Современная астрономия построена на фундаменте, который большинство людей принимает на веру — на методе определения расстояний до небесных тел через параллакс. Нам с детства вбивают в голову, что до ближайшей звезды Проксимы Центавра четыре световых года, до Сириуса — восемь, а до красного гиганта Бетельгейзе — аж шестьсот с лишним. Но откуда, собственно, взялись эти числа? И что случится с нашей картиной мира, если выяснится, что сам метод измерения содержит систематические ошибки, о которых астрономическое сообщество предпочитает деликатно молчать?
Спойлер: случится много чего интересного. И неудобного.
Священная корова астрометрии
Давайте разберёмся, как вообще работает этот хвалёный параллакс. Принцип до неприличия прост, его объясняют в школе на примере пальца перед носом: закройте левый глаз, потом правый — палец «скачет» на фоне дальних предметов. Чем ближе палец к носу, тем сильнее скачок. Расстояние между глазами — это база, угол смещения — параллактический угол. Дальше тригонометрия для пятиклассников, и готово.
С звёздами всё устроено похоже, только вместо двух глаз используется суточный параллакс (база — диаметр Земли, примерно 12 700 км) или годичный параллакс (база — диаметр земной орбиты, около 300 миллионов километров). Земля вращается вокруг своей оси — наблюдатель смещается — близкая звезда должна немного «гулять» относительно далёкого звёздного фона. Измерил угол, подставил в формулу — получил расстояние.
Красота? Безусловно. Но вот в чём штука: эта красота работает идеально только в вакууме сферического коня. В реальности же возникает целый букет факторов, которые могут вносить аномальные компоненты в измерения. И эти компоненты — не какие-то жалкие доли процента. Речь может идти о систематических искажениях в десятки процентов, а в отдельных случаях — в разы.
Неудобные вопросы, которые не принято задавать
Первый и главный вопрос: насколько мы уверены в стабильности «звёздного фона»? Весь метод параллакса построен на допущении, что далёкие звёзды и галактики — это неподвижная система отсчёта, относительно которой мы измеряем смещение близких объектов. Но постойте. Далёкие звёзды — это тоже звёзды, они тоже движутся, они тоже подвержены различным физическим воздействиям. Где гарантия, что наш «неподвижный фон» не плывёт синхронно с измеряемым объектом?
Астрономы отмахиваются: мол, далёкие объекты потому и выбраны, что их собственное движение ничтожно мало из-за расстояния. Логично? На первый взгляд — да. На второй — не очень. Потому что мы попадаем в логический круг: расстояния до далёких объектов мы определяем через цефеиды, сверхновые и прочие «стандартные свечи», калибровка которых, в свою очередь, опирается на... правильно, на параллактические измерения близких звёзд. Если в фундаменте ошибка — она пропагирует вверх по всей пирамиде космических расстояний.
Второй неудобный вопрос касается атмосферной рефракции. Земная атмосфера — это не тонкая плёнка, а многослойный пирог с переменной плотностью, температурой и составом. Свет от звезды, проходя через эту толщу, искривляется. Причём искривляется по-разному в зависимости от высоты звезды над горизонтом, времени суток, сезона, географической широты обсерватории и ещё десятка параметров. Да, астрономы вводят поправки. Но поправки эти — усреднённые модели, а реальная атмосфера имеет привычку вести себя непредсказуемо.
При суточных параллактических измерениях наблюдатель фиксирует положение звезды в разное время суток — то есть при разных углах прохождения света через атмосферу. Вопрос на миллион: не принимаем ли мы атмосферный дрейф за геометрический параллакс?
Тёмные лошадки астрометрических миссий
В 1989 году Европейское космическое агентство запустило спутник Hipparcos — первую космическую миссию, целиком посвящённую точному измерению положений звёзд. Атмосферы нет, помехи минимальны, точность невиданная. Триумф, правда? Каталог Hipparcos стал библией астрометрии на два десятилетия.
Но потом случился Gaia. Запущенный в 2013 году, этот аппарат должен был уточнить и расширить результаты предшественника. И вот тут-то начались странности.
Когда команда Gaia начала сравнивать свои измерения с данными Hipparcos, обнаружилось систематическое расхождение. Не случайный шум, не отдельные выбросы — именно систематическое смещение, зависящее от положения звёзд на небесной сфере. Официальное объяснение: Hipparcos имел нераспознанные инструментальные ошибки. Ок, допустим. Но откуда уверенность, что Gaia их не имеет? Любой прибор имеет систематические погрешности — это аксиома метрологии.
И вот ещё что любопытно. Gaia измеряет параллаксы с точностью до микросекунд дуги. Это потрясающе. Но параллаксы некоторых звёзд получаются... отрицательными. Физически это означает, что звезда находится по другую сторону от «бесконечности», что, мягко говоря, абсурд. Официально: отрицательные параллаксы — это артефакт измерений, их надо интерпретировать статистически. Неофициально: это красный флаг, сигнализирующий о присутствии в данных неучтённых факторов.
Физика, которую списали со счетов
А теперь давайте копнём глубже — в физику процесса. Параллактический метод предполагает, что свет распространяется по идеальным прямым линиям, а единственное отклонение — геометрическое, связанное с изменением точки наблюдения. Но это грубое упрощение.
Гравитационное линзирование — свет искривляется, проходя мимо массивных объектов. Вблизи Солнца эффект составляет около 1,75 угловой секунды на краю солнечного диска. Это много! Да, астрономы вводят поправку. Но поправка рассчитана для точечной массы Солнца, а реальное Солнце имеет сложное распределение плотности, магнитное поле, солнечный ветер. Плюс в Солнечной системе есть другие массивные тела: Юпитер, Сатурн, пояс астероидов. Их суммарное влияние на траекторию фотона — учтено ли оно полностью?
Межзвёздная среда — это не пустота. Между звёздами болтается газ, пыль, плазма. Свет, проходя через эту среду, испытывает рассеяние, поглощение и, что критично, рефракцию. Межзвёздная рефракция — эффект слабый, но при измерениях в микросекунды дуги он становится значимым. Особенно если учесть, что плотность межзвёздной среды неоднородна: есть облака, пузыри, ударные волны от сверхновых. Карта этих неоднородностей известна очень приблизительно.
А что насчёт собственного движения самой Солнечной системы? Мы несёмся вокруг центра Галактики со скоростью около 220 км/с. При этом мы не движемся по идеальной окружности — орбита осциллирует вверх-вниз относительно галактической плоскости с периодом около 70 миллионов лет. Эти движения вносят дополнительные компоненты в наблюдаемое смещение звёзд, и отделить их от истинного параллакса — задача нетривиальная.
Крамольная гипотеза: а вдруг Вселенная компактнее?
Теперь давайте на минуту допустим немыслимое. Что если систематические ошибки параллактических измерений не случайны, а направлены в одну сторону — в сторону завышения расстояний? Что если до звёзд на самом деле ближе, чем показывают наши каталоги?
На первый взгляд, это ересь. Но давайте посмотрим на последствия. Если звёзды ближе, то их истинная светимость — меньше. Это означает, что наши модели звёздной эволюции нуждаются в пересмотре. Термоядерный синтез в недрах звёзд, возможно, протекает иначе, чем мы думаем — менее энергично, но более распространённо.
Если ближайшие звёзды ближе, то и стандартные свечи — цефеиды, сверхновые типа Ia — откалиброваны неверно. А значит, вся космологическая шкала расстояний съезжает. Галактики оказываются ближе. Вселенная — меньше. И, возможно, моложе.
Звучит безумно? Возможно. Но история науки знает примеры, когда «очевидные» истины оказывались грандиозными заблуждениями. В XIX веке астрономы были уверены, что Вселенная статична и вечна — до открытия расширения Хаббла. В начале XX века светимость звёзд казалась необъяснимой загадкой — пока не открыли термоядерные реакции. Каждый раз пересмотр «очевидного» приводил к революции в понимании.
Параллакс — метод, которому три столетия. Его принципы сформулированы в эпоху, когда не знали ни об искривлении пространства-времени, ни о межзвёздной среде, ни о галактическом движении. Да, метод совершенствовался. Но совершенствовались ли фундаментальные допущения, на которых он построен?
Когда точность становится иллюзией
Парадокс современной астрометрии в том, что чем точнее становятся измерения, тем заметнее аномалии. Грубые измерения XIX века давали параллаксы с погрешностью в десятые доли угловой секунды — на этом фоне систематические ошибки тонули. Hipparcos достиг миллисекунд дуги — и появились расхождения с наземными данными. Gaia добрался до микросекунд — и всплыли отрицательные параллаксы, зональные систематики, необъяснимые корреляции.
Это напоминает ситуацию с измерением скорости света в XIX веке. Чем точнее становились эксперименты, тем больше накапливалось противоречий — пока Эйнштейн не показал, что проблема не в измерениях, а в базовых представлениях о пространстве и времени.
Не находимся ли мы на пороге подобной революции в астрометрии? Вопрос открытый. Но одно можно сказать точно: слепая вера в цифры из каталогов — это не наука. Наука — это постоянное сомнение, перепроверка, готовность пересмотреть даже самые освящённые временем методы.
А суточный параллакс, с которого мы начали разговор, — это вообще отдельная история. Его используют для определения расстояний до тел Солнечной системы: Луны, астероидов, искусственных спутников. Но и здесь аномальные компоненты — не миф. Вариации в положении полюсов Земли, неравномерность вращения планеты, приливные деформации земной коры — всё это вносит свою лепту в наблюдаемую картину. И хотя для близких объектов эти эффекты относительно невелики, сам факт их существования заставляет задуматься: если даже расстояние до Луны мы измеряем с оговорками, что говорить о звёздах?
Вселенная, быть может, не так велика и не так пуста, как нарисовано в учебниках. И это не конспирология — это здоровый научный скептицизм. Тот самый, без которого астрономия так и осталась бы гаданием по звёздам.
Расстояния в космосе — не данность. Это результат интерпретации данных через призму теоретических моделей. Модели меняются. Данные переосмысливаются. Истина — если она вообще существует — ускользает за горизонт событий нашего понимания. И может быть, следующее поколение астрономов посмотрит на наши параллаксы с тем же снисходительным удивлением, с каким мы смотрим на птолемеевские эпициклы.
Звёзды молчат. Но это не значит, что мы правильно понимаем их язык.