В видимом свете ничего нельзя рассмотреть при увеличении объекта более чем в 1500-2000 раз, поскольку длина волны видимого света становится больше изучаемого объекта.

Для того чтобы рассмотреть более мелкие объекты, исполь­зуют электронный микроскоп - прибор, в котором для полу­чения увеличенного изображения используется электронный пучок. Разрешающая способность электронного микроскопа в сотни раз выше, чем у оптического микроскопа. Электронные микроскопы позволяют получить с помощью наблюдения и фотографирования многократно увеличенные объекты (вплоть до 10 раз) и увидеть объекты размером 10~⁹ м. Эти приборы дают возможность при определенных условиях рассмотреть микроструктуру тел (вплоть до атомно-молекулярного уровня).

Физические основы электронно-оптических приборов были заложены ирландским математиком У.Р. Гамильтоном почти за 100 лет до появления электронных микроскопов, ко­торые стали создаваться в первой половине XX в., а широкое применение в естествознании получили уже во второй поло­вине XX в. Высокие разрешения этих микроскопов достигают­ся благодаря чрезвычайно малой длине волны электронов. Не­сколько большие подробности объектов можно рассмотреть лишь косвенными методами. Например, в настоящее время применяется метод изучения объектов с помощью рассеяния электронов.

Размеры макрообъектов

Если допустить, что рост человека составляет в среднем 1,5-2 м, то эта величина превышает диа­метр волоса на четыре порядка.

Размеры большей части предме­тов, окружающих нас, сопоставимы с размерами человеческого тела, иначе было бы трудно иметь с ними дело. Расстояния до объектов, находящиеся на больших расстояниях (холм, лес, поле и т.д.), можно оценить шагами,. Непосредственное восприятие человеком расстояний возможно в диапазоне от 0,1 мм до приблизительно 100 км. Если известны средняя скорость дви­жения некоторого вида транспорта (поезда, машины, самолета и пр.) и время в пути, можно получить представление о преодолен­ном расстоянии: если ехать из одного пункта в другой со скорос­тью 100 км/ч в течение 7 ч, то ясно, что. было преодолено расстояние 700 км; если самолет за 9 ч долетает из Москвы до Петропавлов-ска-Камчатского при средней скорости 800-850 км/ч, то эти насе­ленные пункты разделены расстоянием приблизительно 7500 км.

Чтобы облететь вокруг Земли, самолету потребовалось бы при­мерно в 5 раз больше времени, поскольку ее окружность состав­ляет около 40 000 км. Весьма точно окружность Земли и ее радиус удалось оценить еще в античное время Эратосфену. Он заметил, что в день летнего солнцестояния 21-22 июня в районе г. Сиены (Асуан, Египет) лучи Солнца падают отвесно, а в Александрии, отстоящей на 800 км севернее, угол падения 7,5° (рис. 5.6). Из простейших тригонометрических расчетов следует, что окруж­ность Земли составляет 40 000 км, а ее диаметр - около 12 000 км.

Оценить расстояние до небесных тел можно также с помо­щью очень простых способов. Ближайшим небесным телом для нас является Луна. Еще во II в. до н.э. Гиппарх измерил угол, под которым видна тень, отбрасываемая Землей на Луну во время лунного затмения, а зная диаметр Земли, он довольно точно определил расстояние от Земли до Луны.

В настоящее время для таких целей используют радиолокацию. Сигнал радара направляют на объект и измеряют время, протекшее от посылки сигнала до возвращения отраженной волны. Для Луны это время составит 2,6 с; следовательно, в одну сторону сигнал ле­тел 1,3 с. Поскольку вол­на радара имеет ту же природу, что и световая, и распространяется со скоростью 300 000 км/с, можно заключить, что расстояние Земля -

Луна приблизительно 400 000 КМ.

Наблюдения за движением планет позволяют определить относительные размеры их орбит.

Межзвездные пространства

Оценить расстояния до звезд можно несколькими методами.

Один из них связан с измерением светимости звезд. Предполо­жим, что звезды имеют размеры, сопоставимые с размерами Со­лнца. Однако одни из них светят ярче, а другие - слабее, по­скольку одни звезды ближе к нам, другие - дальше. Это позво­ляет вычислить расстояния до звезд. Для этого надо учесть, что если одно из двух одинаково ярких тел находится на расстоянии, в п раз большем, чем другое, то более близкое тело кажется в п раз ярче. Так, интенсивность света Солнца в (миллион) раз ярче Сириуса, т.е. Сириус находится в миллион раз дальше от Земли, чем Солнце. Яркость других звезд, например семи звезд ковша Большой Медведицы, в 9 раз меньше яркости Сириуса; следова­тельно, они должны находиться еще в 3 раза дальше.

Используя этот метод, можно было бы найти расстояния до всех звезд. Однако мы не обязаны верить «на слово», что звез­ды - такие же тела, как и Солнце. Поэтому полезно использо­вать какой-либо иной метод.

В 1830-х гг. для этой цели был предложен метод параллаксов. Этот метод основан на простей­шем способе измерения расстояния до какого-либо недоступ­ного предмета: его визируют из двух разных точек и затем оп­ределяют, как изменяется направление, в котором он виден. Например, отдаленное дерево будет видно немного в ином на­правлении, если пройдем несколько шагов перпендикулярно линии, соединяющей дерево и наблюдателя, и, чем дальше дере­во, тем меньше изменится направление, в котором оно видно. Исходя из этого изменения, вычисляют расстояние до дерева.

При измерении расстояний до звезд используют эффект вра­щения Земли вокруг Солнца (рис. 5.8). Так, зимой мы смотрим на звезду из точки, которая на 300 млн км удалена от летней точки наблюдения. При этом для наблюдателя звезда перемес­тится по небесному своду на расстояние, равное диаметру зем­ной орбиты. Иначе говоря, он увидит звезду, сместившуюся на угол, под которым виден диаметр земной орбиты со звезды. Эти смещения крайне малы, но уже более 150 лет назад были созданы инструменты, способные измерять столь малые сме­щения. Оказалось, что таким методом можно измерить расстояние звезд, отстоящих не более чем на 50 световых лет. (Све­товой год - единица измерения межзвездных расстояний; путь, который свет проходит за год, т.е. 9,46 • 10¹² км.) На этом рас­стоянии находится около 300 звезд. Ближайшие от нас звезды (Проксима, Альфа в созвездии Центавра) находятся на рассто­янии приблизительно 4 световых лет.

Смещение множества звезд слишком мало, чтобы его можно было измерить. При этом оценку межзвездных рассто­яний по светимости выполняют путем сравнения звезд одного цвета, которые не слишком различаются по размеру.

Оценив межзвездные расстояния, можно оценить протяжен­ность пустого пространства между нашей Солнечной системой и одной из ближайших звезд - Сириусом: оно в 1 млн раз боль­ше расстояния от Земли до Солнца, т.е. порядка 10¹⁴ км. Свету требуется примерно 10 лет, чтобы пройти это расстояние. Если учесть те несколько часов, за которые свет проходит Солнеч­ную систему, то можно получить представление о расстояниях до ближайших звезд.

В самом Млечном пути или около него слабых звезд значительно больше, чем в отдаленных участках неба. Если смотреть в на­правлении, сильно удаленном от Млечного пути, можно заме­тить некоторое количество ярких звезд и почти не увидеть очень слабых. Таким образом, звезды не распределены в пространстве равномерно, а сосредоточены на участке, имеющем вид плоского диска. Наша Солнечная система находится где-то в этом диске.

В настоящее время известно, что в состав Галактики входят не только звезды, но также газы и пыль, которые затрудняют применение рассмотренного метода измерения расстояний. Звезда, видимая через слой газа и пыли, кажется слабее, и мы можем ошибочно заключить, что она дальше от нас, чем на самом деле. Эту трудность позволяют преодолеть другие ме­тоды. С их помощью установлено, что звезды сосредоточены в больших спиральных рукавах, выходящих из центра диска и закрученных в его плоскости.