. 50 лет эволюции наших представлений о вселенной – от времени обнаружения реликтового излучения до получения данных с аппарата WMAP
И вот, у нас появилась обсерватория COBE, ее разрешение и чувствительность оказались в 10 000 раз выше, чем у предшествовавших приборов. Мы увидели Галактику, рассекающую полученное изображение надвое. Увидели большие структуры – скопление теплых областей и горячих областей – эти структуры, как нам удалось доказать, появились, когда вселенная была еще очень молода. Если провести аналогию с человеческой жизнью, то это были бы фотографии, сделанные 12 часов спустя после зачатия.
Затем мы построили аппарат WMAP с куда более высоким угловым разрешением – и стали дальше наблюдать за этими устойчивыми горячими и холодными областями. Но теперь мы видим их куда лучше, это позволяет нам определить, сколько там вещества (из которого состоим и мы с вами). Вскоре мы опубликуем карту еще лучшего качества, сделанную спутником Planck. Так что у нас есть все более и более точная картина эдакого «эмбриона вселенной» – при том, что получаем мы ее из самой далекой (и, соответственно, самой большой) сферы пространства-времени.
Итак, в 1992 году у нас была очень грубая и примерная карта, в 2003-м – карта получше, и вскоре у нас будет карта Planck. У нас есть также два больших наземных телескопа: Атакамский космологический телескоп высоко в Андах и еще один на Южном полюсе; они тоже составляют изображения микроволнового излучения с очень высоким разрешением.
Зачем мы все это делаем? Потому что это дает нам очень много очень детальной информации. Мы можем понять, что происходило во вселенной в невероятно древние времена, и сейчас мы понимаем и видим это так хорошо, что можем различать не только последствия событий, но и последствия последствий. Это позволяет нам распределить явления в хронологическом порядке: посмотреть, как одно приводит к другому, подтвердить или опровергнуть наши предположения.
Итак, у нас есть некая история. Вместо концентрических сфер, о которых мы говорили раньше, теперь представьте объем, похожий на корзину для бумаг (см. с. 3 вклейки). Дело в том, что если я хочу наглядно показать вам время, то придется пожертвовать одним из измерений пространства, поэтому вы видите двухмерное изображение. «Сфера настоящего» обозначена окружностью справа, и если отправиться назад во времени (налево), то, как мы считаем, в конце концов мы окажемся там, где все пространство было сжато в точку размером меньше атома – тут очень важна была квантовая механика, связанная с очень маленькими величинами. Квантово-механические флуктуации потом становятся галактиками, скоплениями галактик и всем остальным. Это невероятно захватывающе – вначале у нас вот эта крошечная область, которая затем превращается в прекрасную галактику.
Далее мы движемся слева направо через эпоху, когда вселенная стала прозрачной для излучения, которое дошло и до нас – именно его мы так четко зафиксировали. Потом наступают космологические Темные века, в которых нет ярких источников света. И, наконец, наступает нынешняя эра, формируются звезды и галактики, а через какое-то время и наша Солнечная система.
Но мы наблюдаем и довольно странные вещи. Мы думаем, что вселенная быстро расширялась на ранних стадиях, затем все замедлилось в эпоху активного формирования вещества, а примерно пять миллионов лет назад темп расширения снова стал расти.
Поэтому мы и тратим столько сил, времени и огромные суммы денег на изучение реликтового излучения. Три спутника за 30 лет – это баснословные средства. Зато у нас есть карта молодой вселенной. Только примерно через 380 тысяч лет после своего рождения вселенная стала прозрачной, и кажется, что это очень-очень долгий срок. Но не будем забывать, что возраст вселенной составляет около 14 миллиардов лет.
Чем еще мы занимались в последнее время? Мы запустили проекты по составлению карты галактик. Первым нашим детищем стал проект Слоановского цифрового обзора (Sloan Digital Sky Survey) – исследование звезд и галактик с помощью широкоугольного телескопа в обсерватории Апачи-Пойнт (штат Нью-Мексико). На рисунке 2 вы видите карту миллиона галактик в форме эдакого веера или мельницы. Дело в том, что наша собственная галактика блокирует часть излучения. Но, к счастью, Земля вертится, поэтому можно сделать фотографию, затем планета поворачивается, и можно сделать еще одну фотографию, и тут уже можно наносить галактики на карту, вычисляя их положения. И нам нужно вычислить расстояние до определенной галактики, а затем его же в другой плоскости, и так получается очередной «веер».
Рис. 2. Слоановский цифровой обзор.
В Интернете можно легко найти вращающуюся версию таких изображений, и это просто удивительная картина, потому что каждая точка на фотографии – это галактика. Кажется, что галактики расположены случайно, но это не так – на карте можно заметить очень сложный паттерн, который постоянно всех озадачивает. Эту структуру назвали «Великой стеной Слоуна», и она выглядит как длинная цепь галактик, составляющая, может быть, около миллиона галактик. Этот комплекс сверхскоплений галактик простирается более чем на миллиард световых лет – действительно Великая стена.
Перед нами встает следующий вопрос – кто и как построил эту Великую стену? Ответ таков: мы считаем, что вселенная была запрограммирована на это с самого начала.
На рисунке 3 представлен вид на эти галактики, снятый конкурирующим европейским проектом «Исследование красного смещения в двухградусном поле» (Two-degree Field (2dF) Galaxy Redshift Survey). Здесь показано около миллиона галактик, и вы можете заметить нетипичные цвета и формы, потому что мы составляем каталог галактик, в котором есть фотографии, спектральный тип и подобные характеристики каждой галактики.
Рис. 3. Продукт проекта «Исследование красного смещения в двухградусном поле».
Все это немного хаотично, потому что делается в рамках добровольного научного проекта Galaxy Zoo: любой человек может загрузить себе на компьютер изображение галактики, проанализировать его и написать доступный всем участникам комментарий. Кстати, создатели «Галактического зоопарка» провели любопытное исследование, которое призвано было ответить на вопрос – вращаются чаще галактики слева направо или справа налево, а также выявить ошибки «человеческого фактора». Оказалось, что люди гораздо чаще классифицируют галактики как вращающиеся по часовой стрелке, но только потому, что так устроен человеческий мозг. Даже если показать человеку нормальное изображение, а затем отзеркаленное, он все равно скажет, что «обе» галактики вращаются слева направо.