Автор. Еще одна неувязка, характерная для современных научных взглядов. Число двойных звезд, каждая из которых - пара, вращающаяся вокруг общего центра масс, во Вселенной огромно. Но не менее велико и их разнообразие. Например, период обращения звезд, которые видны в телескоп как две светящиеся точки, находится в пределах от одного года до нескольких тысяч лет, период мигающих звезд имеет время от нескольких часов или суток до нескольких лет. Характерно, что теория относительности делает попытку объяснить первый вид звезд, но бессильна перед вторым их видом. Но ведь была еще гипотеза швейцарского физика-теоретика Вальтера Ритца (1878-1909), которая неплохо объясняла многие световые явления.
Профессор. Гипотезе Ритца не повезло: от нее отказались, воспользовавшись нечеткими представлениями о различиях в свойствах упомянутых выше двух видов двойных звезд. По гипотезе Ритца, две звезды, вращаясь относительно друг друга, излучают потоки света с разными скоростями. Все зависит от мгновенного положения звезды на орбите. Максимальной скорость фотонов будет в том случае, когда звезда движется в сторону наблюдателя, находящегося на Земле (скорость света складывается со скоростью орбитального движения звезды), и минимальная, когда звезда движется от наблюдателя. Разница в этих скоростях должна привести к очень интересному явлению. На некотором расстоянии фотоны, летящие от одной звезды с большей скоростью, обгонят фотоны, излученные другой звездой на период раньше, но летящие с меньшей скоростью. Создаются условия, когда наблюдатель будет видеть двойные звезды одновременно в разных местах. То есть рядом с основным изображением пары звезд появится другое - "привидения". Причем "звездные привидения" будут исчезать и появляться вновь в соответствии с периодом вращения звезд относительно друг друга.
Автор. Что же показали астрономические наблюдения? Обнаружены ли такие "привидения"?
Профессор. Противники гипотезы Ритца привели данные о наблюдении двойных звезд (видимых раздельно и с большим периодом орбитального движения), у которых таких явлений, как "привидения", не наблюдается. Отсюда и был сделан вывод, что гипотеза Ритца не верна, а гипотеза о постоянстве скорости света в относительном движении - якобы справедлива.
Автор. Но ведь есть вторая группа двойных звезд с короткими периодами обращения, которые мигают. Учтен ли данный факт при решении столь важного вопроса?
Профессор. Конечно, нет! Дело в том, что двойные звезды с длительным периодом обращения и не должны были создавать "привидения" в пределах не только нашей Галактики, но и на расстояниях до многих миллионов световых лет от Земли, что и подтверждают астрономические наблюдения. А двойные звезды с короткими периодами обращения, которые мигают в звездном небе, как раз и создают эти "привидения". Но анализ этих "привидений" и увязка их с баллистической теорией распространения света не были сделаны.
Автор. Похоже, в столь принципиальном споре между сторонниками двух гипотез одна из сторон использовала не совсем корректные доказательства своей правоты. Но как же в таком случае использовать накопленные знания в области астрономии и экспериментальные данные наземных опытов со светом, чтобы объективно разобраться в этом непростом вопросе?
Профессор. Современных научных фактов вполне достаточно, чтобы подойти к решению данной проблемы весьма убедительно и в наглядной форме. Однако логические доказательства, приводимые ниже, требуют философского обобщения и соответствующих принципиальных оценок.
Автор. Двойные звезды оказались тем камнем преткновения, о который якобы разбились все корпускулярные теории света (Ньютон, Ритц), предполагавшие изменение скорости света в относительном движении тел. Исследователи (Ритц, Де Ситтер, Эйнштейн и др.), анализируя характер прохождения света от двойных звезд, с учетом переменной скорости света, обнаружили, по их мнению, несоответствие расчетных траекторий с кеплеровскими. Несмотря на многие загадочные явления, наблюдаемые у двойных звезд (периодическое изменение яркости, температуры и т. п.), эти исследователи не заметили связи загадочных явлений с вышеназванными особенностями прохождения света. Не здесь ли кроется разгадка?
Профессор. Двойные звезды обращаются около их общего центра масс под действием взаимного тяготения. Периоды обращения двойных звезд, различимых в телескопы как две светящиеся звезды, составляют тысячи лет. Самый короткий из них около года. Имеются двойные звезды, расположенные так близко друг от друга, что при наблюдении в телескопы они сливаются в одну светящуюся точку. Периоды таких спектрально-двойных звезд более короткие - от 2 часов до 15 лет. Скорости движения двойных звезд по их орбитам достигают десятков км/сек.
Рассмотрим прохождение света от двойных звезд, движущихся по круговой орбите (рис. 74-а) вокруг центра. Расстояние от центра орбиты до наблюдателя равно L. Полагаем, что радиус орбиты намного меньше этого расстояния, благодаря чему лучи света можно принять параллельными (все эти допущения ни в коей мере не снижают общности задачи, но упрощают ее решение). Плоскость орбиты совпадает с лучом зрения.
Составляющие скорости света от звезд S1 и S2 в сторону приемника 1 соответственно C1 и С2 определяются суммой скоростей света относительно излучателей и составляющими скоростей движения звезд по орбитам. Зная расстояния звезд S1 и S2 относительно приемника и скорости распространения света C1 и C2, можно определить время прихода лучей t1 и t2. Наблюдатель, находящийся на расстоянии L от пары звезд, будет видеть движение звезд не по круговой орбите, а по орбите эллиптической формы. На рис. 74-б показана эволюция видимой формы орбиты по мере удаления наблюдателя на расстояния L1, L2, ... Ln от звезд. Видимые орбиты постепенно вытягиваются, а эксцентриситет их увеличивается. Если принять за единицу времени период обращения Т звезд по орбите и изобразить формы наблюдаемых орбит через единичные интервалы времени, то смещение к 11 относительно 1 будет равно VT, точек 21 относительно 2 - равно 2 VT, а точек n1 относительно n - nVT. Из рисунка видно, что при удалении более некоторого критического расстояния Lкр.
орбиты начинают накладываться друг на друга (заштрихованные области на рисунке). Это означает, что наблюдатель будет видеть двойные звезды одновременно в различных местах, причем "звездные привидения" будут появляться и исчезать в согласии с их периодическим движением.
Автор. Возможно ли такое удивительное явление в природе? Ведь, по мнению Эйнштейна и его последователей, никаких следов таких явлений не было обнаружено, что дало им основание исключить из рассмотрения альтернативные объяснения загадочного феномена.
Профессор. Однако именно в этом и состоит их ошибка. В звездном мире имеются многочисленные примеры двойных звезд, у которых наблюдаются как раз такие удивительные физические явления. Особенно это относится к двойным закритическим звездам, расстояние которых до наблюдателя превосходит критические (LКР.), и видимые орбиты накладываются друг на друга (если расстояние менее LКР., ТО Такие звезды называются докритическими. Период закритических спектрально-двойных звезд невелик - от 2 часов до 15 лет, а вследствие большого расстояния до Земли они сливаются в одну светящуюся точку, которая периодически меняет свой блеск и спектральный состав. В качестве примера таких "дьявольских" звезд уместно привести и уже упомянутый Алголь - звезду b Персея с периодом 68 часов 49 минут (из них 59 часов блеск звезды сохраняется на одном уровне, затем он в течение 5 часов уменьшается на 2/3), и звезду b Лиры, которая периодически изменяет свой блеск от 3,4 до 4,4 звездной величины за период около 13 суток.
Автор. Существует еще один удивительный тип переменных звезд. Это - цефеиды, или пульсирующие звезды-гиганты.
Профессор. На таких звездах бывают неоднородные по яркости, температуре и химическому составу участки поверхности, напоминающие пятна на Солнце. При вращении такой звезды движение участков поверхности будет происходить по различным орбитам, причем половину периода они будут находиться на невидимой стороне. Поскольку период обращения цефеид невелик (от 1,5 часа до 45 суток), а периферическая скорость значительная (до 100 км/сек), то создаются благоприятные условия для возникновения явлений, аналогичных двойным закритическим звездам с учетом обязательных затмений.
Суммирование световых потоков от неоднородных участков, происходящее за счет перекрытия кажущихся орбит, значительно усиливает эффект пульсации блеска и температуры звезды. Если звезда прецессирует, то интенсивность пульсаций блеска и температуры может происходить с некоторым изменением периодичности. Одновременно может изменяться и спектр звезды. Примером подобных звездных объектов могут как раз и служить физически переменные звезды.