Космос
Шрифт:
Представьте, что счетчик Гейгера и кусок урановой руды помещены глубоко под землю, например в золоторудную шахту или лавовую трубу — пещеру, оставлен-
342
ную в земных толщах потоком расплавленной магмы. Чувствительный датчик издает щелчок, когда в него попадают гамма-кванты, протоны или ядра гелия высоких энергий. Если поднести его вплотную к урановой руде, испускающей ядра гелия в результате спонтанного радиоактивного распада, скорость счета (число щелчков в минуту) резко возрастет. Если мы заключим урановую руду в тяжелую свинцовую канистру, счет значительно замедлится, поскольку свинец поглощает урановую радиацию. Но отдельные щелчки все же будут по-прежнему слышны. Эти отсчеты частично вызваны естественной радиоактивностью стен пещеры. Однако щелчков все же больше, чем можно объяснить радиоактивностью. Некоторые из них спровоцированы высокоэнергетическими заряженными частицами, проникающими сквозь своды. Мы слышим космические лучи, порожденные в далекие времена в глубинах космоса. Космические лучи, состоящие в основном из электронов и протонов, бомбардируют Землю на протяжении всей истории
343
щей новой звезды*. Благодаря радиоуглеродной датировке остатков древесного угля в кострищах нам известно, что в середине XI столетия некоторые индейцы племени анасази, предки сегодняшних хопи, жили в районе современного Нью-Мехико. Кто-то из них, прятавшийся от непогоды под навесом скального карниза, запечатлел на камне изображение вновь появившейся звезды. Ее положение относительно ущербной Луны было именно таким, как на рисунке. Рядом виден отпечаток руки; вероятно автограф художника.
Эта замечательная звезда, находящаяся на расстоянии 5000 световых лет, сейчас носит название сверхновой Крабовидной туманности, поскольку спустя несколько столетий астрономы, изучавшие в телескоп остатки взрыва, усмотрели в них сходство с крабом. Крабовидная туманность — останки взорвавшейся звезды. В течение трех месяцев взрыв наблюдался с Земли невооруженным глазом. Он был заметен даже днем, а ночью при его свете можно было читать. В среднем в одной галактике сверхновые вспыхивают примерно раз в столетие. За время жизни типичной галактики, составляющее около десяти миллиардов лет**, в ней взрывается примерно сто миллионов звезд — огромное количество, хотя это всего лишь одна звезда из тысячи. В нашей Галактике после 1054 года вспышки сверхновых наблюдались в 1572 году (описана Тихо Браге) и в 1604-м (описана Иоганном Кеплером)***. К сожалению, с мо-
* Мусульманские наблюдатели тоже обратили внимание на нее. Но ни слова о ней нет ни в одной европейской хронике. — Авт.
** Речь идет скорее о типичном возрасте, чем о времени жизни галактики. С момента своего образования подавляющее большинство из них не успели еще достигнуть конечных стадий эволюции. — Пер.
*** В 1606 г. Кеплер опубликовал книгу под названием «De Stella Nova» («О новой звезде»), в которой задается вопросом, не есть ли сверхновая результат случайного объединения атомов в небесах. Он преподносит сказанное им не как «мое собственное мнение, а мнение моей жены. Вчера, когда, уставший от писаний, я был приглашен к ужину и передо мной поставили салат, о котором я просил, с языка моего слетело: „Сдается мне, что, случись оловянному блюду, листьям салата, крупинкам соли, каплям воды, уксуса и масла и кусочкам яйца целую вечность плавать где-то по воздуху, они могли бы по чистой случайности собраться в салат". — „Да, — ответствовала моя красавица, — но он получился бы не таким удачным, как этот"».
344
мента изобретения телескопа в нашей Галактике не наблюдалось ни одного взрыва сверхновой, и астрономы с нетерпением ждут его вот уже несколько столетий*.
В наше время сверхновые регулярно наблюдаются в других галактиках. Среди отбираемых мною фраз, которые могли бы более всего поразить астронома начала ХХ века, есть следующая, взятая из статьи Дэвида Хелфанда и Нокса Лонга в британском журнале «Нейчур» от 6 декабря 1979 года: «5 марта 1979 года девятью межпланетными космическими аппаратами, входящими в сеть регистрации вспышек, был отмечен чрезвычайно мощный всплеск жесткого рентгеновского и гамма-излучения, который, будучи локализован по задержкам распространения сигнала, совпал по положению с остатком сверхновой N49 в Большом Магеллановом облаке». (Большое Магелланово облако, названное так в честь Магеллана, который первым среди обитателей Северного полушария обратил на него внимание, представляет собой небольшую галактику-спутник Млечного Пути, удаленную от нас на 180 000 световых лет. Как вы могли догадаться, существует также Малое Магелланово облако.) Однако в том же самом выпуске «Нейчур» Е. П. Мазец с коллегами из института им. Иоффе
* В 1987 г. сверхновая вспыхнула в Малом Магеллановом облаке. Это самая близкая к нам сверхновая, появившаяся после изобретения телескопа..— Пер.
345
в Ленинграде доказывают, что это была вспышка нуль* сара, находящегося на расстоянии всего нескольких сотен световых лет. Они наблюдали источник, о котором идет речь, при помощи детекторов гамма-всплесков на борту космических станций «Венера-11 и -12», находившихся на пути к Венере. Но Хелфанд и Нокс, несмотря на близкое расположение, не настаивают на том, что всплеск гамма-излучения связан с остатком сверхновой. Они тщательнейшим образом рассмотрели множество возможностей, включая даже тот маловероятный вариант, что источник находится в пределах Солнечной системы. Например, это мог быть выхлоп чужого звездолета, отправляющегося в далекий путь домой. Однако вспышка звездного пламени в N49 остается
самой простой гипотезой: мы все же твердо знаем, что сверхновые существуют.Когда Солнце станет красным гигантом, внутреннюю часть Солнечной системы ждет печальная участь. Но, по крайней мере, планеты никогда не будут расплавлены и сожжены взрывом сверхновой. Эта судьба предначертана планетам вблизи звезд, массой превосходящих Солнце. Поскольку такие звезды с высокой температурой и давлением быстро исчерпывают свои запасы ядерного топлива, их жизнь оказывается гораздо короче, чем у Солнца. Звезда, которая в десять раз массивнее Солнца, может стабильно перерабатывать водород в гелий всего несколько миллионов лет, а затем быстро переходит на более экзотические ядерные реакции. Этого времени почти наверняка недостаточно для эволюции развитых форм жизни на любой из сопутствующих светилу планет, и маловероятно, чтобы где-то были существа, знающие, что их звезда станет сверхновой: если они живут достаточно долго, чтобы понять, что такое сверхновая, значит, их звезда вряд ли ею станет.
346
Важной предпосылкой взрыва сверхновой является образование массивного железного ядра в результате ядерных реакций с участием кремния. Под воздействием огромного давления в звездных недрах свободные электроны сливаются с протонами в ядрах железа, их равные по величине, но противоположные по знаку электрические заряды взаимно уничтожаются, недра звезды превращаются в одно гигантское атомное ядро, занимающее гораздо меньший объем, чем предшествовавшие ему электроны и ядра железа. Ядро звезды испытывает своего рода катастрофический взрыв внутрь, внешние слои резко сбрасываются наружу, и происходит взрыв сверхновой. По светимости сверхновая может превзойти совокупное излучение всех звезд галактики, где она вспыхнула. Все те недавно образовавшиеся массивные бело-голубые сверхгиганты в Орионе обречены в следующие несколько миллионов лет стать сверхновыми, продолжая космический фейерверк в созвездии охотника. Грандиозные взрывы сверхновых выбрасывают в космическое пространство большую часть вещества звезды — немного оставшегося водорода и гелия и значительное количество других атомов углерода и кремния, железа и урана. На месте звезды остается горячий шар из нейтронов, скрепленных друг с другом ядерными силами*; одно массивное атомное ядро с атомным весом около 1056; солнце поперечником около тридцати километров; крошечный, плотный, усохший и съежившийся звездный осколок; быстро вращающаяся нейтронная звезда. При схлопывании ядра массивного красного гиганта в нейтронную звезду его вращение ускоряется. Нейтронная звезда в центре Крабовидной туманности —
* Конечно, в первую очередь стабильным это ядро делает мощнейшая самогравитация. Не будь ее, гигантское нейтронное ядро немедленно распалось бы. — Пер.
347
это колоссальное атомное ядро размером с Манхэттен, совершающее тридцать оборотов в секунду. Его мощное магнитное поле, усиленное коллапсом, захватывает заряженные частицы, подобно гораздо более слабому магнитному полю Юпитера. Электроны во вращающемся магнитном поле испускают направленное излучение не только на радиочастотах, но также и в оптическом диапазоне. Всякий раз как Земля попадается на пути луча этого космического маяка, мы видим его вспышку, одну за каждый оборот. По этой причине он получил название пульсара. Мерцающий и тикающий, будто космический метроном, пульсар отсчитывает время намного точнее любых обычных часов. Продолжительный хронометраж интервалов между радиоимпульсами некоторых пульсаров, например PSR 0329+54, говорит о том, что они могут иметь один или несколько небольших планетообразных спутников. Весьма вероятно, что планеты смогли пережить превращение звезды в пульсар, или, возможно, они были захвачены позднее. Любопытно, как выглядит небо с поверхности такой планеты? Плотность вещества нейтронной звезды такова, что чайная ложка его имеет вес небольшой горы. Она настолько велика, что, если вы возьмете кусочек подобного вещества и уроните его (вряд ли вы сможете этого избежать), он пройдет сквозь Землю с той же легкостью, с какой падающий камень пропарывает воздух, и, насквозь пронизав планету, выйдет с противоположной стороны, где-нибудь в Китае. Тамошние жители будут спокойно идти по своим делам, когда крошечный кусочек нейтронной звезды выскочит из-под земли, на мгновение остановится и вновь вернется под землю, нарушив ход повседневной жизни. Если бы кусок вещества нейтронной звезды сбросили из космоса на вращающуюся под ним Землю, он раз за разом вонзался бы в соверша-
348
ющую обороты планету, проделав в ней тысячи отверстий, пока трение в ее недрах не остановило бы его движение. Прежде чем упокоиться в центре нашей планеты, он на короткое время уподобил бы ее недра внутренности швейцарского сыра. Правда, подземные потоки расплавленной магмы и металла быстро залечат эти раны. Хорошо, что крупные куски вещества нейтронных звезд не встречаются на Земле*. Но маленькие есть повсюду. Невероятная мощь нейтронной звезды таится в ядре каждого атома, скрывается в каждой чашке чая и каждом зверьке, в каждом глотке воздуха и каждом яблочном пироге.
Звезды, похожие на Солнце, как мы уже говорили, заканчивают свои дни становясь красными гигантами, а затем белыми карликами. Коллапсирующая звезда, масса которой вдвое больше солнечной, станет сверхновой, а затем нейтронной звездой. Однако еще более массивную звезду, которая после взрыва сверхновой осталась, скажем, в пять раз массивнее Солнца, ждет совершенно невероятная судьба: собственная гравитация превратит ее в черную дыру. Допустим, что у нас есть фантастическая гравитационная машина — устройство, позволяющее управлять земной гравитацией простым поворотом рукоятки. Для начала установим рукоятку на ускорение свободного падения lg2, при котором все вещи