Краткая история почти всего на свете
Шрифт:
«Это приносит особое удовлетворение, — говорит Эванс, — когда думаешь, что летевший сквозь космос миллионы лет свет достигает Земли как раз в тот момент, когда кто-то рассматривает нужный участок неба. Кажется важным, чтобы событие такого размаха было засвидетельствовано».
Роль сверхновых вовсе не ограничивается тем, чтобы вызывать чувство удивления и восхищения. Они делятся на несколько типов, один из которых, кстати, открыл Эванс, а другой, известный как сверхновые типа Ia, важен для астрономии, поскольку сверхновые этого типа взрываются всегда одинаково, имея одну и ту же критическую массу. Поэтому их можно использовать в качестве «стандартных свечей» — эталонов, измеряя яркость которых (а тем самым и относительные расстояния), можно определять скорость расширения Вселенной.
В 1987 году астрофизику Солу Перлмуттеру из Лоуренсовской лаборатории в Беркли, штат Калифорния, потребовалось больше сверхновых типа Ia, чем давали обычные визуальные наблюдения, и он задался целью найти более систематичный метод для их поиска. Перлмуттер разработал остроумную систему с использованием сложнейших компьютеров и приборов с зарядовой связью [43] —
43
ПЗС-матрицы, аналогичные тем, что используются в цифровых фотоаппаратах и видеокамерах.
44
До сих пор далеко не все сверхновые удается выявлять на цифровых снимках автоматически. Человек с этой задачей справляется гораздо лучше. Именно поэтому Сол Перлмуттер запустил проект Hand-On Universe («Вселенная в руках»), в котором школьники могут принять участие в поиске сверхновых по снимкам галактик, сделанным крупными телескопами и переданным по Интернету.
Я спросил, не испытывает ли он соблазна взять на вооружение новую технику. «О нет, — ответил он. — Я слишком люблю работать по-своему. Кроме того, — он кивнул на снимок своей последней сверхновой и улыбнулся, — иногда мне все же удается их обойти» [45] .
Естественно, возникает вопрос: что будет, если звезда взорвется поблизости? Как мы уже знаем, наша ближайшая звездная соседка альфа Центавра находится в 4,3 светового года от нас. Я представил себе, что если бы произошел взрыв, то у нас было бы 4,3 года, чтобы следить, как свет этого величественного явления разливается по небу, словно выплеснувшись из гигантского бидона. Что будет, если придется четыре года и четыре месяца наблюдать надвигающийся на нас роковой конец, зная, что, когда он наступит, от нас ничего не останется? Будут ли люди по-прежнему ходить на работу? Будут ли фермеры выращивать урожай? Будет ли кто-нибудь доставлять его в магазины?
45
Шотландский любитель астрономии Том Боулс (Tom Boles) построил обсерваторию с тремя телескопами-роботами, которые постоянно сканируют небо в поисках сверхновых. Только в 2003 году он стал первооткрывателем 30 сверхновых, а всего на его счету 103 взорвавшиеся звезды. Тем самым он перехватил у Роберта Эванса звание чемпиона среди любителей по открытию сверхновых. В последние годы темпы открытий у Боулса снизились из-за конкуренции со стороны профессиональных обсерваторий.
Много недель спустя в Нью-Гэмпшире, в городке, где я тогда жил, я задал эти вопросы астроному из Дартмутского колледжа Джону Торстенсену. «О нет, — рассмеялся он. — Новость о таком событии распространяется со скоростью света, но с такой же скоростью распространяется и разрушительное действие, так что вы узнаете о ней и погибнете в один и тот же момент. Но не беспокойтесь, потому что этого не случится».
Чтобы волна взрыва сверхновой вас погубила, пояснил он, нужно, чтобы вы находились «смехотворно близко» — скажем, в пределах приблизительно десяти световых лет. «Опасность представляли бы различные виды излучений — космические лучи и тому подобное». Они вызвали бы поразительные полярные сияния, переливающиеся по всему небу занавесы призрачного света. К добру бы это не привело. Все, что в силах создать такое зрелище, может с тем же успехом смести магнитосферу — находящийся высоко над Землей магнитный пояс, который в обычных условиях защищает нас от ультрафиолетовых лучей [46] и других космических атак. Не будь магнитосферы, всякий, с кем случилось несчастье оказаться на открытом солнце, довольно скоро стал бы похож на подгоревшую пиццу.
46
От ультрафиолета и другого электромагнитного излучения нас защищает не магнитосфера, а атмосфера. Магнитосфера защищает только от заряженных частиц, причем невысокой энергии (таких, как испускает Солнце). Однако при близком взрыве сверхновой ни атмосфера, ни магнитосфера не смогут предохранить Землю от жесткого излучения.
Причина, по какой мы можем быть более или менее уверены в том, что такое не случится в нашем уголке Галактики, говорит Торстенсен, состоит в том, что для появления сверхновой прежде всего требуется определенный вид звезды. Претендующая на это звезда-кандидат должна быть раз в 10 или 20 массивнее нашего Солнца, а «у нас поблизости нет ничего нужных размеров. Вселенная, к счастью, достаточно большое место». Ближайшая возможная кандидатура, добавил он, это Бетельгейзе, чьи всевозможные выбросы и всплески на протяжении многих лет свидетельствуют о том, что там имеют место какие-то интересные неустойчивости. Однако Бетельгейзе находится от нас в 500 световых годах.
Лишь полдюжины раз в пределах документально засвидетельствованной истории сверхновые вспыхивали достаточно близко, чтобы быть видимыми невооруженным глазом. Один из этих взрывов в 1054 году привел к образованию Крабовидной туманности. Другой
47
Большое Магелланово Облако — небольшая галактика, спутник нашей Галактики.
Сверхновые имеют для нас принципиальное значение и еще в одном важном смысле. Без них нас бы здесь не было. Вспомните о космологической загадке, которой заканчивается первая глава, — о том, что Большой Взрыв привел к обилию легких газов, но не тяжелых элементов. Последние появились позже, но долгое время никто не представлял, как это произошло. Дело в том, что требуется нечто действительно жаркое — даже жарче середины самых горячих звезд, — чтобы выковать углерод, железо и другие элементы, без которых мы были бы, к великому нашему огорчению, абсолютно бесплотны. Объяснение пришло в виде сверхновых, и додумался до этого один английский космолог, во многом похожий по своим манерам на Фрица Цвикки.
Им был йоркширец по имени Фред Хойл. Журнал Nature [48] в некрологе (он умер в 2001 году) называет Хойла «космологом и полемистом», и он действительно был тем и другим. Он, говорилось в некрологе, «большую часть жизни был вовлечен в споры» и «ставил свою подпись под всяческой чепухой». Например, он утверждал, без каких-либо доказательств, что хранимый как сокровище в Музее естественной истории ископаемый археоптерикс является подделкой вроде пилтдаунской мистификации [49] , к великому гневу музейных палеонтологов, которым пришлось много дней отбиваться от телефонных звонков газетчиков со всего мира. Он также считал, что на Землю из космоса была занесена не только жизнь, но и множество болезней, таких как грипп и бубонная чума, а однажды высказывал предположение, что в процессе эволюции у людей появился выступающий вперед нос с обращенными вниз ноздрями, чтобы в него не падали космические патогенные организмы.
48
Nature («Природа») — один из самых престижных научных журналов в мире. Основан в 1869 году и в отличие от большинства научных журналов не имеет специализации. Считается, что в нем публикуются прорывные исследования, важные для ученых широкого круга специальностей.
49
В 1908–1911 годах вблизи Пилтдауна в графстве Суссекс, Великобритания, были найдены фрагменты черепа и челюсти, которые, как долгое время считалось, принадлежали существу, промежуточному между обезьяной и человеком. Однако в 1950-х годах сотрудники Британского музея выполнили химические анализы, которые показали, что пилтдаунские образцы являются тонко сработанной подделкой.
Именно он, будучи в игривом настроении во время радиопередачи в 1952 году, придумал термин «Большой Взрыв». Он отмечал, что наши физические представления никак не могут объяснить, почему все сущее, собранное в точку, должно так внезапно и эффектно начать расширяться. Хойл предпочитал теорию стационарного состояния, по которой Вселенная постоянно расширяется и по мере расширения непрерывно создает новую материю. Он также понимал, что если звезда катастрофически сжимается, то она высвобождает огромное количество тепла, разогревшись до 100 млн градусов и даже больше, а этого достаточно, чтобы запустить образование тяжелых элементов — процесс, называемый нуклеосинтезом [50] . В 1957 году, работая совместно с другими учеными, Хойл показал, как во время взрывов сверхновых образуются тяжелые элементы. За эту работу один из сотрудничавших с ним ученых, У. А. Фаулер, получил Нобелевскую премию. А Хойл, к нашему общему стыду, не получил.
50
Нуклеосинтез — термоядерные реакции, ведущие к образованию ядер тяжелых элементов из легких, — продолжается на протяжении всей жизни звезды. Сверхновые лишь разбрасывают его продукты, а также добавляют к ним небольшое число элементов тяжелее железа.
Согласно теории Хойла, взрывающаяся звезда выделяет достаточно энергии для создания всех новых элементов и распыления их в космосе, где они образуют газовые облака — межзвездную среду, которая в конечном счете конденсируется в новые солнечные системы. С появлением этих новых теоретических выкладок стало наконец возможным создать правдоподобный сценарий нашего появления здесь. Теперь считается, что мы знаем следующее.
Около 4,6 млрд лет назад в том месте космического пространства, где мы сейчас находимся, образовался и стал сжиматься огромный вихрь газа и пыли поперечником 24 млрд км. Почти всё — 99,9 % массы Солнечной системы — ушло на создание Солнца. Из оставшегося свободно плавать вещества две микроскопические частицы сошлись достаточно близко, чтобы быть притянутыми друг к другу электростатическими силами. Это был момент зачатия нашей планеты. То же самое происходило по всей зарождающейся Солнечной системе. Сталкивавшиеся частицы пыли образовывали все более крупные комки. В конце концов комья выросли до таких размеров, чтобы называться планетезималями. Без конца сталкиваясь друг с другом, они распадались на части и вновь соединялись в самых разнообразных сочетаниях, но в каждом столкновении был победитель, и некоторые из них становились достаточно большими, чтобы господствовать на той орбите, по которой они двигались.