ЖЕЛТЫЙ КАРЛИК
Что может быть величественнее, грандиознее Солнца! Земля рядом с ним — как горошина возле арбуза. Оно непрерывно излучает поток энергии мощностью в пятьсот миллиардов миллиардов лошадиных сил. Уму непостижимая цифра! Никакого сравнения к ней не подберешь.
А вот астрономы дали Солнцу более чем скромное название— «желтый карлик».
Как-то обидно за великое светило.
Когда человечество было в колыбели, Солнце казалось людям могущественным божеством, порой добрым, порой неумолимо грозным. «Владыка пищи, отец и мать людей» — так называли его древние египтяне и строили в его честь храмы, приносили ему дорогие жертвы.
Культ светила кое-где жив и поныне. Вспомните хотя бы «Гимн Солнцу», донесенный до нас дивным голосом Иммы Сумак, в недавнем прошлом—жрицы перуанских солнцепоклонников.
Сохранился памятник старины, на котором солнечные лучи изображены в виде длинных рук, творящих все сущее на Земле. Какой точный образ! Ведь именно Солнце создало чудесный пейзаж, окружающий нас на родной планете, сотворило жизнь и самих людей.
Дует ветер, перенося облака и поднимая вихри пыли, текут реки, наполняя моря и озера, от океанов и луж поднимается пар, сгущается в тучи, влага обрушивается на землю дождем и снегом — все это делает Солнце.
В зеленом листе строятся, потребляя энергию света, молекулы органических соединений. Птица поклевала растительных зерен и набралась сил, чтобы лететь. Зверь схватил птицу, насытился добычей и побежал по лесу. Это опять работа Солнца.
Человек убил зверя, зажарил мясо и накормил семью. Или приручил зверя, заставил его трудиться на себя — тянуть соху, везти телегу, давать молоко. Здесь снова трудится преображенная солнечная энергия.
Мы все — дети великого лучезарного творца. Как не признать его богом! И вдруг «желтый карлик»!
Впрочем, солнечный луч, родивший людей, родивший человеческий разум, сам же отверг тем самым сказку о своей якобы сверхъестественной сущности.
Знание развенчало божество, сбросило с него ореол недосягаемой тайны.
Солнце — всего-навсего рядовой член одного из бесчисленных звездных скоплений—Галактик, погруженных в беспредельные просторы Космоса. Оно ничем особенным не отличается от своих собратьев и, более того, занимает среди звезд далеко не первое место. Отсюда и название «карлик», данное астрономами с полным основанием. А почему «желтый»? Сияние разных звезд неодинаково. Одни выглядят красноватыми, другие — белыми, третьи— голубыми. От Солнца же к нам доходит желтый свет. Отсюда и прилагательное в его звездном имени.
Итак, жизнь нам даровал желтый карлик.
Что же он собой представляет?
ПОЛСТОЛЕТИЯ НАЗАД
Перенесемся мысленно в конец прошлого века и отправимся на какую-нибудь публичную лекцию о Солнце.
Вот на кафедру поднимается седовласый профессор. Он обстоятельно рассказывает об успехах солнечной астрономии.
С гордостью за науку своего времени лектор прежде всего сообщает найденную учеными величину расстояния от Земли до Солнца — 150 миллионов километров. Чтобы найти его, не надо было тянуть к светилу рулетку. Дело свелось к решению несложной геометрической задачи. Потребовалось лишь очень точно измерить углы, под которыми видны Солнце и проходящая по его диску планета Венера из разных точек земного шара.
Колоссальную удаленность Солнца от Земли лектор иллюстрирует цитатой из распространенной в ту пору научно-популярной книги профессора Юнга: «Представьте себе ребенка с такой длинной рукой, что он мог бы коснуться Солнца. Вот он прикоснулся к Солнцу и обжегся. Он успел бы скончаться к старости, прежде чем почувствовал боль, так как нервное раздражение распространяется со скоростью около 30 метров в секунду».
Определив расстояние до Солнца, ученые сразу же решили вопрос о размерах солнечного шара. Диаметр Солнца составляет 1400 тысяч километров. Значит, по своему поперечнику Солнце в 109 раз больше Земли.
Зная расстояние до светила, его величину и оценив с помощью несложного опыта количество энергии, которое оно посылает на квадратный сантиметр земной поверхности отвесно падающими лучами, нетрудно подсчитать мощность излучения с каждого квадратного сантиметра сверкающей солнечной оболочки. Оказалось, что он дает 6000 ватт.
Кусочек поверхности Солнца величиной в четыре страницы этой книжки испускает энергии больше, чем вырабатывает первая атомная электростанция.
Не меньшим достижением науки оказалось «взвешивание» Солнца. Для этого не понадобилось никаких весов, как изобразил на рисунке наш художник. Ведь Земля, обращаясь вокруг светила, постоянно «падает» на него и не может упасть лишь потому, что движется достаточно быстро. Каждую секунду наша планета отклоняется к Солнцу примерно на 3 миллиметра. Отсюда, по закону тяготения, астрономы подсчитали силу притяжения Солнцем Земли, а из полученного результата, учтя расстояние до светила, вычислили величину притягивающей солнечной массы. 2,25 • 1027 тонн — вот сколько весит Солнце! Оно в 329 400 раз тяжелее нашей планеты.
...Лекция продолжается. Профессор переходит к рассказу о поверхности светила. В телескопы видно, что она словно кипит громадными пузырями — гранулами, выбрасывает фонтаны раскаленных газов — протуберанцы, то там, то здесь покрывается вихрями, внутри которых возникают обширные сравнительно темные области— «солнечные пятна», открытые еще Галилеем. Солнце предстает, как нечто бурное, раскаленное, клокочущее, с поразительной щедростью расточающее свою энергию.
Много, очень много в ту пору знала наука о Солнце. Почти все то, о чем сегодня пишут в популярных книжках, тогда уже в общих чертах было известно.
Но наконец речь заходит об источниках лучистой солнечной силы. И вот тут профессор бессильно разводит руками.
— Милостивые государи, — восклицает он, — мы должны признать, что Солнце светит вопреки здравому смыслу, вопреки законам природы! Это тайна, это величайшая загадка!
— Почему? — волнуются «милостивые государи», слушатели профессора. Им, разумеется, обидно за вдруг объявившееся бессилие науки.
— Сегодня, — отвечает лектор,—мы не знаем процесса, который мог бы восполнить убыль энергии, непрерывно уносимой с Солнца могучим потоком его лучей. Физика и химия здесь складывают оружие. Не помогают никакие, даже самые, казалось бы, остроумные, самые изобретательные гипотезы...
НЕБЕСНЫЙ КОСТЕР
Да, вопрос «Почему светит Солнце?» оказался безмерно трудным для науки.
На рисунке вы видите гравюру XVII века. Она изображает преисподнюю, которая, по вдохновенной идее автора, размещается не где-нибудь под Землей, а внутри Солнца. В те времена подобные воззрения, видимо, считались «новаторскими».
Но дело не в адресе преисподней. Вглядитесь в гравюру и обратите внимание на наружные слои этого мистического Солнца. Видите, трепещут языки пламени? Здесь нашло отражение первое из всех предположений об источниках энергии светила. Вначале так люди и думали: Солнце просто-напросто горит, полыхает подобно гигантскому костру.
Возможно ли это?
Прежде всего автор гравюры, разумеется, не знал, что для горения необходимы кислород и горючее. Кислород в обилии содержится лишь в земной атмосфере (и то благодаря наличию жизни). В атмосфере Солнца этого газа нет. Допустим все же, что оно каким-то непонятным образом непрерывно обогащается кислородом. Предположим еще, что Солнце состоит из чистого углерода — самого калорийного из всех веществ. И даже при этих ничем не оправданных допущениях гипотеза горения терпит крах.
Чтобы поддержать неизменным поток энергии светила, каждую секунду на Солнце должно было бы сгорать 111/2 миллиардов тонн угля. И, учитывая вес самого Солнца, нетрудно рассчитать, что такой небесный пожар угас бы в течение каких-нибудь 6000 лет. За это время светило наверняка успело бы сгореть дотла, превратиться в сгусток холодной золы. Ничтожный срок! Ведь история жизни на Земле, раскрытая геологией и палеонтологией, свидетельствует о том, что Солнце освещает и согревает нашу планету не менее миллиарда лет.
Нет, Солнце не горит в том смысле, какой мы привыкли придавать слову «горение». Невозможно объяснить его лучеиспускание и любыми другими химическими реакциями, сопровождающимися выделением тепла.
И естественно возникла идея: а не питается ли Солнце энергией извне, из окружающего космического пространства?
ОБСТРЕЛ КАМНЯМИ
Мысль о том, что Солнце внутри пустое, что оно представляет собой какую-то твердую оболочку сферической формы, довольно долго держалась даже в серьезной астрономии.. Так думал, в частности, знаменитый английский ученый XVIII—XIX веков В. Гершель — основоположник звездной астрономии. Кстати сказать, он предполагал существование внутри Солнца... обитаемого мира, огражденного от раскаленных сверкающих небес холодными облаками.
К подобным взглядам — правда, без домыслов о населенности солнечных внутренностей —склонялись и некоторые другие астрономы. И это связано с широким распространением так называемой метеоритной гипотезы солнечного нагрева.
Суть гипотезы такова: тонкая твердая «крыша» светила раскаляется под бесчисленными ударами небесных камней, которые падают из глубин межпланетного пространства.
Вспомните, как греется в пальцах гвоздь, забиваемый молотком в упрямо не поддающуюся ему стену. От толчков метеоритов Солнце тоже обязательно должно нагреваться. И для этого, вообще говоря, вовсе не нужно, чтобы светило состояло из твердой сферы — оболочки. Каким бы ни было солнечное вещество, падающий небесный камень тормозится в нем, расталкивает окружающие атомы и тем самым увеличивает энергию их беспорядочного теплового движения., А средняя энергия этого движения, как известно, и характеризует температуру вещества.
Гипотеза выглядела правдоподобно и приобрела немало сторонников.
Началась математическая обработка идеи.
И тут ученых опять постигло разочарование.
Даже если представить себе, что наш земной шар по какой-то причине вдруг остановится и упадет на Солнце, энергия его падения поддержит солнечное лучеиспускание всего на сто лет. Все же планеты, низвергнувшись на Солнце, продлят его жизнь на 46 тысяч лет. Это все еще бесконечно мало по сравнению с действительной продолжительностью жизни светила. Кроме того, мысль о падении планет нелепее, чем даже предположение об угольно-кислородном Солнце. Планеты прочно удерживаются на своих орбитах, А обычных небесных камней, которые, бесспорно, то и дело сыплются на Солнце, явно недостаточно. Они не способны нагреть светило даже на одни градус в столетие.
Почва явно уходила из-под ног защитников «метеоритной» гипотезы. Но они не сдавались. Если сейчас метеоритов недостаточно, говорили они, может быть, когда-то в прошлом их было неизмеримо больше? Может быть, раньше Солнце раскалилось под их ударами и теперь медленно остывает? Это тоже нереально. Солнце вовсе по думает остывать. Оно светит и греет постоянно. К тому же метеоритный обстрел, если бы он когда-то и был и тысячи раз сильнее, наверняка наложил бы свой отпечаток на земную геологическую историю. А такого отпечатка нет и в помине.
Итак, метеоритная гипотеза гибнет.
Опять годы раздумий, прикидок, кропотливая разведка природных явлений, способных приподнять завесу над тайной солнечного жара. Десятки гипотез опровергаются, едва появившись на свет. Все чаще раздаются унылые голоса о непознаваемости Солнца, о якобы божественном, сверхъестественном источнике его лучистой силы.
Однако в 1853 году немецкий естествоиспытатель Г. Гельмгольц выдвигает предположение, которое снова привлекает всеобщее внимание.
ПАДЕНИЕ НА СЕБЯ
Если нет ничего, падающего на Солнце извне, то допустим, что оно падает как бы само на себя. На первый взгляд, невероятное допущение. Но давайте сообразим, что такое падение., Этим словом мы означаем движение тола под действием притяжения к центру притягивающей массы. В нашем случае притягивающая масса - Солнце, и центр ее — центр Солнца. И если отбросить устаревшие представления о твердости Солнца и допустить, учтя данные различных наблюдений, что солнечный шар — гигантское скопище газа, то кажется правдоподобным такое предположение: газовые частицы под действием могучего тяготения постепенно приближаются к центру светила. Получается, что каждая такая частица непрерывно падает и тормозится окружающим веществом, то есть ведет себя, как маленький «внутренний» метеорит. А процесс этот неизбежно повлечет за собой нагревание солнечного вещества.
Падение газовых частиц к центру Солнца должно сопровождаться уменьшением размеров светила. Идея сводится к тому, что Солнце в целом сжимается под действием собственного тяготения. Это, говоря языком науки, гравитационное сжатие и служит, согласно Гельмгольцу, источником энергии светила.
Гипотеза сразу была признана остроумной и убедительной. Расчеты показали, что сокращения диаметра Солнца всего на несколько километров в 100 лет вполне достаточно для поддержания потоков солнечного света и тепла. Заметить сжатие светила можно было бы лишь за тысячи лет.
Предположение Гельмгольца выглядело свободным от всякого рода искусственных допущений. И как это было приятно — забыть о нелепом угольно-кислородном солнечном веществе, о непостижимо громадных потоках метеоритов!
Нетрудно представить себе отчаяние астрономов, когда и эта гипотеза оказалась ошибочной.
Преградой встало опять-таки неумолимое постоянство солнечного излучения в веках и тысячелетиях, доказанное историей жизни на Земле. Из идеи Гельмгольца вытекало, что даже из фантастически огромного шара, размером больше всей солнечной системы, Солнце могло сжаться до современных размеров за каких-нибудь 20 миллионов лет. Срок, во всяком случае, в десятки раз меньший, чем этого требует учение о развитии земной жизни.
Двадцать миллионов лет назад на Земле уже существовал богатый животный и растительный мир. Океаны кишели рыбой, на суше появились очень похожие на современных звери. Солнце же в это время должно было только-только рождаться. А окружность его превышала бы орбиту Плутона — самой удаленной планеты солнечной системы. Непреодолимое противоречие!
Так пришлось сдать в архив и гипотезу Гельмгольца.
В конце прошлого столетия потерпели фиаско не только попытки понять солнечную силу. Физика, недавно одерживавшая блистательные победы, внезапно будто истощилась.
У всех на памяти было триумфальное шествие бессмертных открытий Ньютона. Безупречное объяснение движений небесных миров, предсказание существования неведомых прежде планет, кристально-ясные законы механики, точный расчет сложнейших механизмов — это не могло не радовать. Вместе с тем обрело, казалось, законченные формы строгое и глубокое учение об электричестве и магнетизме. Газовые законы и термодинамика (наука о теплоте) уверенно входили в инженерную практику. Венцом познания природы выглядела волновая теория света, подтвержденная многими наблюдениями и опытами.
И вот в этой устоявшейся физической картине мира, нарисованной за десятилетия и столетия упорного труда ученых, вдруг появились досадные бреши.
Свет вдруг обнаружил свойства, никак не присущие волнам, а затем поразил физиков парадоксальными, совершенно непонятными особенностями своего распространения.
Объявились вещества, неведомым способом излучающие неизвестно откуда берущуюся теплоту.
Атомы ряда элементов оказались как бы таинственно исчезающими, тающими.
Что это означало?
Конец науки? Границу познания человеком природы?
Нашлись люди—приверженцы идеализма, религии,— которые сделали именно такой вывод. На все лады принялись они кричать о якобы доказанной непознаваемости мира.
Унижая достоинство разума, они зачеркивали не только будущее, но и прошлое науки. Даже атомы, заявляли они, плод воображения, да и сама материя существует де лишь в математических уравнениях.
Сегодня все это кажется невероятным и нелепым. Встречая на каждом шагу памятники победам человеческого знания, мы не можем даже представить себе в полной мере значение слов «кризис науки». А тогда эти слова точно отражали положение вещей. Да, физика как будто зашла в тупик. И подлинные испытатели природы ценой колоссальных усилий пробивались вперед сквозь вязкую паутину философской реакции, зовущей к отказу от знания, к отказу от всякой борьбы, в том числе — что весьма примечательно — и от борьбы за лучшее будущее человечества.
Настоящий смысл «кризиса науки» раскрыл в ту пору Владимир Ильич Ленин. В своей гениальной книге «Материализм и эмпириокритицизм» он поднял знамя войны против зарвавшихся ходатаев человеческого бессилия.
Нет, то был не кризис. То был великий перелом в развитии человеческого знания, перелом, ознаменовавший поражение примитивных, механических воззрений и торжество самого передового философского учения —диалектического материализма.
В течение столетий наука занималась объяснением сравнительно простых явлений — тех, с которыми человек встречался на каждом шагу и мог наблюдать во всех подробностях, со всех сторон. Движение тел, доступных осязанию, измерению, взвешиванию, притяжение их Землей, тепловые процессы в печах и паровых котлах, волны на воде и в воздухе — для этого удавалось отыскивать разумные, не слишком трудные и логически стройные объяснения. Классическая физика, которую вы главным образом изучаете в школе, бесспорно, была правильной наукой. В нее не проникли какие-то просчеты, ошибки. Недаром она каждый день подтверждалась практикой и оплодотворяла технический прогресс.
Но кто сказал, что она должна быть универсальной?
По какой причине свет обязан во всем походить на звук, а атомы — на бильярдные шарики? Почему Солнце, огромное, пышущее неведомым на Земле жаром, должно пылать, словно вязанка дров или разогреваться подобно наковальне под ударами молота?
Нет, вся природа не обязана подчиняться законам, которые человек обосновал для отдельных, частных ее явлений. В разных условиях, в разных масштабах физические закономерности неодинаковы. Попробуйте натянуть человеческие туфли на медвежьи лапы или обуть в сапоги муху. Не выйдет. И ученые терпели неудачи, пока применяли обыденные мерки к атому и к Солнцу.