Беседа с молодыми астрономами

Сегодня я хотел бы чем-нибудь хорошим обрадовать вас, изложить какую-нибудь интересную работу, которую я сделал в последнее время. Этим самым я отблагодарил бы вас за ту честь, которую вы мне оказали, посвятив моему 70-летию очень интересную конференцию. Но последняя моя работа, в которой получены, с моей точки зрения, интересные результаты, уже напечатана в «Астрофизике», а я не очень люблю повторяться.

Во всяком случае, разрешите сейчас поблагодарить всех участников конференции, всех тех, кто читал доклады и тех, кто внимательно слушал. А я сделаю так. Вы знаете, что к семидесяти годам человек уже успевает приобрести некоторый опыт. Этим своим опытом я хочу поделиться с вами, рассказать о тех направлениях, с которыми была связана моя научная работа.

Зачем это нужно? Дело в том, что мы печатаем результаты своих наблюдений, теоретические работы и выводы из них в виде отдельных статей. А общая направленность научной деятельности исследователя, отношение каждой из работ к общему направлению развития науки всегда остаются неосвещенными.

Когда однажды я приветствовал профессора Оорта по случаю его 70-летия и сказал несколько хороших слов, он ответил: «Знаете, профессор Амбарцумян, в своей жизни я сделал больше ошибок, чем хороших работ». Я думаю, что если это применимо к Оорту, очень выдающемуся астроному, то тем более это относится ко мне. Мы, конечно, делаем много ошибок, особенно тогда, когда стремимся пойти по новым путям.

Но какие же они, эти новые пути и действительно ли в науке всегда можно найти их? Вот об этом и о том, по каким именно путям я стремился пойти вперед, я хотел бы рассказать вам.

Я не хочу делать это, перечисляя все свои работы или даже результаты этих работ. Это не так интересно, т. к. все это можно найти в литературе. Тем более, не хочется перечислять собственные ошибки, хотя иногда бывает интересно проанализировать, посмотреть, в чем дело, почему так получается. Это очень интересно и полезно, особенно для молодежи. Но в том, более общем свете, в котором я хочу описать направления, в которых работал, может быть, эти ошибки будут лучше видны.

С самого начала следует особо подчеркнуть, что в тех направлениях, с которыми связана моя жизнь, вся моя научная деятельность, ученые работали и раньше. Одни только начинали, другие многого добились. Мне, может быть, иногда удавалось достигнуть немножко большего. Я считаю также, что мне иногда удавалось довольно успешно начинать работать в новых направлениях. Но сказать, что так же успешно их разрабатывал и завершал, я не могу. А на самом деле, если внимательно исследовать историю науки, то почти всегда можно найти предшественников даже у тех, кто предлагает, казалось бы, совершенно свежие идеи.

И прежде чем начать перечисление тех трех областей, тех трех идей, которые довлели надо мной в течение всей моей жизни, я хочу дать еще несколько объяснений, чтобы стало понятно, почему именно так сложилось.

Надо начать с того, что я окончил математический факультет Ленинградского университета, так как в ЛГУ астрономов готовят на этом факультете. Поэтому мое образование имеет математический характер. С другой стороны, многие астрофизики заканчивали и заканчивают физические факультеты, и образование у них физическое. Физики выгодно отличаются тем, что у них больше физической интуиции. К астрономическим вопросам они могут подходить с таким могучим оружием, каким является научная физическая интуиция. Интуиция позволяет уже с первого взгляда видеть глубже, подсказывает, как можно действовать в данной области. Но и математическое образование имеет свое преимущество, т. к. хорошо развивает формально-логическое мышление. Поэтому до сих пор неясно, какой из этих двух типов образования лучше для астрофизика. Наверное, хорошо, что у нас существует и то, и другое.

Что же касается меня, то я не только учился по астрономической специальности, но и сдал все экзамены по математическим дисциплинам. Следовательно, у меня имеются как преимущества, так и недостатки астрофизика, имеющего математическое образование. Может быть, это признание поможет вам понять, почему я пошел именно по тем путям, о которых я буду говорить далее.

Люди моего возраста вступили в науку в конце 20-х годов. В то время происходило первоначальное развитие теоретической астрофизики, и многие исследователи работали над ее проблемами. Среди множества различных работ выделялись задачи о переносе излучения в звездных атмосферах, задачи о рассеянии света и т. д. Задачи рассеяния света и лучистого равновесия довлели над теоретиками. Ими первым стал усиленно заниматься Шварцшильд, а затем Эддингтон и Милн.

В то время я тоже занимался этими задачами и опубликовал несколько работ, касающихся проблемы лучистого равновесия в планетарных туманностях, а также задач рассеяния света в этих туманностях, рассеяния света в атмосферах планет и даже рассеяния света в море, в океане.

В 1941 году во время войны я эвакуировался из Ленинграда в город Елабугу, где начал работать филиал ЛГУ. Тогда меня очень занимала задача переноса лучистой энергии и рассеяния света в мутной среде, которая имела большое практическое значение. Я расскажу об одной из таких задач, которая была решена мною новым способом, названным в дальнейшем принципом инвариантности.

Пусть имеется полубесконечная среда, ограниченная с одной стороны плоскостью. На эту плоскость падает излучение извне в виде параллельного пучка. Каждый элемент среды с определенной вероятностью может поглощать и рассеивать кванты. Каждый квант, падающий на границу рассматриваемой среды, проникает до некоторой глубины и поглощается некоторым атомом. После этого возбужденный атом может снова испускать поглощенный квант, возвращая его в поле излучения, или может отдать свою энергию среде. Во втором случае имеет место так называемое истинное поглощение, и рассматриваемый квант выбывает из поля излучения, отдавая свою энергию на нагревание среды. А в первом случае рассеянный квант может снова поглощаться уже другим атомом…

Таким образом, один и тот же квант может быть поглощен каким-нибудь атомом, затем с какой-то вероятностью λ снова испущен, но уже в другом направлении, потом снова, и так в третий раз, в четвертый… Здесь мы наблюдаем процесс, который известен, как многократное рассеяние излучения в среде. Представляет большой интерес рассмотреть, какое количество излучения отразится от полубесконечной среды, когда падающее на нее излучение испытывает в ней многократное рассеяние.

Такая задача, возникающая на почве рассмотрения различных астрофизических проблем, была сформулирована давно. И математически она описывается с помощью интегрального уравнения, в котором фигурирует оптическая глубина t. Это уравнение обладает таким замечательным свойством, что при замене в нем t на t + a оно по существу не изменяется.

Физически это означает следующее очевидное утверждение. Если мы имеем среду, простирающуюся в одну сторону до бесконечности, то прибавление слоя с конечной толщиной a с такими же физическими свойствами не вносит никакого изменения в среду. Действительно, ведь и в этом случае среда останется бесконечной и свойства ее, как целого, останутся неизменными. Тогда, приравнивая нулю всю сумму изменений интенсивности отраженного излучения, которые возникают в результате добавления слоя a, в том числе и ослабление излучения в этом слое, мы приходим к некоторому функциональному уравнению. Это уравнение легко решается численно, а решение его есть некоторая фундаментальная функция, с помощью которой выражается интенсивность отраженного излучения. Так применяется принцип инвариантности.
В дальнейшем очень многие исследователи работали в области разработки принципа инвариантности для различных задач. Множество интересных работ было сделано Соболевым, Чандрасекаром, Беллманом. Вслед за ними пошли их ученики. Теоретическая группа нашей обсерватории также много занимается проблемами переноса излучения и успешно применяет этот принцип.

В несколько иной формулировке, которая, собственно говоря, была еще в наших работах, но потом особенно четко прозвучала в работах Беллмана и его учеников, этот принцип называется принципом инвариантного вложения. И он оказался применимым не только к астрофизическим задачам, но и ко многим областям математической физики.

Хочу заметить, что некоторые исследователи, излагая впоследствии мои работы, говорили о принципах инвариантности. Но существует лишь один принцип, который по-разному применяется в различных случаях. Разработка принципа инвариантности, как метода исследования и дальнейшее применение его — одна из работ, в которую я был влюблен в течение всей моей жизни и влюблен до сих пор.

Как я уже сказал, оказалось, что этот принцип можно применять, и он успешно применяется не только в теории переноса излучения, но и во многих других областях. Одно такое применение мне удалось найти первому. Оно связано с анализом флуктуаций поверхностной яркости Млечного Пути. Задача заключается в том, чтобы определить распределение интенсивности поверхностной яркости на поверхности Млечного Пути. Предположим, что флуктуации возникают только из-за случайного распределения поглощающих облаков в Галактике. При таком распределении поглощающей материи мы в разных направлениях будем наблюдать различную интенсивность, даже если количество звезд очень большое.

Тогда, предполагая однородность (в макроскопическом смысле) слоя звезд и облаков, можно сформулировать принцип инвариантности следующим образом: распределение интенсивности не изменится, если наблюдатель передвинется вдоль луча наблюдения в том или ином направлении на конечный отрезок. Этот принцип справедлив здесь только потому, что луч проходит весь свой бесконечный путь в однородной среде. Строго говоря, существование границы Галактики на конечном расстоянии от наблюдателя нарушает это условие однородности. Но, из-за наличия поглощения на больших расстояниях от наблюдателя, даже значительные отклонения от однородности сказываются уже сравнительно мало.

Оба случая, рассмотренные нами, касаются полубесконечных слоев, которыми, с астрофизической точки зрения, не всегда можно аппроксимировать реальную среду. Но применения принципа инвариантности или инвариантного вложения не ограничиваются такими задачами. Те же соображения можно применить и по отношению к слою конечной оптической толщины τ0. В этом случае нужно поступить следующим образом: прибавлять с одной стороны плоско-параллельной среды слой толщиной а, с другой стороны надо убавлять такой же слой. Очевидно, что после такой манипуляции ничего не изменится, и новый слой будет иметь те же свойства, что и прежний. Единственное отличие от полубесконечной среды выражается в математическом описании задачи. Если в случае полубесконечной среды мы имеем только отраженное излучение, то здесь, из-за конечной толщины слоя, существует и пропущенное излучение, которое уменьшается с увеличением толщины слоя. Естественно, что в этом случае получаются функциональные уравнения для двух функций: одно из них описывает интенсивность диффузно-отраженного излучения, другое — интенсивность диффузно-пропущенного излучения. Если τ0→∞, то остается лишь одно уравнение, описывающее отражение излучения от полубесконечной среды.

Теперь совершенно ясно, что метод инвариантности или инвариантного вложения представляет собой некоторое начало, которое можно применять очень широко. Для понимания этого можно рассмотреть более общую задачу, в которой участвуют еще и некоторые параметры. Если в рассмотренных нами случаях менялась лишь оптическая глубина τ, то в другой задаче может меняться и вероятность выживания кванта λ , а, скажем, в нестационарной задаче будет меняться время. Кроме переменных в каждую задачу, конечно, могут входить и постоянные для данной задачи параметры.

Но, с другой стороны, любую заданную задачу можно рассматривать как частный случай какого-нибудь общего класса задач, где фигурируют новые параметры. В рассмотренных нами задачах такой параметр — оптическая толщина — напрашивается сам. Но ведь можно ввести и другие параметры. Можно, например, менять λ , все рассматривать как функцию от λ, можно менять структуру и построение слоев, от однородной задачи перейти к неоднородным задачам.

При рассмотрении задачи в такой общей постановке результаты наших исследований нам представляются уже как частный случай. Но по-настоящему в таком, более широком смысле принцип инвариантного вложения до сих пор не применялся на практике. Таким образом, могу сказать, что мною была упущена большая возможность развития очень интересного и широкого метода математической физики. я упустил эту возможность и свои работы посвятил только одной узкой области. По моему глубокому убеждению, обобщение этого принципа на многие задачи математической физики будет еще сделано.

Что же можно сказать об особенностях первой области, которой я увлекался? Принцип инвариантности имеет хорошо выраженный математический характер и является формальной моделью для целого класса задач. Эта модель придумана не нарочно, а для того, чтобы установить некоторые закономерности, возникающие в результате многократного рассеяния излучения. Науке нужны такие модели, носящие преимущественно математический характер, но в основе своей связанные с определенными физическими задачами. И хорошо, что молодежь умеет ими заниматься.

Следующая область, которой я увлекался, в некотором смысле является диаметрально противоположной первой. В современной астрофизике царит необычайное увлечение моделями. Электронно-вычислительные машины интенсивно работают для того, чтобы вычислять разные модели строения звезд для наших астрономов.

Однако почти все новые явления, которые мы наблюдаем, оказываются неожиданными для теоретиков, занимающихся внутренним строением звезд. Они удивляются новым наблюдательным данным, вместо того, чтобы самим предсказывать какие-нибудь новые явления.

Конечно, в этом нельзя слишком винить теоретиков. Проблема здесь довольно сложная, так как в этой области мы далеко еще не все понимаем, неясно представляем физические процессы, происходящие в недрах звезд. Поэтому, несмотря на то, что в теории внутреннего строения звезд существует множество очень хорошо и подробно разработанных моделей, такой подход, видимо, здесь недостаточен. К примеру то, что звезды на пути своего развития должны пройти через стадию вспышечной активности, ни одна из этих моделей не смогла предугадать.

Вывод о том, что звезды малых масс и светимости в начальной фазе своего развития являются вспыхивающими, я считаю одним из важнейших достижений в области физики звезд. Вспышечная активность — есть фундаментальное свойство молодых звезд. Но оказалось, что это явление невозможно предсказать на основе моделей внутреннего строения звезд.

Повторяю, если раньше мы говорили, что особенностью звезды является то, что она порождает электромагнитное излучение и испускает его в окружающее пространство, то теперь мы знаем, что в начале пути своего развития она обладает еще и вспышечной активностью. Если кто-то намеревается объяснить строение звезды, то наряду с объяснением электромагнитного излучения, которым обладает спокойная звезда, он должен дать объяснение также и вспышкам. К сожалению, существующие в настоящее время модели не в состоянии сделать это.

Очень долго выполняя работу, которая по существу была разработкой модели, сам я иногда разочаровывался в модельном подходе и по этой причине все время стремился к чему-то другому. Это стремление уже в самом начале моей научной работы приводило меня к постановке обратных задач. Обратные задачи — это вторая моя любовь, которая продолжает увлекать меня с необычайной интенсивностью, даже разгорается все больше.

Но если в принципе инвариантности я имел ощутительный успех, заключающийся в том, что мне удалось разработать методы решения некоторых задач, то здесь мой успех очень незначителен. Тем не менее, я считаю очень важным остановиться на нем. Ведь в жизни так тоже бывает: в одной области добиваешься успеха, тогда как другую любишь больше.

Когда я был молод, появилась квантовая механика, появились работы Шредингера, посвященные волновой механике. Он показал, что вопрос об уровнях энергии системы приводит к решению задачи о собственных значениях некоторых дифференциальных уравнений. А это, в свою очередь, означает, что спектр энергетических уровней может быть получен вычислением спектра собственных значений этих уравнений.

Линейчатость спектров удивляла всех задолго до того, как появилась квантовая механика. Каждому элементу соответствуют свои частоты, связанные, по теории Бора, с тем, что спектральные линии получаются путем перехода атомов между дискретными энергетическими уровнями. С другой стороны, из математики уже тогда было известно, что во многих случаях спектр собственных значений дифференциальных уравнений дискретен. То, что математический спектр собственных значений и наблюдаемый спектр частот излучения атомов очень похожи друг на друга, всем бросалось в глаза. А Шредингер показал, что на самом деле это одно и то же, что можно найти уравнения, у которых собственные значения дают спектр линий данного атома.

Очень давно одним из физиков мне был задан следующий вопрос: а нельзя ли с помощью наблюдаемого спектра частот излучения или поглощения написать то уравнение, собственные значения которого определяют эти частоты, то есть, однозначно вывести из совокупности наблюдаемых частот модель атома. Эту чрезвычайно сложную задачу никому еще не удалось решить в такой общей постановке. Но для того, чтобы что-то сделать, я рассмотрел более простую задачу такого же типа.

Допустим, имеется совокупность частот колебаний однородной струны. Что можно сказать о струне, основываясь на этой совокупности? Мне удалось доказать, что такой спектр может иметь только однородная струна. Другие же струны будут иметь совершенно другие совокупности частот. Эта работа была напечатана в 1929 году в журнале «Zeitschrift für Physik». Получалось так, что астроном напечатал статью на математическую тему в физическом журнале, и не удивительно, что никто не обратил на нее никакого внимания.

Так лежала работа моя в пыли библиотек 15 лет. Только в самом конце войны математики все-таки докопались до нее и посвятили ряд исследований обратным задачам этого типа. Как видите, здесь тоже я поставил общую задачу, но решил ее только для частного случая, начал довольно интересное дело, но потом, кроме этого маленького результата, ничего не имел. К счастью, потом многие стали заниматься этой проблемой, и она привела к довольно большим математическим исследованиям относительно обратных задач.

Во второй раз я встретился с обратной задачей, когда перечитывал одну из старых статей Эддингтона. Она была напечатана в русском переводе еще до революции в сборнике «Новые идеи в астрономии». Статья была посвящена проблемам построения функции распределения пространственных скоростей звезд. Я точно не помню формулировку Эддингтона, но логическая цепь его мысли была такова.

Пространственная скорость данной звезды определяется на основании двух ее составляющих — лучевой и тангенциальной скоростей. Лучевую скорость можно получить непосредственно из спектральных наблюдений, а для вывода тангенциальной скорости нужны собственное движение звезды и расстояние до нее. Так как все эти величины определяются разными методами, то они подвержены систематическим ошибкам совершенно различных типов. При детальном анализе видно, что при наличии ошибок список пространственных скоростей звезд, наблюдаемых в разных направлениях, представляет собой какую-то кашу. А проанализировать характер ошибок, входящих в каталог пространственных скоростей, оказывается чрезвычайно трудным. Нельзя ли вывести закон распределения пространственных скоростей на основании лишь лучевых скоростей, спрашивал Эддингтон.

Собственно говоря, что мы имеем в этом случае и что должны вычислить? Имеется распределение лучевых скоростей большого числа звезд, которые наблюдаются в разных направлениях. На основании этого легко можно построить функцию зависимости количества звезд в данном направлении от лучевых скоростей. Построенная таким образом функция будет зависеть от трех переменных, которыми будут галактическая долгота и широта, показывающие направление, а также величина лучевой скорости. Неизвестная функция тоже зависит от трех переменных, то есть значений трех составляющих пространственной скорости.
Как видите, после такой постановки задача кажется более реальной; на основании функции, зависящей от трех переменных, надо найти другую функцию трех переменных. Я решил эту задачу и в 1935 году, по просьбе Эддингтона, работу послал ему. В этом же году он напечатал ее в журнале «Monthly Notices».

Мне не хочется долго останавливаться на этом вопросе, но хочу заметить одну интересную вещь. Дело в том, что задачи такого рода возникают и в рентгеновской диагностике. Казалось бы, что общего может быть между рентгеновской диагностикой болезни, скажем, головного мозга, и построением распределения пространственных скоростей звезд?. Но ведь астрономия вообще очень похожа на диагностику: наблюдаешь что-то определенное, но должен вывести, понять другое. В изложенной только что задаче мы тоже имели дело с такой диагностикой; из лучевых скоростей надо было вывести распределение пространственных скоростей. Эта задача путем математических преобразований и упрощений приводится к уравнению Абеля, которое легко решается.

Еще один пример. Вы все знаете, что при исследовании шаровых скоплений возникает необходимость из наблюдаемого распределения в проекции вывести пространственное распределение звезд. И здесь тоже в конечном счете приходим к интегральному уравнению Абеля первого рода.

При освещении черепа человека рентгеновскими лучами получается возможность определения значений интегралов от коэффицента поглощения этих лучей вдоль различных прямых. От этих интегралов можно перейти к значениям самого коэффициента поглощения на основе решения уравнения Абеля. Теперь уже построены аппараты, которые данные об интенсивности рентгеновских лучей вводят сразу в ЭВМ, а запрограммированная машина дает реальную картину того, что находится, скажем, в мозгу или где-нибудь в другой части тела.

С обратными задачами мне пришлось иметь дело и тогда, когда мы стали изучать вспыхивающие звезды. Я двумя словами расскажу об одной из таких задач. Допустим, при наблюдении звездного скопления обнаружено некоторое количество вспыхивающих звезд. Пусть определенное число из этих звезд в течение периода t вспыхивают по одному разу, какое-то количество — по два раза. Оказывается, используя лишь эти данные и делая одно, правда, довольно грубое предположение, что средняя частота вспышек у всех звезд одинакова, можно оценить общее число вспыхивающих звезд в данном агрегате.

Пусть, n1 — число всех звезд данного скопления, которые вспыхивали по одному разу, а n2- число тех, которые вспыхивали по два раза за один и тот же период времени. Тогда, предполагая, что распределение вспышек во времени пуассоновское, можно показать, что число звезд, которые не показали вспышку, определяется следующей простой формулой: n0 = n12 /2n2 .

Если же предположение одинаковой частоты для всех звезд, которое является, по существу, единственным грубым элементом, не выполняется, то полученная нами формула позволяет вычислить нижний предел для указанного числа.

В моей работе на эту тему, которaя опубликована в этом году, уже учтено то, что частоты вспышек у разных звезд не одинаковы. И в этом случае задача тоже оказалась разрешимой. Здесь мы приходим к интегральному уравнению, где функция распределения средних частот вспышек, которую мы ищем, находится под знаком интеграла. А вне знака интеграла стоит функция распределения первых вспышек во времени. А что такое первая вспышка? Она фактически означает открытие звезды, как вспыхивающей. Другого способа обнаружить вспыхивающую звезду, кроме как пронаблюдать ее первую вспышку, не существует.

Для такой статистики, очевидно, надо ввести также собственное время, которое складывается из экспозиций всех наблюдений до данного момента.

Когда я получил уравнение, о котором сказал выше, я был поражен тем, что статистика открытий вспыхивающих звезд может быть основой для важных статистических заключений, что на этой основе можно вывести функцию распределения частот вспышек, то есть важнейшую характеристику совокупности этих объектов.

Правда, при решении этого уравнения мы сталкиваемся с трудностями, связанными с неизбежностью больших ошибок при выполнении численных преобразований Лапласа. Это действительно так, и я признаю это, но другого способа нет. Ведь не существует такой теоретической модели, которая предсказала бы число вспыхивающих звезд в данном скоплении: по существующим моделям они вообще не должны вспыхивать.

Хочу подчеркнуть, что в таком подходе ничего нового в принципе нет. В астрономии всегда существовали как метод теоретических моделей, так и метод обратных задач. Что сделал Кеплер, когда вывел законы движения планет? Он решил обратную задачу. У него под рукой были результаты многолетних наблюдений Тихо Браге, и он долгое время, на основании этих данных, подбирал орбиту для Марса. Результатом этих исследований стали законы движений планет.

Стремление рассматривать Природу как совокупность обратных задач идет издавна. Блестящим примером такого подхода может служить открытие Ньютоном закона всемирного тяготения. В качестве исходных данных он использовал законы Кеплера и сделал попытку выяснить, какая сила могла бы привести к ним. Результатом оказалось рождение закона тяготения. В этом случае мы имеем дело уже с повторным применением метода обратных задач, то есть, когда решение одной обратной задачи служит исходным пунктом для другой.

Но число примеров удачного решения обратных задач в астрофизике, по сравнению с астрономией, очень мало. Я тоже не могу похвастаться тем, что много сделал в этой области. А между тем это нужное дело и желательно, чтобы работы в этом направлении продолжались, потому что, пока явления поняты не очень хорошо, строить модели обычно оказывается ненадежным замыслом. Можно представить и взаимно дополняющий подход, когда оба подхода — метод обратных задач и метод моделей — помогают лучше понять Природу.

Одним словом, мне хотелось бы, чтобы эта проблематика разрабатывалась и дальше, и больше. Правда, это чрезвычайно трудно. Более того, решения таких задач часто бывают неоднозначными и не очень точными. Но усиленно работать в этой области необходимо, и я думаю, что такой подход будет особенно развиваться в наше время, в эпоху современных вычислительных машин. Огромную совокупность астрономических наблюдательных данных на быстродействующих машинах можно обрабатывать методами обратных задач, чтобы выявить внутренние связи, характер механизмов, играющих большую роль в данных астрофизических ситуациях. Можно вместо тех узких задач, о которых я рассказал, рассматривать более общие задачи, которые будут охватывать несравненно большую информацию. Этот подход можно применять, например, к космологии. Космологи, вообще, интересные люди. Они хотят, на основании двух-трех предположений, объяснить всю Вселенную. Но Вселенная, к их удивлению, оказывается гораздо более сложной, нежели построенные ими теоретические модели. И здесь, пожалуй, я буду противопоставлять метод обратных задач методу моделей. Если применять к этим проблемам первый метод, то он будет, вероятно, более плодотворным, чем второй, который вряд ли когда-нибудь даст приличные результаты. Впрочем, если бы я стал здесь дальше развивать эту мысль, то упрекнул бы космологов в том, что они пользуются методами, которые не адекватны поставленной задаче. Но, к счастью, уже нет времени, и я хочу перейти к третьему моему увлечению.

Проблема эволюции небесных тел стара, как само человечество. Она в свое время, как вы знаете, была поприщем для различных космогонических гипотез. Но эти гипотезы не дали ожидаемых результатов, хотя некоторые интересные работы все-таки были сделаны, были получены интересные результаты формального характера. А сама проблема происхождения и эволюции небесных тел стала решаться, когда, собственно говоря, люди перестали заниматься этими гипотезами.

Астрономы, работавшие в области эволюции звезд, не задавались целью построить какие-то космогонические гипотезы. Они просто занимались изучением факторов, относящихся к звездам, и постепенно делали выводы о возможных путях эволюции. Благодаря этим работам в настоящее время мы уже имеем отдельные звенья той большой цепи явлений, которыми характеризуется развитие звезд.

К сожалению, то здесь, то там, еще появляются люди, которые все-таки хотят вернуться к старому методу. У нас, в Союзе, например, вдруг стала усиленно проповедоваться гипотеза Шмидта и другие гипотезы о происхождении солнечной системы. Я думаю, что не имеет смысла больше увлекаться этими методами, но если есть смелые люди, которые думают иначе, пусть делают по-своему.

Уже в 20-х годах нашего века человечеству был известен огромный наблюдательный материал, касающийся звезд, туманностей и галактик. Теперь, в наше время, этот материал увеличился примерно в несколько десятков раз. И прямым следствием такого накопления фактов является то, что в современной астрофизике естественно возникают решения вопросов, касающихся, по существу, эволюции небесных тел. На основании этого материала мы должны понять куда, в каком направлении идет развитие во Вселенной.

Общими чертами все это можно объяснить на примере наиболее простых явлений. Если мы знаем современное состояние данной астрофизической системы, то на основании простых соображений, ошибочность которых очень мала в силу их крайней простоты, можно найти, куда она должна эволюцинировать.

Рассмотрим, к примеру, как должно себя вести звездное скопление, предоставленное самому себе. Очевидно, что при движениях звезд внутри скопления будут происходить их сближения между собой и, следовательно, обмен кинетическими энергиями. В результате этого распределение скоростей в каждом элементе объема приблизится к распределению Максвелла. Но при максвелловском распределении скоростей некоторая часть звезд будет обладать такими скоростями, которые позволят им уйти из скопления. Вместо них, в результате сближений снова должны появиться другие звезды со скоростями, превосходящими критическую. Таким образом, скопление должно медленно терять звезды и за несколько миллионов или миллиардов лет, в зависимости от численности звезд и их масс, должно рассеяться.

Как видите, для получения этого результата не нужны были никакие космогонические гипотезы. Правда, если говорить точнее, то надо учитывать и другие процессы, которые также, в свою очередь, приводят к рассеянию скопления, как, например, приливные силы. Но, по-видимому, основным фактором все-таки является процесс сближений и постепенное «испарение» скопления. То, что этот процесс называется испарением, не должно казаться удивительным, так как рассеяние скопления таким механизмом ничем не отличается от испарения, скажем, воды, оставленной в открытой посуде.

В качестве второго примера можно привести двойные звезды. Сближение двойной звезды с третьей может привести, в иных случаях, к распаду пары. Но теоретически мыслимы и противоположные процессы образования пар при случайном сближении трех звезд. А какие процессы из этих двух более вероятны? Оказывается, что при тех условиях, которые в настоящее время существуют в Галактике, распад для широких пар (которые составляют значительную долю всех двойных звезд) в миллионы раз более вероятен, чем объединение двух звезд в пару при встрече с третьей. Значит, образование пар бывает в миллионы раз реже, чем их распад, и, следовательно, процесс идет в сторону распада двойных звезд.

Здесь тоже, с помощью лишь наблюдаемого материала и без всякого рода космогонических гипотез были получены результаты, важные с точки зрения проблем эволюции вещества во Вселенной.

После этих двух примеров нетрудно уже догадаться, что именно меня интересовало в этой области, каким именно исходным пунктом я пользовался. Этот пункт — современное состояние наблюдаемых систем, на основании которого надо определить, в какую сторону шел процесс непосредственно до нашей эпохи или будет идти непосредственно после нее. В обоих рассмотренных случаях, как мы видели, имеет место рассеяние материи, распад наблюдаемых систем.

После таких примеров в дальнейшем появилась идея о звездных ассоциациях, в которых рождаются звезды и которые являются очень неустойчивыми системами. Я не буду здесь подробно говорить об этом: все это вам хорошо известно. Знаете и то, что вопрос о распаде звездных ассоциаций вызывал большие споры и возражения со стороны многих астрофизиков. В последнее время снова открыт такой спор.

В чем дело? Общеизвестен тот факт, что наблюдения движений в звездных ассоциациях очень трудны. Поэтому, даже если в них действительно есть расширение, для его открытия или обнаружения нужна очень большая точность наблюдений. И, несмотря на это, известен случай, ставший уже классическим: это ассоциация Персей II, которая, по наблюдениям Блаау, расширяется. Но и после этого сторонники противоположной точки зрения до сих пор продолжают твердить, что это всего лишь исключение, только лишь единственный случай.

Недавно выяснилось, что тот же Блаау открыл второй такой случай, где группа звезд совершенно определенным образом рассеивается из одного центра, и то, что происходит расхождение звезд, расширение этой группы, не вызывает сомнения.

А трудность определения центра состоит в следующем. Дело в том, что если даже очень точно были бы известны направления и собственные движения звезд, все-таки остался бы открытым вопрос о характере распада. Ведь вполне возможно, что какое-то первоначальное тело сначала разделилось на две части, они разошлись немножко, потом, каждое из них, в свою очередь, разделилось и т. д. Так как механизмы такого последовательного распада могут быть самыми различными, наблюдаемая картина получается довольно сложной, и какая она, эта картина, в действительности, мы не знаем.

Я, например, стою на точке зрения последовательной фрагментации первоначального дозвездного тела и взаимного удаления звезд. Напротив, есть астрофизики, которые говорят, что происходит фрагментация первоначальной туманности, хотя в этом случае трудно понять, откуда у частей туманности такие скорости. На самом деле, возможно, все обстоит намного сложнее. Ведь давно известно, что Природа отлично умеет хранить свои тайны и нелегко отказывается от них, часто вводя нас в заблуждение.

Впрочем, вернемся к процессам рассеяния вещества во Вселенной. С ними я впервые встретился, когда стал заниматься планетарными туманностями, и, наверное, я должен был начать с этого. Дело в том, что при предположении статичности планетарных туманностей, в них должно возникнуть такое колоссальное давление, при котором они немедленно взорвутся. Но ведь планетарные туманности существуют и не взрываются. Оказывается, что этим они обязаны расширению. Расширение и градиент скоростей сильно уменьшают световое давление. К примеру, если тепловые скорости атомов в туманности обозначить через v1, скорость расширения через v2, и v2>>v1, то световое давление вследствие расширения уменьшается в (v2/v1)2 раз. Скажем, если отношение скоростей равно 0,1, то световое давление в такой туманности во 100 раз меньше, чем в статической туманности.

Интересно, что во времена классиков астрономии — Канта, Лапласа — планетарные туманности считались вескими доказательствами в пользу гипотезы о сгущении вещества. А при детальном изучении этого вопроса оказалось, что эти «самые лучшие доказательства» являются лучшими доказательствами противоположного процесса — постепенного рассеяния вещества.

Все сказанное — о звездном мире. Но такой же подход, то-есть подход на основе анализа современного состояния наблюдаемых систем, можно применять и к миру галактик. Именно на основании такого подхода появились в середине 50-х годов наши первые работы, которые указывали на активность галактических ядер.

В 1958 году состоялась одна из знаменитых Сольвейских конференций. Физики и астрофизики собрались в Брюсселе, чтобы обсудить вопросы физики и эволюции галактик. Там я выступил с докладом и впервые объявил, что существует явление активности ядер, что ядра, считавшиеся всегда «мертвыми», являются самыми активными частями галактик.

Мой коллега, человек, который оказал на меня большое влияние, профессор Оорт сказал, что такого быть не может. Но вот Бааде был очень добр. Во время заседания он вообще не выступил, но после него признался, что был очень удивлен тем, что я говорил о таких вещах, которые наверняка не существуют. Его слова были примерно такими: «Вот я приехал из Соединенных Штатов, а вы из Советской России. Значит, вы должны быть материалистом, а я — идеалистом. Но почему вы высказываете идеалистические идеи? Так я должен был говорить, а Вам, как материалисту, не надо говорить подобных вещей».

Но эти идеи все-таки пробили себе широкую дорогу, и сейчас в области внегалактической астрономии очень многие занимаются активными галактиками. Я был очень рад открытию квазаров, объектов, у которых резко выражена активность, из ядер которых излучается гораздо больше энергии, чем из обычных галактик. В настоящее время известны квазары, абсолютная величина которых около -30, а у некоторых она поднимается даже до -31. Правда, эти последние являются переменными объектами, которые увеличивают свою яркость на некоторое время, а потом вновь ослабляют ее. Но другие квазары, несомненно, миллионы, десятки, сотни миллионов лет находятся в стадии очень большой активности и испускают колоссальную, не сравнимую ни с чем, энергию.

Изучение явлений в галактиках и дальше должно развиваться в этом направлении. Здесь я придерживаюсь крайней точки зрения (которую разделяют со мной пока еще немногие астрономы), о том, что, вообще, каждая галактика есть результат явлений, происходящих в ядре. Конечно, многие могут возразить, что ядра не в состоянии обеспечить такие вращательные моменты, которые наблюдаются у галактик. Но последние работы физика Мурадяна из Дубны, а также, независимо от него, молодого аргентинского астрофизика Систеро доказывают, что можно преодолеть эту трудность, предполагая, что галактики в начале пути своего развития были сверхмассивными адронами с определенным вращательным моментом — спином.

Хотя эти представления пока являются первоначальными и в известной степени грубыми, они несомненно очень интересны. Здесь тоже существует бесконечное поле для исследований и тоже возможно большое количество ошибок. Поэтому в своих предсказаниях, особенно в печатных, я всегда стараюсь быть сдержанным, хотя, по моему глубокому убеждению, все идет в направлении распада, рассеяния. Во всяком случае, здесь, в нашей обсерватории, эта точка зрения наводит на многие интересные мысли и поэтому оказывается плодотворной. Придерживаясь этой точки зрения и анализируя результаты наблюдений, можно иногда наткнуться на очень интересные новые факты и новые явления.

Среди этих явлений я хотел бы указать на одно, которое давно облюбовал, но раздумывание над ним пока не дало никаких результатов. В Т-ассоциациях иногда происходят вспышки фуоров: звезда, которая сначала принадлежит типу Т Тельца, увеличивает свою яркость, скажем, в 100 раз и начинает уже станционарно излучать такое большое количество энергии. Явление это очень интересное и трудно понимаемое. Ведь не может быть, чтобы в течение одного года в звезде совершились такие перестройки, что источники энергии каким-то образом стали в 100 раз эффективнее. Поэтому придумываются различные объяснения, о которых я сейчас говорить не буду. Объяснение, которое я даю, тоже туманное, против которого можно выдвинуть всякие возражения. Но против фактов не пойдешь.

Однако ясно, что звезда больших размеров в случае фуора получается из звезды меньших размеров. Более того, в нашей обсерватории открыто и фуороподобное явление, в результате которого рождается звезда типа Т Тельца, а звезды этого типа, в свою очередь, как мы знаем, будут потом вспыхивать и становиться звездами высокой светимости — фуорами.

А мы ведь знаем много различных физических схем, составители которых думают, что с помощью моделей внутреннего строения звезд можно решить все проблемы эволюции вещества. Но, несмотря на это, никто не додумался до такой картины…

Я всегда хотел, чтобы наша молодежь знала одну, очень важную вещь: Природа во много раз богаче, интереснее и умнее нас. Она умеет и хитрить, создавая много новых и глубоких вещей, познать которые бывает очень трудно. Поэтому наши модели обычно оказываются плохими, не всегда, но очень часто, они отказывают. Это означает, что просто так мы не в силах догадаться, как же все-таки Природа устроила те или иные вещи. Важнейшими методами исследований астрофизики пока остаются всеобщее изучение того, что на самом деле происходит, анализ и обобщение наблюдаемого материала методами обратных задач.
Астрофизика — наблюдательная наука, она обогащается на основе наблюдений. А все теории должны служить для обобщения и анализа наблюдательных данных. Именно в этом отношении они представляют большой интерес. Надо всегда помнить, что модели, разрабатываемые нами, играют узкую, условную роль, они являются только попытками таких обобщений. Исходя из этой точки зрения, и подход моделей, и подход методами обратных задач должны служить пониманию того, как действует Природа, устроившая мир с таким необычайным разнообразием явлений.

Я действительно поражаюсь такому обогащению астрофизической науки, которое произошло в последние десятилетия. За это время, благодаря применению современных методов, открыто очень много новых объектов, новых явлений, новых свойств космического вещества. Этот колоссальный материал, понимание и истолкование которого пока отстает от его накопления, может даже подавить исследователя своим обилием. В такой ситуации нужно гораздо лучше разобраться в этом материале. И самыми лучшими астрофизиками из вас будут те, которые сумеют подробно изучить наблюдательные данные, которые научатся ориентироваться в этом потрясающем мире. Когда я начал работать, положение было совсем другим, мало было данных о различных объектах, все было предельно ясно. А сейчас нужно очень хорошо ориентироваться, чтобы разобраться в том, что именно следует наблюдать.

В нашей Бюраканской обсерватории сделано много хороших наблюдений, интересных открытий как в области звезд, так и в области галактик. Но если мы чего-то и добились, то только благодаря удачному выбору объектов наблюдений. Амерканский физик Дайсон про нас как-то сказал, что для наблюдений мы умеем выбирать самые нужные объекты. Поэтому, повторяю еще раз, очень важно уметь хорошо ориентироваться в имеющемся наблюдательном материале, на основе этого правильно выбирать направления новых наблюдений, обобщать результаты, и только потом строить теории, пытаясь наилучшим образом объяснить происходящее во Вселенной…

На этом я хочу закончить свою беседу и поблагодарить слушателей за внимание.