Що ж іще можна зрозуміти, знаючи про існування тяжіння? Усім відомо, що Земля кругла. А чому? Ну, це зрозуміло: звісно, завдяки тяжінню. Земля кругла просто тому, що між усіма тілами існує тяжіння, і все, з чого виникла Земля, теж взаємно притягувалося доти, доки було куди притягуватися! Точніше кажучи, Земля не зовсім куля; вона ж обертається, і відцентрова сила на екваторі протидіє тяжінню. Виходить, що Земля має бути еліпсоїдом, і можна навіть отримати правильну його форму. Отже, із закону тяжіння випливає, що і Сонце, і Місяць, і Земля мають бути (приблизно) кулями.
Що ж іще випливає із закону тяжіння? Спостерігаючи за супутниками Юпітера, можна зрозуміти всі закони їхнього руху навколо планети. У зв'язку з цим варто розповісти про одну заминку, яка вийшла в закону тяжіння із супутниками Юпітера. Ці супутники дуже докладно вивчалися Рьомером, і ось він помітив, що часом вони порушують розклад: то запізнюються, то приходять у призначене місце раніше часу (розклад можна скласти, поспостерігавши за ними досить довго й підрахувавши за багатьма обертами середній період обертання). Більше того, він помітив, що запізнення трапляються, коли Юпітер віддалений від Землі, а коли ми до Юпітера близько, то рух супутників випереджає розклад. Таку річ дуже важко було вкласти в закон тяжіння, і йому загрожувала б передчасна загибель, якби не знайшлося інше пояснення. Адже якщо закону суперечить хоча б один випадок, то закон неправильний. Але причина розбіжності виявилася дуже природною і красивою: річ просто в тому, що потрібен якийсь час, щоб побачити супутник у потрібному місці, адже світло від нього до нас доходить не миттєво. Цей час невеликий, коли Юпітер перебуває близько до Землі, але він затягується, коли Юпітер віддаляється від неї. Ось чому здається, що супутники в середньому поспішають або відстають залежно від того, близько чи далеко вони перебувають від Землі. Це явище довело, що світло поширюється не миттєво, і забезпечило нас першою оцінкою його швидкості (це було в 1676 р.).
Якщо всі планети притягуються одна до одної, то сила, яка керує, скажімо, обертанням Юпітера навколо Сонця, — це не зовсім сила тяжіння до Сонця; адже є ще й тяжіння, наприклад, Сатурна. Воно невелике (Сонце набагато більше за Сатурн), але воно є, і тому орбіта Юпітера не може бути точним еліпсом; вона трохи коливається відносно еліптичної траєкторії, так що рух дещо ускладнюється. Було зроблено спроби проаналізувати рух Юпітера, Сатурна й Урана на основі закону тяжіння. Щоб дізнатися, чи вдасться дрібні відхилення й неправильності в русі планет повністю пояснити тільки на основі одного цього закону, розрахували вплив кожної з них на решту. Для Юпітера й Сатурна все зійшлося як слід, але Уран — що за диво! — повівся дуже дивно. Він рухався не точним еліпсом, чого, утім, і слід було очікувати через вплив тяжіння Юпітера й Сатурна. Але навіть з урахуванням їхнього тяжіння рух Урана все одно був неправильним; таким чином, закони тяжіння опинилися під загрозою (цю можливість не можна було виключити). Двоє вчених, Адамс і Леверьє в Англії та Франції, незалежно один від одного задумалися про іншу можливість: чи немає там ще однієї планети, тьмяної й невидимої, ще не відкритої. Ця планета, назвімо її N, могла притягувати Уран. Вони розрахували, де ця планета має перебувати, щоб
спричинити спостережувані збурення шляху Урана. У відповідні обсерваторії вони розіслали листи, в яких говорилося: «Панове, спрямуйте свої телескопи в таке-то місце — і ви побачите там нову планету». Чи звернуть на вас увагу, чи ні, часто залежить від того, з ким ви працюєте. На Леверьє звернули увагу, послухалися його й виявили планету N! Тоді й інша обсерваторія поспішила почати спостереження — і справа увінчалася успіхом.
Це відкриття показує, що в Сонячній системі закони Ньютона абсолютно правильні. Але чи правильні вони на відстанях, більших, ніж відносно малі відстані до планет? По-перше, можна поставити запитання: чи притягуються зорі одна до одної так само, як планети? Позитивні докази цього ми знаходимо в подвійних зорях. На фіг. 7.6 показано подвійну зорю — дві близькі зорі (третя зоря потрібна, щоб переконатися, що фотографія не перевернута); друга фотографія зроблена через кілька років. Порівнюючи з «фіксованою» зорею, ми бачимо, що вісь пари повернулася, тобто зорі ходять одна навколо одної.
Чи обертаються вони згідно із законами Ньютона? Ретельні виміри відносної позиції подвійної зорі Сіріус дано на фіг. 7.7. Виходить чудовий еліпс (вимірювання почато в 1862 р. і доведено до 1904 р.; відтоді було зроблено ще один оберт). Усе сходиться із законами Ньютона, крім того, що Сіріус А виявляється не у фокусі. У чому ж річ? А в тому, що площина еліпса не збігається з «площиною неба». Ми бачимо Сіріус не під прямим кутом до площини його орбіти, а якщо на еліпс подивитися збоку, то він не перестане бути еліпсом, але фокус може зміститися. Тож і подвійні зорі можна аналізувати відповідно до вимог закону тяжіння.
спричинити спостережувані збурення шляху Урана. У відповідні обсерваторії вони розіслали листи, в яких говорилося: «Панове, спрямуйте свої телескопи в таке-то місце — і ви побачите там нову планету». Чи звернуть на вас увагу, чи ні, часто залежить від того, з ким ви працюєте. На Леверьє звернули увагу, послухалися його й виявили планету N! Тоді й інша обсерваторія поспішила почати спостереження — і справа увінчалася успіхом.
Це відкриття показує, що в Сонячній системі закони Ньютона абсолютно правильні. Але чи правильні вони на відстанях, більших, ніж відносно малі відстані до планет? По-перше, можна поставити запитання: чи притягуються зорі одна до одної так само, як планети? Позитивні докази цього ми знаходимо в подвійних зорях. На фіг. 7.6 показано подвійну зорю — дві близькі зорі (третя зоря потрібна, щоб переконатися, що фотографія не перевернута); друга фотографія зроблена через кілька років. Порівнюючи з «фіксованою» зорею, ми бачимо, що вісь пари повернулася, тобто зорі ходять одна навколо одної.
Чи обертаються вони згідно із законами Ньютона? Ретельні виміри відносної позиції подвійної зорі Сіріус дано на фіг. 7.7. Виходить чудовий еліпс (вимірювання почато в 1862 р. і доведено до 1904 р.; відтоді було зроблено ще один оберт). Усе сходиться із законами Ньютона, крім того, що Сіріус А виявляється не у фокусі. У чому ж річ? А в тому, що площина еліпса не збігається з «площиною неба». Ми бачимо Сіріус не під прямим кутом до площини його орбіти, а якщо на еліпс подивитися збоку, то він не перестане бути еліпсом, але фокус може зміститися. Тож і подвійні зорі можна аналізувати відповідно до вимог закону тяжіння.
Зображення
Справедливість закону тяжіння на великих відстанях видно з фіг. 7.8. Треба бути позбавленим уяви, щоб не побачити тут роботи тяжіння. Тут показано одне з найкрасивіших небесних видовищ — кулясте зоряне скупчення. Кожна точка — це зоря. Нам здається, ніби біля центра вони набиті впритул; відбувається це через слабку чутливість телескопа; насправді проміжки між зорями навіть у середині дуже великі, а зіткнення вкрай рідкісні. Найбільше зір у центрі, а в міру віддалення до краю їх усе менше і менше. Ясно, що між зорями діє тяжіння, тобто що тяжіння існує й на таких гігантських відстанях (порядку 100 000 діаметрів Сонячної системи).
Але вирушмо далі й розгляньмо всю галактику (фіг. 7.9). Форма її явно вказує на прагнення її речовини стягтися. Звісно, довести, що тут діє закон обернених квадратів, не можна; видно тільки, що й на такій відстані є сили, які утримують усю галактику від розвалу. Ви можете сказати: «Гаразд, усе це розумно, але чому ж ця штука, галактика, вже не схожа на кулю?» Та тому, що вона обертається, що в неї є момент кількості руху (запас обертання); якщо вона стиснеться, їй нікуди буде його подіти; їй залишається тільки сплюснутися. (До речі, ось вам гарна задача: як утворюються рукави галактики? Чим визначається її форма? Детальної відповіді на ці запитання ще немає.) Ясно, що обриси галактики визначаються тяжінням, хоча складнощі її структури поки що неможливо повністю пояснити. Розміри галактик — близько 50 000—100 000 світлових років (Земля перебуває на відстані 81/3 світлових хвилин від Сонця).
Але тяжіння проявляється і на великих відстанях. На фіг. 7.10 показано якісь скупчення дрібних плям. Це хмара галактик, подібна до зоряного скупчення. Отже, і галактики притягуються між собою на таких відстанях, інакше вони не зібралися б у «хмару». Мабуть, і на відстанях у десятки мільйонів світлових років проявляється тяжіння; наскільки нині відомо, усюди все ще діє закон обернених квадратів.
Закон тяжіння веде не тільки до розуміння природи туманностей, а й до деяких ідей про походження зір. У великій хмарі пилу й газу, подібній до зображеної на фіг. 7.11, тяжіння частинок пилу збере їх у грудки. На фігурі видно «маленькі» чорні цяточки—можливо, початок скупчення газу й пилу, з яких завдяки їхньому тяжінню починає виникати зоря.
Чи доводилося нам колись бачити народження зорі — питання спірне. На фіг. 7.12 дано деякі свідчення того, що доводилося. Зліва показано світний газ, а всередині нього — кілька зір. Це знімок 1947 р. Знімок справа зроблено через 7 років; тепер видно вже дві нові яскраві плями. Чи не скупчився тут газ, чи не змусило його тяжіння зібратися в кулю, достатньо велику, щоб у ній почалася зоряна ядерна реакція, перетворюючи її на зорю? Може, так, а може, й ні. Малоймовірно, що нам пощастило побачити, як усього за сім років зоря стала видимою, але ще менш імовірно побачити народження одразу двох зір.