Стаття "Астрономія — передовий рубіж природознавства" опублікована у першому числі журнала
"Фізика та астрономія в школі" за 2009 р.
АСТРОНОМІЯ — ПЕРЕДОВИЙ РУБІЖ ПРИРОДОЗНАВСТВА
Назва нашої статті збігається з фразою, якою закінчується опис астрономічної компоненти освітньої галузі в Державному стандарті базової і повної середньої освіти (зазначений документ затверджено постановою Кабінету Міністрів України від 14 січня 2004 р. № 24 — Авт.). Ця обставина, а також те, що статтю вміщує видання з питань астрономічної освіти, спонукає нас розповісти не лише про досягнення й перспективи астрономічної науки, але й зупинитись на питаннях астрономічної освіти в Україні.
1. Астрономічна наука: здобутки й перспективи
Ми не будемо розповідати про досягнення астрономії від часів Птолемея і навіть залишаємо за рамками нашої уваги майже все ХХ ст. Сподіваємося, що читач знайомий з основними історичними віхами на шляху розвитку астрономії. Окинемо поглядом, і то відносно побіжно, лишень десять останніх років розвитку нашої науки, впродовж яких в астрономії зроблено багато відкриттів. Ми ж тут виділимо й розкажемо лише про три з них.
Наш Всесвіт розширюється з прискоренням
Перше з відкриттів — прискорене розширення Всесвіту, як і розширення Всесвіту загалом, очевидно, є одним з найграндіозніших відкриттів за всю історію астрономії.
Згадаймо, що ідею про розширення Всесвіту першим висловив О. Фрідман. До такої думки його спонукали результати розв'язку рівнянь загальної теорії відносності А. Ейнштейна, які Фрідман виконав у 1922 році. Теоретичні міркування російського вченого-математика були підтверджені в кінці 20-х років минулого століття спостереженнями американського астронома Е. Габбла.
Відтоді в космології існувало три сценарії ймовірного розвитку нашого Всесвіту: нескінченне розширення; розширення з подальшим переходом до етапу стиснення аж до надщільного, дуже гарячого точкового стану; розширення — стискання — Великий Вибух — розширення. Параметром, що визначав те, який же сценарій реалізується насправді, було значення середньої густини речовини у Всесвіті. Встановити точне значення цього параметра зі спостережень було практично неможливо, адже з'ясувалось, що у Всесвіті існує невидима речовина. Проте відповідь прийшла з іншого боку.
У 1998 році дві, незалежно одна від одної, групи дослідників встановили, що дуже далекі Наднові першого типу мають світності менші, ніж це мало б бути, якби Всесвіт заповнювала матерія, що створює силу тяжіння згідно з відомим законом Ньютона. Фактично це означає, що зазначені зорі перебувають від нас на більших відстанях, ніж мало б бути у разі розширення Всесвіту під дією звичайної сили гравітації. Висновок, який послідував за цим відкриттям, був приголомшливим — спостереження (зверніть увагу — не теоретичні міркування, а спостереження) свідчать про існування космологічного прискорення. Інакше: Всесвіт не просто розширюється, а розширюється все швидше і швидше.
Оскільки в нашому світі ніщо не відбувається без причини, то виникає небезпідставне запитання: що ж є причиною прискореного розширення Всесвіту. Ось тут і з'явилось припущення про те, що у Всесвіті є не лише звичайна і темна (невидима) речовина, але у ньому також присутня невідома складова, яка й сприяє, ба, навіть забезпечує, прискорене розширення. Вона отримала назву "темна енергія". Ця, до сьогодні значною мірою таємнича, енергія заповнює, імовірно, рівномірно Всесвіт і має одну цікаву властивість, яку називають "від'ємним тиском". Слово "від'ємний" розуміють як відмінність тиску темної енергії від звичного нам тиску: темна енергія діє як антигравітація, вона розштовхує галактики у Всесвіті, завдяки її дії простір неначе розбухає, а все це ми спостерігаємо як розширення нашого Всесвіту.
-
Оскільки в нашому світі ніщо не відбувається без причини, то виникає небезпідставне запитання: що ж є причиною прискореного розширення Всесвіту. Ось тут і з'явилось припущення про те, що у Всесвіті є не лише звичайна і темна (невидима) речовина, але у ньому також присутня невідома складова, яка й сприяє, ба, навіть забезпечує, прискорене розширення.
Нове підтвердження гіпотеза темної енергії отримала після аналізу результатів роботи космічного апарата WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe). Супутник WMAP було запущено у 2001 р. для вивчення анізотропії (неоднорідності) реліктового випромінювання. Зазначимо, що анізотропію цього випромінювання відкрили у 1992 р. на підставі космічних спостережень спеціалізованого супутника COBE (COsmic Background Explorer), який було запущено на орбіту в 1989 р. Наприкінці квітня 1992 р. науковий керівник проекту Дж. Смут оголосив про відкриття анізотропії реліктового випромінювання (американським астрофізикам Джоржду Ф. Смуту і Джону С. Мейзеру за відкриття анізотропії мікрохвильового фонового випромінювання присуджено Нобелівську премію з фізики 2006 року). WMAP було оснащено двома півтораметровими телескопами, а також приладами, чутливість яких у 20 разів вища, ніж чутливість апаратури COBE.
Група вчених, яка працює з WMAP, уклала так звану карту Всесвіту, або, як її ще часто називають, карту Вілкінсона (на честь астрофізика, одного з ініціаторів проекту). Багато хто з космологів вважає цю карту видатним досягненням сучасної космології, адже вона відповіла на цілу низку життєво важливих питань, що стосуються будови й еволюції спостережуваної нами частини Всесвіту. Зокрема, підтверджено існування темної енергії. Ба більше, з'ясовано, що ця енергія становить 70 відсотків від усієї маси Всесвіту. Ще 4% маси Всесвіту становить видима речовина, а 26% — невидима (темна) речовина. Щодо інших результатів, то вони не менш цікаві. Встановлено, що Всесвіт має вік у 13,7 мільярдів років і плоску геометрію. І, нарешті, підтверджено, що наш Всесвіт народився внаслідок Великого Вибуху, а на самому початку свого існування зазнав неймовірно швидкого розширення (пережив інфляцію).
Заради справедливості зауважимо, що існує й інший підхід щодо пояснення причини прискореного розширення Всесвіту. Суть цієї ідеї в наступному: в результаті інфляційного розширення після Великого Вибуху утворився велетенський мегавсесвіт, у якому наш Всесвіт (усе доступне для наших спостережень) є дуже малою складовою частиною, що рухається з певною швидкістю. Саме цей відносний рух ми й можемо спостерігати як ефект прискореного розширення нашого Всесвіту.
Зазначимо важливу деталь: таке пояснення спостережних даних не потребує гіпотези про темну енергію. "Ми не вводимо жодних нових сутностей у Всесвіт і пропонуємо пояснення (прискореного розширенння — авт.) в рамках одного з варіантів стандартної теорії Великого Вибуху, а саме інфляційної моделі Всесвіту, запропонованої ще в 1981 р." — говорить один із авторів цієї ідеї.
