ВОЛШЕБНИКИ НЕЗРИМОГО УНИВЕРСИТЕТА ПОЛАГАЮТ, что существует два типа небесных тел, отличить которые один от другого не составляет труда: во‑первых, это звезды, такие крошечные точечки света; а во‑вторых, солнце – небольшой горячий шар, вечно болтающийся поблизости: днем он проходит над Диском, а ночью – под ним. Человечеству же потребовалась бездна времени, чтобы понять, что в нашей Вселенной все не совсем так. Наше Солнце – звезда, и оно огромно, как все звезды. Последние кажутся нам светящимися точками, поскольку сильно удалены от нас. Кроме того, не все они являются звездами: некоторые из них выдают себя с головой тем, что движутся не так, как остальные. Это – планеты. Они находятся куда ближе, да и размерами особо не блещут. Вместе с Землей, Луной и Солнцем планеты составляют Солнечную систему. Эта система действительно может показаться бессмысленным скоплением шаров, носящихся туда-сюда, словно в некоем космическом бильярде. Тем не менее не нужно делать вывод, что все началось с шаров из льда и камня. В начале, как всегда, стоял некий физический процесс, и исходные параметры системы, подчиненной этому процессу, не обязательно будут похожи на то, что получилось в итоге.
Чем больше мы узнаем о Солнечной системе, тем сложнее дать вразумительный ответ на вопрос, как именно все начиналось. И дело тут не столько в сложности ответа, сколько в его достоверности и вразумительности. Чем больше мы изучаем Солнечную систему, тем более жесткой становится проверка наших гипотез реальностью. Это одна из причин, почему ученые имеют привычку время от времени стряхивать пыль с некоторых старых вопросов, давным-давно считающихся решенными, и задавать их снова. Причина не в их невежестве, а, наоборот, в их желании учесть новые результаты и перепроверить старые, дабы увидеть все под новым углом. Наука не претендует на абсолютную правоту, зато она неплохо умеет отсекать заведомо глупые ответы.
Что должна объяснить теория формирования Солнечной системы? Прежде всего, конечно, существование девяти планет, достаточно случайно распределенных в пространстве: Меркурия, Венеры, Земли, Марса, Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна и Плутона. Объяснить разницу в их размерах: диаметр Меркурия всего 3032 мили (4878 км), в то время как диаметр Юпитера – 88 750 миль (142 800 км), то есть в 29 раз больше по диаметру или в 24 000 раз по объему. Различия между ними огромны. Объяснить их несхожесть химического состава: тот же Меркурий «сделан» из железа, никеля и силикатных пород, а Юпитер – из водорода и гелия. И наконец, нужно дать ответ, почему соседствующие с Солнцем планеты обычно меньше, чем удаленные от него, за исключением крошечного Плутона, затерянного во мгле. Мы почти ничего не знаем о Плутоне, а то, что знаем, выглядит странно. Например, все остальные планеты расположены довольно близко к плоскости, пересекающей центр Солнца, а вот орбита Плутона имеет к ней существенный наклон. Орбиты прочих планет близки к круговым, а орбита Плутона вытянута настолько, что временами он оказывается ближе к Солнцу, чем Нептун.
И это еще далеко не все вопросы, которые должна разрешить теория происхождения Солнечной системы. Вокруг большинства планет вращаются меньшие по размеру небесные тела вроде Луны, всем нам хорошо знакомой, крошечных спутников‑близнецов Марса (Фобоса и Деймоса), шестнадцати спутников Юпитера или семнадцати – Сатурна. Свой спутник, Харон, имеется даже у Плутона, и это тоже выглядит странно. Сатурн «переплюнул» всех: его окружают целые кольца из мелких небесных тел – широкая тонкая полоса из камней и льда, которая при ближайшем рассмотрении распадается на мириады отдельных колечек. Некоторые из его спутников находятся прямо внутри этих колец, а некоторые расположены на более привычных нам, отдельных орбитах.
А ведь там еще есть и астероиды: тысячи маленьких небесных тел, одни – сферические, как планеты, другие – бесформенные каменные глыбы. Большинство из них находятся между Марсом и Юпитером (за исключением тех немногих, конечно, которых там нет). Не забудем также про кометы, прилетающие к Солнцу из огромного облака Оорта, лежащего далеко за пределами орбиты Плутона, облака, содержащего триллионы комет. Где-то там же, за орбитой Плутона, находится пояс Койпера, подобный поясу астероидов. Известны уже более тридцати небесных тел оттуда, но есть подозрения, что их там – сотни тысяч.
Эти тела называют объектами пояса Койпера, или ОПК. Несколько лет назад началась громкая дискуссия по поводу того, продолжать ли считать Плутон планетой или отнести его к ОПК. Самому Плутону, скорее всего, этот спор до лампочки, чего не скажешь о представительной группе авторов учебников. Предложение было вполне аргументированным: действительно, Плутон, как мы с вами только что обнаружили, почти во всех отношениях очень странный объект и может с легкостью оказаться ОПК, по ошибке «забредшим» в Солнечную систему под действием неких небесных тел. Если это так, становятся понятными разные Плутоновы странности: он не похож на планету по той простой причине, что ею не является. Однако многие астрономы восприняли подобное предложение в штыки, то ли из сентиментальности, то ли в силу привычки, а может быть, потому, что никому не известно, на самом ли деле Плутон – беглый ОПК. Пока он еще остается в списке планет, но надолго ли?
И среди всего этого воистину космического безобразия взад-вперед носятся метеориты самых разных размеров…
Каждый из небесных объектов по-своему уникален. Меркурий, например, – раскаленная, изрытая кратерами каменная глыба. У Венеры, кстати, вращающейся в противоположную по сравнению почти со всеми другими объектами Солнечной системы сторону, имеется атмосфера из серной кислоты. Кроме того, существует версия, что каждые сто миллионов лет ее поверхность полностью обновляется во время общепланетного фестиваля вулканической активности. На Земле имеются океаны и жизнь. Поскольку мы живем именно здесь, то считаем Землю лучшей из планет, хотя большинству инопланетян, вероятно, пришлась бы не по вкусу ее смертоносная, едкая кислородная атмосфера. Марс покрыт каменистыми пустынями, а его полюса – шапками сухого льда. Юпитер – газовый гигант с ядром из водорода, находящегося под таким огромным давлением, что водород переходит в металлическое состояние. Возможно, что внутри ядра находится и небольшое каменное «ядрышко». Небольшое – если сравнивать с самим Юпитером, но диаметр его оказался бы в три раза больше диаметра Земли. Кстати, кольца есть не только у Сатурна, они есть у Юпитера, Урана и Нептуна, просто выглядят не так впечатляюще. У Урана имеется мантия из метана и аммиака, а ось его вращения наклонена так сильно, что кажется, будто планета пытается встать с ног на голову. Нептун очень похож на Уран, только без этого нелепого наклона оси. Плутон, как уже было сказано, и вовсе сумасшедший. Толком неизвестна даже его точная масса, но в действительности он кажется лилипутом в Стране газовых великанов.
Да уж… И все это должна объяснить теория происхождения Солнечной системы. Было куда проще, когда люди считали, будто Солнечная система состоит из шести планет и Солнца с Луной. Что же до создания Солнечной системы каким-нибудь сверхъестественным существом… Подумайте сами, с какой стати уважающий себя бог будет настолько все переусложнять?
На самом деле Солнечная система сама себя усложнила. Теперь-то мы догадываемся, что она сформировалась в единое целое из довольно сложных компонентов, однако для этого потребовалось пройти очень долгий путь.
Первая теория происхождения планет, которая хоть как-то соответствовала нынешним требованиям научности, была сочинена два с лишним века назад великим немецким философом Иммануилом Кантом. По мысли Канта, все началось с огромного облака материи: большие камни, мелкие камушки, пыль и газ под действием гравитации сблизились и стали единым целым.
Лет сорок спустя французский математик Пьер-Симон де Лаплас выдвинул альтернативную концепцию, невероятно красивую и такую же невероятно далекую от реальности. По идее Лапласа, Солнце сформировалось еще до того, как сформировались планеты, и вполне возможно, это произошло под действием «процесса соединения», предложенного Кантом. Во всяком случае, древнее Солнце когда-то было гораздо больше, потому что не сформировалось полностью, и границы его атмосферы простирались за нынешнюю орбиту Плутона. Подобно волшебникам Незримого университета, Лаплас считал Солнце гигантской «топкой», медленно сжигающей свое топливо. По мере старения оно остывает, холодеющие газы уменьшаются в объеме, и Солнце медленно сжимается.
И тут в игру вступает одна из характерных особенностей всякого движущегося тела, следующая из законов Ньютона. Каждому вращающемуся телу присущ угловой момент, то есть величина, зависящая от массы, скорости вращения и того, насколько центр массы удален от центра вращения. Согласно Ньютону, угловой момент сохраняется и может быть перераспределен, но сам по себе он не может ни исчезнуть, ни появиться. Если вращающееся тело сжимается, а скорость вращения остается постоянной, угловой момент будет уменьшаться, из чего следует, что скорость должна расти, чтобы компенсировать потерю. Вспомните, как это проделывают фигуристы: они начинают вращаться медленно, широко раскинув руки, а затем, по мере ускорения, прижимают их к телу. Кроме того, вращающаяся материя испытывает влияние центробежной силы, стремящейся столкнуть ее с центра.
Лаплас начал старательно размышлять, не может ли центробежная сила оторвать от вращающегося газового облака своего рода «пояс» в районе экватора. Он рассчитал, что это вполне возможно, если сила притяжения, удерживающая «пояс», будет равной центробежной силе, стремящейся его вырвать. По мере того, как газ сжимается, подобное может происходить не единожды, так что уменьшающееся Солнце в итоге окажется окруженным кольцами движущейся материи, лежащими в плоскости солнечного экватора. А теперь представим, что каждое такое кольцо сжалось в плотное тело. Догадались? Да-да, возникли планеты!
В отличие от кантовской, теорию Лапласа выгодно выделяло объяснение, почему все планеты находятся в одной плоскости и вращаются в том же направлении, что и само Солнце. А также объяснение наличия и движения спутников, поскольку, по мнению Лапласа, в процессе формирования планет действовал тот же механизм. Лучшие идеи Канта и Лапласа были без труда скомбинированы в единую теорию, которая в течение целого века вполне удовлетворяла ученых. Однако мало-помалу становилось ясно, что Солнечная система куда менее «дисциплинированна», чем представлялось Канту с Лапласом. Астероиды движутся по произвольным орбитам, а некоторые спутники и вовсе вращаются в «неправильном» направлении. Масса Солнца составляет 99 % массы в Солнечной системе, но 99 % ее углового момента принадлежит планетам, следовательно, либо Солнце вращается слишком медленно, либо планеты – чересчур быстро.
В начале ХХ века астрономы уже не могли смириться с недостатками теории Лапласа. Несколько их независимо друг от друга пришли к мысли, что солнечные системы появляются в результате близкого контакта двух звезд. Когда одна звезда пролетает неподалеку от другой, гравитационное воздействие первой вытягивает из второй сигарообразную «каплю» материи, которая затем трансформируется в планеты. Сигарообразная форма выбрана потому, что она утолщается в середине и утончается на концах, точно так же и планеты малы вблизи Солнца и на максимальном от него удалении, по направлению к Плутону, однако посередине, там, где находятся Юпитер и Сатурн, они велики. Вот только имейте в виду, что никто и никогда вам уже не объяснит, почему «капля» получилась именно сигарообразной…
Из этой теории следовал важный вывод: солнечные системы – достаточно редкое явление, поскольку звезды удалены друг от друга и редко сходятся, чтобы совместно выкурить сигару-другую. Короче, если вам нравится мысль быть одиноким во Вселенной, эта теория прямо-таки создана для вас: если планеты вообще редки, что же говорить об обитаемых? Если же вам греет душу надежда, что Земля и ее обитатели – отнюдь не уникальны, то «теория сигары» – сущий вред для гордого полета вашей фантазии.
К середине ХХ века стало очевидным, что и эта концепция примерно так же правдоподобна, как и теория Канта – Лапласа. Если извлечь горячий газ из атмосферы звезды, то он вовсе не превратится в планеты, а рассеется в бездонных глубинах межзвездного пространства, пропадет, словно капля чернил в бурном море. К тому времени астрономы уже немного лучше представляли происхождение звезд, и возникло понимание, что планеты могли появиться в результате сходных процессов. Солнечная система – это не Солнце, со временем обзаведшееся маленькими подружками-планетами, нет, она составляла единое целое с самого начала. И это единое целое было диском. Больше всего, по всей видимости, оно напоминало Плоский мир. Только этот диск возник как облако, а затем превратился во множество шаров (см. Третье правило Думминга).
До того как диск сформировался, Солнце и система окружающих его планет существовали в виде случайных клочков межзвездного газопылевого облака. Серия скачкообразных изменений спровоцировала коллапс пылевого облака, и все это устремилось в общем и целом в центральную точку; именно «в общем и целом», а не все вообще. Что необходимо для подобного сжатия, так это случайная концентрация в какой-либо области: ее гравитация начнет притягивать другую материю. Случайные колебания вполне могут вызвать что-нибудь такое, если вы дадите им немного времени. Но как только процесс пошел, он протекает на удивление быстро, занимая всего лишь какие-то десятки миллионов лет от начала до конца. Сперва сжимающееся облако имеет более-менее сферическую форму. Но поскольку оно вращается вместе со всей галактикой, его внешний (по отношению к центру галактики) край начинает двигаться медленнее, чем материя, расположенная внутри. Закон сохранения углового момента гласит, что с началом сжатия облако должно начать вращаться, и чем сильнее сжатие, тем выше скорость вращения. По мере роста скорости вращения облако все больше расплющивается, становясь похожим на блин.
Более детальные расчеты показывают, что приблизительно в центре этого «блина» формируется плотный комок, вбирающий в себя все большую часть материи. Это ядро уплотняется, гравитационная энергия преобразуется в тепловую, и его температура быстро растет. Когда она становится достаточно высокой, начинаются ядерные реакции, и наш комок становится звездой. Тем временем, как и предполагал Кант, материя остального диска подвергается случайным соударениям и соединяется, не слишком заботясь о порядке. Некоторые такие сгустки получают весьма замысловатые орбиты, а то и вовсе выталкиваются из облака. Большинство же ведут себя благонамеренно и становятся достойными всяческого уважения планетами. Демоверсия того же процесса позволяет им обзавестись спутниками.
С точки зрения химии тут все сходится. Планеты, оказавшиеся неподалеку от Солнца, разогреваются настолько, что на них не может существовать вода в твердом состоянии. Однако подальше (примерно на орбите Юпитера, если говорить о газопылевом облаке, подходящем для зарождения Солнца) вода уже вполне может существовать в виде льда. Эта разница очень важна для понимания химического состава планет. Картина становится ясной в общих чертах, если обратить внимание всего на три химических элемента: водород, кислород и кремний. Если не считать гелия, который все равно не вступает в химические реакции, водород и кислород – самые распространенные химические элементы во Вселенной. Кремний, конечно, не столь распространен, но тоже довольно обычен. Когда он соединяется с кислородом, получаются силикаты, то есть – камни. Но даже если кислород вступит в реакцию со всем имеющимся кремнием, все равно 96 % его останется свободным. И именно они и соединяются с водородом, образуя воду. Водорода в тысячи раз больше, чем кислорода, поэтому теоретически весь кислород, который не пошел на образование камней, окажается связанным в виде воды. Следовательно, наиболее распространенное химическое соединение нарождающегося диска – это вода.
Ближе к звезде вода будет находиться в жидком или даже газообразном состоянии, но начиная с орбиты Юпитера – в твердом. Если планета конденсируется в области, где имеется большое количество льда, планета может вобрать в себя много этого вещества. Поэтому планеты по мере удаления от Солнца становятся все крупнее и «ледянистее» (по крайней мере до какого-то расстояния). Чем ближе к звезде, тем планеты меньше и «каменистее». В свою очередь, «большие парни» начинают использовать преимущество в весе, постепенно становясь еще крупнее. Все, что по крайней мере в десять раз превышает массу Земли, притягивает и удерживает два самых распространенных химических элемента диска, то есть водород и гелий. Большие шары впитывают в себя дополнительную массу в виде этих двух газов, а также химические соединения типа метана и аммиака, существующие неподалеку от звезды в виде летучих газов.
В данной теории находят свое объяснение практически все особенности Солнечной системы, оставляя тем не менее место некоторым исключениям из правил. Она согласуется с наблюдениями конденсирующихся газовых облаков в отдаленных областях космоса. Может быть, она и не идеальна, и нужно бы еще поработать, чтобы объяснить кое-какие несообразности наподобие Плутона, однако самые главные параметры встали на свои места.
Кроме того, представляется вероятной возможность существования большого количества планет, не имеющих центральной звезды. В 2000 году исследовательская группа под руководставом Рафаэля Реболо обнаружила такие одиночные крупные планеты. Наблюдение за подобными объектами в кластере Сигма Ориона показывает, что чем они меньше по размеру, тем их больше. Если подобное соотношение верно и для объектов размера Земли (которые слишком малы, чтобы их можно было наблюдать существующими методами), то одиноких планет в Галактике полным-полно. Только в радиусе тридцати световых лет от Земли их могут быть сотни. Проблема в том, что если у них нет звезды, то и увидеть их мы не можем. Без мерцающего света звезды и тени, которую отбрасывает на нее планета, проходя мимо, сделать этого никак нельзя, а сами эти планеты светятся лишь отраженным светом далеких звезд, слишком слабым, чтобы его увидеть с Земли. Общепринятая теория образования планет, при которой звезда и ее планетная система появляются одновременно, к ним не применима, поскольку сравнительно небольшие газовые облака имеют недостаточную массу, чтобы коллапсировать под воздействием гравитации так, как нужно. Впрочем, кое-какие магнитные явления могут спровоцировать разрыв газового облака, коллапсирующего вокруг звезды. Но в этом случае облако рассеется до того, как сформируются планеты. А может быть, эти одинокие планеты появились самым обыкновенным путем, однако затем были «изгнаны» за что-то из родной солнечной системы.
Будущее нашей Солнечной системы не менее интересно, чем ее прошлое. В глазах Ньютона и его современников Солнечная система представляла собой что-то вроде небесного часового механизма, который, будучи единожды запущен, так и продолжает свой ход, подчиняясь простым математическим правилам. И будет весело тикать вечно. Были даже построены механические модели Солнечной системы, так называемые «оррерии», с великим множеством шестеренок, бронзовыми планетками и лунами из слоновой кости, запускавшиеся в движение поворотом рукоятки.
Теперь-то мы знаем, что и космические «часы» могут «сломаться». Это произойдет не скоро, но рано или поздно в Солнечной системе грядут большие перемены. Основная причина такого развития событий – хаос. В том смысле, в котором это слово применяется в теории хаоса со всеми ее причудливыми разноцветными фракталами, то есть некая быстроразвивающаяся область математики, проникающая во все другие науки. Согласно теории хаоса, простые правила не предполагают простого поведения (Думминг Тупс и другие волшебники вот-вот это поймут). В действительности же простые правила могут привести к такому поведению, которое во многих аспектах будет случайным. Поначалу хаотическая система ведет себя вполне предсказуемо, но стоит вам пересечь так называемый «горизонт предсказуемости» – и все ваши пророчества тут же перестают сбываться. Например, погода – хаотична, ее горизонт предсказуемости – около четырех дней. Солнечная система, как мы видим, тоже хаотична, только ее горизонт предсказуемости – десять миллионов лет. Например, мы не можем сказать, с какой стороны Солнца будет Плутон через сто миллионов лет. Он будет на той же орбите, что и теперь, но вот в какой именно точке – никому не известно.
Все это мы знаем благодаря математике, а также – оррериям, не механическим, конечно, а цифровым, то есть специальным компьютерам, способным очень быстро просчитывать небесную механику. Первый цифровой оррерий был разработан исследовательской группой Джека Уиздома, который на пару со своим конкурентом Жаком Ласкаром старался углубить наши познания о будущем Солнечной системы. Несмотря на то, что хаотичная система в долгосрочной перспективе непредсказуема, можно составить ряд отдельных прогнозов и посмотреть, что в них общего. Математики полагают, что с большой долей вероятности такие совпадения будут близки к реальности.
Одним из самых впечатляющих результатов стало предсказание о возможной потере Солнечной системой одной из планет. За миллиард лет Меркурий удалится от Солнца настолько, что пересечет орбиту Венеры. Такое тесное сближение планет приведет к тому, что одна из них, а то и обе сразу, окажутся выброшенными за пределы Солнечной системы. Если только не столкнутся с чем-то еще на своем пути, а это хотя и маловероятно, но все же возможно. Такой «неудачницей» может оказаться даже Земля. А может быть, Венера пригласит нашу планету на своеобразное космическое танго, в результате которого уже сама Земля может быть «выставлена» из Солнечной системы. Детали этого события непредсказуемы, но общий сценарий выглядит обнадеживающе.
Это означает, что наши представления о Солнечной системе далеки от реальности. По человеческим меркам, это очень простое место, где ничего никогда не меняется. По меркам же самой Солнечной системы, сотни миллионов лет ее жизни заполнены волнующими и драматическими событиями: вокруг с ревом носятся планеты, сбивая друг друга с орбит и увлекая в дикую гравитационную пляску.
Все это слегка напоминает события, описанные в книжке «Миры в столкновении», опубликованной в 1950 году Иммануилом Великовским. Он верил, что когда-то Юпитер породил гигантскую комету, которая уже дважды прошла мимо Земли, разок вступила в любовную интрижку с Марсом (в результате чего на свет появился выводок кометок поменьше) и теперь живет-поживает под именем Венеры. Однако во время своей бурной молодости эта комета стала причиной многих странных событий, описанных в библейских легендах. В одном Великовский оказался прав: орбиты планет в действительности могут меняться. Правда, в остальном он полностью заблуждался.
Так есть ли другие планетные системы у далеких звезд или мы – единственные? Еще до недавнего времени по этому вопросу велось множество споров, потому что никаких доказательств не было. Большинство ученых, доведись им заключать пари, скорее всего, поставили бы на существование таких систем, поскольку механизм сжатия пылевого облака может легко повториться там, где имеется космическая пыль: только в нашей галактике есть сто миллиардов звезд, не говоря уже о миллиардах миллиардов во всей Вселенной, появившихся именно из космической пыли. Но все же это было лишь косвенным доказательством. Теперь же кое-что наконец начинает проясняться. И как частенько случается, в этой истории наличествует по крайней мере один фальстарт и критический пересмотр доказательств, на первый взгляд выглядевших вполне убедительно.
В 1967 году Джоселин Белл, аспирантка Энтони Хьюиша из Кембриджского университета, работала над своей диссертацией. Ее специализацией была радиоастрономия. Как и свет, радиоизлучение – это электромагнитные волны, и звезды испускают радиоволны точно так же, как и световые. Такие радиоволны можно улавливать с помощью параболических приемников, похожих на нынешние «тарелки» для приема спутникового телевидения. Такие приемники получили не слишком удачное название радиотелескопов, хотя работают они на принципах, весьма далеких от нормальных оптических телескопов. Если посмотреть на небо вооруженным взглядом в радиоволновом диапазоне электромагнитного спектра, то сразу станет видно то, что не позволяет увидеть обычный свет. В общем-то в этом нет ничего удивительного, например, военные снайперы умеют видеть в темноте, используя инфракрасные волны и засекая предметы, которые излучают тепло. В то время технологии были не слишком продвинутыми и радиосигналы фиксировались самописцами на длинных рулонах бумаги: получались эдакие волнообразные кривые, нарисованные старыми добрыми чернилами. В задачу Белл входил поиск чего-то необычного в этих записях, для чего ей приходилось просматривать около 400 футов бумаги в неделю. И она таки нашла нечто странное, а именно сигнал, пульсирующий с частотой тридцать колебаний в секунду. Хьюиш отнесся к этому довольно скептически, подозревая, что подобный сигнал может генерироваться их собственной аппаратурой. Однако Белл была убеждена в его подлинности. Она пересмотрела около трех миль предыдущих записей и обнаружила несколько случаев точно такого же сигнала, что доказывало ее правоту. Что-то такое там, в космосе, излучало радиоволны, похожие на вибрирующий свист. Соответственно, объект был назван пульсаром, то есть пульсирующим звездным телом.
Что же это за странная штуковина? Кое-кто тут же предположил, что мы получили радиосигнал от инопланетной цивилизации, однако все попытки расшифровать ток-шоу внеземного Джерри Спрингера оказались напрасными. Может, оно и к лучшему. Вернее всего, никаких тайных закодированных посланий в сигналах попросту не было. В действительности, как мы сейчас понимаем, этот феномен куда более загадочен, чем любая инопланетная телепрограмма. Предполагается, что пульсары – это нейтронные звезды диаметром примерно 12 миль (20 километров), состоящие из сильно вырожденной материи, содержащей только нейтроны.
Как вы, конечно, помните, нейтронные звезды невероятно плотны и образуются в результате гравитационного коллапса другой, более крупной, звезды. Исходная звезда вращалась, следовательно, в результате сохранения углового момента, нейтронная звезда должна вращаться гораздо быстрее. Как правило, это составляет около тридцати полных оборотов в секунду. Для звезды это весьма внушительная скорость, и только такие крошечные звезды, как нейтронные, способны на такой подвиг: если с такой скоростью начнет крутиться звезда обычного размера, то ее поверхность будет двигаться быстрее, чем со скоростью света – Эйнштейн бы от такого в восторг не пришел. Правда, куда более реалистичным является предположение, что попробуй нормальная звезда это проделать, то и на гораздо меньшей скорости, чем световая, ее разорвало бы в клочья. Однако нейтронная звезда мала, а ее угловой момент сравнительно велик и пируэты со скоростью 30 оборотов в секунду для нее не проблема.
Проведем сравнение с нашей Землей. Как и пульсар, она вращается вокруг своей оси и обладает магнитным полем. Последнее, кстати, также имеет ось, отличную, однако, от оси вращения. Вот почему магнитный Северный полюс не совпадает с географическим Северным полюсом. Точно так же магнитный полюс пульсара может не совпадать с его географическим полюсом. И если это действительно так, то магнитная ось «накручивает» по тридцати оборотов в секунду. Быстро вращающееся магнитное поле создает так называемое синхротронное излучение в виде двух узких пучков, направленных вдоль магнитной оси пульсара. Короче говоря, нейтронная звезда испускает двойной радиолуч, похожий на вспышки света от вращающегося фонаря на земном маяке. Так что если вы посмотрите на нейтронную звезду в радиодиапазоне, то заметите яркую вспышку, когда луч направлен вам в лицо, затем – практически ничего, пока луч не вернется в то же положение. Каждую секунду вы увидите 30 таких вспышек. Именно это и обнаружила Белл.
Если вы – живое существо, хотя бы отчасти традиционного телосложения, вы решительно не захотите жить рядом с пульсаром. Его синхротронное излучение занимает широкий волновой диапазон, от видимого света до рентгеновских лучей, а Минздрав предупреждает, что рентгеновское излучение может серьезно навредить вашему здоровью. Впрочем, ни один астроном никогда всерьез не предполагал, что пульсары могут иметь планеты. Если большая звезда коллапсирует в невообразимо плотную нейтронную, последняя наверняка затянет в себя все, что только находится поблизости, ведь так?
А может, и нет. В 1991 году Мэттью Бэйлз объявил, что обнаружил планету, вращающуюся вокруг пульсара PSR 1829–10. Ее масса равна массе Урана, а находится она от него на расстоянии, примерно равном расстоянию от Солнца до Венеры. Известные пульсары, да и все остальные звезды, даже самые близкие, располагаются слишком далеко, чтобы мы могли непосредственно наблюдать их планеты. Тем не менее отличить звезду с планетами можно, наблюдая за ее мерцанием по ходу движения. Звезды ведь не стоят в небе точно вкопанные, наоборот, они куда-то движутся, скорее всего влекомые гравитационным притяжением Вселенной в целом, которого вполне достаточно, чтобы тянуть отдельные звезды в том или ином направлении. Большинство звезд движется почти по прямым линиям, в то время как звезда с планетами – словно водят хоровод. Планеты вращаются вокруг звезды, она отклоняется в ту или в другую сторону, и ее путь становится немного похожим на волнистую линию. Если один «танцор» – большой и массивный, а другой – в весе мухи, то второй может сколько угодно кружиться вокруг первого: ему вряд ли удастся сдвинуть его с места. Если же весовые категории «танцоров» равны – оба будут вращаться вокруг общего центра. Понаблюдав за отклонениями в движении, вы сможете сделать обоснованный вывод о массе окружающих звезду планет и о дистанциях, на которых расположены их орбиты.
Впервые эта методика хорошо зарекомендовала себя для обнаружения двойных звезд: когда второй партнер по танцу – другая звезда, отклонения в движении становятся особенно заметными, так как звезды куда массивнее планет. По мере совершенствования аппаратуры стало возможным регистрировать даже незначительные колебания, вызванные существенно менее крупным соседом. И вот тогда Бэйлз и обнаружил, что у пульсара PSR 1829–10 имеется компаньон и, судя по массе, это – планета. Конечно, наблюдать отклонения непосредственно он не мог, зато зафиксировал легкие изменения в периодах пульсаций. Однако период вращения предполагаемой планеты вызвал легкое недоумение: он составлял ровно шесть земных месяцев. Слишком странное совпадение. Быстро выяснилось, что измения в пульсациях вызваны куда более близкой к нам планетой, а точнее – Землей. Приборы улавливали отклонения на этом конце, а не на стороне пульсара.
Едва страсти вокруг «обнаруженной» у пульсара планеты начали утихать, как Александр Вольщан и Дэйл Фрейл объявили об открытии сразу двух планет, вращающихся вокруг пульсара PSR 1257+12. Надо же! Солнечная система пульсара, причем с двумя планетами! Колебания звезды с двумя партнерами по танцу намного более замысловаты, и их трудно перепутать с помехами в сигнале, генерируемыми чем-то на стороне приемника, вроде движения Земли. Пока что второе открытие выглядит достаточно правдоподобно, если, конечно, пульсары не могут изменять свой исходящий сигнал в подобной манере даже и в отсутствие близлежащей планеты. Может быть, сами радиоволны немного осциллируют? Поскольку мы не можем сходить туда и проверить все лично, приходится как-то разбираться с этим, не выходя из дома. И знаете, пока все выглядит разумно.
За пределами Солнечной системы существуют и другие отдаленные планеты. Однако интерес представляют прежде всего те, которые пригодны для жизни, а планеты, соседствующие с пульсарами с их рентгеновским излучением, в это число явно не входят, особенно если вы планируете пожить подольше. Да, теперь нам известно, что и у обычных звезд имеются планеты. В октябре 1995 года Мишель Майор и Дидье Квелоц заметили колебания в движении 51‑й звезды созвездия Пегаса, которые могли быть вызваны планетой примерно в половину массы Юпитера. Их наблюдения подтвердили Жоффрей Марси и Пол Батлер, обнаружив еще две планеты. Одна – в семь раз массивнее Юпитера – находится близ 70‑й звезды созвездия Девы; вторая – в два-три раза массивнее Юпитера – вращается около 47‑й звезды Большой Медведицы.
К 1996 году было открыто семь таких планет, а к моменту написания этой книги – уже семьдесят. При этом использовался как метод поиска отклонений в движении, так и наблюдение за осцилляциями излучаемого звездой света в результате его отражения проходящей поблизости планетой. Теоретические расчеты показывают, что, усовершенствовав телескопы, можно будет определить и скорость вращения планеты. Но даже сейчас новые экстрасолярные планеты (экзопланеты) открывают чуть ли не каждую неделю. Точное их количество неизвестно, потому что довольно часто астрономы обнаруживают ошибки в предыдущих измерениях, что ставит под сомнение существование уже кому-то полюбившейся новой планеты, однако общая тенденция сохраняется. И наш ближайший солнцеподобный сосед, Эпсилон Эридана, как стало известно в 1998 году благодаря наблюдениям Джеймса Гривза и его коллег, также окружен пылевым облаком, подобным солнечному облаку Оорта. Правда, никаких колебаний там не видно, следовательно, масса планеты должна быть раза в три меньше массы Юпитера. Годом ранее Дэвид Триллинг и Роберт Браун заметили похожее облако вокруг 55‑й звезды созвездия Рака, которая к тому же колеблется, что означает наличие у нее планеты массой в 1,9 массы Юпитера. Это практически исключает иное объяснение вроде наличия невидимого компаньона, например, коричневого карлика (погасшей звезды).
И хотя нынешние телескопы не могут различить экзопланету непосредственно, телескопы будущего наверняка это смогут. Привычные нам астрономические телескопы используют большое, слегка вогнутое зеркало для фокусировки входящего света, а также линзы и призмы для создания изображения и передачи его на фотопластину, на месте которой когда-то был окуляр, в который глядел астроном. Сейчас в качестве фотопластины используется прибор с зарядовой связью (ПЗС-матрица), чувствительный электронный детектор света, соединенный с компьютером. Чтобы увидеть планету около отдаленной звезды, обычному телескопу потребовалось бы огромное зеркало диаметром 100 ярдов (примерно 100 метров), тогда как самое большое зеркало, существующее на данный момент, достигает лишь трети этого размера. А для того чтобы рассмотреть какие-то детали инопланетного мира, необходимо зеркало еще больших размеров, то есть воплотить подобное на практике просто невозможно.
Но вы же не обязаны использовать один-единственный телескоп, не так ли?
И технология, называемая интерферометрией, в принципе позволяет это сделать, заменив одно 100‑метровое зеркало двумя зеркалами поменьше, находящимися в ста метрах друг от друга. Оба таких зеркала создают картинку одной и той же звезды или планеты, а входящие световые волны, формирующие изображения, тщательно синхронизируются и суммируются. Такая двухзеркальная система собирает меньше света, чем полноразмерное стоярдовое зеркало, однако детальное разрешение оказывается таким же. К тому же современная электроника в состоянии усилить даже ничтожное количество входящего света. Во всяком случае, сейчас используются уже десятки маленьких зеркал, а также преогромное количество хитростей и всяческих уловок, чтобы синхронизировать эти зеркала между собой и точно совместить изображения, которые они получают.
Радиоастрономы уже давно пользуются таким способом. Наибольшей технической трудностью здесь является удержание для всех этих небольших телескопов одинакового расстояния от звезды до ее изображений с точностью до длины волны. Для оптической астрономии подобная техника относительно нова, так как длина волны оптического диапазона намного короче радиоволн, однако главная проблема с видимым светом состоит в том, что не стоит и пытаться соорудить подобную систему на Земле. Земная атмосфера находится в постоянном турбулентном движении, искривляя падающий свет самым непредсказуемым образом. Даже очень мощные телескопы, установленные на Земле, показывают размытую картинку, именно поэтому космический телескоп «Хаббл» и находится на орбите Земли. Его преемник, Космический телескоп нового поколения, будет запущен уже на орбиту Солнца за миллионы миль от Земли. Его нужно будет аккуратнейшим образом разместить в так называемой точке Лагранжа L2, то есть в таком месте на воображаемой линии, соединяющей Солнце и Землю, но чуть дальше, где земное притяжение, притяжение Солнца и центробежная сила, действующие на телескоп, окажутся взаимно скомпенсированными. Конструкция «Хаббла» включает в себя массивную трубу, защищающую аппарат от ненужного света, особенно отраженного от нашей планеты. Тогда как в точке L2 намного темнее, и можно будет отказаться от громоздкой трубы, сэкономив топливо для запуска. Кроме того, в этой точке гораздо холоднее, чем на низкой околоземной орбите, а следовательно, работа инфракрасного телескопа будет намного эффективнее.
В интерферометрии вместо одного большого телескопа используется сеть маленьких, удаленных друг от друга телескопов, но для оптической астрономии такой комплекс придется разместить в космосе. Кроме всего прочего, это даст дополнительное преимущество, ведь космос – большой, или, как сказали бы в Плоском мире, – место, где можно быть большим. Максимальная дистанция между телескопами в сети называется длиной базы. В космосе можно создать сеть интерферометров с невероятно длинной базой. Радиоастрономы уже создали такую с длиной базы, превышающей размеры Земли, разместив один телескоп с антенной на Земле, а другой – на орбите. И НАСА, и ЕКА (Европейское космическое агентство) разрабатывают программы по размещению в космосе прототипов сети оптических интерферометров, своего рода стай, образно выражаясь.
В 2003 году НАСА должно запустить проект «Space Technology 3» (прежде он назывался «Deep Space 3»), включающий два космических аппарата, расположенных на расстоянии 0,6 мили (1 км) друг от друга и способных поддерживать дистанцию с точностью около половины дюйма (1 см). Его последователь, «Star Light», должен быть запущен в 2005 году. Другой смелый проект НАСА, планируемый на 2009 год, «Space Interferometry Mission», должен задействовать три интерферометра с длиной базы 10 метров. Кроме того, в НАСА задумываются о запуске в 2012 году «Terrestrial Planet Finder», который будет искать не только планеты земного типа, но и следы углекислого газа, водяного пара, озона и метана, которые могут быть признаками жизни, или, на худой конец, планет, на которых могут выжить организмы земного типа. Потом туда на разведку отправится другой проект, «Life Finder», дата которого пока не определена. В ЕКА также имеются подобные проекты. В 2006 году предполагается запустить «SMART‑2», состоящий из двух спутников, которые будут летать по орбите. Также планируется более амбициозный проект «Darwin», представляющий собой целую флотилию из шести телескопов.
Однако больше всего ожиданий связано с проектом «Planet Imager», к которому НАСА рассчитывает приступить в 2020 году. Эскадрилья из пяти летательных аппаратов, каждый с четырьмя оптическими телескопами на борту, развернет интерферометрическую сеть с длиной базы в несколько сотен миль и начнет наносить на карту далекие планеты. До ближайшей от нас звезды всего лишь чуть более четырех световых лет, а компьютерные модели показывают, что 50 телескопов с длиной базы в 50 миль (150 км) вполне могут получить качественное изображение планеты, располагающейся в 10 световых годах, причем оно позволит рассмотреть континенты и даже луны размером с нашу. А имея 150 телескопов с аналогичной длиной базы, можно будет уже посмотреть на Землю с расстояния десяти световых лет и, например, заметить в ее атмосфере зарождающиеся ураганы. Только представьте, что можно сделать с длиной базы в тысячу миль!
Планеты за пределами Солнечной системы определенно существуют, более того, вполне вероятно, что их там видимо-невидимо. И это прекрасная новость для тех, кто надеется отыскать инопланетную жизнь. Вот только существующие доказательства наличия последней весьма сомнительны.
Традиционное место, где мы ожидаем найти жизнь в Солнечной системе, – это Марс. Во‑первых, этому поспособствовали легенды о марсианских каналах, увиденных астрономами в телескопы. Каналы, правда, оказались иллюзией, что выяснилось после получения фотографий с посланных к Марсу космических аппаратов. Во‑вторых, природные условия на Марсе близки к земным, только куда гаже. Ну и, в‑третьих, нужно поблагодарить авторов десятков научно-фантастических книг, исподволь подготовивших нас к существованию марсиан. Конечно, на Земле жизнь можно отыскать в самых неприглядных местах вроде жерл вулканов, раскаленных пустынь или в глубинах земных недр. К сожалению, ни единого следа жизни на Марсе не обнаружено.
Во всяком случае, пока…
Хотя какое-то время, пусть и недолгое, отдельные ученые полагали, что это уже произошло. В 1996 году НАСА объявило, что найдены следы жизни на Марсе. В Антарктиде откопали метеорит под кодовым номером ALH84001, который 15 миллионов лет назад якобы откололся от Марса в результате его столкновения с другим метеоритом и упал на Землю около 13 миллионов лет назад. Когда его распилили и внимательно рассмотрели под большим увеличением, то внутри нашлись три возможных признака марсианской жизни: отметины, напоминающие крошечные ископаемые остатки бактерий; железосодержащие кристаллы, похожие на отходы жизнедеятельности некоторых бактерий; органические молекулы, напоминающие найденные в ископаемых бактериях на Земле. Короче, все указывало на то, что найдены самые что ни на есть настоящие марсианские бактерии! Неудивительно, что после подобного заявления разгорелся жаркий спор, в результате которого были сделаны неутешительные выводы: почти с полной уверенностью можно сказать, что все три открытия ни в коей мере не доказывают существование жизни на Марсе. Так называемые «ископаемые бактерии» слишком малы, большая часть их – это всего лишь выступы на кристаллической поверхности, образовавшие забавные фигуры на металлическом зеркале электронного микроскопа. Наличие же железосодержащих кристаллов можно объяснить, отнюдь не прибегая к помощи бактерий. Органические же молекулы могли попасть на метеорит безо всякого участия какой-либо марсианской жизни.
И все же в 1998 году беспилотная исследовательская станция «Mars Global Surveyor» отыскала на Марсе следы существования древнего океана. Когда-то, давным-давно, огромные массы воды сошли с марсианских гор и обрушились на северные долины. Ранее считалось, что вся эта вода впиталась в грунт или испарилась, однако оказалось, что берега северных низменностей находятся на одном уровне, подобно размытой береговой линии земных океанов. Этот гипотетический океан должен был покрывать примерно четверть поверхности Марса. Если там когда-то существовала жизнь, то нас терпеливо дожидаются марсианские окаменелости.
Сейчас фаворитом поисков жизни в Солнечной системе неожиданно, особенно для тех, кто не читал научной фантастики, стал спутник Юпитера Европа. Неожиданно потому, что Европа неимоверно холодна и покрыта толстой коркой льда. В общем, не то место, где ожидаешь найти что-нибудь живое. Европа находится в гравитационной хватке Юпитера, и приливные силы разогревают ее изнутри. Это означает, что глубокие слои льда могли растаять, образовав огромный подледный океан. До недавнего времени это было только гипотезой, но доказательства наличия жидкой воды на Европе становятся все убедительнее. Они включают в себя геологические исследования ее поверхности, гравитационные измерения, а также тот факт, что недра Европы электропроводны. Это открытие было сделано в 1998 году К. Хураной и другими исследователями по результатам наблюдений космического зонда «Галилей» за магнитным полем Европы. Конфигурация ее магнитного поля очень необычна, и единственным правдоподобным объяснением этого является наличие подповерхностного океана, который может являться проводником электрического тока благодаря растворенным в нем солям. Поскольку Каллисто, другой спутник Юпитера, имеет похожие очертания магнитного поля, ученые сделали заключение, что и там имеется подповерхностный океан. В том же году Т. Б. МакКорд и другие ученые обнаружили на поверхности Европы обширные участки гидратированных солей (солей, чьи молекулы содержат воду), которые вполне могут оказаться коркой соли, оставшейся после подъема на поверхность соленой воды.
Существует соблазнительная идея отправить на Европу зонд, который бы приземлился, пробурил скважину и заглянул внутрь. Конечно, технические сложности огромны, ведь толщина слоя льда достигает по крайней мере 10 миль (16 км). К тому же операция должна быть проведена чрезвычайно аккуратно, чтобы ненароком не разрушить то, что мы собираемся найти: живые организмы Европы. Менее деструктивный способ, значащийся в планах, предполагает поиск в тонкой атмосфере Европы молекул, свидетельствующих о наличии жизни. Конечно, никто не говорит, что собирается найти там антилоп или, на худой конец, рыб, но все же как-то странно было бы, что химический состав океана Европы глубиной сто миль (160 км) не стал источником жизни. Ведь почти наверняка там есть какие-нибудь подводные «вулканы», где через океанское дно циркулирует очень горячая сернистая вода. Это обеспечивает прекрасные возможности для сложных химических реакций вроде той, которая породила жизнь на Земле.
Впрочем, куда более вероятно разыскать на Европе простые химические структуры, подобные башням – бактериям, которые могут там существовать в горячих жерлах, так же как в Балтийском море. Более сложные создания наподобие амеб или инфузорий-туфелек стали бы весьма приятным сюрпризом, а что-то еще более интересное, какой-нибудь многоклеточный организм – так вообще подарком судьбы. Обнаружение растений даже не обсуждается – если бы солнечный свет и мог как-то пробиться сквозь толщу льда, на Европу его попадает слишком мало. Жизнь на Европе должна поддерживаться химической энергией, как это происходит около жерл поводных вулканов на Земле. Не стоит, конечно, ожидать, что европеанские формы жизни будут хоть немного похожи на те, которые обитают у земных кратеров, поскольку они должны были развиваться в совершенно иной химической среде.
В 2001 году астрогеофизик («геолог», изучающий другие планеты) Брэд Далтон решил выяснить, не может ли быть так, что мы уже нашли инопланетную жизнь. Поверхность Европы покрыта красно-коричневыми пятнами, особенно заметными на полосах, похожих на разломы льда. Он обнаружил, что в инфракрасном спектре эти пятна здорово напоминают следы земных бактерий, способных выдерживать сильный холод. И действительно, три вида таких бактерий дают инфракрасный спектр, куда более близкий к наблюдаемому на Европе, чем спектр минеральных солей, выходящих на ее поверхность (согласно наиболее распространенным объяснениям). Конечно, на поверхности Европы слишком холодно даже для бактерий, но они могут прекрасно выживать в океане, а затем каким-то образом попадать наверх.