Лето проходит. День ото дня раньше опускается под горизонт Солнце. В безлунную августовскую ночь взору открывается «ледяное озеро звезд», величественное и безбрежное.

В стихотворении «Плеяды» остро передал это ощущение известный русский поэт и писатель И. А. Бунин:

Некогда, по греческой мифологии, за борьбу с богами обречен был держать на плечах небесный свод великан Атлант. Персей показал ему отрубленную голову горгоны Медузы, и великан обратился в гору. А Плеяды – осиротевшие дочери Атланта – были помещены Зевсом на небо.

На осеннем небе привлекает к себе внимание характерная тесная группа из семи слабеньких звездочек. Греки назвали это примечательное скопление звезд Плеядами. В других странах люди присваивали этому скоплению другие названия; на Руси, например, их издавна окрестили «ста огнями» – Стожарами.

Земля, как волчок, вращается вокруг оси. В результате этого нам, жителям Земли, кажется, что на протяжении ночи медленно вращается над головой небесный свод вместе со всем, что на нем находится: с Луной, планетами и звездами.

Древние астрономы считали, что звезды, словно серебряные гвозди, вбиты в небесный свод – «хрустальный купол неба». И они были убеждены, что этот купол на самом деле вращается вокруг Земли. Причудливые узоры, составляемые огоньками звезд, при таком вращении не нарушаются. Группы звезд, образующие эти узоры – иногда компактные, а иной раз разбросанные по большому участку неба, иногда очень характерные, а подчас и с трудом различимые, – называют созвездиями.

Деление неба на созвездия не таит в себе никакого тайного, сверхъестественного смысла. Это просто-напросто удобный прием, чтобы привести в порядок, уложить в памяти хаотическую россыпь звезд.

 

Кто есть кто

Выделять из множества рассыпанных по небу звезд отдельные созвездия начали еще в то время, когда люди не знали письменности. Тысячелетиями кроилось и перекраивалось ночное небо, от соседей к соседям кочевали среди древних народов удачные названия звезд, контуры созвездий. Особенно преуспели в наблюдениях звезд народы Месопотамии и прилегающих территорий – охотники и скотоводы. Не случайно, что древнейшие названия созвездий связаны с фауной этого района либо с занятиями его обитателей: Скорпион, Телец, Рак, Рыбы, Стрелец (т. е. охотник), Возничий, Волопас, Змееносец (т. е. змеелов).

Неужели богатое воображение древних наблюдателей и впрямь усматривало среди звезд фигуры людей и диковинных животных? В отдельных случаях, возможно, так и было: названия для созвездий подсказывала конфигурация звезд. Однако чаще в названия вкладывался совсем иной смысл. Нам известно, например, что Весы появились на небе не ранее III в. до н. э., а до тех пор входящие в них звезды составляли часть Скорпиона – его клешни. Кому же понадобились на небе весы? Да тому, кто знал, что неподалеку находится точка осеннего равноденствия. Когда Солнце приходило под знак Весов, наступало равновесие – световой день сравнивался, «уравновешивался» с ночью.

Названия созвездий могли связываться с характерными природными явлениями, которые происходили в период их видимости, на восходе или при заходе: погодой, периодом охоты на тех или иных зверей, сбором плодов.

Современное деление северного полушария неба на созвездия досталось нам в наследство от древних народов Востока через греков, которые расцвечивали названия красивыми легендами. Так звездное небо обратилось в «манускрипт» с греческими мифами —

(М. Волошин «Созвездия», 1908)

Созвездие Андромеды, утверждают греческие авторы, называется так по имени дочери могущественного эфиопского царя Цефея, который тоже находится на звездном небосклоне. Прикованную к скале красавицу Андромеду готово было поглотить чудовище Кит. Расположилась на небе поблизости и мать Андромеды, царица Кассиопея, опрометчиво задумавшая соперничать красотой с дочерьми бога морей. В наказание за дерзость бог и послал во владения Цефея ужасного Кита. Чудовище опустошало страну, и чтобы предотвратить полное разорение, царю пришлось принести в жертву единственную дочь.

Рядом с Андромедой виден на небе герой Персей. Он отрубил голову горгоне Медузе, взгляд которой обращал смотрящего на нее в камень. Из тела Медузы выскочил крылатый конь Пегас. Во время своих странствий Персей повстречал прикованную к скале девушку и, победив Кита, спас прекрасную Андромеду.

Самое красивое созвездие на небе северного полушария видно зимой. Оно носит имя охотника Ориона. А по соседству с Орионом подняли головы его охотничьи собаки: Большой Пес и Малый Пес.

Полярную звезду легко отыскать на небе, если двигаться взглядом вдоль линии, соединяющей две крайние звезды в ярком и примечательном «ковше» Большой Медведицы.

Большинство греческих мифов дошли до нас в различных вариантах. Одни из них восходят к древнегреческим первоисточникам, другие – плод более поздней поэтической переработки.

Не удивляйтесь поэтому, что в разных книгах вам могут повстречаться отличающиеся друг от друга рассказы о мифологических персонажах.

Легче всего отыскать среди звезд самое популярное созвездие северного неба – Большую Медведицу. Если провести воображаемую прямую линию через две крайние звезды в «ковше» Большой Медведицы, то взор упрется в Полярную – самую яркую из звезд Малой Медведицы. Особенно часто возвращается к «происхождению» созвездий Большой и Малой Медведиц римский поэт Овидий. Но, кроме его изложения, тот же сюжет встречается еще в нескольких версиях. Вот одна из них.

Дерзкому Зевсу как-то раз приглянулась нимфа Каллисто, любимица богини Геры. Из-за гнева Геры Зевсу пришлось обратить Каллисто в медведицу, но зато он подарил нимфе бессмертие, спрятав ее на небо. Это – созвездие Большой Медведицы. Вслед за хозяйкой получила бессмертие и собака Каллисто, – она находится теперь на небе под видом Малой Медведицы.

Латинские названия Большой и Малой Медведиц – Ursa Major и Ursa Minor вызывают в памяти интересную мысль поэта и литературоведа С. С. Наровчатова о возможном происхождении слова Русь.

Наши далекие предки испокон веков жили в лесостепи по берегам Днепра. Места эти изобиловали дикими лесными зверьми, особенно медведями; не удивительно, если обитавшее здесь племя славян считало себя «медвежьими людьми» и почитало медведя своим священным животным-покровителем. У многих древних народов в разных уголках мира был распространен обычай не произность вслух подлинные имена своих богов и обожествляемых покровителей. Также и древний славянин не должен был упоминать сокровенного имени своего священного животного. Он имел возможность сообщить соплеменникам иносказательно: «Сегодня я видел того, кто мед ведает». Подлинное имя священного животного, тем самым, мало-помалу забывалось, а в обиходе оставалось только его иносказательное прозвище: мед ведающий, медведь. Если такое соображение справедливо, то можно допустить, что подлинное славянское имя медведя было созвучно латинскому слову медведь – ursus. Сходные корни присутствуют, кстати, и в других языках: по-французски медведь – ours, по-итальянски – orsa, по-древнеперсидски – arsa. От этого тайного, сокровенного имени медведя древнее славянское племя «медвежьих людей», по мысли С. С. Наровчатова, и могло получить название росов, или русов. Отсюда и союз племен, возглавляемых русами, стал называться Русью, Русской землей. Вот о каком интересном соображении могут напомнить северные созвездия под названием Ursa Major и Ursa Minor.

Поэтическая легенда связана со скромным созвездием, состоящим из небольшой группы слабых звездочек ниже ручки «ковша» Большой Медведицы. Это созвездие носит название Волос Вероники. Как повествуют древние авторы, впервые это созвездие было выделено на небе несколько позже остальных, в III в. до н. э. в Египте.

Правил страной пирамид Птолемей III Евергет, сын Птолемея II Филадельфа – основателя знаменитой Александрийской библиотеки. Вероника, жена молодого басилевса (царя Египта), славилась волосами сказочной красоты. Их воспевали поэты, из-за дальних морей стекались увидеть чудо красоты цари и жрецы.

Беззаботная жизнь царя длилась недолго. Евергет во главе армии уходит в поход. Тщетно ждет Вероника скорого возвращения мужа. Отчаявшись, она дает обет: когда басилевс вернется, царица острижет волосы и пожертвует их храму богини любви.

Евергет возвращается героем. Верная слову Вероника исполняет обет. В разгар победного пира жертвенный дар из храма исчезает.

Царь не помнит себя от ярости. Он хочет казнить и стражу, и жрецов. Тогда в ход событий вмешивается придворный астролог:

Астролог Конон сообщает, что волосы Вероники не украдены. Их унесла на небо растроганная богиня любви.

Легенда о волосах Вероники послужила сюжетом поэмы Каллимаха – одного из учителей географа Эратосфена, его предшественника по руководству Александрийской библиотекой. Подлинная поэма Каллимаха до нас не дошла, но она сохранилась благодаря латинскому переложению римского поэта Катулла.

Красивые легенды, как мы уже сказали, служили для того, чтобы задним числом расцветить небо поэтическими узорами. А канва, по которой шла греческая вышивка – деление неба на созвездия – эта канва ткалась тысячелетиями, задолго до греков в результате вполне будничных, прозаических наблюдений за движениями небесных светил.

Особую группу составляют 12 созвездий, входящих в так называемый пояс зодиака. «Зодиак» – греческое слово, имеющее тот же корень, что нынешний «зоопарк»: по-русски его переводят как «круг животных». Большинство из зодиакальных созвездий действительно носят названия животных.

Зодиакальные созвездия – те, по которым в своем годичном перемещении среди звезд ходит Солнце. В каждом из них Солнце находится примерно месяц, после чего вступает в следующее зодиакальное созвездие. Конечно, ни то созвездие, где пребывает сейчас Солнце, ни соседние с ним в обычных условиях увидеть нельзя: они находятся на небе днем. Зато в полночь хорошо видно зодиакальное созвездие, диаметрально противоположное тому, в котором сейчас находится Солнце; до него-то Солнце доберется только через полгода.

Зодиакальные созвездия играли важную роль в астрологических предсказаниях. Знаки зодиака часто служили символами, сюжетами для орнаментов, изображались на часах. Приводим полный перечень зодиакальных созвездий с указанием двух периодов времени: первый период – тот, когда Солнце в наши дни реально проходит данное созвездие, а второй период, близкий к месяцу, – тот, который условно принято относить к соответствующему знаку Зодиака.

Пользуясь приведенной табличкой, не следует забывать, что периоды прохождения Солнцем зодиакальных созвездий меняются от эпохи к эпохе и от года к году. Не удивляйтесь поэтому, что в разных книгах встречаются отличающиеся друг от друга сведения. Зимой, с 30.XI по 16.XII, Солнце две недели идет в пределах созвездия Змееносца, но это созвездие по традиции не входит в зодиакальный круг.

Пусть вас не смущает среди знаков зодиака название Овен: оно обозначает мужской род от обычной овцы. О том же, почему попали в круг животных Весы, мы уже рассказывали.

Случайны ли названия знаков зодиака или древние авторы вкладывали в них определенный смысл? Вкладывали – и убедиться в этом несложно.

Солнце в годичном движении по небу за четыре сезона проходит четыре особые точки. Подробнее мы расскажем об этих точках в следующей главе, а пока лишь перечислим их: точка весеннего равноденствия, точка летнего солнцестояния, точка осеннего равноденствия и точка зимнего солнцестояния. Положения данных точек на небе довольно легко фиксируются и от тысячелетия к тысячелетию медленно смещаются. Примерно четыре тысячелетия назад они приходились соответственно на такие созвездия: Телец, Лев, Скорпион, Водолей.

Древнему скотоводу трудно было подыскать более подходящий символ для весны, чем Телец – бык. Изображения крылатых быков украшали городские ворота в Шумере, Ассирии, Вавилонии. Бык, подобно весне, символизировал таинственную силу возрождения жизни, плодородие, начало нового природного цикла.

Лев во все времена считался царем зверей. И разве не царский знак Льва должно было получить светозарное Солнце, когда оно в своем пути по небу достигало высшей точки – точки летнего солнцестояния?

С приходом Солнца в точку осеннего равноденствия продолжалось его «опускание», движение под небесный экватор. Предстояла пора зимней спячки природы, пора ее умирания. Скорпион, который убивает сам себя, полностью отвечает символике осени.

И, наконец, почему Водолей? По воззрениям древних народов землю окружает всемирный океан, за который Солнце скрывается на ночь. За океан в подземный мир отправляются тени усопших. Символ Водолея удачно подходит для точки зимнего солнцестояния, когда Солнце в своем пути по небу спускается в самое нижнее положение.

Такая расшифровка символики знаков зодиака при их происхождении выглядит убедительной. Конечно, здесь остаются еще недоказанные и спорные моменты. Однако два обстоятельства установлены ныне совершенно достоверно. Во-первых, названия большинства созвездий восходят к гораздо более древним эпохам, чем их греческие мифологические «одежды». Во-вторых, древние наблюдатели звездного неба чаще всего отталкивались не от внешних впечатлений, связанных с конфигурациями наиболее ярких звезд, а от существа природных явлений, которые соотносились с теми или иными созвездиями.

Зодиакальные созвездия Льва и Рака со старинной звездной карты.

Как раньше, так и теперь изыскивались правила для быстрого запоминания названий созвездий или, скажем, порядка чередования знаков зодиака. Чаще всего прибегали к легко запоминающимся стихам.

Как-то раз в Центральном государственном архиве литературы и искусства была обнаружена рукопись, помеченная 1827 г. Неизвестный ученый в стихотворной форме излагает в ней систему мироздания. В рукописи имеются строки, посвященные знакам зодиака:

 

Небесные карты

Созвездия и отдельные звезды издавна наносились на глобусы и небесные карты. Созвездия на этих картах – будто разные государства, а точки-звезды – столицы и другие населенные пункты. И служат небесные карты для тех же целей, что и обычные земные: по ним легко ориентироваться среди звезд.

В эпоху Великих географических открытий астрономы разделили на созвездия южное полушарие неба. Название Южный Крест придумали современники Магеллана. Европейские ученые — участники далеких путешествий в тропические страны, выделяя новые созвездия, почти не пользовались для их названий мифологическими персонажами. Их мысль работала совсем в ином направлении. И на южном небе появились сначала созвездия Летучая Рыба, Павлин, Тукан, Хамелеон, Райская Птица, Индеец, потом Часы, Компас, Циркуль, Микроскоп.

Древние наблюдатели присваивали собственные названия не только группам звезд – созвездиям, но и отдельным чем-либо примечательным звездам. Как люди узнавали названия звезд? Так же, как они узнают имена своих детей.

Очень часто в старину имя давалось детям либо в связи с событием, которое сопутствовало их рождению, либо по каким-нибудь отличительным признакам характера или внешнего облика ребенка. В старых русских грамотах упоминаются имена: Зима, Суббота (в Троице-Сергиевой лавре под Москвой похоронен Собота Иванович Осорьин), Неупокой, Крик, Звяга, Бессон, Пузо, Губа. Подобным образом поступали древние шумеры, греки, римляне и арабы, давая звездам те имена, которые во многих случаях сохранились до наших дней.

На северном небе видно почти правильное колечко звезд. Его называют созвездием Северной Короны. А самая яркая звезда в центре короны – Гемма, что значит «Жемчужина».

Звезда отчетливо красного цвета известна нам под именем Антареса. В греческом языке добавление в начале слова приставки анти (или ант) придает ему значение «похожий на что-то», хотя, чаще всего, похожий в прямо противоположном смысле: Арктика – Антарктика, номос (закон) – антиномия (противоречие в законах). Красная планета Марс носит имя римского бога войны, а по-гречески тот же бог назывался Арес. Яркая звезда, по цвету соперничающая с красным Марсом, стала «соперником Марса» – Антаресом.

Самая яркая из всех звезд неба теперь называется Сириус, от греческого «сириос» – «блестящий». Наблюдения за Сириусом играли большую роль в астрономической деятельности египетских жрецов. Поскольку Сириус входит в созвездие Большого Пса, то эту звезду называли Собачьей. Так же называли ее и римляне. Слово «собака» звучит по-латыни как «канис», а звезда называлась уменьшительным именем Каникула. Для римлян появление Каникулы означало наступление тревожного периода летнего зноя. Богатые горожане торопились укрыться в загородных поместьях. В городских трущобах вспыхивали пожары и распространялись эпидемии. У римлян палящая летняя жара была «собачьим временем» – «каникулами».

Если названия созвездий северного полушария неба дошли до нас в основном от греков, то большинство названий звезд в них прошли через руки средневековых арабоязычных астрономов стран ислама. Они уделяли большое внимание практическим астрономическим задачам – определениям географических координат и ориентации мечетей, а за определения координат звезд брались редко. В ходу у них был старинный звездный каталог Клавдия Птолемея, содержавший чуть более тысячи звезд с описаниями примет их положений в фигурах созвездий: первая в хвосте, брюхо, пуп коня и т. д. Распространенный случай происхождения арабских наименований звезд – перевод их примет из звездного каталога Птолемея. «Стаж» этих названий, как правило, всего около тысячи лет.

Изменение видимого расположения ярких звезд созвездия Большой Медведицы вследствие их собственных движений: вверху – 50 тыс. лет назад, в середине – в настоящее время, внизу – через 50 тыс. лет.

Известно, что конфигурация ярких звезд созвездия Большой Медведицы напоминает черпак для воды: четыре звезды образуют ковш и три звезды – слегка изогнутую ручку. Средняя звезда в «ручке» очень любопытная: это двойная звезда. Рядом с яркой звездой, почти вплотную к ней, располагается еще одна очень слабенькая звездочка. По этой паре звезд удобно проверять зрение. Если человек видит обе звезды – не только яркую, но и слабенькую, – значит, у него отличное зрение. Яркую звезду называют Мицаром, а слабенькую Алькором; это искаженные в позднем Средневековье арабские названия.

Осенью показывается на небе созвездие Персея. Его рисовали в старинных атласах так: Персей держит в правой руке занесенный меч, а в левой – сеющую смерть голову Медузы. В голове Медузы обращает на себя внимание удивительный мигающий «глаз» – звезда, систематически меняющая блеск почти в три раза. Ей дали имя Алголь – от арабского рас ал-гул – Голова Демона. Это одно из старейших арабских названий звезд, которое применяется с X в. н. э.

Красивые имена звезд, ласкающие слух очарованием таинственности, зачастую имеют очень прозаическое происхождение. Названия ярких звезд Бетельгейзе и Ригель из созвездия Ориона переводятся с арабского как «подмышка Великана» – байт ал-джауза и «нога» – риджл; Фомальгаут (а Южной Рыбы) значит в переводе «рот рыбы» – фумм ал-хут и т. д.

Собственные названия звезд в наши дни употребляются астрономами нечасто. На практике ими пользуются не более чем для двухсот пятидесяти звезд, хотя общее число звезд с собственными именами близко к тысяче. Для того чтобы различать на небе все остальные звезды, пользуются либо буквенными, либо числовыми обозначениями.

В XVII в. астрономы для обозначения звезд обходились 24 буквами греческого алфавита. В пределах каждого созвездия буквенные обозначения присваивались звездам приблизительно в порядке убывания их блеска. Самая яркая звезда в созвездии называлась, α (альфой), следующая по яркости – β (бетой), потом соответственно шли γ (гамма), δ (дельта), ε (эпсилон) и так далее. Звезда Гемма получила по этой системе название альфы созвездия Северной Короны, Алголь стал бетой Персея, а Мицар – дзетой Большой Медведицы.

Но, естественно, скромных возможностей 24 греческих букв надолго не хватило. Тогда астрономы для указания более слабых звезд начали ссылаться на их номера – в каком-нибудь звездном каталоге. А каталоги, как правило, различались по именам авторов. Появились такие обозначения, как, например, Лаланд 21185, Грумбридж 1830 или же Вольф 359. Однако такой прием на практике тоже не очень-то удобен: за различными обозначениями в этом случае несколько раз могла скрываться одна и та же звезда.

Во второй половине прошлого века в Германии было опубликовано «Боннское обозрение неба» – Bonner Durchmusterung или сокращенно BD. Этот капитальный четырехтомный каталог и приложенный к нему большой атлас неба охватывают 457857 звезд, видимых в северном полушарии Земли. С тех пор самым распространенным обозначением слабых звезд стала ссылка на каталог BD. Звезды в этом каталоге помещены по зонам шириной в 1°, разделенными небесными параллелями. Таким образом, обозначение звезды складывается из названия каталога, номера зоны и номера звезды внутри зоны. Обозначение BD+4°4048 следует расшифровать как звезду № 4048 Боннского обозрения в зоне, расположенной между небесными параллелями +4° и +5°.

Примерно через полвека в Аргентине, в городе Кордове было подготовлено продолжение «Боннского обозрения» для звезд, видимых в южном полушарии Земли. Четыре тома «Кордовского обозрения неба» – Cordoba Durchmusterung или сокращенно CoD – содержат данные еще о 613 953 звездах. Перед номерами звезд, каталогизированных в «Кордовском обозрении», указывается название каталога CoD, например, CoD – 27°854.

Особые обозначения присваиваются в наши дни так называемым переменным звездам, – тем звездам, которые, наподобие Алголя, меняют свой блеск. Эти звезды обозначают в пределах каждого созвездия одной или двумя заглавными буквами латинского алфавита, что позволяет ввести систему из 334 обозначений. В тех же случаях, когда в одном созвездии обнаружено больше 334 переменных, для обозначения последующих переменных звезд пользуются буквой V и порядковым номером, начиная с 335. Таким способом получаются обозначения переменных звезд Т Тельца, RR Лиры, V 537 Стрельца.

На протяжении веков карты звездного неба неоднократно перекраивались. Астрономы меняли очертания созвездий, некоторые из них вовсе упраздняли, придумывали новые. В XVII в., например, известный польский астроном Ян Гевелий поместил рядом с созвездием Большой Медведицы созвездие Рыси. В этой части неба, – мотивировал он свое нововведение, – встречаются только слабые звезды, и нужно иметь рысьи глаза, чтобы их различить и распознать. Это созвездие существует и поныне, хотя оно и не содержит ни одной яркой звезды.

Мало кто знает, что тот же Гевелий увековечил на небе польского короля Яна Собесского. Над зодиакальным созвездием Стрельца располагается небольшое по площади созвездие Щита. Оно и было первоначально введено Гевелием под названием Щита Собесского.

Возможностью снискать благосклонность правителей, прославив их имена в названиях звезд и созвездий, неоднократно злоупотребляли. В каждой стране «выдвигали» на небо своих королей. Из Англии исходил проект разместить на небе Арфу Георга, из Германии – Регалии Фридриха II. Кстати, чтобы высвободить место для «регалий» этого воинственного короля, предлагалось отодвинуть руку Андромеды, которая была «прикована» к одному и тому же месту несколько тысячелетий.

Жаркие споры вызвал в XVII в. проект замены всех древних «языческих» названий созвездий и небесных тел на единственно «верные», христианские. Солнце предлагалось переименовать в Христа, Луну – в Деву Марию. Венера становилась Иоанном Крестителем, созвездие Овна – Святым Петром и так далее. Но до этого, по счастью, дело не дошло.

В 1919 г. был организован Международный астрономический союз – высший законодательный орган астрономов. Прежде всего он привел в порядок карты звездного неба. Рассмотрев все когда-либо существовавшие предложения, он исключил из числа созвездий совершенно случайные и неудачные, раз и навсегда утвердив окончательный список из 88 созвездий. Многие названия созвездий были упрощены. Вместо Телескопа Гершеля, например, остался на небе просто Телескоп, Химическая Печь преобразовалась в обыкновенную Печь, Воздушный Насос стал Насосом, Резец Гравера – Резцом. Границы между созвездиями были проведены заново: старые извилистые границы заменили ровными линиями, идущими вдоль линий сетки небесных координат.

 

Звездные города

По беглому впечатлению кажется, будто звезд на небе видимо-невидимо. И ведут они себя так, как если бы действительно наглухо приколочены к вращающемуся куполу неба. Испокон зеков астрономы так и говорили: неподвижные звезды. Кажется еще, что разбросаны звезды по небу в полнейшем беспорядке. На деле все это совсем не так.

Невооруженным глазом на небе в самую темную ночь вы насчитаете всего около 3 тысяч звезд. Одновременно можно вести подсчеты только на половине неба. На всем небе простым глазом видно примерно 6 тысяч звезд.

Выполнить подсчеты звезд несложно. Гораздо сложнее было обнаружить, что они все-таки смещаются друг относительно друга. Ведь такие смещения ничтожно малы.

Самая «торопливая» из звезд проходит по небу расстояние, равное поперечнику Луны, лишь за 200 лет. Открыл перемещение этой звезды – красного карлика из созвездия Змееносца (простым глазом его увидеть нельзя) – астроном Барнард. Смещение звезды Барнарда, казалось бы, совсем незначительно, но по сравнению с исчезающе малыми смещениями подавляющего большинства других звезд его следует признать громадным; недаром астрономы прозвали звезду Барнарда «летящей».

«Летящая звезда» Барнарда – редкое исключение. Как правило, собственные движения звезд меньше, чем у звезды Барнарда, в сотни и тысячи раз. Поэтому привычные контуры созвездий остаются практически неизменными не только на протяжении жизни одного человека, но и в течение тысячелетий.

Малое смещение звезд на небе вовсе не означает, что они и вправду чрезвычайно медлительны. Звезды могут передвигаться в пространстве с огромными скоростями. Малое смещение звезд на небесном своде указывает лишь на их колоссальную отдаленность.

Поперечный разрез Галактики по результатам звездных подсчетов В. Гершеля.

Впервые собственное движение звезд было обнаружено в 1718 г. Еще через 70 лет появилось строгое доказательство того, что звезды в пространстве размещены отнюдь не так уж беспорядочно. Заслуга в получении такого доказательства принадлежит выдающемуся английскому астроному Вильяму Гершелю.

Тускло светящимся обручем охватывает небесный свод туманная полоса Млечного Пути. Млечный Путь можно увидеть только очень темными ночами, наблюдениям не должны мешать ни зарево городских огней, ни свет Луны. В наших широтах Млечный Путь лучше всего виден на исходе лета и осенью.

Греческие мифы связывали Млечный Путь со ссорой богов. Повелитель Олимпа Зевс хотел будто бы поднести своего сына от смертной женщины, Геракла, к груди спящей богини Геры, но та проснулась и в гневе оттолкнула младенца: брызнувшее из божественной груди молоко оставило нетленный след на небесном своде.

Древние поэты воспевали Млечный Путь как звездную дорогу богов.

так на рубеже нашей эры писал римский поэт Овидий.

Млечный Путь обладает сложной, клочковатой структурой. Очертания его размыты, в различных частях он имеет разную ширину и яркость.

Когда Галилео Галилей впервые направил телескоп на небо, он тотчас обратил внимание, что слабая туманная полоса Млечного Пути вовсе не сияние, как тогда думали, порожденное атмосферой, а скопление громадного количества слабых звезд. Они расположены настолько близко одна к другой, что для невооруженного глаза свет их сливается воедино.

Что же, звезды распределены по небу более или менее равномерно, и лишь в сравнительно узкой полосе Млечного Пути концентрация звезд резко возрастает? Для ответа на такой вопрос Вильям Гершель принялся систематически «вычерпывать» звездное небо. А «ковшом» для этой цели послужило ему поле зрения телескопа.

Тысячи раз направлял Гершель свой телескоп в разные участки неба и тщательно подсчитывал, сколько звезд попадало одновременно в его поле зрения. Естественно, что каждый такой «черпок» сильно отличался от других. Однако средние результаты из многих «черпков» уже достаточно надежно представляли целые зоны звездного неба: случайные отклонения взаимно исключались, компенсировались, и за полученным Гершелем распределением звезд на небе вставала важная закономерность.

Оказалось, что самая богатая звездами область неба действительно совпадает с Млечным Путем. А по обе стороны от Млечного Пути среднее число звезд на одну и ту же по размерам площадку неба плавно убывает.

Тем самым Гершель доказал, что видимые на небе звезды не разбросаны хаотично, а образуют гигантскую звездную систему. От греческого слова галактикос – «молочный» – звездная система, основу которой составляет Млечный Путь, получила название Галактики. Чтобы выделить ее из остальных звездных систем, мы пишем это название с большой буквы.

Гершель впервые нашел пути, чтобы выяснить в общих чертах форму Галактики.

Представьте себе, что, находясь в засаженном деревьями парке, вы задумали определить протяженность его в различных направлениях. Допустимо предположить, что деревья в парке растут более или менее равномерно. Следовательно, в тех направлениях, где видно больше деревьев, и парк тянется дальше, а где деревьев насчитывается меньше, там граница парка ближе.

Гершель рассуждал аналогичным образом: чем больше звезд попадает одновременно в поле зрения телескопа, тем дальше в этом направлении простирается Галактика. Он пришел к правильному выводу, что Галактика имеет сильно уплощенную форму: ее протяженность в направлении Млечного Пути несравненно больше, чем по направлениям к полюсам. С тех пор несколько поколений ученых продолжают изучать строение звездного мира. Вот как представляется эта проблема сегодня.

Звезды во Вселенной не рассыпаны как попало, а образуют гигантские «звездные города» – скопища звезд, которые называют галактиками. Чужие галактики часто видны в телескопы как небольшие туманные пятна, поэтому их по старинке называют еще и туманностями. Хотя не следует упускать из виду, что подлинные газовые туманности не имеют ничего общего с теми «туманностями», которые на деле являются галактиками.

«Звездные города» не имеют строго очерченных границ и поэтому форму галактик можно описать только очень обобщенно.

Если смотреть сбоку, то в центре галактики обращает на себя внимание утолщение, которое соответствует ее наиболее богатой звездами области – ядру. Может наблюдаться сгущение звезд также и около всей срединной части галактики, так называемой галактической плоскости.

Воочию увидеть сгущение звезд, расположенных вблизи от галактической плоскости, можно и в нашей собственной Галактике. Таким сгущением является Млечный Путь. Только не забывайте, что смотрим мы на нашу Галактику изнутри. И поэтому богатая звездами область собственной галактической плоскости представляется нам широким поясом, охватившим весь небесный свод.

На современных фотографиях звездного неба обнаружено чрезвычайно много галактик. Видны они в разных ракурсах: и плашмя, и с ребра, и под разными углами. На фотографиях многих галактик хорошо заметно, что звезды в пределах галактической плоскости тоже распределены неравномерно. Обширные сгущения звезд тянутся от ядра через галактическую плоскость, имея форму спиралей. Их называют спиральными ветвями галактик.

Каких только взглядов не высказывалось для объяснения возникновения у галактик их спиральных ветвей! Английский астроном Дж. Джинс допускал даже будто спирали являются следами того, что «в нашу Вселенную вливается вещество из каких-то других, совершенно чуждых нам пространственных измерений».

Астрономы выяснили, что в спиральных ветвях галактик сосредоточено больше всего ярких молодых звезд. По современным представлениям, спиральные узоры представляют собой волны повышенной плотности вещества. По своим особенностям вращение этих волн уплотнения в галактиках отчасти сродни движению морских волн. Морские волны поднимают и опускают капли воды, но при этом ни к берегу, ни от берега их не увлекают. Точно также галактические «волны» при их вращении вокруг ядра галактики не переносят вещество, а только создают его временное уплотнение. В этом уплотнении процесс звездообразования протекает особенно интенсивно.

Всего наша Галактика содержит свыше сотни миллиардов звезд. Много это или не очень? По расчетам экспертов ООН 11 июля 1987 г. население земного шара перевалило за 5 млрд. человек. Это значит, что на каждого человека, живущего на Земле, в Галактике приходится по 20 звезд. Десятками и сотнями миллиардов звезд характеризуется численность звездного «населения» и других галактик.

Кроме звезд, в галактиках много газа с примесью пыли – несветящегося межзвездного вещества, которое образует темные облака. Имеются такие облака и в нашей Галактике. Они загораживают удаленные звезды, и земному наблюдателю кажется, что звезд в этом месте нет. Такие участки неба образно называют «угольными мешками».

Межзвездное вещество препятствует астрономическим исследованиям. Шутят, что астрономы, изучающие мир звезд, похожи на людей, составляющих описание громадного промышленного города. В нем сотни высоких домов и, фабричных труб, из которых валит дым. А люди, составляющие описание, попали на его далекую окраину. Смотрят они в свои телескопы и с трудом разбираются в открывающемся им лабиринте домов и заводских корпусов.

Эта горькая шутка недалека от истины. Но ведь преодоление препятствий и составляет основную задачу любой науки.

 

Адрес во вселенной

Ты посылаешь письмо другу. На чистом конверте записываешь адрес: город, улицу, номер дома. А можно ли записать наш с тобой адрес в бескрайних просторах Вселенной? Оказывается – можно, поскольку Вселенная вовсе не хаотическое нагромождение разных разностей. Она структурна.

Наш общий дом – планета Земля. Это понятно. А улица? Улицей можно считать место, где расположилось Солнце и его «дети» – окрестные планеты. Стало быть, наша улица – планетная система у звезды по имени Солнце. Ну, а город? Мы только что сравнивали с городом множество звезд, образующих Галактику. Это и есть город, в котором «проживает» Солнце.

Подобно звездам, группирующимся в «звездные города», отдельные галактики тоже группируются в скопления галактик, которые образуют всеобъемлющую систему галактик – Метагалактику.

Вот и получается наш адрес во Вселенной:

Метагалактика —

Галактика —

Солнце —

Планета Земля.

Единицей измерения межзвездных и межгалактических расстояний служит световой год. Световой год – расстояние, которое луч света проходит за год. А распространяется свет, как известно, со скоростью 300 тыс. км/с. Один световой год составляет округленно 9 триллионов 460 миллиардов километров.

Расстояния между галактиками фантастически велики. От ближайшей к нам соседней галактики – туманности из созвездия Андромеды – свет идет около 2 млн лет.

По сравнению с такими чудовищными расстояниями размеры каждой отдельной галактики оказываются несколько скромнее. Наша Галактика, например, имеет в поперечнике меньше 100 тыс. световых лет.

Схема строения Галактики, рассматриваемой «с ребра», по современным представлениям. Стрелка указывает положение Солнца. Большие белые пятна – шаровые звездные скопления, темная полоса вдоль галактической плоскости – тонкий слой поглощающей свет пылевой материи. Шкала расстояний внизу – в световых годах.

Форма нашей Галактики в целом, так же как и других галактик, напоминает двояковыпуклую линзу или, еще проще, две тарелки, сложенные краями вместе, а донышками наружу. Лист бумаги, зажатый между тарелками, дает наглядное представление об особенно богатой звездами галактической плоскости. Толщина Галактики меньше ее поперечника примерно в 12 раз.

Косвенным путем в галактической плоскости нашей Галактики, как и у многих других, обнаружены тянущиеся от ядра к периферии слегка закрученные спиральные сгущения звезд – спиральные ветви.

В центре Галактики расположено ядро с поперечником в 5 тыс. световых лет. Это, пожалуй, наименее изученная и наиболее таинственная область Галактики. Мы очень мало знаем о составе и структуре ядра, протекающих в его недрах процессах.

Наше Солнце находится в одном из спиральных рукавов почти точно в галактической плоскости, но далеко от ядра Галактики: ближе к окраине Галактики, чем к центру. Ядро Галактики наблюдается на небе как большое яркое облако Млечного Пути в созвездии Стрельца. Однако, по всей видимости, это край обширной области ядра. Основная часть ядра скрыта от земных наблюдателей темной материей – «угольным мешком».

Звезды в галактической плоскости медленно обращаются вокруг ядра Галактики. При вращении твердого тела, велосипедного колеса, например, все точки делают один оборот за одно и то же время. Точка, которая находится дальше от центра, движется быстрее. Обращение звезд в Галактике происходит иначе: чем дальше звезда от центра, тем медленнее ее движение.

Ньютон установил, что небесное тело, находящееся в поле тяготения другого, более массивного небесного тела, движется вокруг него по замкнутой эллиптической орбите. Так движутся вокруг Солнца планеты. Однако движение звезд вокруг центра Галактики, хотя оно тоже подчиняется закону всемирного тяготения, происходит по гораздо более сложным траекториям.

Поле тяготения внутри Галактики определяется не единой центральной притягивающей массой, которая значительно превосходит все остальное, как, например, в Солнечной системе, а складывается из суммарного действия всей совокупности входящих в нее звезд. В этом случае каждая отдельная звезда движется вокруг центра Галактики не по эллипсу, а по сложной кривой, которая часто имеет вид цветка со многими лепестками. Лепестки могут располагаться в разных плоскостях, а траектории движения звезд в подавляющем большинстве случаев оказываются даже незамкнутыми кривыми – звезды практически никогда не возвращаются на старое место относительно центра Галактики. Под влиянием сил взаимного притяжения отдельных звезд и скоплений пути звезд могут очень сильно искривляться и усложняться. Они могут скрещиваться и пересекаться. Вообще говоря, звезды могут даже встретиться друг с другом, только вероятность таких событий исчезающе мала.

Судите сами. Не будем учитывать общую скорость движения соседей Солнца вокруг центра Галактики. Рассмотрим только их движения по отношению друг к другу. В сравнении с расстояниями между звездами их взаимные движения крайне медленны. Пусть движение звезд – это ползание медлительных улиток. Длину собственного тела они проползают часов за двадцать. Улитка-Солнце находится в Москве. Тогда соседи Солнца окажутся: улитка-Сириус в Витебске, улитка-Процион – у Минска, улитка-Толиман (старинное название ближайшей к Солнцу звезды Альфы Центавра) – вблизи Бологого, а улитка-Альтаир – в Воркуте. Ползут они в разные стороны. Можно ли при этих условиях рассчитывать на встречу?

Отрезки времени, в которых удобно описывать обращение звезд в галактиках, очень велики – это миллионы и миллиарды лет.

Солнце движется вокруг центра Галактики со скоростью около 250 км/с и совершает один обход вокруг него почти за 250 млн. лет. Высказывались предположения, что смена геологических эпох, наступление ледниковых периодов и другие гигантские катаклизмы в истории Земли связаны именно с «космическим климатом», т. е. с положением Солнца относительно ядра Галактики. Подобно тому, как из-за наклона земной оси ежегодное обращение Земли вокруг Солнца приводит к регулярной смене времен года, так и обращение Солнца вокруг ядра Галактики вызывает будто бы аналогичные изменения, только в гораздо более крупных масштабах. Эти предположения пока не подтверждены и не опровергнуты. Они остаются гипотезой.

Солнце – звезда, сердце нашей планетной системы. Сила тяготения Солнца заставляет обращаться вокруг него и Землю, и другие планеты.

Солнце – это гигантский пылающий газовый шар. Объем его превосходит объем Земли в 1 300 000 раз. Температура внутри Солнца может достигать 15 000 000 К.

Астрономы обнаружили на Солнце все те же химические элементы таблицы Менделеева: водород, кислород, азот, углерод, которые были хорошо известны ученым на Земле. Только однажды в 1868 г. сразу несколько астрономов обнаружили в солнечных протуберанцах ранее неизвестный химический элемент. От греческого слова гелиос – «солнце» – новый элемент назвали гелием. В 1895 г. гелий был обнаружен в составе газов, выделенных из минерала клевеита, а впоследствии в небольших дозах в земной атмосфере. Теперь он с успехом служит наполнителем в многочисленных светящихся рекламных трубках.

За счет чего Солнце способно непрерывно излучать в окружающее пространство чудовищный поток лучистой энергии?

Аллегорическое изображение Солнца из книги Кая Юлия Гигина «Poeticon Astronomicon», отпечатанной в Венеции в 1482 г. Книга вышла из-под станка Эрхарда Ратдольта, нюрнбергского печатника, работавшего у прославленного астронома Региомонтана – автора астрономических «Эфемерид» (1474 г.), которыми пользовался Христофор Колумб и многие другие мореплаватели. Перебравшись в Венецию, Ратдольт основал собственную типографию – крупнейшую по изданию научной литературы. «Calendarium» Региомонтана, опубликованный Ратдольтом в Венеции в 1476 г., был первой в истории книгой с титульным листом.

Будь Солнце просто раскаленным газовым шаром, оно остыло бы всего за несколько десятков миллионов лет. Но растительная жизнь на Земле – так свидетельствует геология – существует по крайней мере миллиард лет. Жизнь нуждается в солнечной энергии. И стало быть, за последний миллиард лет энергия Солнца не истощилась.

Геологические изыскания не оставляют места для тревог, что Солнце остывает. Больше того, по данным геологов, например, древнейшие оледенения бывали даже более мощными, чем последующие.

Астрономы долго искали источник неиссякающей солнечной энергии – то «горючее», которое непрерывно обогревает всю Солнечную систему. Обнаружить его удалось в связи с успехами ядерной физики. В центральной области солнечного шара в силу колоссальных температур и давлений ядра атомов с сорванными электронными оболочками тесно прижимаются друг к другу, и в этих условиях начинает идти термоядерная реакция превращения водорода в гелий. В глубоких недрах Солнца идет та самая реакция, о которой тщетно мечтали средневековые алхимики, – реакция превращения одного химического элемента в другой.

Солнце – сгусток пылающей материи – является колоссальным природным реактором. В течение миллиардов лет этот реактор перерабатывает собственное вещество.

Современная наука также сумела воспроизвести эту «солнечную» реакцию, но, к сожалению, еще не научилась управлять ею. Мы знакомы с ней только в неуправляемой форме, при взрыве; реакция превращения водорода в гелий происходит при взрыве водородной бомбы.

Исследования показали, что при термоядерной реакции превращения водорода в гелий выделение энергии на каждый грамм «употребленного» водорода составляет 6-1011 Дж. Нетрудно рассчитать, зная общее солнечное излучение, что «сгорание» водорода на Солнце идет со скоростью 5 миллионов тонн в секунду.

Термоядерная реакция превращения водорода в гелий идет только в центральной части, в глубинной «топке» Солнца. Подавляющая же часть солнечного вещества в этой реакции не участвует и энергии не выделяет. Поэтому, если колоссальный общий поток солнечной энергии сопоставить с его колоссальной массой, то окажется, что количество излучаемой энергии, приходящееся на единицу массы, например, на 1 г солнечного вещества в среднем исчезающе мало. Как заметил однажды советский астрофизик В. Г. Курт, поток солнечной энергии, приходящийся в среднем на единицу массы Солнца, равен потоку энергии, выделяемой такой же по массе кучей прелых листьев в лесу.

Солнце расходует водород и стареет. Первоначально – около 5 млрд лет назад – водород составлял около 70 % от всей массы Солнца. Теперь, по расчетам, содержание его в центральной части Солнца, его «термоядерной топке» снизилось до 30-40 %. Этого хватит еще на несколько миллиардов лет.

Приведенные выше характеристики Солнца грандиозны только по сравнению с его «детьми» – планетами. Если же сравнивать с другими звездами, то окажется, что Солнце – самая простая, самая обыкновенная, самая заурядная звезда. По всем своим свойствам оно занимает среднее положение. Есть звезды и гораздо больше, и гораздо меньше. Есть и гораздо горячее, и гораздо холоднее.

Лишь исследования последнего десятилетия обнаружили особенность Солнца, которая как будто выделяет его из многих миллиардов других звезд. Солнце расположено на таком удалении от центра Галактики, на котором изменяющиеся с расстоянием от центра скорости обращения звезд вокруг этого центра сравниваются с постоянной скоростью обращения спиральной волны плотности. Окружность такого радиуса называлась бы по-русски окружностью одинакового вращения, со-вращения. В соответствии с правилами образования научных терминов она получила имя коротации.

Находясь на коротационной окружности Солнце избегает прохождений через уплотнения спиральных рукавов. Может быть, именно это обстоятельство и является необходимым условием возникновения жизни? Однозначного ответа на этот вопрос еще нет, но некоторые исследователи уже поспешили на всякий случай окрестить пояс Галактики, примыкающий к коротационной окружности, галактическим «поясом жизни».

 

Диковины и заурядность

Мир звезд исключительно разнообразен и не раз преподносил ученым сюрпризы. Познакомимся хотя бы с плотностями звезд.

Среди употребительных в быту материалов славится своей плотностью свинец. Масса свинцового кубика с ребром в 1 см равна 11,3 г. Плотность золота составляет 19,3 г/см3. Такую же плотность имеет и вольфрам. Еще большей плотностью – соответственно 21,5 и 22,4 г/см3 – отличаются платина и иридий. Именно из сплава платины и иридия изготавливали столетие назад эталон метра.

Плотности золота, вольфрама, платины и иридия уже превосходят те плотности, которые, по современным представлениям, должны встречаться в недрах Земли, даже в ее ядре.

В Галактике же обнаружилась особая категория слабосветящихся звезд, вещество которых находится в чудовищно уплотненном состоянии. Из-за цвета и малых размеров за ними укрепилось название белых карликов. Белые карлики гораздо меньше Солнца. Многие из них меньше Земли, а некоторые даже меньше Луны.

Масса 1 см3 белого карлика достигает сотен тонн. Спичечная коробка такого вещества при взвешивании на Земле окажется в несколько раз тяжелее самого большого груженого товарного состава. Но астрономы знают о существовании и еще более плотных, так называемых, нейтронных звезд. Плотность вещества нейтронной звезды в миллион миллиардов раз превышает плотность воды. Чайная ложка такого вещества весила бы миллиард тонн, т. е. была бы эквивалентна по массе 200 миллионов слонов. Если бы Зёмля уплотнилась до состояния нейтронной звезды, ее поперечник составил бы всего 100 метров.

Интересно, что встречаются на небе звезды и с противоположными свойствами: огромные по размерам и очень разреженные. Они относятся к группам красных гигантов и сверхгигантов. Диаметр гиганта Бетельгейзе, например, в тысячу раз больше солнечного. Если бы он оказался на месте Солнца, то внутри его поместилась бы не только орбита Земли, но и орбита Марса. Зато уж плотность Бетельгейзе, особенно во внешних слоях, невелика. Она в десятки и сотни тысяч раз меньше плотности воздуха у поверхности Земли. Представьте себе кинозал. Пусть в этом зале пустота, вакуум. Чтобы создать в нем описываемую плотность, человеку достаточно один-единственный раз выдохнуть. Воздух от одного выдоха легких, заполнив равномерно зал, создаст плотность, равную плотности вещества звезды-гиганта.

Вспомним о звездочках из Большой Медведицы – Мицаре и Алькоре. Расположены ли они в действительности бок о бок или видны рядом по воле случая, на одном луче зрения? Ведь бывает же Луна видна «совсем рядом» с телевизионной антенной соседнего дома. Может, так же и Мицар с Алькором: одна звезда несравненно дальше другой (кстати, одна яркая, а другая слабая)?

Сравнительные размеры некоторых звезд.

Конечно, иногда такое встречается. Но как для данной пары, так и для большинства других дело вовсе не в случайной близости. И убедительное свидетельство против случайности – обилие «парных» звезд. Почти каждая вторая звезда на небе особенно в окрестностях Солнца – двойная. По теории вероятностей такого наплыва случайных совпадений произойти никак не может.

Оказывается, пара Мицар и Алькор – типичные представители распространенной и удивительной категории звезд. Эти двойные звезды связаны между собой силами взаимного притяжения, реально объединены в пары. Слабая звезда – спутник – обращается вокруг яркой, главной звезды, или, если говорить точнее, обе звезды обращаются вокруг общего центра масс. Для некоторых двойных систем путем точнейших долголетних наблюдений удалось проследить путь спутника вокруг главной звезды, вычислить период обращения. Но такие двойные звезды – исключения. Чаще всего периоды обращения в наблюдаемых парах исчисляются столетиями и тысячелетиями.

Пора перестать удивляться сюрпризам звездного неба. Двойные звезды – это ли удивительно, если существуют и тройные. Приблизительно одна треть из числа двойных звезд являются тройными.

И вновь в качестве примера послужат нам Мицар и Алькор. Алькор – спутник Мицара. Но уже в небольшой телескоп видно, что сам Мицар тоже состоит из двух звезд. Они удалены друг от друга значительно меньше, чем от Алькора. Впрочем, если уж вести рассказ до конца, то уточним, что главная звезда Мицара, в свою очередь, тоже двойная. Таким образом, вся система, представляет собой четверную звезду. Бывают системы и из пяти, шести и большего числа звезд.

Ну, а если звезды в системе из двух звезд расположены очень тесно одна к другой? Увидим ли мы их в телескоп как двойную звезду? Можем и не увидеть. Они будут сливаться воедино, казаться одной звездой. А могут ли существовать такие очень тесные пары? Да, могут. И именно их существованием объясняется, например, странное подмигивание «дьявольского» глаза Медузы.

Как мы уже говорили, звезда Алголь – глаз Медузы из созвездия Персея – регулярно меняет свой блеск в три раза. Кривая изменения блеска Алголя показана на рисунке. Секрет заключается в том, что Алголь – тесная двойная система.

Вокруг яркой центральной звезды вращается более темный спутник. Луч зрения земного наблюдателя оказался очень близок к плоскости орбиты спутника, и поэтому для нас спутник время от времени частично заслоняет главную звезду. На рисунке этому моменту соответствует точка А. Блеск Алгол я в таком положении минимален.

Изменение блеска затменно-переменной звезды Алголь.

Продолжая двигаться на орбите, спутник отходит в сторону. Тогда он перестает загораживать яркую центральную звезду. Блеск Алголя – ведь наш глаз воспринимает суммарный блеск обеих звезд – резко возрастает. Когда спутник приходит в положение Б, он сам оказывается закрытым главной звездой. Но поскольку спутник довольно темный, то общий блеск падает лишь немного. Спутник выходит из-за главной звезды – блеск Алголя достигает прежнего уровня. Истекает положенное время, и темный спутник опять возвращается к точке А. Яркая звезда затмевается, цикл повторяется, глаз Медузы «моргает».

Изменение блеска небесных светил, их переменность, обусловлено иногда и физическими причинами. Такие звезды действительно светят с переменной яркостью. Они пульсируют, то раздуваясь, то сжимаясь. Блеск их в связи с пульсацией становится то больше, то меньше. Этим звездам суждено было сыграть исключительную роль в определении расстояний в наблюдаемой нами части Вселенной.

Среди миллиардов звезд Галактики находятся звезды, способные взрываться. Вспышка звезды – весьма величественное зрелище во Вселенной. Иногда одна-единственная взорвавшаяся звезда способна светить с такой же силой, как все остальные 100 млрд. звезд в Галактике, вместе взятые. Часто до взрыва такая звездочка бывает настолько слаба, что астрономам на Земле она не известна. Потом она неожиданно разгорается и бывает видна даже днем, при свете Солнца. Называют эти звезды как в старину, новыми и сверхновыми.

Новые звезды вспыхивают часто: мы регистрируем их один-два раза в год, а всего в Галактике вспыхивает, по-видимому, до сотни новых звезд в год. Блеск их возрастает в течение нескольких дней. Относительно нормального состояния он увеличивается в среднем всего в десятки тысяч раз.

Причины взрыва новых звезд видят в том, что все они – очень тесные двойные пары. Близкое соседство приводит к тому, что вещество одной звезды начинает перетекать на другую, образуя газовую оболочку. Когда ее масса достигает критической величины, в оболочке возникают термоядерные реакции, – в этот момент для земного наблюдателя вспыхивает новая звезда. Вскоре оболочка отрывается от звезды и, расширяясь, постепенно рассеивается в пространстве. После вспышки снова начинается перетекание вещества, и через определенное время все повторяется вновь.

Следы взрыва Сверхновой звезды 1054 года: Крабовидная туманность.

Иное дело сверхновые звезды. Те вспыхивают редко: в среднем один раз в сто лет. А наблюдаются они и того реже: один раз лет за пятьсот.

Старинные китайские летописи сохранили для потомков весть о «звезде-гостье», вспыхнувшей летом 1054 г. в созвездии Тельца. Сначала звезда была исключительно яркой и ее видели днем. Потом блеск ее стал спадать, и через два года она совсем исчезла.

В XVIII в. французский «ловец комет» Мессье, чтобы легче было отыскивать кометы, составил подробный список видимых в телескоп «туманных пятен». Под номером один в список попал объект необычной формы, напоминающий растопырившего ноги краба. Впоследствии этот объект так и назвали Крабовидной туманностью. Она находится в созвездии Тельца.

Тщательные повторные измерения показали, что Крабовидная туманность расширяется. А по расчетам, 900 лет назад она должна была выглядеть точкой. После сопоставления всех данных выяснилось: Крабовидная туманность – оболочка Сверхновой, скинутая ею в результате взрыва. Она находится в том самом месте, где 900 лет назад отметили появление Сверхновой старинные летописи.

Две вспышки Сверхновых в Галактике последовали одна за другой в 1572 и 1604 гг. Первую из них наблюдал известный датский астроном Тихо Браге, вторую – австрийский ученый Иоганн Кеплер.

В XX в., когда инструментальное оснащение астрофизики стало неизмеримо богаче, чем в предшествующие столетия, вспышек, доступных для наблюдений сверхновых, как назло, не происходило. Чувство некоторого удовлетворения астрономы наконец-таки испытали в конце февраля 1987 г. Правда, Сверхновая SN 1987 А вспыхнула не в нашей Галактике, но зато в ближайшем соседстве – в Большом Магеллановом Облаке. Она была открыта 24 февраля канадским астрономом на обсерватории Лас Кампанас в Чили. Максимум блеска Сверхновой в оптическом диапазоне пришелся на 27 февраля, после чего он несколько уменьшился, но потом вновь стал возрастать. Уярчение наблюдалось вплоть до 20 мая 1987 г. Эта звезда стала первой со времени Кеплера сверхновой, которую можно было заметить невооруженным глазом.

Большой комплекс исследований Сверхновой SN 1987 А был выполнен с помощью аппаратуры советской орбитальной астрономической обсерватории «Астрон».

Возможно, что взрывы новых и сверхновых звезд оказывали в далеком прошлом какое-то влияние на развитие жизни на Земле. В 1957 г. советские астрофизики И. С. Шкловский и В. И. Красовский полушутя, полусерьезно выдвинули гипотезу о возможной причине вымирания динозавров. Известно, что в конце мелового периода крупные рептилии на Земле погибли. Чем больше продолжительность жизни живого существа, тем больше сказываются на его потомстве изменения радиационной обстановки. Вспышка не очень далекой сверхновой могла привести к увеличению потока космических лучей в сотни раз. В результате такого облучения, по мысли этих ученых, и могли погибнуть динозавры.

Впрочем, загадка динозавров остается пока что для ученых неразрешимой. Для объяснения их поголовного вымирания к началу кайнозойской эры, т. е. примерно 65 миллионов лет назад, выдвинуто, по крайней мере, 8 предположений. В качестве причин, помимо взрыва близкой сверхновой, называются:

– резкий скачок магнитного поля Земли;

– распространение эпидемического заболевания, так называемая, эпизоотия;

– переизбыток кислорода в атмосфере Земли;

– резкое охлаждение океана;

– падение астероида;

– столкновение Земли с ядром кометы;

– изменение состава морской воды.

Не менее трех из предложенных гипотез имеют касательство к астрономии, и одну из них мы еще обсудим в дальнейшем.

Однако вернемся к вспышкам сверхновых. А не может ли в одну прекрасную минуту взорваться Солнце? Не может ли вдруг его светимость резко увеличиться или, наоборот, внезапно уменьшиться? Астрономы убеждены, что с Солнцем такого произойти не может. Подобно своим ближайшим соседям по Галактике, оно действительно относится к самым обыкновенным, самым заурядным звездам.

Плотность вещества в центре Солнца достигает 150 г/см3. Температура верхней оболочки Солнца, по сравнению с 15 000 000 К внутри, очень скромна – всего около 6 000 К. У самых же горячих звезд температура верхних слоев доходит до 50 000 К и более.

Солнце нельзя отнести ни к чересчур «молодым», ни к чересчур «старым» звездам. У него «средний возраст». Наше «степенное» Солнце не способно ни энергично пульсировать, ни взрываться. Ему уготована судьба подавляющего большинства обычных звезд.

 

Судьбы звезд

Чтобы проследить, как растут деревья в лесу, нет надобности наблюдать за ними долгие годы. Достаточно отправиться в лес; там представлены деревья и разных пород, и всевозможных возрастов – от молодой поросли до замшелых великанов.

Астрономам не под силу проследить за развитием какой-либо одной звезды: для этого требуются, по крайней мере, миллионы лет. Но, «коллекционируя» звезды, сопоставляя между собой их индивидуальные особенности, так же, как и для деревьев в лесу, можно понять этапы их жизненного пути, от рождения до старости.

Воссоздавая картину жизни звезд, астроном испытываем всевозможные модели – теоретически определяет характерные особенности поведения звезд при различных допустимых предположениях об их внутреннем строении, массе, возрасте, окружающей космической среде. Однако теоретическая картина жизни звезд, какой бы заманчивой она ни была, не будет представлять ценности, если в ней, хотя бы в скрытой форме, нарушаются установленные законы природы. В своих моделях астроном обязан опираться на всю совокупность наблюдаемых фактов и известных физических законов. Только в этом случае модель, наиболее полно объясняющая наблюдаемые явления, приобретает права научной гипотезы. После подтверждения дальнейшими теоретическими исследованиями и новыми наблюдениями детально разработанная гипотеза становится научной теорией.

Но даже и научную теорию не следует считать последним и совершенно исчерпывающим словом науки. Мы знаем много случаев, когда для объяснения одного и того же явления в науке одновременно разрабатывалось несколько различных взаимоисключающих теорий. Одним из таких случаев как раз и является проблема происхождения и развития звезд.

Хотя астрономы накопили богатый фактический материал о химическом составе и физических характеристиках звезд, проблема жизни звезд, их эволюции остается одной из самых острых в современной астрономии.

Изучение судеб звезд встало в ряд актуальных астрономических проблем в двадцатые годы нашего столетия, после того как астрономы научились надежно определять температуры поверхности звезд и межзвездные расстояния.

Видимые на небе звезды заметно различаются по блеску. Во многих случаях это объясняется тем очевидным обстоятельством, что они удалены на различные расстояния: более близкие звезды выглядят для нас более яркими. Зная истинные расстояния до звезд, астрономы научились путем вычислений теоретически как бы «отодвигать» или, наоборот, «придвигать» все исследуемые звезды на одинаковое стандартное расстояние от Солнца в 32,6 световых года. Тем самым, открылся путь для сравнения блеска различных звезд и определения их светимости, т. е. того количества лучистой энергии, которое они излучают в окружающее пространство.

Независимо друг от друга датчанин Эйнар Герцшпрунг и американец Генри Рессел обратили внимание на то, что два характерных признака – светимость и температура поверхности – дают возможность разделить все множество звезд на очень небольшое число четко разграниченных групп. Этот результат наглядно виден на диаграмме, носящей название диаграммы Герцшпрунга – Рессела.

Для построения диаграммы используются все звезды, для которых известны температура поверхности и светимость. Шкалой температур служит ось абсцисс. По оси ординат откладывают светимость звезд, – чем большее количество энергии излучает звезда, тем выше должно быть ее положение на оси ординат. Каждой звезде с известными характеристиками на диаграмме Герцшпрунга-Рессела соответствует одна точка.

Температура поверхности звёзд (К) Диаграмма Герцшпрунга-Рессела.

Вам должно сразу броситься в глаза, что точки на диаграмме Герцшпрунга-Рессела вовсе не разбросаны хаотично. Подавляющее большинство их ложится на так называемую главную последовательность, – полосу диаграммы, протянувшуюся с плавным изгибом из левого верхнего угла в правый нижний. Звезды, которые попадают в эту полосу диаграммы Герцшпрунга-Рессела, астрономы называют звездами главной последовательности.

Небольшая доля точек попадает в область левее и ниже главной последовательности. Они принадлежат звездам с очень высокой температурой поверхности и аномально низкой светимостью. Эти звезды составляют группу белых карликов.

Отдельную группировку образуют звезды в правом верхнем углу диаграммы. Те имеют небольшую температуру поверхности, но светят необычайно ярко. В эту область диаграммы попадают красные гиганты и сверхгиганты.

Диаграмма Герцшпрунга-Рессела наводит на мысль, что мир звезд не является застывшим: характерные особенности диаграммы явно связаны с различными этапами жизни звезд. Но в какую сторону идет процесс старения звезд? Может быть, вновь родившиеся звезды расположены в левом верхнем углу диаграммы, и по мере роста они медленно спускаются вдоль главной последовательности в ее нижнюю часть? А может быть, процесс идет как раз в противоположном направлении: в молодости звезды бывают холодными и неяркими, а с течением времени разогреваются и светят гораздо ярче? Что представляют из себя такие особые группы звезд, как белые карлики и красные гиганты? Ответы на эти вопросы стали мало-помалу проясняться лишь тогда, когда астрономы и физики совместными усилиями обнаружили источник звездной энергии – термоядерную реакцию превращения водорода в гелий.

Расчеты показали, что к числу короткоживущих звезд обязаны принадлежать в первую очередь наиболее горячие звезды с высокой светимостью. Они расходуют свое водородное «горючее» настолько расточительно, что срок их существования при наблюдаемых темпах переработки водорода может быть в космическом масштабе времени лишь очень непродолжительным. Следовательно, подобная звезда должна либо быстро сменить «образ жизни», либо погибнуть.

Очень молодыми оказались переменные звезды с неправильным изменением блеска типа Т Тельца. Их детальное изучение помогло предложить вариант стройной теории рождения звезд.

Рассмотрим холодное межзвездное облако пыли и газа с массой, примерно равной массе нашего Солнца, и размерами, достигающими размеров современной Солнечной системы. Физики видят ряд причин, по которым равновесие внутри такого облака может быть внезапно нарушено, и все его частицы со скоростью свободного падения устремятся к центру. Для описания подобного явления астрономы используют термин коллапс – стремительное сжатие. Коллапсирующее облако по космическим масштабам времени в мгновение ока – всего за половину земного года – уменьшается до размеров, которые лишь в 100 раз превышают нынешние размеры Солнца. В этот период мы уже имеем дело не с облаком газопылевой материи, а с рождающейся звездой.

В коллапсирующем облаке высвобождается огромное количество внутренней энергии, что приводит к разогреву облака.

Температура поверхности звездного «эмбриона» достигает еще всего только четырех тысяч кельвинов, но суммарная светимость всей огромной поверхности облака в сотни раз превосходит светимость Солнца. Весь описанный процесс идет настолько стремительно, что со стороны должно казаться, будто на небе среди холодной газопылевой межзвездной материи практически мгновенно появляется неизвестная раньше звезда.

Вновь загоревшаяся на небе звезда – пока еще только «эмбрион» звезды – продолжает уменьшаться в размерах и разогреваться. Этот процесс по космическим меркам также идет быстро, но несравненно медленнее, чем коллапс.

Во второй фазе своей эволюции формирующаяся звезда быстро вращается, из ее недр через разные промежутки времени вырываются мощные струи вещества, которые способны унести в общей сложности до одной трети первоначальной массы сжавшегося облака. Со стороны блеск такой формирующейся звезды должен изменяться быстро и без всякой регулярности, иными словами, для земного наблюдателя это будет типичная неправильная переменная звезда типа Т Тельца.

Период жизни формирующейся звезды с массой, близкой к массе Солнца, в стадии неправильной переменной типа Т Тельца может достигать 50 млн. лет. Постепенно размеры такой звезды сокращаются до размеров Солнца, утечка вещества из недр замирает, температура недр достигает критического значения в 10 млн. кельвинов, и термоядерная реакция превращения водорода в гелий становится основным источником звездной энергии. Молодая звезда полностью сформировалась: она достигла третьей, стабильной стадии своего существования, в которой может спокойно находиться несколько миллиардов лет. Температура поверхности и светимость этой звезды теперь полностью соответствуют характеристикам звезд главной последовательности диаграммы Герцшпрунга-Рессела.

Астрономы, разработавшие изложенную картину рождения и роста звезд, приводят веские доводы в ее защиту. Однако встречаются приверженцы и другой точки зрения: звезды рождаются не из разреженного газопылевого облака, а из сверхплотного, еще не известного науке дозвездного вещества. В результате чудовищного взрыва такое сверхплотное дозвездное вещество распадается на отдельные фрагменты, каждый из которых, расширяясь до нормального звездного состояния, становится отдельной звездой. Как видно, эта точка зрения диаметрально противоположна теории коллапса газопылевого облака.

Время и новые научные поиски способны разрешить любой самый сложный научный спор. А пока вновь появляющиеся наблюдательные данные заставляют отдавать предпочтение теории происхождения звезд из коллапсирующего газопылевого облака.

 

Финал

По мере сгорания водорода температура и давление в недрах звезды увеличиваются. В звезде начинают выделяться очень плотное гелиевое ядро и разреженная оболочка. Остатки водорода «выгорают» на границе ядра и оболочки. При этом оболочка непрерывно раздувается и температура на поверхности звезды снижается. Земной наблюдатель этой реальной физической картины, разумеется, не видит, и его информация свидетельствует о событиях как будто бы прямо противоположных. Земной наблюдатель со стороны фиксирует, что со всей огромной оболочки такая звезда в общей сложности излучает еще больше света, чем прежде. Эта звезда покидает главную последовательность диаграммы Герцшпрунга-Рессела. Она красный гигант.

Неэкономно расходуя энергию, красный гигант в короткий срок растрачивает остатки водорода. Подогрев оболочки прекращается, и в дальнейшем она рассеивается в пространстве. Небольшое ядро наблюдается теперь как очень плотная и горячая звезда – белый карлик.

Независимо от того, справедлива или не справедлива изложенная теория, можно считать установленным фактом, что «жизнь» звезды – это поединок двух противоборствующих сил. Давление горячих газов изнутри постоянно стремится увеличить размеры звезды. Напротив, гравитационные силы взаимного притяжения всех составляющих звезду частиц вещества стремятся как можно больше сжать ее.

Звезда остается в обычном «уравновешенном» состоянии, пока давление горячих газов и гравитационное сжатие взаимно компенсируются. В результате выгорания водородного «топлива» действие гравитационных сил оказывается резко преобладающим. Тогда наступает стремительное сжатие звезды.

Теория рассматривает три варианта «агонии» состарившихся звезд.

Звезды с массой меньше 1,2-1,4 массы Солнца, как описано выше, сжимаются до состояния белых карликов. Все атомы в недрах белых карликов разрушены на составляющие их элементарные частицы. Вещество белых карликов состоит из «стиснутых» атомных ядер и электронов.

Если исходная масса звезды превосходила массу Солнца более чем в 1,2-1,4 раза, то звезда сжимается гораздо сильнее: до состояния тусклой и сверхплотной нейтронной звезды. Недра подобной звезды должны состоять из нейтронов, образующихся при сверхбольших плотностях за счет слияния протонов с электронами.

Существование нейтронных звезд было давно предсказано теоретически, но обнаружить их оказалось далеко не просто.

Жизненный путь звезд глазами художника (масса звезд указана в долях массы Солнца).

И. С. Шкловский образно называл нейтронные звезды неуловимой «синей птицей» астрофизиков-теоретиков, о которой они мечтали на протяжении трех десятилетий.

Открытие нейтронных звезд, как водится, было сделано совершенно случайно. В августе 1967 г. Жаклин Белл – аспирантка известного английского радиоастронома Энтони Хьюиша – в старинном университетском городке Кембридже во время рядовых наблюдений мерцания радиоисточников обнаружила поступающие из одной точки неба очень короткие и очень правильные радиоимпульсы, напоминающие быстро чередующиеся точки азбуки Морзе.

«Это казалось нелепым, – вспоминал позднее Э. Хьюиш. – Столь регулярные импульсы просто не могли приходить из „звездного пространства“».

Полгода – беспрецедентный случай в современной астрономии! – открытие держалось в строжайшей тайне, а неведомый радиоисточник среди персонала обсерватории получил сокращенное обозначение LGM. Оно происходило от начальных букв английских слов little green men – «маленькие зеленые человечки», как в шутку порой называют на Западе выдуманных обитателей других миров. Только когда дальнейшие исследования полностью исключили возможность искусственного происхождения регистрируемых в Кембридже сигналов, новость была предана огласке. Это произошло в начале 1968 г.

При последующих поисках за короткий срок было обнаружено несколько десятков загадочных источников правильных радиоимпульсов. Интервалы между импульсами этих источников были различными – от одного всплеска каждые 4 с до быстрых мерцаний, чередующихся через несколько сотых долей секунды. За вновь открытыми объектами Вселенной укрепилось название пульсирующих радиоисточников, или сокращенно пульсаров.

Скрупулезные теоретические выкладки показали, что всплески радиоизлучения пульсаров, отличающиеся исключительно высокой равномерностью, обязаны своим происхождением их вращению. Пульсары окружены магнитными полями, напряженность которых в миллионы раз превосходит напряженность самых мощных магнитных полей, когда-либо созданных в условиях Земли. Собственные магнитные поля как бы фокусируют радиоизлучение пульсаров в узкие пучки, и они становятся похожими на вращающиеся космические радиомаяки. Когда луч такого маяка-пульсара поворачивается к Земле, мы наблюдаем очередной всплеск его радиоизлучения.

Один из пульсаров оказался расположенным в центре старой знакомой – Крабовидной туманности. Частота его пульсаций достигает 30 импульсов в секунду. Очевидно, что вращаться вокруг своей оси со скоростью 30 об/с, как это делает пульсар Крабовидной туманности, и не разлететься при этом на куски под действием сил инерции может только очень малое по своим размерам тело. Различные оценки привели к одним и тем же результатам: размеры пульсаров очень скромны, гораздо меньше размеров даже небольших планет вроде Земли – порядка 10 км.

В итоге мало-помалу были собраны исчерпывающие доказательства того, что пульсары действительно представляют собой теоретически предсказанные тремя десятилетиями ранее нейтронные звезды – звезды, находящиеся в последней стадии своей эволюции.

По современным представлениям, нейтронная звезда покрыта твердой, жесткой кристаллической корой с толщиной порядка одного километра. Так велика сила тяготения на этой звезде, что самая крупная гора на ее поверхности не смогла бы подняться выше 2,5 см. Под корой в недрах звезды находится сверхтекучая «нейтронная жидкость». Чудовищные условия нейтронной звезды приводят к тому, что все пустоты в атомах «выжимаются»: нейтронная звезда становится как бы одним цельным атомным ядром фантастических размеров. Плотность нейтронных звезд, как мы уже рассказывали, неслыханно велика: она заключается в пределах от 1012 до 1015 г/см3. Общая энергия излучения такого пульсара, как например, пульсар Крабовидной туманности, в тысячи раз превосходит энергию, излучаемую Солнцем.

Продолжительные наблюдения позволили обнаружить, что вращение некоторых пульсаров едва заметно замедляется. Это легко объяснимо: кинетическая энергия вращения нейтронной звезды переходит в излучение, и пульсар постепенно «замирает».

Помимо общего незначительного замедления вращения, у отдельных пульсаров наблюдаются непредвиденные скачкообразные увеличения скорости вращения. Они находятся на пределе чувствительности современной аппаратуры, составляя не более десятимиллионной доли секунды между соседними импульсами. Эти скачки в скорости вращения пульсаров связывают с перестройкой структуры их коры, можно сказать, со своего рода «звездотрясениями».

К середине 80-х годов радиоастрономы занесли в каталоги свыше четырехсот состарившихся звезд – пульсаров.

Третий теоретически возможный вариант звездной «кончины» представляет собой гравитационное сжатие звезд с массой больше двух масс Солнца. В соответствии с выводами теории относительности, вокруг них в результате гравитационного сжатия возникает настолько сильное искривление пространства, что электромагнитное излучение вообще не в силах вырваться за пределы этого объекта. Звезды, претерпевающие такое сжатие, становятся «невидимками».

Некоторые физики склонны образно называть возникающее при этом явление «черной дырой» в пространстве. Благодаря своему чудовищному гравитационному полю «черная дыра» не только ничего не излучает, но даже захватывает и поглощает всякое проходящее мимо излучение. Физические проблемы, связанные с последующей судьбой таких звезд, являются одними из наиболее интригующих в современной астрофизике.

Вернемся вновь к диаграмме Герцшпрунга-Рессела и попробуем в рамках изложенной теории наглядно представить себе все этапы эволюции звезды.

Температура поверхности звёзд. Эволюционный трек звезды на диаграмме Герцшпрунга–Рессела.

На рисунке с диаграммой Герцшпрунга-Рессела сплошной линией («лентой») со стрелками показаны перемещения звезды по мере ее «возмужания», или как говорят астрономы, ее эволюционный трек. Этот эволюционный трек начинается в правом нижнем углу диаграммы, когда только-только формирующаяся звезда еще холодна и светит слабо. Вскоре – за несколько десятков миллионов лет – звезда разогреется и достигнет главной последовательности. Затем на протяжении нескольких миллиардов лет она медленно поднимается вдоль главной последовательности снизу вверх, становясь все более яркой и горячей. Однако в какой-то момент времени, несмотря на продолжающееся увеличение общей светимости, температура поверхности звезды уже не увеличивается, а убывает. Характеристики звезды на диаграмме Герцшпрунга-Рессела начинают изменяться в сторону звезд-гигантов.

Проходит еще немного времени, и звезда красный гигант достигает поворотной точки своего существования: она начинает сбрасывать разреженную оболочку. Итог: светимость звезды резко падает, а температура поверхности быстро нарастает. Эволюционный трек звезды поворачивает на 180°. Дальнейшие события происходят достаточно быстро: звезда уходит из области красных гигантов, пересекает под прямым углом главную последовательность, спускается в область белых карликов и отправляется на «кладбище звезд».

Самой длительной фазой существования звезды является та фаза, когда она впервые выходит на главную последовательность. В зависимости от начальной массы звезда может выйти на главную последовательность немного ниже или немного выше. Соответственно в процессе дальнейшей эволюции, она может попасть в область красных гигантов или сверхгигантов, а в конце жизни, как мы рассказывали, оказаться в числе белых карликов, нейтронных звезд или «черных дыр».

Вот к каким далеко идущим выводам может привести кропотливый теоретический анализ такой, на первый взгляд, невзрачной схемы, как диаграмма Герцшпрунга-Рессела.

Длительный практический опыт людей убеждает в том, что любая форма энергии обязательно переходит в конечном счете в теплоту. А теплота имеет примечательную особенность безвозвратно рассеиваться в окружающем пространстве. В результате обобщения такого опыта появился в науке принцип, носящий название второго закона термодинамики. Наиболее простая формулировка его такова: в замкнутой, изолированной системе теплота не может сама собой переходить от более холодного тела к более горячему.

Автор второго закона термодинамики немецкий физик Клаузиус вывел из него пессимистические следствия. Клаузиус считал, что Вселенную в соответствии с этим законом ждет неминуемая «тепловая смерть». Будущая картина Вселенной рисовалась ему в виде несметного скопища «трупов» остывших звезд.

Однако идею «тепловой смерти» Вселенной современная наука отвергла. Действительно, может наступить и наступает «тепловая смерть» отдельных звезд и звездных систем. Но второй закон термодинамики неприменим ко всей Вселенной в целом.

Рассмотрим пример. Температура в грозовом разряде достигает гигантских значений, хотя температура окружающей атмосферы и грозовых туч вряд ли превышает +25 °C. Что это? Концентрация энергии и нарушение второго закона термодинамики? Нет. Просто-напросто закон относится лишь к изолированным системам. А тучи запасли энергию из внешних источников, они запасли энергию ветра и солнечных лучей. При столкновении туч запасенная ими энергия перешла в энергию электрического разряда.

Приведенный пример помогает понять несостоятельность концепции «тепловой смерти» безграничной Вселенной. По отношению к любой ограниченной части Вселенной – будь то даже целая галактика или система галактик – всегда существуют другие, внешние области. И благодаря существованию внешних источников во Вселенной может происходить очень многообразное перераспределение энергии.

 

Сонмы галактик

Диковинные особенности строения отдельных звезд, их рождение и эволюция, вспышки новых и сверхновых – все эти волнующие проблемы современной звездной астрономии отступают перед захватывающей воображение картиной бескрайнего пространства Вселенной, заполненного несметными множествами галактик, каждая из которых, подобно нашей Галактике, насчитывает в своем составе многие десятки и сотни миллиардов звезд.

Начало переписи иных галактик, сам того не подозревая, положил, как мы уже говорили, астроном Шарль Мессье-наблюдатель комет, поместивший в конце XVIII в. во французском астрономическом ежегоднике первый список небесных «туманных пятен». Заметных туманностей он обнаружил на первых порах чуть более сотни. До сих пор в научной литературе эти объекты чаще всего обозначают буквой М и номером, который они имели в списке Мессье.

Очень скоро Вильям Гершель, энергичный исследователь строения нашей Галактики, расширил список Мессье и довел перечень туманностей и звездных скоплений до двух с половиной тысяч.

Гершель оказался интуитивно прав, разделяя точку зрения некоторых своих предшественников, что по крайней мере часть из небесных «туманных пятен» является «островными вселенными» – самостоятельными звездными системами, подобными системе Млечного Пути. Однако доказать эту концепцию во времена Гершеля было еще невозможно, и спор о местонахождении небесных туманностей растянулся более чем на столетие.

В конце XIX в. был составлен «Новый Генеральный каталог туманностей и звездных скоплений», или сокращенно NGC. Он насчитывал уже 7840 объектов, которые получили обозначение, состоящее из индекса NGC и номера внутри этого каталога. Содержание NGC давало обильный материал для статистического анализа, причем в то время как все поиски туманностей вблизи самого Млечного Пути оказались полностью безрезультатными – там ни разу не было обнаружено ни одной туманности с приближением к полюсам Галактики количество открытых туманностей систематически увеличивалось. Это обстоятельство казалось решающим доводом в пользу вывода, что туманности принадлежат нашей Галактике, и все вещество Вселенной сосредоточено лишь в пределах звездной системы Млечного Пути.

Галактика NGC 891 в созвездии Андромеды. Хорошо различим слой поглощающей свет темной пылевой материи

«Вопрос о том, являются ли туманности другими галактиками, едва ли больше нуждается в обсуждении», – читаем мы в одной из книг по истории астрономии, вышедшей в 1905 г. – «На него ответил сам ход исследований. Можно с уверенностью сказать, что никто из компетентных мыслящих людей, располагая всеми имеющимися аргументами, не может в настоящее время считать любую из отдельных туманностей звездной системой того же ранга, что и Млечный Путь».

В этот период, когда преобладающее большинство исследователей уже сдавало идею «островных вселенных» в архив, только наиболее дальновидные среди астрономов еще продолжали отстаивать возможность того, что отсутствие туманностей вблизи плоскости Млечного Пути может быть всего-навсего следствием какого-либо побочного наблюдательного эффекта, – например, поглощения света удаленных внегалактических объектов слоем газопылевой материи, находящимся в плоскости Млечного Пути. Именно так оно и оказалось.

«Великий спор» между сторонниками и противниками «островных вселенных» был окончательно разрешен в 20-е годы нашего столетия американцем Эдвином Хабблом. Пользуясь фотографиями туманности Андромеды, полученными с помощью крупнейшего телескопа мира, Хабблу удалось измерить характеристики отдельных звезд, и на основе различных предположений дать несколько независимых оценок расстояния до этой туманности и тем самым бесспорно доказать, что она находится далеко за пределами звездной системы Млечного Пути.

Галактика NGC 4594 в созвездии Девы. Она относится к наиболее ярким галактикам неба. Будучи удалена от Земли в десять раз дальше туманности Андромеды эта сверхгигантская галактика типа Sb попадает в число ярчайших благодаря своей чрезвычайно высокой светимости. Обращает на себя внимание примечательная форма этой галактики. Внешний вид небесных объектов очень часто служит астрономам источником вдохновения в поисках их собственных имен, и именно в результате сходства с головным убором латиноамериканцев галактика NGC 4594 получила наименование «Сомбреро».

Используя совокупность своих методов, Хаббл исследовал Вселенную до огромного расстояния в 500 миллионов световых лет. Далеко не все из описанных прежде Мессье, Гершелем и другими астрономами «туманных пятен» оказались чужими галактиками. Часть из них на самом деле были светящимися или освещенными со стороны газовыми туманностями. Но наряду с этим работы Хаббла окончательно доказали существование огромного количества «островных вселенных» – чужих галактик. В исследованной им области радиусом в 500 миллионов световых лет по оценке должно было насчитываться до 100 миллионов других галактик.

Предпринять классификацию галактик на практике оказалось более сложным, нежели систематизировать особенности звезд. Рассказывая о судьбах звезд, мы пользовались примером с деревьями в лесу: прогулка по лесу позволяет в короткий срок, не тратя времени на наблюдения за развитием каждого отдельного дерева, выявить основные характерные черты перехода от молодых деревьев к старым. Применительно к изучению галактик этот простой пример уже не отражает трудности задачи. В этом случае астрономы предпочитают другой пример: пусть воображаемые внеземные исследователи, посетив Землю, попытаются установить характер изменения облика людей в зависимости от их возраста.

Какой из многочисленных бросающихся в глаза внешних признаков человека явится в этой задаче определяющим? Конечно, большое значение может играть и действительно играет рост. Но, вооружившись полноценными статистическими данными по росту людей на земном шаре, наши воображаемые исследователи тотчас попадут в тупик, ибо как нам всем хорошо известно, рост многих людей заметно различается в зависимости от национальных или индивидуальных особенностей. Рост африканских пигмеев и людей-лилипутов окончательно докажет, что этот признак для определения возраста людей является ненужным. Но еще в худшем положении окажутся те, которые попробуют взять за основу классификации цвет кожи. Воображаемые внеземные ученые могут предположить, что с возрастом кожа людей темнеет или, наоборот, светлеет, что на самом деле иногда случается, но пользуясь этим признаком они встанут на совершенно ложный путь. Одним словом, признаки возраста, которые в повседневной жизни легко отмечают для себя даже неискушенные люди, оказываются с точки зрения научного исследования потонувшими среди множества других, легко различимых и кажущихся на первый взгляд гораздо более существенными: рост, вес, цвет кожи, цвет глаз, цвет волос.

Разнообразие форм галактик на небе настолько велико, что выбор внешнего признака для их классификации был также затруднителен, как выбор признака для определения возраста человека. Но Хабблу удалось преодолеть эту трудность. Предложенная им классификация представлена на рисунке. Она включает в себя три основных последовательности галактик. В левой части схемы Хаббла располагаются галактики, которые наблюдаются на небе, как сгустки звезд более или менее правильной эллиптической формы. Обозначаются эти галактики латинской буквой Е с цифровым индексом от 0 до 7 в зависимости от степени эллиптичности. Галактика типа ЕО имеет почти сферическую форму: на фотопластинке ее изображение выглядит почти правильным кружком. Галактика же типа Е7 среди всех эллиптических галактик имеет наиболее уплощенную форму. От галактик типа Е7 расходятся две параллельные последовательности спиральных галактик, которые обозначаются латинской буквой S. Для верхней последовательности так называемых нормальных галактик характерна спиральная структура с ветвями, расходящимися непосредственно от центра. Нормальные галактики с туго закрученными спиралями обозначаются как Sa, если спирали закручены менее туго, то галактику следует отнести к типу Sb, и, наконец, галактики со слабо закрученными спиралями относят к типу Sc. Нижняя последовательность носит название «пересеченных галактик» и характеризуется тем, что представленные здесь объекты содержат светящиеся перемычки. «Пересеченные галактики» обозначаются как SB с добавлением в зависимости от закрученности спиралей, так же как в предыдущей последовательности, малых букв а, b или с.

Телескопические фотографии галактик различных типов.

Классификация галактик, которую образно называют «камертоном Хаббла».

Описанная классификация, или, как ее называют в шутку «камертон Хаббла», возникла задолго до появления каких бы то ни было гипотез, объясняющих физический смысл эволюции галактик. Но в ней оказалось заложенным рациональное физическое зерно. В последующем классификация Хаббла дополнялась и детализировалась, но тем не менее, как выразился один из астрономов, «она сохранила свое основополагающее значение и не померкла в свете блестящих достижений последующего времени».

Работами Хаббла и его последователей система Млечного Пути была низвергнута с пьедестала особой всеобъемлющей звездной системы. Так же, как раньше наше Солнце оказалось обычной, банальной звездой, так и наш Млечный Путь – галактика, в которую входит Солнце – оказался обычной банальной звездной системой, затерявшейся в просторах Вселенной среди сонма других подобных ей звездных систем, других галактик.

 

Встреча с немыслимым

Уже первые крохотные телескопы позволили астрономам расширить границы доступного им пространства и разглядеть звезды, слишком слабые для наблюдения невооруженным глазом. Большие телескопы XX века поведали, что в необъятных просторах Вселенной плывут бесчисленные фантастические миры, превосходящие все, что могло представить себе самое богатое воображение. Число галактик, которые наблюдаются ныне на больших телескопах, превосходит число наблюдаемых звезд: на всем небе их насчитываются не десятки, а сотни миллиардов. Пятиметровый телескоп способен различить в пределах одного лишь ковша Большой Медведицы до миллиона «звездных островов».

Интерес к изучению мира галактик еще более возрос после того, как новые наблюдения выявили в некоторых из них признаки огромных по своим масштабам быстротечных процессов.

В 1943 г. Карл Сейферт обнаружил несколько спиральных галактик, обладающих очень компактным и необычно ярким ядром. Интенсивные линии излучения на спектрограммах ядер этих галактик – они получили название сейфертовских – указывали на гигантские потоки газа, движущегося в окрестностях ядра со скоростями в несколько тысяч километров в секунду. Яркость сейфертовских галактик нерегулярно изменяется, оставаясь аномально-большой в инфракрасной области спектра. Эти галактики с взрывающимся время от времени ядром являются также мощными источниками радиоизлучения.

Под руководством Б. А. Воронцова-Вельяминова в Москве были исследованы многочисленные случаи близких друг к другу взаимопроникающих и взаимодействующих галактик. Эти работы также указывали на сложные, динамичные процессы в цире галактик, связанные с выделением больших количеств энергии.

Выполненные астрономами оценки привели к ошеломляющим результатам. Оказалось, что выделение энергии в ядрах галактик, находящихся в «возбужденном» состоянии, относится к числу наиболее грандиозных процессов природы, поиски источников которых – так же, как за несколько десятилетий до этого поиски источников энергии звезд – могут иметь следствием новую революцию в физике да и во всем естествознании.

По самым скромным подсчетам, выделяемая при взрывах ядер галактик энергия эквивалентна той энергии, которая выделилась бы при мгновенном полном переходе в энергию массы покоя в миллион солнечных масс. За счет чего выделяется такая энергия?

Рассматривалась возможность, что в результате скопления звезд в ядрах галактик либо резко увеличивается количество их столкновений, либо возрастает число вспышек массивных звезд, которые ведут себя, как сверхновые. Однако наблюдательные данные свидетельствуют о том, что активная область ядра является очень компактной, в связи с чем следует отдать предпочтение идее, что она связана с единым телом. Тем самым более реальной кажется модель, согласно которой в центре ядра галактики находится сверхмассивное коллапсировавшее тело, которое и взаимодействует с окружающей газопылевой материей.

Третьей достаточно правдоподобной возможностью является модель, при которой в центре ядра располагается сверхмассивное вращающееся магнитоплазменное тело, которое называют магнитоидом. Не исключено рассмотрение и гибрида из всех этих вариантов: компактная звездная система, содержащая магнитоид, в центре которого, возможно, находится еще и «черная дыра».

Выдающийся вклад в изучение ядер галактик внес советский ученый, академик В. А. Амбарцумян. В 1970 г. на XIV съезде Международного астрономического союза, проходившем в Великобритании, один из ведущих американских ученых отметил, что «никто из астрономов не стал бы сегодня отрицать, что тайна и 6 самом деле окружает ядра галактик, и первым, кто осознал, какая богатая награда содержится в этой сокровищнице, был Виктор Амбарцумян».

Проблемы активности ядер галактик неразрывно связаны с проблемой происхождения галактик. Здесь – так же, как и в вопросе происхождения звезд – существуют две диаметрально противоположные позиции. Согласно одной точке зрения, число защитников которой сейчас не очень велико, галактика рождается непосредственно из первичного сверхплотного вещества. Однако в этом случае законов современной физики оказывается недостаточно для описания наблюдаемых явлений и, следуя таким путем, для объяснения происхождения галактик требуется уточнить область применения ряда основных физических законов. Мнение большинства астрономов склоняется к тому, что галактики, так же как и звезды, возникли в результате конденсации вещества. Впрочем, на примере вопроса об «островных вселенных», мы в очередной раз имели возможность убедиться, что научные споры отнюдь не решаются большинством голосов.

При решении вопроса о происхождении галактик нужны не догадки, а неуклонное накопление фактов, построение новых, все более совершенных моделей.

 

Большой взрыв

Изучением Вселенной как единой совокупности движущейся материи занимается увлекательная область современной астрономии – космология.

Первым фактом, который потребовал серьезного космологического объяснения, был так называемый парадокс Ольберса.

Немецкий астроном Генрих Ольберс в начале XIX в. задумался над тем, почему ночное небо выглядит для земного наблюдателя темным. Действительно, почему? Чем дальше находятся от нас звезды, тем меньше их видимый на небе блеск. Блеск звезд, как и любых других точечных источников света, ослабевает пропорционально квадрату расстояния. Однако, если считать звезды распределенными в пространстве равномерно, суммарное число звезд, находящихся на заданном от нас расстоянии, возрастает пропорционально квадрату расстояния. В итоге получается, что ослабление суммарного блеска звёзд из-за их удаленности должно совершенно строго компенсироваться возрастанием их численности. И все ночное небо в этом случае должно выглядеть для нас сплошь светящимся, сплошь покрытым расположенными вплотную друг к другу звездами.

Этого, однако, как всем хорошо известно, не наблюдается. И либо звезды в масштабах Вселенной распределены далеко неравномерно, либо существуют какие-то физические причины, которые дополнительно ослабляют поток света от удаленных объектов.

Парадокс Ольберса служит тем наблюдательным фактом, который требует объяснения в любой космологической теории.

Парадокс Ольберса. Считаем для простоты, что все звезды имеют одинаковый блеск и распределены в пространстве равномерно. В этом случае число звезд в тонком сферическом слое радиуса R (слой А) оказывается пропорциональным его поверхности, т. е. пропорциональным R 2 . Пусть суммарный блеск звезд слоя А на рассматриваемом участке неба составляет величину L. Наблюдаемый с Земли блеск каждой звезды в произвольном тонком слое Б, удаленном на расстояние kR, уменьшится по сравнению со слоем А в k 2 раз. Однако их количество, приходящееся в слое Б на тот же участок неба, по сравнению со слоем А возрастет в k 2 раз. Таким образом, суммарный блеск звезд произвольного слоя Б на рассматриваемом участке неба также составит величину L. Вывод, который следует из этого теоретического рассуждения: поскольку с удалением от Земли суммарный блеск звезд из каждого последующего более далекого слоя не ослабевает, все ночное небо для земного наблюдателя должно выглядеть сплошь покрытым звездами, примыкающими вплотную одна к другой. Однако на практике, как хорошо известно, этого не наблюдается

Значительный толчок развитию космологических идей дало открытие красного смещения.

Лето. Каникулы. Школьники стоят на платформе дачного поселка. Приближаясь к платформе, поезд дальнего следования дает звуковой сигнал. Звук сирены кажется высоким, почти пронзительным. Но вот состав поравнялся с платформой и начинает удаляться. Характер звука резко меняется: теперь сирена локомотива звучит на низких тонах, басовито.

Теоретически подобный эффект для электромагнитных волн предсказали в середине прошлого века австриец Христиан Доплер и француз Ипполит Физо. Эффект Доплера-Физо состоит в том, что при взаимном движении наблюдателя и источника волнового излучения по направлению друг к другу наблюдатель фиксирует кажущееся изменение длины волны.

Звук – волновые колебания воздуха. Если наблюдатель и источник звука сближаются, то происходит кажущееся сокращение длин волн: звук становится более высоким. Если же звук слышится более низким, нежели на самом деле, то наблюдатель и источник звука удаляются один от другого. По величине смещения высоты тона, т. е. частоты колебаний, по сравнению с высотой звука от неподвижной сирены можно оценивать скорость движения поезда.

Сказанное справедливо и для звезд. Видимый свет, идущий от звезд, представляет собой электромагнитные волны. По изменению длины электромагнитной волны можно измерять скорость движения звезд по отношению к Земле: по лучу зрения на Землю или от Земли. Такая скорость называется лучевой.

Многочисленные высокоточные измерения лучевых скоростей звезд выполнил замечательный русский астрофизик А. А. Белопольский. Тем же методом уже в XX в. были измерены лучевые скорости галактик. И тут обнаружилось нечто необыкновенное: почти все наблюдающиеся на небе чужие галактики удаляются от Земли. В спектрах галактик описанное явление выражается смещением всех линий к красному концу: поэтому оно получило название красного смещения.

В дальнейшем выяснилось, что величины лучевых скоростей удаления галактик согласуются с их расстояниями. Взаимосвязь оказалась настолько четкой, что лучевые скорости стали даже использоваться как индикатор расстояний: чем больше скорость удаления галактики, тем дальше она расположена от нас во Вселенной.

Не правда ли, странная картина? Уж не в центре ли Вселенной находится наша Галактика? Почему все остальные галактики удаляются от нас? Или, может быть, подобное явление только кажущееся? Может быть, оно возникает вследствие каких-либо неучтенных физических эффектов, например, вследствие изменения длин волн приходящего к нам издалека света в результате рассеяния его на частицах межгалактической материи?

Космология дала ответы на эти вопросы в современной теории Большого Взрыва.

Теория Большого Взрыва предполагает, что все галактики, в том числе и наша Галактика, действительно удаляются друг от друга. Но это удаление подчиняется несколько необычным математическим закономерностям. Оно действительно происходит с различными скоростями… Чем больше расстояние между галактиками, тем выше оказывается скорость их взаимного удаления.

Лучевые скорости удаления галактик, регистрируемые нашими приборами, прямо пропорциональны расстояниям до них.

Чтобы лучше уяснить себе эту картину, рассмотрим упрощенную геометрическую схему. Выберем совершенно произвольную точку О в качестве «точки разлета». Пусть наша Галактика находится где-то в средней части. Существуют многочисленные галактики, которые находятся ближе к точке разлета, чем наша Галактика. Мы летим от нее быстрее, чем они, т. е. расстояние между нами растет и приборы фиксируют удаление этих галактик от нас. Другие же галактики, те, которые расположены дальше от точки разлета, чем наша, в свою очередь также летят от нее быстрее нас. Значит, и в этом случае наши приборы тоже регистрируют их удаление.

Однако приведенное рассуждение не более чем простейшая схема. Согласно теории относительности никакой центральной «точки разлета» принципиально существовать не может. Произвольно выбранную нами точку О можно поместить в любое место пространства, и при этом вся описанная картина взаимного удаления галактик должна полностью сохраниться.

Такой вывод теории относительности получен чисто математическим путем, и его невозможно представить наглядно, также как невозможно наглядно объяснить постоянство скорости света вне зависимости от движения системы отсчета. Здесь вновь, как и прежде, остается довольствоваться только упрощенными примерами.

Мы в силах построить модель описанного выше «разбегания» галактик, если не будем рассматривать реальное бесконечное пространство трех измерений, а ограничимся в своей модели лишь поверхностью – пространством двух измерений. Представим себе, что «вся Вселенная» расположена на некоторой замкнутой поверхности, которая подобна поверхности постоянно раздуваемого резинового шара. Пусть галактики в нашей модели изображаются точками, нанесенными на поверхности этого шара. По мере его раздувания все расстояния между «галактиками», измеренные по поверхности шара, действительно будут систематически увеличиваться, причем скорость разбегания «галактик» окажется тем больше, чем больше было первоначальное расстояние между ними.

Возможность расширения Вселенной, еще до открытия красного смещения в спектрах галактик, была предсказана теоретически как одно из следствий применения к решению космологических проблем общей теории относительности. Пионерские труды в этой области принадлежат талантливому советскому математику А. А. Фридману. Будучи широко известен как геофизик-метеоролог, специалист по прикладным вопросам динамики атмосферы, Александр Александрович Фридман много занимался также математическим анализом решений космологических уравнений Эйнштейна. Незадолго до смерти (он умер в 1925 году на 38 году жизни) А. А. Фридман получил серию решений уравнений Эйнштейна, из которых вытекало, что расширение может явиться одним из основных общих свойств Вселенной – важнейшим атрибутом ее эволюции. Работы А. А. Фридмана первое время не привлекли к себе должного внимания и были оценены по достоинству лишь в связи с открытием Э. Хабблом красного смещения и развитием современных представлений о первоначально горячей Вселенной и Большом Взрыве.

Теория Большого Взрыва утверждает, что возраст Вселенной достигает 15-20 млрд лет. Тот же возраст получается, кстати, и из многих других соображений. Тогда, 15-20 млрд лет назад, в течение одного мгновения вся материя Вселенной была сосредоточена в одной области. Не надо думать, что вокруг этой невообразимой «кипящей» массы, из которой предстояло возникнуть всем галактикам и звездам, было пустое пространство. Нет, пространство не существует вне материи, и все пространство Вселенной было тогда заключено в пределах той же первоначальной области.

Аналогией дальнейших событий может служить колоссальный взрыв.

Взрыв привел к расширению материи и пространства, сопровождающемуся охлаждением первоначально горячей Вселенной. В процессе охлаждения нейтроны, протоны и электроны объединялись в атомы, образовывали галактики и отдельные звезды.

На одном из ранних этапов эволюции после Большого Взрыва Вселенная прошла стадию «раздувания». На этой стадии в случайных неоднородностях первичного вещества было «запрограммировано» наблюдаемое нами теперь неравномерное пространственное распределение галактик.

Представим себе множество мыльных пузырей разных размеров, которые из-за тесноты прижаты друг к другу. И в воображении перенесем теперь эту картину в космическое пространство. Вследствие неоднородностей «комков» первичного вещества, галактики располагаются не как попало, а так, будто они избегают попадать внутрь «мыльных пузырей» и предпочитают кучно группироваться в областях, где пузыри соприкасаются друг с другом. Раздувание «пузырей» составляет часть общего расширения Вселенной, и мириады галактик, складываясь в прихотливые гирлянды, образуют в пространстве исполинскую ячеистую структуру, охватывающую всю наблюдаемую Вселенную.

Таким образом, история галактик и звезд рисуется как история поведения материи, образующей Вселенную. Наблюдаемое красное смещение, согласно теории Большого Взрыва, – это результат действительного разлетания галактик, продолжающегося с момента их возникновения.

Научные теории, как мы уже замечали, представляют ценность только в том случае, когда они позволяют сузить круг ведущихся поисков, предвосхитить, предсказать открытие новых явлений. На счету теории Большого Взрыва есть подобное предсказание. В качестве одного из следствий концепции первоначально горячей Вселенной был получен вывод, что в наследство от этой эпохи, если только она действительно имела место, должно повсеместно сохраниться во Вселенной остаточное, или как его называют, реликтовое излучение в радиодиапазоне.

Расчеты А. Г. Дорошкевича и И. Д. Новикова в 1964 г. показали, что реликтовое излучение в принципе регистрируемо, и, следовательно, вывод теории Большого Взрыва возможно проверить с помощью наблюдений. Гораздо позднее задним числом выяснилось, что ко времени указанного расчета реликтовое излучение уже было открыто в СССР и в Японии. В СССР это открытие было опубликовано аспирантом Пулковской обсерватории Т. А. Шмаоновым в 1957 г. Но беда заключалась в том, что наблюдатели и теоретики работали в отрыве друг от друга. Между ними не было обмена информацией. Наблюдатель не знал, как правильно истолковать свои странные результаты. Замечательная же статья теоретиков осталась незамеченной.

К середине шестидесятых годов радиоастрономы-экспериментаторы вознамерились построить специальную аппаратуру для обнаружения реликтового излучения. Но их опередили инженеры, выполнявшие исследования по борьбе с радиошумами при связи с искусственными спутниками Земли. В течение нескольких месяцев наблюдений они регистрировали очень слабый радиошум, уровень которого не менялся ни в зависимости от участка неба, в пределах которого они работали, ни от времени года. На протяжении 1966-1967 гг. это открытие – открытие реликтового радиоизлучения Вселенной – было независимо друг от друга подтверждено рядом исследователей в разных странах. Особенности этого явления, соответствующего общему тепловому излучению Вселенной с температурой около 2,7 К, совпали с предсказаниями теории Большого Взрыва.

Таким образом, теория Большого Взрыва не только объяснила большинство основных наблюдательных фактов, но и позволила предвидеть существование новых важных космологических эффектов. Открытие реликтового радиоизлучения стало очень веским аргументом в пользу концепции первоначально горячей, расширяющейся Вселенной. Вместе с тем, теория Большого Взрыва продолжает сталкиваться с трудностями. Главная из них состоит в исследовании первичного состояния Вселенной – сингулярности, того совершенно особого момента в ее развитии, после которого начался этап наблюдаемого ныне расширения.

Долгое время сомнения в истинности расширения Вселенной основывались именно на критике представлений о совершенно особой «начальной» точке в ее развитии. Кое-кому казалось, что такая концепция противоречит материалистическому миропониманию, откидывает нас назад к религиозным воззрениям о божественном начальном толчке, о «творении мира».

Эту мысль подхватили и деятели Ватикана. Выступая в 1951 г. в Ватиканской академии наук папа римский Пий XII говорил: «Итак, все указывает на то, что материальная Вселенная определенное время тому назад приобрела могучий начальный взлет, зарядилась невероятным обилием запасов энергии, благодаря которым она, развиваясь сначала быстро, затем все более замедленно, приобрела свое нынешнее состояние… Таким образом, творение во времени, а потому и творец, и, следовательно, бог!»

Однако философские трудности теории Большого Взрыва могут быть преодолены и без ссылки на творца-демиурга, целиком на материалистической основе. Разве мы приходим в замешательство от вопроса, что представлял собой ребенок за несколько лет до его рождения? Очевидно, что все составные «кирпичики» будущего человека были уже тогда налицо; в результате объединения их в единое целое произошел колоссальный качественный скачок, и неодухотворенная материя приняла формы нового мыслящего индивидуума. Но важно, что та же самая материя – только в иных формах – объективно существовала и до появления этого индивидуума.

Аналогичным образом вовсе не обязательно считать, что до начального момента Большого Взрыва Вселенная как бы не существовала. Вовсе нет. Вселенная могла существовать, развиваться, видоизменяться, принимать формы, о которых мы сегодня вообще, возможно, не в силах судить, – и в какой-то момент времени пройти через ту особую временную точку, когда она приняла сверхплотное состояние и которая служит теперь для космологов началом системы отсчета времени в теории Большого Взрыва. Такое толкование событий нисколько не противоречит материалистическому взгляду на развитие Природы.

Или представьте совсем другое образное сравнение. Пусть Вселенная являет собой нечто подобное кипящей, клокочущей в чайнике воде. Наблюдаемая нами расширяющаяся часть Вселенной охватывает только одну-единственную ячейку «кипятка» — в других ячейках происходят другие процессы.

Повторим, что не все ученые-космологи придерживаются теории Большого Взрыва. Среди них есть приверженцы и других концепций.

 

Антропный принцип

Среди космологических проблем, вызывающих ожесточенные научные споры, выделяется антропный принцип. В завуалированной форме антропный принцип – если сказать попросту, человечий принцип – содержался в высказываниях ряда исследователей уже давным-давно. Сегодня оказалось даже затруднительным доподлинно выявить, кому принадлежит честь его введения в космологию и когда это случилось. Нет возможности привести и общепринятую формулировку этого принципа: ее нет, и каждый автор трактует антропный принцип по-своему.

Вместе с тем, существо его достаточно ясно. Человечество возникло и развилось в его нынешнее состояние только благодаря тому, что оно в биологическом отношении идеально отвечает сложившимся условиям окружающей среды. Малейшее уклонение от этих условий не оставило бы человечеству шанса быть таким, какое оно есть.

Простейший пример. Содержание кислорода в земной атмосфере составляет 21 %. Убавься оно всего до 18 %, и процессы интенсивного окисления – горения – станут невозможными, а без них станет абсолютно невозможной и жизнедеятельность в ее современном виде. Поднимись содержание кислорода в воздухе выше 30 %, и пожары на Земле, не стихая, примут катастрофический характер; пламя случайного возгорания от удара молний погубит всю планету.

Астрономические сюжеты на почтовых марках мира. Слева направо и сверху вниз: швейцарская марка 1983 г. с символом СЕРТ (европейские страны, объединенные почтовым соглашением СЕРТ, каждый год выпускают специальные марки с общей тематикой; в 1983 г. такие марки посвящались историческим достижениям науки и техники; на воспроизведенной марке – одной из двух в серии – изображен небесный глобус Йоста Бюрги); марка из серии (четыре марки) с воспроизведением фаз Луны (Албания, 1964); советская марка 1957 г. к 200-летию со дня рождения Л. Эйлера (слева от портрета башня Кунсткамеры, где размещалась астрономическая обсерватория Петербургской Академии наук); выдающийся средневековый астроном аз-Заркали на одной из четырех марок с портретами известных ученых прошлого, работавших на территории Испании (Испания, 1986); на одной из трех марок к XXVI конгрессу Международной астронавтической федерации помещены портреты выдающихся деятелей космонавтики – Р. Годдарда, Р. Эно-Лельтри, Г. Оберта и К. Э. Циолковского (Португалия, 1975); открытие обсерватории в Окаяма (Япония, 1960); одна из нескольких 5-марочных серий Искусство и наука в Мексике, открывалась маркой с изображением знаменитого каменного календаря ацтеков (Мексика, 1973).

Марка, посвященная съемке обратной стороны Луны советской автоматической станцией «Луна-3», увидела свет в серии из 12 марок к 100-летию Международного союза связи (Монако, 1965); на марке в ознаменование 100-летия Национальной академии наук в качестве символов использованы изображения Земли и Млечного Пути (США, 1963); башня для астрономических наблюдений в Кванджу построена в 647 г. (Южная Корея, 1956; эта марка впоследствии переиздавалась); к Неделе слепых появилась марка с изображением астролябии (Марокко, 1976); астрономический инструмент «посох Якова» на одной из четырех марок, воспроизводящих старинные научные приборы (Нидерланды, 1986); крупный телескоп астрономической обсерватории в Онджееве близ Праги помещен на марке к 13-й Генеральной ассамблее Международного астрономического союза в Праге (ЧССР, 1967); серия из стереоскопических марок без зубцов «Исследования космоса» открывалась сюжетом по роману Жюля Верна «Из пушки на Луну» (Бутан, 1970); на крохотном вулканическом островке Питкэрн в юго-восточной части Тихого океана живет менее 100 человек, тем не менее для этого владения британской короны выпускаются собственные марки, и в серии из четырех марок с созвездиями появилась марка с изображением Малого Пса (Питкэрн, 1982)

Если бы в незапамятные времена на начальном этапе эволюции Вселенной несколько фундаментальных физических постоянных, таких как постоянная тяготения, массы протона и электрона, заряд электрона и некоторые другие, были бы едва-едва отличны от их известных ныне значений, то Вселенная оказалась бы устроенной совершенно иначе: не нашлось бы в ней звезд наподобие нашего Солнца, не получил бы повсеместного распространения водород, входящий в состав воды, а ведь человек по своей химии, как говорил академик В. И. Вернадский – «одухотворенная вода». Короче, в чуть-чуть иначе устроенной Вселенной не было бы места для человека. Человек стал таким, каков он есть, только потому, что Вселенная оказалась такой, какова она есть. О чем же говорит антропный принцип? Одна из возможных формулировок: мы являемся свидетелями физических процессов определенного типа, поскольку физические процессы другого типа протекают без таких свидетелей, как мы.

Антропный принцип сближает астрономию, физику и биологию. Из него, конечно, не следует конкретных биологических выводов, но он дает пищу для глубоких философских обобщений. Одна из спорных интерпретаций антропного принципа – уникальность разумной жизни на Земле, которая рассматривается как результат случайного стечения уникальных, нигде больше не повторяющихся обстоятельств. На такую позицию на финише своей творческой деятельности встал авторитетный советский астрофизик И. С. Шкловский. Автор настоящей книги этой точки зрения не разделяет.

Другое возможное толкование антропного принципа имеет не менее спорный характер: одновременно существует множество вселенных. Они различаются по своим свойствам, и мы, люди, в силах наблюдать из них только ту, которая нам соответствует; другие вселенные для наших чувств недоступны и ненаблюдаемы. Академик М. А. Марков в этой связи предложил модель «макромикросимметричной Вселенной». Согласно его представлениям, могут существовать особые элементарные частицы – фридмоиы, каждая из которых содержит в себе целую вселенную. Точь в точь, как в стихах Валерия Брюсова:

(«Мир электрона», 1922)

Философы задают резонный вопрос: почему, собственно, принцип антропный? Почему он человечий, а не муравьиный, не крокодилий, не баобабий? Ведь они тоже существуют и тоже идеально приспособлены к нашей Вселенной. Почему же не рассмотреть Вселенную с точки зрения, допустим, крокодила?

Не станем углубляться в жаркие дебаты вокруг антропного принципа. Но вывод, который хотелось бы сделать, выскажем. Теоретические модели должны как можно полнее учитывать установленные наукой реальности. В космологических исследованиях должны фигурировать галактики такими, какими они нам известны, звезды такими, какими они нам известны, и планеты такими, какими они нам известны. Таким образом, космологи, коли они берут на себя смелость судить о ходе эволюции Вселенной, обязаны доводить дело до появления Земли вместе с ее животным и растительным миром – фауной и флорой. И если теоретическая модель не допускает появления на Земле фауны и флоры, включая, разумеется, человека, то грош ей цена, и серьезного значения такая модель не имеет. Не случайно, по мысли В. И. Вернадского, появление ноосферы – среды разума – является закономерным этапом геологической истории планеты.

С нашей точки зрения, антропный принцип вводит дополнительный – нефизический – критерий корректности космологических взглядов, и в этом заключена его эвристическая ценность.

Космологи часто ходят в науке нехоженными тропами. И проблемы, которые стоят перед ними, простыми не назовешь. Действительно ли Вселенная расширяется или процесс расширения свойствен только наблюдаемой нами области Вселенной? Будет ли расширение продолжаться неопределенно долго или Вселенной свойственна пульсация: сейчас она расширяется, а впоследствии – через многие миллиарды лет – расширение сменится сжатием?

Ответ на последний вопрос, например, как утверждают теоретики, зависит от средней плотности Вселенной, т. е. той плотности вещества, которая получилась бы во Вселенной, если все звезды, межзвездное вещество, планеты и остальную входящую в ее состав материю равномерно «размазать» по всему пространству. При незначительной средней плотности Вселенной ее расширение сможет продолжаться неограниченно долго. Но если средняя плотность Вселенной превосходит некоторый критический рубеж, то с течением времени ее расширение затормозится и сменится сжатием.

Вычисления показывают, что критическое значение средней плотности составляет, грубо говоря, 10 атомов водорода на 1 кубический метр пространства. А какова же она на самом деле? Ответить на этот вопрос пока нельзя и вот почему. Несложно оценить среднюю плотность видимой Вселенной. Но кроме материи в форме известных нам тел, во Вселенной присутствует еще и, так называемая, «скрытая масса» – например, «черные дыры» и рассеянные в пространстве частицы, оценить общую массу которых не удается. В этой связи не удается сделать и теоретического предсказания будущего наблюдаемой нами Вселенной.

Вселенная не имеет никаких границ. Она безгранична. Но бесконечна ли она?

Вернемся еще раз к примеру из предыдущего раздела с пространством двух измерений. Вообразим фантастических двумерных существ, которые не воспринимают третьего измерения пространства. Для таких плоских существ, обитающих только в двух измерениях, поверхность любого шара, например Земли, не имела бы никаких границ – она представлялась бы им безграничной. Однако на деле, в трех пространственных измерениях, Земля вовсе не бесконечна, хотя, двигаясь только по ее поверхности, можно бесчисленное количество раз проходить одну и ту же точку, но никогда нельзя достигнуть «границ» Земли. Следовательно, наши двумерные существа в итоге изучения своего мира могли бы с удивлением обнаружить, что хотя он и безграничен, но вовсе не бесконечен.

Не может ли Вселенная в четырех измерениях – в трехмерном пространстве плюс время – также быть безграничной, но не бесконечной? Быть может, сам по себе вопрос о бесконечности Вселенной является, как выражаются математики, некорректным и вообще не имеет ответа?

История мировой науки хранит поучительный опыт того, как на протяжении тысячелетий математики тщетно искали доказательств истинности пятого постулата Евклида. Однако доказательств того, что через одну точку можно провести только одну прямую, параллельную данной, так и не нашлось. Больше того, великий русский математик Н. И. Лобачевский доказал непротиворечивость геометрии, в которой через одну точку можно провести сколько угодно прямых, параллельных данной.

Дальше – больше. Немецкий математик Б. Риман разработал геометрию, в которой через заданную точку нельзя провести ни одной прямой, параллельной данной. И оказалось, что все три геометрии имеют право на существование, они внутренне непротиворечивы.

Не обстоит ли подобным же образом дело и с понятием о бесконечности Вселенной? Не зависит ли ответ на этот вопрос от субъективно сформулированных нами условий решения задачи, а вовсе не от объективных свойств Вселенной?

Как видим, космология занимается очень важными проблемами, находящимися на стыке астрономии, физики, биологии, философии.

Фундаментом космологических исследований является совокупность основных физических теорий, таких как квантовая механика, специальная теория относительности и общая теория относительности. Направляющую роль при выполнении космологических исследований играют взятые за исходные методические философские принципы. Наконец, наблюдательная астрономия и биология являются источниками тех фактических данных о Вселенной, которые нуждаются в космологическом истолковании и служат для проверки правильности любой космологической теории. К сожалению, решение космологических проблем осложнено недостаточным количеством исходного наблюдательного материала. Недаром существует образное выражение, что космология «рисует самые грандиозные картины самыми разбавленными красками». Однако каждое новое открытие астрономов-наблюдателей может внести исключительно важный вклад в развитие космологических представлений о происхождении и эволюции Вселенной.

Астрономы-теоретики ждут для своих обобщений новых наблюдательных данных. И самую большую услугу в этом им может оказать молодая, быстро развивающаяся область наблюдательной астрономии – радиоастрономия.

 

Радионебо

Обычный белый луч состоит из смеси цветных лучей. Основных цветов в белом луче семь: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый.

С фиолетового конца к видимому свету примыкает невидимое ультрафиолетовое излучение. То самое, под действием которого появляется загар на теле. А с красного конца – невидимое инфракрасное излучение. Оно несет тепло. Известно еще невидимое рентгеновское излучение. С его помощью делают снимки при переломах, просвечивают легкие и другие внутренние органы. При распаде радиоактивных веществ образуется гамма-излучение. И наконец, каждый имеет представление о радиоволнах – ультракоротких (УКВ), коротких, средних и длинных, которые постоянно используются широковещательными радиостанциями всех континентов.

Физики показали, что все эти излучения имеют одинаковую сущность. Это электромагнитные волны. Они отличаются друг от друга длинами волн. По мере изменения длины волны коренным образом меняются свойства излучения. Разные виды излучения были открыты по их свойствам в разное время. И называли их всякий раз по-своему. И только впоследствии свели всю картину воедино.

Совокупность электромагнитных колебаний разных длин волн называется их спектром. Он представлен диаграммой.

Спектр электромагнитных колебаний. Верхняя часть схемы дает представление о высотах, до которых проникает сквозь атмосферу Земли приходящее из космоса излучение в различных участках спектра. Наблюдения непосредственно с поверхности могут выполняться лишь в двух «окнах прозрачности»: в оптическом и радиодиапазоне. Наблюдения в инфракрасном диапазоне возможны при подъеме аппаратуры на высотном самолете, в ультрафиолетовом – на стратостате. Для регистрации рентгеновского и гамма-излучения необходимо выводить аппаратуру за пределы земной атмосферы: это возможно только на искусственном спутнике.

Самые короткие длины волн имеет гамма-излучение. Несколько больше длины волн у рентгеновского излучения. За ним следует ультрафиолетовое излучение. Видимый свет занимает в спектре узенькую полоску. За красным диапазоном находится область инфракрасного излучения и, наконец, область радиоволн. К радиоволнам относят всякое электромагнитное излучение с длинами волн больше нескольких миллиметров.

Звезды во Вселенной излучают не только видимый свет. Их излучение распределено практически по всему спектру электромагнитных колебаний. Но на протяжении тысячелетий астрономы попросту не знали, что есть возможность наблюдать нечто, отличное от видимого света. А когда они это узнали, им пришлось столкнуться с давним «врагом» – атмосферой Земли.

Атмосфера поглощает идущее к Земле излучение почти всех длин волн, за двумя исключениями. Она почти полностью пропускает видимый свет и небольшую часть примыкающего к области видимого света ультрафиолетового и инфракрасного излучения. Это одно так называемое «окно прозрачности» атмосферы. Другое «окно прозрачности» попадает на часть радиодиапазона с длинами волн от 1 см до 30 м.

Человеческий глаз прекрасно приспособлен к первому из «окон прозрачности». Случайное совпадение? Конечно, нет. Путем естественного отбора органы чувств земных существ приспосабливались к окружающим условиям, постепенно преобразовывались так, чтобы быть максимально полезными.

Представьте, что глаза человека воспринимали бы, например, только рентгеновское излучение. Но ведь атмосфера задерживает это излучение не только от далеких звезд, но и от Солнца. И значит, существо с «рентгеновскими глазами» блуждало бы по поверхности Земли в потемках, никогда не видя Солнца.

Другой пример. Человеческий глаз лучше всего распознает желтый свет. Для глаза это самая чувствительная часть видимого света. Почему? Да потому, что Солнце – желтая звезда.

Долгие-долгие века пользовались астрономы лишь одним «окном прозрачности» атмосферы, изучали только видимый свет. Но с развитием радиотехники, когда были усовершенствованы приемники радиоволн, пришла пора воспользоваться и вторым «окном прозрачности» в радиодиапазоне.

Радиошумы внеземного происхождения были случайно обнаружены в 1931 г. Карлом Янским, инженером американской компании Белл-телефон, при изучении помех, которые мешали дальней радиотелефонной связи. Первое научное сообщение об этом опубликовано в 1932 г. Открытые К. Янским «звуки Галактики» транслировались по всем Соединенным Штатам, однако астрономы поначалу не придали им серьезного значения. Когда же несколькими годами позже другой радиоинженер – Г. Рёбер – составил радиокарту неба, астрономы-рецензенты и вовсе отвергли его статью: публикация увидела свет только благодаря вмешательству главного редактора «Астрофизического журнала».

Так же случайно было обнаружено и радиоизлучение Солнца. Во время второй мировой войны фашистская авиация регулярно бомбила столицу Великобритании Лондон. Англичанам удалось наладить сеть радиолокаторов, обнаруживать появлявшиеся с востока самолеты противника и принимать срочные меры. Однако в феврале 1942 г. их противоздушная оборона была сбита с толку: несколько английских радиолокаторов были «ослеплены» мощными сигналами неведомой радиостанции. Ее не отыскали ни в Германии, ни в других странах Европы. Этой таинственной «вражеской» радиостанцией оказалось Солнце.

Радиотехника в период войны шагнула далеко вперед, и уже в мирное время астрономы, наконец-то, широко воспользовались ее достижениями. Вдохновленные открытием радиоизлучения Солнца, они принялись за систематическое «прослушивание» всего неба в различных участках радиодиапазона и уже в 1946 г. надежно установили факт радиоизлучения Луны. Это открытие в сущности не явилось сюрпризом, – сюрпризом было другое: в том же году англичане нежданно-негаданно отыскали в созвездии Лебедя изолированный источник радиоизлучения, получивший название Лебедь А.

По господствовавшим в ту раннюю пору радиоастрономических исследований представлениям источниками радиоизлучения в межзвездной среде служили громадные газовые скопления, и, тем самым, радиоволны из мировых глубин должны были регистрироваться только на очень и очень протяженных участках неба. Источник же Лебедь А со всей очевидностью имел небольшие угловые размеры; его описывали рабочим термином «точечный источник». Вскоре, ко все более возрастающему удивлению радиоастрономов, были обнаружены новые точечные источники – в созвездиях Тельца, Девы, Центавра. Самый мощный точечный радиоисточник был найден в созвездии Кассиопеи.

Волнения в связи с открытием отдельных точечных радиоисточников поначалу быстро улеглись, поскольку наиболее мощные из них были вскоре отождествлены на небе с давно известными приметными оптическими объектами. Одна группа источников радиоволн была отождествлена с газовыми туманностями, возникшими на месте вспышек Сверхновых звезд. Так оказалось, что «шумный» радиоисточник Телец А совпадает по положению на небе со знаменитой Крабовидной туманностью, следом вспышки «звезды-гостьи», описанной в китайских хрониках 1054 года. Стремительно расширяющиеся газовые оболочки, скинутые Сверхновыми звездами, как показала теория, действительно должны служить компактными источниками электромагнитного излучения в радиодиапазоне. Эти источники принадлежат нашей Галактике.

Радиоисточники второй группы отождествились с другими галактиками: Дева А и Центавр А, например, явно совпадали по их положению на небе с примечательными галактиками NGC 4486 и NGC 5128. Аномальный вид этих галактик на фотографиях – сложная структура и наличие выбросов вещества – свидетельствовал о том, что в их недрах могут протекать покуда неизвестные, но очень бурные процессы. Чтобы отличить подобные «шумные» в радиодиапазоне галактики от остальных, им дали общее наименование радиогалактик. Таким образом, стало понятно, что все галактики являются источниками радиоизлучения, но только обыкновенные спиральные галактики наподобие нашего Млечного Пути, составляющие большинство наблюдаемых на небе галактик, излучают энергию в радиодиапазоне сравнительно скупо, а галактики с какими-либо отчетливо выраженными аномальными свойствами – к примеру, сталкивающиеся, взаимодействующие, взрывающиеся галактики – попадают в специально выделенную разновидность «шумных» галактик.

За очень короткое время радиоастрономия оформилась в важную ветвь современной астрофизики, которая принесла много ценных научных результатов.

Радиоастрономы подтвердили, что источниками «тихого» радиоизлучения обычных спиральных галактик являются скопления межзвездного водорода, сосредоточенные преимущественно в их спиральных рукавах. В связи с этим они «прослушали» радиоголос водорода нашей собственной Галактики и первыми построили карту ее спиральной структуры. Этим методом были открыты основные спиральные ветви нашей Галактики.

Большой вклад внесли радиоастрономические наблюдения в изучение природы солнечной активности.

Но главной заботой радиоастрономов на первых порах по-прежнему оставались регулярные поиски новых точечных радиоисточников, создание наиболее подробных каталогов с указанием мощности, местоположения источников на небе, их наблюдаемых особенностей. Наибольший прогресс в решении этой трудоемкой и, надо признаться, довольно нудной задачи был достигнут британскими радиоастрономами, трудившимися в Кембридже во главе с Мартином Райлом. Последовательно шаг за шагом подготовили они несколько кембриджских каталогов радиоисточников – каталоги Первый Кембриджский (1C), Второй (2С), Третий (ЗС) и т. д. Согласно уже известной нам традиции, объекты, занесенные в эти каталоги, получили индексацию, состоящую из названия каталога и порядкового номера объекта. Индекс ЗС 273, например, относится к радиоисточнику, попавшему в Третий Кембриджский каталог под номером 273.

Число вновь открытых радиоисточников нарастало бурно, и к 1955 г. их было известно уже около двух тысяч. Отождествление же вновь открываемых радиоисточников с оптическими объектами застопорилось и долгое время успехов не приносило. Основная помеха заключалась в малой точности определения небесных координат радиоисточников: их местоположение на небе можно было указать, только очертив вокруг них довольно обширный эллипс ошибок, в пределы которого попадали многие сотни и тысячи слабых невзрачных оптических объектов. Никакой хитростью не удавалось выделить именно тот из этих многочисленных слабых оптических объектов, которому принадлежал наблюдаемый поток радиоизлучения. Первые удачные отождествления источников Телец А, Дева А, Центавр А удались лишь потому, что радиоволны исходили в этих случаях от сравнительно близких и поэтому более ярких, отличающихся аномальным внешним видом оптических объектов. К сожалению, круг этих приметных объектов быстро иссяк, и радиоастрономы столкнулись с суровой прозой жизни, – последующими радиоисточниками были слабые, ничем не выдающиеся по внешнему виду оптические объекты, распознать которые оказывалось попросту невозможным.

Дело сдвинулось с мертвой точки лишь после того, как радиоастрономы научились вести параллельные наблюдения одновременно на двух удаленных друг от друга антеннах. С помощью такого метода, носящего название радиоинтерферометрии, удалось добиться определения небесных координат радиоисточников с погрешностями не более ±5'' и установить, что угловые размеры многих ярких источников исчезающе малы. Другой ценный метод был разработан для точного определения координат радиоисточников, находящихся в узкой полосе неба, По которой перемещается среди звезд Луна. Астрономы фиксировали момент исчезновения радиоисточника в результате покрытия его краем Луны; поскольку положение Луны на небе известно с очень высокой точностью, наблюдение момента исчезновения сигнала позволяет также с очень высокой точностью вычислить положение затмевающегося радиоисточника.

Успех в повышении точности определения небесных координат радиоисточников подхлестнул астрономов, работавших на крупнейшем тогда в мире 5-метровом оптическом телескопе. Они предприняли специальное фотографирование слабых объектов звездного неба вблизи от предполагаемых точек расположения радиоисточников. Результаты не замедлили сказаться. В декабре 1960 г. был отождествлен радиоисточник ЗС 48. Им оказалась очень слабенькая звездочка 16-й звездной величины. Вслед за этим удалось отождествить радиоисточники ЗС 196 и ЗС 286. Это также были очень слабые, невзрачные оптические объекты.

Гром грянул, наконец, в 1963 г. в результате отождествления по результатам затмения Луной радиоисточника ЗС 273.

 

На краю ойкумены

Самым важным и, как водится, совершенно непредвиденным результатом кропотливой работы многих астрономов над отождествлением точечных радиоисточников с объектами звездного неба, наблюдаемыми в оптическом диапазоне, явилось открытие нового, никем теоретически непредсказанного класса внегалактических образований.

Несколько десятков «шумных» радиоисточников, отождествленных в оптическом диапазоне, оказались бледными, по внешнему виду совершенно невзрачными, слегка размытыми голубоватыми точками. Они настолько слабы, что на первый взгляд никак не выделяются среди миллиардов других очень слабых звездочек. Полное название, которое дали астрономы этим удивительным созданиям природы – квазизвездные источники радиоизлучения.

Латинское слово «квази» в научных терминах означает «как бы, подобный чему-либо»: «квазизвезда» – «как бы звезда», «звездоподобный объект». Слово «звезда» по-английски произносится «стар». От слов «квази» и «стар» появилось сокращение «квазар». Появилось оно далеко не сразу, но именно под этим именем необычные радиоисточники в конечном счете и вошли в научную литературу.

Поначалу предполагали, что квазары расположены сравнительно недалеко: где-то на окраине нашей собственной Галактики. Уж очень мощным должно было бы быть их радиоизлучение, если предполагать значительную удаленность квазаров. Однако изучение спектров квазаров, предпринятое с помощью 5-метрового телескопа, принесло ошеломляющие результаты. Красное смещение у квазаров достигает невообразимой величины. Они удаляются от нашей Галактики со скоростями, близкими к скорости света. Самые стремительные из них имеют скорость, равную 80-90% скорости света! В 1988 г. из Австралии пришло сообщение об обнаружении самого далекого квазара. Расстояние до него в соответствии с измеренным красным смещением должно составлять около 14 млрд световых лет. Такая величина чудовищна даже для видавших виды астрономов!

Если принимать все эти данные за чистую монету, то квазары следует признать наиболее удаленными от нас объектами Вселенной.

Древние картографы назвали совокупность заселенных людьми областей земного шара ойкуменой. За пределами ойкумены, по их мнению, обитали трудно поддающиеся описанию страшилища и монстры. Еще в 1960 г. вся наблюдаемая в крупные телескопы часть Вселенной тоже казалась ученым в основном обжитой ойкуменой. На краю этой обжитой области всплыли вдруг из неизвестности не укладывающиеся ни в какие теоретические рамки описанные нами монстры – квазары.

Было обнаружено, что некоторым из квазаров свойственны быстрые колебания блеска, – они происходят в пределах месяца, а порой даже в пределах нескольких дней. Известно, что самосветящееся тело не может изменить своего суммарного блеска быстрее, чем требуется свету для того, чтобы пересечь это тело из конца в конец. Следовательно, если свечение квазара способно заметно меняться, скажем, за неделю, то это значит, что квазар по своим размерам лишь в несколько раз превосходит нашу Солнечную систему, которую свет пересекает за полдня. Таким образом, по космическим масштабам квазары оказались ничтожно малыми объектами. Но если их размеры невелики, а видим мы их на столь чудовищных удалениях, то они должны излучать небывалые потоки энергии. Некоторые из них, согласно подсчетам, излучают больше энергии, чем добрая сотня больших галактик, насчитывающих в своем составе в общей сложности до 10 тысяч миллиардов звезд.

Что же это за образования? Каковы те невообразимые источники энергии, по сравнению с которыми даже взрывы сверхновых звезд выглядят новогодними хлопушками? Какую роль играют эти «ископаемые чудовища» в развитии Вселенной?

В качестве основного неиссякаемого источника энергии во Вселенной, мощность которого в масштабах галактик может в миллионы раз превосходить мощность всех других известных источников энергии, вместе взятых, астрономы-теоретики в наши дни все чаще называют гравитацию. Именно в силах, возникающих вследствие взаимного притяжения огромных масс, они склонны видеть «главную пружину Вселенной».

Быть может, красное смещение квазаров вызвано не гигантскими скоростями их удаления, а действием небывало мощных гравитационных полей? Но это свидетельствовало бы о существовании таких невиданно плотных небесных тел, которые также не укладываются ни в одну из существующих теорий.

Астрономы нащупали взаимные связи между тремя известными ныне группами необычных небесных объектов: ядрами активных сейфертовских галактик, радиогалактиками и квазарами. Впрочем, мы вышли на «линию огня» современной астрономической науки, на ее передний край, где не прекращается борьба идей, где постоянно идут активные «боевые действия», и, пожалуй, было бы преждевременно излагать в нашей книге такие идеи, которые уже завтра могут оказаться несостоятельными.

Радиоастрономия преподнесла ученым такие фундаментальные открытия, как квазары и описанные нами ранее нейтронные звезды – пульсары. И закономерно, что именно радиоастрономам посчастливилось стать первыми среди астрономов лауреатами Нобелевской премии, этой высшей в мире почетной научной награды.

По завещанию шведского инженера-химика, изобретателя и промышленника Альфреда Нобеля премия его имени присуждается ежегодно отдельным ученым при их жизни независимо от расы, национальности, пола и вероисповедования, как правило, каждому только один раз, причем премия в определенной научной области может быть разделена не более чем между тремя лицами. Согласно «букве» завещания учредителя премии ею отмечаются выдающиеся научные открытия (а также прежние работы, значение которых стало очевидным в последнее время) в области физики, химии и медицины, «… приносящие наибольшую пользу человечеству». Нобелевской премии специально по астрономии в связи с этим никогда не существовало. Вряд ли это справедливо, но на протяжении свыше шестидесяти лет с момента ее учреждения (в 1901 г.) этой наградой не был отмечен ни один астроном мира. Лишь трижды премия по физике присуждалась за открытия, связанные с обнаружением и изучением объектов космического происхождения – космических лучей: в 1936 г. В. Гессу – за открытие космических лучей и К. Андерсону – за открытие в них позитрона, а в 1950 г. С. Пауэллу – за открытие в них мезонов.

Наконец, в 1967 г. Нобелевский комитет обратил внимание на астрономов: премию получил X. Бете, – впрочем, не астроном, а физик за его «вклад в теорию ядерных реакций, особенно за открытия, относящиеся к источникам энергии звезд». Он рассматривал проблему на стыке физики и астрономии: ядерные реакции синтеза гелия в звездах. И только в 1974 г. лауреатами Нобелевской премии по физике впервые стали настоящие астрономы, точнее радиоастрономы – выдающиеся английские исследователи М. Райл (1918-1984) и Э. Хьюиш (род. в 1924 г.).

Другая Нобелевская премия «астрономического содержания» была присуждена в 1978 г. тоже радиоастрономам А. Пензиасу (род. в 1933 г.) и Р. Вильсону (род. в 1936 г.) – за наблюдательное обнаружение реликтового излучения Вселенной. И лишь в 1983 г. третий раз за одно десятилетие еще одна «чисто астрономическая» Нобелевская премия досталась не радиоастрономам, а двум астрофизикам-теоретикам старшего поколения: С. Чандрасекару (род. в 1910 г.) и У. Фаулеру (род. в 1911 г.).

У радиоастрономов богатые перспективы. И одна из очень увлекательных задач для них – связь с внеземными цивилизациями. Если существующая где-то на иных планетах цивилизация захочет связаться со своими братьями по разуму, то сделать это, как нам представляется, удобнее в радиодиапазоне.

 

Множественность обитаемых миров

Земля – одна из планет Солнечной системы. Солнце – ничем не примечательная звезда Галактики, далекая от ее центра. Галактика – одна из миллиардов звездных систем, открывающихся взору в современные телескопы. Неужели жизнь на Земле – явление единственное в своем роде, уникальное?

(Ю. В. Линии к «Краски Земли», 1987)

Неужто не существует других обитаемых миров с техническим развитием, равным или превосходящим наш собственный?

Кажется ли таким уж беспочвенным фантастическое предположение о Великом Кольце галактик? Как это захватывающе: далекие миры, которые поддерживают между собой связь, протягивают друг другу руку помощи. Или, может быть, как раз наоборот: миры враждебные, антагонистические —

(Н. С. Гумилев)

Конечно, в столь четкой форме вопрос о множественности обитаемых миров может быть задан только сегодня. В прошлом люди не знали о других галактиках, мало что знали о нашей Галактике и даже о Солнечной системе.

Однако мысль о множественности миров возникала уже, по крайней мере, в античное время. Эту тему обсуждали древнегреческие и римские философы. И многие из них склонялись к убеждению, что наш мир не одинок. «Невозможно, чтобы в громадном поле рос только один пшеничный колос, и столь же невероятно, чтобы в бескрайней Вселенной был бы только один обитаемый мир», – это написал за четыре столетия до и. э. древнегреческий философ Метродор Хиосский.

В средние века в Европе главенствует богословие. Оно оправдывает господство феодалов над крестьянами и ремесленниками. Богословы вовсе не должны познавать окружающий мир. Они держат людей в страхе перед загробной жизнью. Все, что противоречит священному писанию, отметается как вредное и ложное.

Новый взлет человеческой мысли и мужества известен в истории как эпоха Возрождения.

В немецком городе Майнце Иоганн Гутенберг пускает в ход первый печатный станок. Книгопечатание распространяется с быстротой молнии. И сотням бойких переписчиков не угнаться за печатным станком, чудом XVI в. Книга перестает быть роскошью, доступной только богатым из богатых. Дух времени напоен свободолюбием и свободомыслием. И не случайно, что именно в этот период, как жаждущий крови вампир, поднимает голову священная инквизиция. Кровавая пелена застилает глаза людей в черных сутанах, которые призваны унизить, подавить, растоптать человеческое достоинство. Удержать пошатнувшееся господство церкви. Убить в людях стремление к подлинному знанию.

Инквизиции противостояли сотни тысяч людей, смелых и вольнолюбивых. Но жил один человек, великий итальянский философ, который стал олицетворением, символом этой мятежной эпохи. И был один спор, которому суждено было стать главной темой эпохи: спор между церковью и наукой о множественности обитаемых миров.

Человек этот родился в 1548 г. в Италии недалеко от городка Нолы. Отец его был обедневшим дворянином, воином. Сын бедных родителей не мог получить образование в университете. Но юноша всеми силами рвется к знаниям, он хочет стать философом, ученым. А истина – сомнений в ту пору у него не возникает – кроется за изысканным красноречием ученых-богословов. Путь к знаниям лежал для него через монастырскую келью.

В 17 лет он вступает под гулкие своды монастыря Святого Доминика в Неаполе. Слава монастыря гремит далеко за пределами Италии. Он известен ученостью своих богословов, их неустанным рвением. Это они, ученые монахи-доминиканцы, заседают в трибуналах священной инквизиции. Это они, верные псы господни, избрали своим символом собачью голову с горящим факелом в зубах.

Молодой послушник дает монашеский обет и получает новое имя – Джордано. Отныне знакомые зовут его Джордано Бруно из Нолы. Ноланец учится как одержимый. Он презирает глупость, сытость, успокоение. Он читает запоем фолиант за фолиантом. Тайком читает запрещенные церковью книги.

Знаниями и ученостью Джордано Бруно быстро превзошел остальных монахов. Бруно – надежда и гордость доминиканского ордена. Его отвозят в Рим и представляют папе римскому.

Обучение завершено. В римской Коллегии мудрости – высшем католическом университете – Бруно успешно выступает в богословских диспутах и получает степень доктора римско-католического богословия. Но он чувствует себя жестоко обманутым. В церковных книгах он искал мудрость и не нашел. Он искал там истину и не нашел. Стройные рассуждения богословов оказались мишурой, роскошными одеждами, в которые облачена скудость мысли.

Джордано Бруно (1548-1600). Личным мужеством он подтвердил верность своему убеждению: «Лучше достойная и героическая смерть, чем недостойный и подлый триумф»

Ноланец на вершине успеха. Но, обманутый, он не желает обманывать других. Джордано Бруно резко выступает против догматизма и невежества коллег-монахов. Следует донос. Ноланец покидает родину.

Для Бруно начинается тяжелая жизнь вечно преследуемого изгнанника. Он беден. Он не имеет постоянного крова над головой.

Бруно преподает в университетах Тулузы, Парижа, Лондона, Виттенберга и других. Везде и повсюду он клеймит ухищрения схоластов, развенчивает догматизм ученых-монахов и церковные таинства, гневно осуждает ничтожество служителей религии, их невежество и пресыщенность. Студенты ломятся на диспуты с участием этого молодого профессора. Лютую ненависть затаили на Бруно отцы церкви.

Но и искушеннейшие богословы не в силах в открытом бою победить взбунтовавшегося Ноланца. Он превзошел богословскую мудрость. Он в совершенстве владеет их собственным оружием. В Англии, например, по отзывам очевидцев, Бруно «пятнадцатью силлогизмами посадил пятнадцать раз, как цыпленка в паклю, одного бедного доктора, которого в качестве корифея выдвинула академия в этом затруднительном случае».

В борьбе за новое мировоззрение Джордано Бруно находит смысл жизни и не чувствует усталости. Он колесит по Европе, знакомится с выдающимися, наиболее образованными людьми, впитывает в себя все лучшее, что создано человечеством. Он пишет одно сочинение за другим, сатирические памфлеты и научные трактаты.

Гигант учености и гигант духа, Бруно несокрушимо верит в силу человеческого разума. Он страстно борется за человеческое достоинство, за свободу мысли, за науку.

Итальянский философ высказывает новые, страшные для церкви взгляды. И главное среди них – учение о вечности мира, о безграничности Вселенной, о множественности обитаемых миров. Земля – холодное тело, которое обращается вокруг горячего Солнца. Солнце – звезда. Но звезд на небе тысячи. И около каких-то из них есть планеты, на которых существует жизнь.

Тринадцать лет скитался Бруно вдали от Италии. Наконец, он рискнул появиться в Венецианской республике. Здесь, гнусно преданный, Бруно попадает в застенки инквизиции. Венецианские инквизиторы передают Джордано Бруно в Рим.

Враги праздновали победу. Ничтожества с горящими глазами фанатиков, с раскаленным железом в руках, они вознамерились растоптать его душу, подвергнуть осмеянию, сломить, заставить отречься от самого себя. В лице Бруно римские инквизиторы судили не монаха-вероотступника. Они судили мыслителя, человека будущего.

В злобном бешенстве, не находя других аргументов, богословы то и дело отдавали Бруно в руки палачей. Снова и снова встречаются в протоколах допросов подобные места:

«… Достопочтеннейший господин Джулио Монтеренци, фискальный прокуратор считает, что брат Джордано не изобличен в представленных ему положениях… Подвергнуть пытке…»

«… Достопочтеннейший господин Марчелло Филонарди, асессор святой службы: подвергнуть строгой пытке и дать срок, дабы образумился…»

«… Достопочтеннейший отец Ипполито Беккариа: пытать, и не единожды, но дважды…»

Так продолжалось 8 лет. Но могучий дух философа превозмог страдания. Его ответы не менялись.

На третьем допросе: «… Я считаю, что существуют бесконечные миры, образующие безграничную совокупность в бесконечном пространстве…»

На четырнадцатом допросе: «… Отвечал в том же роде относительно множества миров и сказал, что существуют бесконечные миры в бесконечном пустом пространстве, и приводил доказательства…»

Ему предлагали отречься от своего учения. Такой ценой Бруно мог спасти жизнь. Он отказался.

В феврале 1600 г. при стечении высших прелатов католической церкви был оглашен утвержденный папой приговор: «поступить по возможности кротко и без пролития крови» – сжечь заживо на костре.

У истерзанного, изможденного, брошенного на колени узника хватило сил бросить в лицо торжествующим палачам:

– Вы, быть может, с большим страхом произносите приговор, чем я его выслушиваю.

Уже стоя на костре, с кляпом во рту, Джордано Бруно отвернулся от протянутого ему распятия.

Если Вам доведется побывать в Риме, отыщите в лабиринте тесных кривых улочек «вечного города» небольшую площадь Цветов. Там стоит скромный памятник, на пьедестале которого слова —

Джордано Бруно

от века, который он предвидел

там, где костер пылал

 

Мы не одиноки?

Проблема разумной жизни вне Земли вдохновляла пытливые умы людей различных профессий. Однако в силу необычайной сложности этой проблемы ученым длительное время не было видно путей ее строгого научного решения.

Что сулит человечеству встреча с мыслящими существами иных миров? Этот контакт следует приветствовать, – ведь он может резко расширить власть человека над стихийными силами Природы? Или, напротив, его надлежит бояться, – ожидать с чувством апокалиптического ужаса перед грозной неизвестностью, которая способна в мгновенье ока обратить привычный мир Земли в прах и пепел? Ученые не были готовы дать обоснованный ответ на подобные вопросы. И в поиск издавна уходили владельцы «машин времени» – писатели-фантасты.

Следует ли относиться к их произведениям всерьез? Автор думает – да, следует. Писатели-фантасты поднимают актуальные проблемы, причем зачастую прозорливо предугадывают принципиальные пути их грядущего научного решения в будущем. Лучший пример: книги Жюля Верна.

В 1865 г. – за 104 года до первой экспедиции на Луну – Жюль Верн написал книгу «С Земли на Луну». Его герои Импи Барбикен, председатель Пушечного клуба, и Дж. Т. Мастон, непременный секретарь, по современным взглядам наивные простаки. Но вспомните, где они выбрали площадку для старта к Луне? Они построили стартовый комплекс на полуострове Флорида, – точь-в-точь на том месте, где столетием позже действительно будут возведены сооружения американского космодрома им. Кеннеди. Жюль Верн случайно угадал! – воскликнете вы. Да – угадал, но отнюдь не случайно. Он достаточно глубоко понимал инженерные стороны проблемы старта к Луне, и благодаря этому деятели Пушечного клуба в своих «угадках» порою правильно заглядывают на столетие вперед. А сколько еще подобных великолепных находок рассыпано на страницах как этого романа Жюля Верна, так и вышедшей четырьмя годами позже книги «Вокруг Луны». Любознательному современному читателю они доставят истинное наслаждение: в них великолепно просматриваются положительные и отрицательные моменты прогнозирования научно-технического прогресса.

Писатели-фантасты с весьма разных позиций знакомили нас с возможной внеземной жизнью и последствиями контактов с ней. На рубеже века Герберт Уэллс рисовал встречу с инопланетянами в пессимистических красках «Войны миров». Еще до запуска первого советского спутника Земли известный английский астрофизик Фред Хойл опубликовал роман «Черное облако». К подобным же проблемам неоднократно возвращаются все лидеры жанра фантастики: Станислав Лем, Айзек Азимов, Рэй Брэдбери, братья Аркадий и Борис Стругацкие. Не будем пересказывать содержание их увлекательных книг – прочтите сами.

А что же ученые? В наши дни они тоже не остались в стороне.

Интерес к проблеме разумной жизни вне Земли подогрели в 1959 г. американские астрономы Дж. Коккони и Ф. Моррисон, которые через журнал «Нейчер» обратились с призывом начать поиски радиосигналов внеземных цивилизаций на волне 21 см. На этой волне происходит радиоизлучение межзвездного водорода, и, по мнению авторов обращения, именно эта волна более всего подходит для огранизации межзвездных контактов. Свое обращение они закончили словами: «Трудно оценить вероятность успеха, но, если не производить поисков совсем, вероятность успеха наверняка будет равна нулю».

Вскоре молодой радиоастроном Ф. Дрейк предпринял в течение трех месяцев практические поиски сигналов от двух близких к Солнцу звезд – тау Кита (12 световых лет) и эпсилон Эридана (11 световых лет). Проект этих поисков был назван ОЗМА по имени принцессы из сказочной страны Оз. Результатов он, конечно, не принес.

Тогда же со знаменитой книгой о возможности внеземной жизни «Вселенная. Жизнь. Разум» выступил советский астроном И. С. Шкловский. Незадолго до выхода книги мне посчастливилось присутствовать на лекции И. С. Шкловского по этой проблеме в Математическом институте АН СССР им. В. А. Стеклова. Среди слушателей находились маститые математики – люди, искушенные в науке, которых, казалось бы, ничем нельзя удивить, и поэтому особенно запало в память то настороженное, завороженное внимание, с которым они воспринимали сильные и малоизвестные доводы в пользу постановки проблемы на экспериментальную основу.

Книга И. С. Шкловского выдержала в СССР несколько изданий и переведена на многие языки мира. В 1966 г. она была переиздана на английском языке в обработке не менее известного американского ученого Карла Сагана, который увеличил объем книги почти вдвое, добавив несколько глав и введя в текст ряд новых соображений. Это был своеобразный пример плодотворного сотрудничества двух ярких ученых, живущих по разные стороны Атлантики в странах с разными социально-экономическими системами и никогда до того времени лично не встречавшихся друг с другом.

Так мало-помалу проблема внедрилась в умы исследователей, и в дальнейшем астрономам – хотя и с чудовищными разногласиями – удалось подойти хоть к каким-то оценкам возможности распространенности жизни. Попробуем шаг за шагом повторить ход их рассуждений.

По существующим представлениям, из-за совершенно неприемлемых условий жизнь не может иметь места ни в недрах, ни на поверхности звезд. Жизнь может развиваться лишь на холодных планетах, обращающихся вокруг звезд.

Из теории образования звезд следует, что планетами могут располагать многие из них: по некоторым соображениям вплоть до 50 % всех звезд, хотя существуют оценки и гораздо более осторожные. Малые по сравнению со звездами и не светящиеся, холодные планеты невозможно заметить в телескоп. И тем не менее астрономы знают несколько звезд, около которых, вероятно, есть планеты. Среди них, например, наши соседки – «летящая» звезда Барнарда, звезда 61 Лебедя.

Несколько тысяч тщательных наблюдений звезды Барнарда за десятки лет позволили установить, что «летит» она по небу не по прямой линии, а по чуть-чуть волнистой. Волнистость ее пути микроскопическая; на фотографиях соответствующие отклонения меньше одного микрометра. Но в этом-то микрометре и заключается главное.

С прямого пути звезду Барнарда сбивает обращающаяся вокруг нее планета. По изгибам в пути звезды удалось заключить, что невидимая планета – не одна, а их, скорее всего, две или три, и по размерам они сопоставимы с нашим Юпитером. Обнаружено существование темного спутника – планеты? – также у звезды 61 Лебедя. Вряд ли можно сомневаться, что планетные системы – явление во Вселенной отнюдь не уникальное.

Отклонения собственного движения «летящей» звезды Барнарда на небе от прямолинейного пути по двум принятым в астрономии координатным осям – прямому восхождению и склонению. Каждая точка на диаграмме представляет собой результат осреднения измерений по нескольким фотопластинкам. Измеренные на пластинках отклонения редко превышают 1 микрометр (масштаб в микрометрах отложен по оси ординат). Для наглядности справа помещен отрезок, соответствующий смещению звезды на небесной сфере в 0,01 ’’. Слева – величина общего смещения звезды Барнарда на небе за 100 лет на фоне диска Луны

Следующий фактор. Пусть около звезды существует несколько планет. Часть из них расположена слишком близко к звезде, там чересчур жарко. Часть же из них расположена слишком далеко, где чересчур холодно. Около звезды можно очертить зону, в которой условия для жизни самые подходящие, – «зону обитания».

Особенности «зоны обитания» удачно характеризует сравнение с поведением людей у костра. Чем жарче костер, тем дальше от него садятся. Но при этом шире и зона, в которой он греет: сидеть можно в несколько рядов. По выполненным оценкам в «зону обитания» могут попадать от одной до пяти планет.

Третий фактор, который необходимо учесть: какова доля планет с подходящими условиями, жизнь на которых действительно возникает?

Четвертый фактор: какова среди всех планет, обладающих жизнью, доля таких, на которых возникла разумная жизнь?

Как нетрудно заметить, сложность вопросов неизменно возрастает. На очереди еще более сложный: какова среди всех планет, обладающих разумной жизнью, доля достигших такого высокого уровня развития, когда появляется возможность и желание вступить в контакт с другими мирами?

И наконец, самый сложный из сложных вопросов, который скорее относится к общественным наукам, нежели к астрономии: сколь долговечна разумная жизнь в высокой стадии развития? Далеко тут ходить за примерами не надо. Не случится ли беда с нашей собственной Землей? Не возьмут ли верх оголтелые, безрассудные силы войны, в результате чего человеческая культура будет сметена с лица Земли термоядерными бомбами? А то, быть может, человечеству суждено вскоре погибнуть от нехватки продуктов питания, чистой воды, энергетических ресурсов, либо от чудовищной эпидемии, которая молниеносно пронесется по земному шару?

Применительно к связи с другими мирами поставленный выше вопрос совсем не праздный.

Каждый человек, например, строго ограничен рамками своего времени: он может вступать в контакт, беседовать лишь со своими современниками. Человек не в силах вступить в беседу ни с людьми прошлого, ни с людьми будущего. Правда, до нас доходит голос минувшего: книги, рукописи, произведения искусства. Мы можем сохранить память о себе для потомков. Но такого рода контакты односторонни. А непосредственная двухсторонняя связь возможна только между людьми одного времени.

Разные цивилизации тоже могут задавать вопросы и получать ответы только от «современных» им цивилизаций. А если высокоразвитые цивилизации недолговечны, то вероятность их контактов между собой резко сокращается.

Для ответа на вопрос о долговечности жизни мало быть оптимистом или пессимистом. Надо знать историю человечества, знать законы развития человеческого общества.

Так или иначе, ответив на многие вопросы, мы подходим к оценке общего числа одновременно существующих высокоразвитых цивилизаций. Когда же дело касается численных оценок, то они могут быть завышенными или заниженными, очень радужными или, наоборот, чрезмерно осторожными. Вот осторожная оценка: высокоразвитые цивилизации существуют одновременно в среднем около одной из 3 млн звезд. Таким образом, среднее расстояние между цивилизациями составляет примерно тысячу световых лет.

Полеты на такие расстояния, насколько можно судить с позиций сегодняшнего дня, невозможны. Из самых общих рассуждений следует, что они никогда и не станут возможными, какая бы принципиально мыслимая на сегодня энергия ни использовалась для этой цели.

Что же касается других контактов – посылки друг другу каких-либо сигналов, то такой вид связи высокоразвитых цивилизаций может оказаться реальным и обоснованным.

 

Проблема CETI

Помните, как пел Владимир Высоцкий:

Тау Кита – не созвездие, а звезда. В остальном же все верно: сигналы к тау Кита радиоастрономы действительно посылали. Одно время на нее возлагали надежды как на один из ближайших к Солнцу оплотов разумной жизни. Латинское название созвездия Кит – Cetus, название звезды τ Ceti. Отсюда тот энтузиазм, с которым сообщество астрономов восприняло сокращение от первых букв английской фразы Communication with Extra-Terrestrial Intelligence (связь с внеземным разумом) – это сокращение CETI. Так стали повсеместно аттестовать проблему внеземных контактов: проблема CETI. На повестку дня были поставлены многие конкретные и важные задачи.

Известны ли, например, признаки, по которым чужие цивилизации могли бы заметить, что на одной из планет Солнечной системы появилось высокоразвитое общество? Да, некоторые признаки известны.

Миллиарды лет единственным мощным источником радиоволн в Солнечной системе было Солнце. С изобретением радио в результате постоянной работы тысяч радиостанций Земля также стала мощным источником радиоизлучения. Посторонний наблюдатель мог бы отметить, что полсотни лет назад рядом с Солнцем, вплотную к нему, появилась вторая «радиозвезда». Эта «радиозвезда» переменна. Когда к воображаемому постороннему наблюдателю поворачивается Тихий океан, мощность излучения падает. Когда же к нему поворачиваются густонаселенные, промышленно развитые материки Земли, мощность радиоизлучения возрастет. Но радиоизлучение Земли успело проделать еще очень короткий путь, – всего несколько десятков световых лет. Посторонний наблюдатель может зарегистрировать его лишь с ближайших соседей Солнца. Для разумных существ далеких от нас звезд Солнце все еще остается одиночным радиоисточником.

Но этот признак косвенный, пассивный. А каковы должны быть специально посланные сигналы, так сказать, позывные далеких миров? Каковы характерные черты искусственного сигнала внеземной цивилизации? Как его заметить и выделить? Такой вопрос разрабатывали советские астрофизики, члены-корреспонденты Академии наук И. С. Шкловский и Н. С. Кардашев.

Американский радиоастроном Фрэнк Дрейк предложил однажды своим коллегам «практическую» задачу. Он, ничего не объясняя, передал им для расшифровки «космическое сообщение», состоящее только из единиц и нулей.

Единицы и нули регулярно используются для записи данных в двоичном коде, который наиболее прост и универсален для передачи любой информации.

Представьте себе фотографию: в ней есть места совершенно черные и совершенно белые. А от черного до белого находится множество оттенков, полутонов: серый, чуть-чуть более серый, еще чуть-чуть более серый. Буквально во всяком природном явлении есть две крайние точки и между ними несколько градаций, ступенек, оттенков. Любые числа, к примеру, мы обычно записываем десятью арабскими цифрами: это как бы десять разных ступенек.

А двоичный код – система только с двумя градациями, двумя состояниями: черное – белое, да – нет, точка – тире, есть сигнал – нет сигнала, единица – нуль; образно говоря – все или ничего. Двоичный код широко применяется при работе с современными быстродействующими электронно-вычислительными машинами.

«Космическое послание» Фрэнка Дрейка состояло из 1271 знака: единиц и нулей. Но 1271 – это произведение двух простых чисел: 31 и 41. Не в этом ли следует искать тайный смысл? Не развертывалось ли изображение, как на экране телевизора, в строчки? Только пока неизвестно, то ли была 31 строчка и в каждой по 41 точке, то ли наоборот: 41 строчка по 31 точке. Нетрудно проверить оба варианта.

Берем миллиметровую бумагу и строим прямоугольник со сторонами в 31 и 41 мм. А теперь на месте единиц будем чернить квадратики, а на месте нулей – оставлять пустыми. И что же?

При 31 строчке по 41 точке мы действительно построим изображение. И оно очень о многом поведает нам. Видно, что наши космические собеседники – существа двуногие и двурукие. У них, вероятно, как и на Земле, основной ячейкой общества является семья: два родителя держат за руки ребенка. В левом верхнем углу изображен грубый круг – это, конечно, их солнце. Под ним расположены точки-планеты; напротив каждой из планет в двоичной системе записан ее порядковый номер.

«Космическое послание» Ф. Дрейка

Левое человекоподобное существо указывает рукой на четвертую планету – они там живут. От третьей планеты идет волнистая линия, должно быть, наши собеседники изучили эту планету и убедились, что она покрыта водой. Кстати, под волнистой линией изображена какая-то рыбешка. И много еще о чем можно узнать из этой загадочной картинки.

Конечно, «космическое послание» Дрейка всего-навсего шутка. Но в ней глубокий смысл. Картинка оказалась гораздо понятнее и информативнее, чем любой другой вид передачи данных. И «передать», и расшифровать картинку тоже оказалось довольно просто.

Шаг за шагом ученые готовятся к приему сообщений чужих миров, сами разрабатывают универсальный космический язык. В мае 1964 г. в СССР, в Бюраканской астрофизической обсерватории, прошло первое всесоюзное совещание, специально посвященное проблемам внеземных цивилизаций. В сентябре 1971 г. там же, в Бюракане, состоялась первая в истории науки Международная конференция по связи с внеземными цивилизациями.

Бюраканская встреча 1971 г. была организована как совместное мероприятие двух академий – Академии наук СССР и Национальной Академии наук США. Однако оргкомитет счел целесообразным послать персональные приглашения многим видным исследователям из других стран. Общество собралось блестящее: астрономы, физики, биологи, лингвисты, археологи, антропологи, историки, социологи, философы, специалисты в области кибернетики, теории информации и связи. Среди участников конференции было немало ученых с мировой известностью, нобелевские лауреаты. Представление о характере обсуждений, проводившихся в непринужденной обстановке за круглым столом, дает даже краткий перечень тем:

– поиски планетных систем и перспективы их обнаружения;

– происхождение жизни; возможность привнесения ее с других небесных тел (панспермия);

– эволюция разума и технологически развитые общества на Земле;

– закономерности развития космических цивилизаций;

– астроинженерия, возможности использования неизвестных законов природы;

– социальные последствия контактов с внеземными цивилизациями;

– поиски информационных сигналов других миров.

В резолюции, подписанной оргкомитетами делегаций СССР и США, отмечалось, что по ряду конкретных деталей обсуждавшихся проблем мнения участников конференции не совпадали, но они были единодушны, что созрели условия превратить некоторую часть проблем поиска внеземных цивилизаций из чисто умозрительной в экспериментальные и наблюдательные. «Если когда-нибудь внеземные цивилизации будут открыты, – говорится в тексте резолюции, – это будет иметь огромное влияние на научный и технологический потенциал человечества, а также может оказать положительное влияние на будущее человечества… Последствия открытия могут способствовать значительному расширению человеческого познания».

 

Наука не терпит иллюзий

Всеобщий интерес к проблеме CETI был порожден успехами космической эры. Прогресс средств ракетно-космической техники поддержал иллюзию, что контакт с внеземным разумом не за горами. Однако неумолимо шло десятилетие за десятилетием, а на счету энтузиастов поисков не появлялось ни одного конкретного результата.

На исходе семидесятых годов исподволь и незаметно для широкой публики было сменено даже название проблемы. В аббревиатуре CETI вместо латинской буквы С появилась латинская буква S. Звучание названия от подмены не изменилось: и с С, и с S оно произносится по-прежнему как СЕТИ. Но смысл названия от замены буквы переменился значительно. Вместо расшифровки CETI как Communication with Extra — Terrestrial Intelligence (связь с внеземным разумом) мы имеем теперь гораздо более осторожное Search of Extra-Terrestrial Intelligence (поиск внеземного разума).

Конечно, кое-какая надежда на внезапную удачу в поисках иных миров еще сохранялась. За четверть века со времени пионерских наблюдений Ф. Дрейка поиски сигналов внеземных цивилизаций осуществлялись на крупных радиотелескопах 7 стран (Австралия, Канада, Нидерланды, СССР, США, Франция, ФРГ), а общая продолжительность наблюдений достигла 120 тысяч часов.

Впрочем, быть может, поиски внеземных цивилизаций оказываются совершенно безрезультатными по той простой причине, что эти цивилизации принципиально отличаются от цивилизации Земли? Герой рассказа Ст. Лема «Насморк» беседует с бывшим сотрудником французской группы СЕТИ. Не считает ли собеседник, что внеземных цивилизаций попросту нет? – ставит вопрос герой Лема.

– Это уже не так просто, – ответил француз, вставая. – Другие цивилизации существуют, хотя и не существуют.

– Как это понимать?

– Не существуют как эквиваленты наших представлений о них, следовательно, то, что составляет их цивилизацию, человек цивилизацией бы не назвал…

Великолепный пример возможности жизни, в корне отличной от представлений землян, нарисовал в «Черном облаке» Фред Хойл.

Однако все утешительные соображения писателей-фантастов не более, чем сказка для ребенка, чтобы подсластить горькую пилюлю. Где они? – вопрошают окружающие, которых приучили к мысли о скором обнаружении внеземных цивилизаций. Их нигде не слышно! – горько ответствуют радиоастрономы. И вот международная сенсация! Убежденный поборник большого количества развитых внеземных цивилизаций, автор выдержавшего десятки изданий на русском и иностранных языках выдающегося труда по этой проблеме «Вселенная. Жизнь. Разум», член-корреспондент АН СССР И. С. Шкловский меняет точку зрения на диаметрально противоположную и публикует серию статей об уникальности феномена разумной жизни на нашей голубой планете.

Неужели наука потеряла точку опоры в проблеме СЕТИ? Думается, это не так, однако бесспорно, что в центре внимания исследователей сегодня оказались не столько астрономические, сколько биологические и философские аспекты этой проблемы.

Стало очевидным, что поиск контактов с иным разумом лучше начинать не с попыток беседы с жителями других планет, а с установления взаимопонимания с обитателями Земли, например, с обезьянами или дельфинами. Этот вопрос тотчас потянул за собой задачи лингвистического характера: что такое язык и каковы законы его развития? Проблема СЕТИ переплелась с кибернетической проблемой создания искусственного интеллекта. В результате интенсивных разработок была продемонстрирована недостаточность наших научных представлений по таким фундаментальнейшим понятиям, как жизнь, разум, мышление, сознание, язык.

Следует ясно понимать, что один-единственный пример нельзя обобщить в полноценную теорию. Но в проблеме СЕТИ у нас все еще остается перед глазами один-единственный образец: земное человечество. Очевидно, в этом случае имело бы смысл двигаться в познании проблемы не от частного к общему, а наоборот – от общего к частному: попытаться построить общую теоретическую модель разума таким образом, чтобы присущие человечеству черты оказывались частным случаем этой рабочей теоретической модели. Кстати сказать, анализ такой модели позволил бы продвинуться и по пути прогноза будущего человечества. В такой постановке проблема СЕТИ могла бы способствовать поиску путей решения стоящих перед человечеством глобальных проблем современности. Проблема СЕТИ вела бы нас к решению проблемы выживания человечества.

Исследовательская работа по поискам чужих обитаемых миров невольно вновь поднимает коварный вопрос: а нет ли уже сейчас на Земле следов посещавших нас некогда пришельцев из космоса? Эта проблема получила даже специальное название – палеоконтакт. Вопросы о палеоконтактах задают очень часто, и редко приходится услышать на них трезвый ответ.

Как мы уже говорили, по современным представлениям полеты живых существ на большие межзвездные расстояния невозможны. Но не исключено, что жизнь во Вселенной встречается все-таки гораздо чаще, чем мы сегодня думаем, и обитаемые планеты обращаются вокруг ближайших к нам звезд. И уже, безусловно, вполне реальны полеты между планетами Солнечной системы. Таким образом, есть во Вселенной такие уголки, жители которых в прошлом могли бы посетить Землю. А значит, поиски оставленных ими следов и могут когда-нибудь увенчаться успехом. В таких поисках нет ничего предосудительного, ничего антинаучного.

При поисках такого рода следов обычно тщательно исследуют необычные материальные памятники древности, мифы, легенды, библейские тексты. В этом есть резон, ибо в самых фантастических легендах и религиозных произведениях где-то в основе – в самой сердцевине – лежат реальные события.

В 1786 г. известный французский мореплаватель Лаперуз во главе двух сорокапушечных фрегатов «Компас» и «Астролябия» обследовал западное побережье Северной Америки. Через сто лет здешние индейцы со слов своих прапрабабушек и прапрадедушек сохранили предания о визите этих кораблей. Тщательно изучив эти предания, удалось отделить правду от небылиц. И выяснилось, что по ним можно даже точно восстановить внешний облик фрегатов Лаперуза.

Конечно, отыскать следы пришельцев из космоса несравненно труднее. И пока нет ни одного по-настоящему серьезного доказательства, что какие-то пришельцы Землю действительно посещали. Но, констатируя это, нужно немедленно подчеркнуть: если такие доказательства будут обнаружены, то это явится величайшим научным событием. Человечеству надо будет заново пересмотреть свою историю.

А пока вопрос о внеземных пришельцах находится в стадии увлекательной гипотезы. Никто не может такого рода гипотезы ни доказать, ни опровергнуть. Мы еще вернемся к вопросу о пришельцах в третьей главе книги, а пока подчеркнем, что вовсе не этот вопрос для современной науки самый важный. Были или не были на Земле инопланетные существа – вопрос частный в гораздо более общей и важной научной проблеме внеземной жизни.

Сколько раз на протяжении тысячелетий высказывались опрометчивые суждения: этого не будет! это невозможно! это никогда не свершится! Будьте же осторожны, давая ответ «нет». Вспомните исторические примеры.

В середине XIX в. во всем мире широко обсуждался проект укладки на дно Атлантического океана кабеля для постоянной телеграфной связи Европы и Америки. Многие сомневались в реальности этого дерзкого проекта. В дискуссию вмешался и королевский астроном – такой пышный титул носит в Англии директор Гринвичской обсерватории. Сэр Джордж Биддел Эйри был известным ученым, прекрасным специалистом по астрономическому приборостроению. Его мнение выглядело обоснованным. «Погрузить кабель на такую глубину, – убедительно писал сэр Джордж, – с точки зрения математики невозможно, а если это вдруг почему-либо получится, то по кабелю все равно не удастся передать ни одного сигнала, поскольку на такой глубине сигналы не смогут продвигаться».

Королевский астроном сказал: «Невозможно! Электротехника этого не достигнет». Но трансатлантический телеграф заработал уже в 1858 г. А в дальнейшем благодаря гениальному изобретению А. С. Попова океанский кабель стал даже излишним-между континентами была установлена радиосвязь. Теперь телевизионная, телефонная и телеграфная связь через океаны поддерживается с использованием искусственных спутников Земли.

Астрономы частенько вспоминают и другой пессимистический прогноз. Тогда же, в первой половине XIX в., маститый французский философ Огюст Конт авторитетно заявил, что люди никогда не узнают ни химического состава небесных тел, ни их минералогического строения. Не прошло и 30 лет, как спектральный анализ нарушил первый из этих запретов: астрономы выяснили химический состав звезд. Другой из запретов отвергнут на наших глазах. С наступлением космической эры экспериментально определено минералогическое строение поверхности Луны, Марса, Венеры.

Главная антенна советского Центра дальней космической связи представляет собой восемь отдельных антенн, установленных на общей поворачивающейся ферме. Это один из крупнейших радиотелескопов мира

Искусственные спутники Земли и автоматические межпланетные станции вынесли за пределы атмосферы нашей планеты телескопы и другие астрономические приборы. Поглощение атмосферы перестало служить непреодолимым барьером для выполнения астрономических наблюдений в любых областях электромагнитного спектра. Астрономия стала всеволновой: на наших глазах рядом с оптической астрономией и радиоастрономией встали на ноги их младшие сестры: рентгеновская астрономия, инфракрасная, ультрафиолетовая и гамма-астрономия.

Вселенная безгранична. Но человеческий разум также не знает границ. И каждый день может стать днем новых великих открытий.

«Не огромность мира звезд вызывает восхищение, а человек, который измерил его», – эти слова Блеза Паскаля пережили века и звучат так, будто они принадлежат нашему современнику.

Вторую часть этой книги мы и посвятим истории астрономии, людям, которые первыми проникали в пучины звездного мира.