НАУЧНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ
Учёным, особенно физикам и астрономам, часто приходится иметь дело с настолько большими или малыми величинами, что использовать для их записи обычные числа нерационально. Чтобы избежать неловкости, когда пишешь такие вещи, как 3,121,000,000,000,000 или 0,0000000000096, они используют научную систему счисления, в которой любое число записывается как произведение «обычного» числа, чаще от 1 до 10, и 10, возведённых в некоторую степень. «10 в n-й степени» означает «10, умноженное само на себя n раз» и обычно пишется «10n». Например, 100 = 102; 10 000 = 104 и так далее. 10 само по себе равно 101.
Умножение разных степеней одного и того же числа (или основания) несложно: вы просто складываете показатели. Таким образом, 102 × 104 = 106. Чтобы разделить, вы вычитаете показатели: 106 ÷ 104 = 102. Эти правила позволяют вам получить значение отрицательных показателей: 104 ÷ 106 = 10-2 = 0,01. Таким образом, длинные, трудночитаемые числа из предыдущего абзаца записываются более компактно и ясно как 3.121×1015 и 9.6×1012.
Для измерений учёные обычно пользуются метрическими единицами — либо системы МКС (метр, килограмм и секунда), либо СГС (сантиметр, грамм и секунда). В этой книге я буду большей частью следовать этой практике и предполагать, что вы изучали метрическую систему в школе; если же нет, ознакомьтесь с ней! Однако, поскольку многие из моих читателей — американцы, и им не так удобно иметь дело с метрическими измерениями, как следовало бы, я также буду иногда использовать английские единицы измерения, особенно если я пытаюсь выразить яркую мысленную картину чего-либо.
Существует также несколько специальных единиц, которые широко используют астрономы и спектроскописты. Длины волн (см. рис. 3-1), особенно те, которые относятся к частям спектра, в которые входят инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолетовые и рентгеновские лучи, часто выражаются через единицу ангстрем (1 Å = 10-8 см = 10-10 м).
Расстояния в границах Солнечной системы иногда выражаются в астрономических единицах (1 а.е. = средний радиус земной орбиты). В дальнейшем, при разговоре о других планетных системах, мы часто будем принимать многие величины, связанные с Землёй и Солнцем, и их взаимосвязью (такие, как масса, радиус орбиты и продолжительность года), численно равными 1. Как вы увидите в разделе «Вводный курс по созданию миров», в этом есть своё преимущество — такой подход легко даёт нам прямые сравнения других планет с нашей собственной.
Большие расстояния, например, между звёздами, часто измеряются с помощью одной из двух специальных единиц измерения. Световой год — это расстояние, которое проходит свет за один земной год. Поскольку скорость света (часто обозначаемая как c) очень близка к 3×108 м/сек, или 186 000 миль/сек, световой год — это около 9,46×1015 метров, или 5,87×1012 миль.
Парсек (сокращенно «пк») — это сокращение от слов «параллакс» и «секунда». Он основан на простейшем методе измерения расстояний, а именно, на наблюдении объекта с двух точек зрения и измерении угла между двумя лучами зрения. Это метод, который вы используете в течение всего времени вашего бодрствования: ваш мозг измеряет угол между лучами зрения, когда два ваших глаза смотрят на один и тот же объект. Принцип измерения астрономического параллакса тот же, но две точки обзора — это не два глаза, а разные точки на орбите Земли на её пути вокруг Солнца. Парсек эквивалентен 3,26 световым годам. (Будьте особенно внимательны: световые годы и парсеки — это всегда меры расстояния. Это ни в коем случае не единицы времени, и использовать их в этом качестве, — это верный признак неподготовленности или небрежности писателя-фантаста!)
Температура измеряется в градусах Цельсия (C) или Кельвина (K). В обеих шкалах используется градус одинаковой величины (1,8 градуса по шкале Фаренгейта), но нулевые точки у них разные. 0° C — это точка замерзания воды, а абсолютный ноль (самая низкая возможная [или почти возможная] температура) равен -273° C. 0° K — абсолютный ноль, а вода замерзает при +273° K. Разница между двумя шкалами безусловно важна, когда речь идёт о поверхностях планет, но часто не имеет особого значения для звёзд, где температура составляет не менее 3000 градусов по любой из шкал.