Часть IV. Из пепла погасших звезд

От микромира к мегамиру

И вот раз уж мы легко и незатейливо переходим от микромира элементарных частиц через макромир человеческого масштаба к мегамиру вселенского масштаба, то важно сделать следующее замечание: мы не просто так тут скачем от нечего делать! А по очень веской причине! Которая заключается в том, что все секреты мегамира, то есть всей тайны космоса, такого непредставимо огромного, таятся в непредставимо малом микромире, в свойствах мельчайших частиц вещества, энергии и пространства. О микромире мы говорили много, давайте же в самых общих чертах теперь обрисуем вселенную. Пусть она нам немного попозирует…

Как вы, должно быть, знаете, звезды не рассыпаны по космической пустоте равномерно, как мак, замешенный в тесте. Они сгруппированы в особые скопления, которые именуются галактиками. Галактики бывают шарообразными, но чаще они плоско-спиральные и напоминают красивые вихри. Эти вихри – овеществленный след былой истории, истории возникновения нашего мира.

Одна из типичных спиральных галактик. «Развевающиеся» звездные «ленты» называют рукавами галактики

Наша с вами галактика называется Млечный Путь. Откуда такое название? Млечным путем окрестили выделяющуюся на ночном небе толстую полосу звезд. Она словно дорожка из молока, разлитая по черному небу. Это звездное сгущение – часть рукава нашей галактики, на который мы смотрим изнутри и видим его в виде звездно-млечной полосы. Поэтому и всю нашу галактику назвали Млечным Путем. Все те звезды, которые мы видим на небе, принадлежат нашей галактике, а звезды других галактик мы невооруженным глазом видеть не можем, они слишком далеко. Мы можем видеть только сами галактики в виде пятнышек.

Фигурально выражаясь, звездная система, то есть звезда и кружащиеся вокруг нее планеты, – это дом. Между квартирами-планетами в доме расстояния небольшие. А вот между домами – расстояния на порядок больше, чем между квартирами. Дома, как известно, объединяется в города. И между городами расстояния снова на порядок больше, чем между домами внутри одного города. Города в нашем примере – это галактики. Расстояния между ними много больше, чем расстояния между звездами в одной галактике.

Наш звездный город – Млечный Путь – классическая спиральная галактика типа той, что изображена на картинке выше. Здесь 200 миллиардов звезд, а в диаметре она примерно квинтиллион километров… Но вообще-то астрономы не меряют космические расстояния километрами. Эта единица в силу своей малости у них не в ходу. Астрономы меряют расстояния световыми годами и парсеками.

Световой год – это расстояние, которое свет проходит за год. Скорость света, напомню, равна 300 000 км/с. То есть если бы свет мог бегать по кругу, за секунду он пробежал бы вокруг Земли по экватору семь с половиной раз. Расстояние от Луны до Земли (384 тысячи км) свет преодолевает чуть больше секунды. Расстояние от Солнца до Земли свет преодолевает за 8 минут. То есть мы видим Солнце таким, каким оно было 8 минут назад. А Луну – такой, какой она была секунду назад.

Подсчитайте сами на калькуляторе, если все нули туда влезут, какое огромное расстояние свет преодолевает за год, умножьте 300 тысяч километров в секунду на количество секунд в году.

Самая близкая к Солнечной системе звезда – Проксима Центавра. До нее всего 4,2 светового года. Почти на таком же расстоянии – 4,3 с.г. – находится Альфа Центавра.

Еще одна единица космического расстояния – парсек. 1 парсек = 3,26 светового года. Почему такое некруглое число – 3,26? Почему не 10? Потому что само слово «парсек» – это сокращение от двух слов – «параллакс» и «секунда». Что такое секунда, понятно, а параллакс – это кажущееся смещение. Парсеком называют такое расстояние, на котором кажущееся смещение звезды на небосклоне из-за движения Земли по орбите составляет 1 угловую секунду. Непонятно? Конечно, непонятно! Такое можно только по картинке понять.

Большинство звезд такие далекие, что кажутся нам прибитыми к какому-то небесному экрану. А какая-то звездочка, допустим, расположена близко. И из-за того, что Земля крутится вокруг Солнца, ее видимое положение на небесном экране меняется – звездочка как бы описывает на небе крохотный кружочек: зимой мы видим ее в одном месте, летом в другом. Размеры этого кружочка зависят от близости к нам звезды. Если угловой размер этого смещения равен одной секунде, значит, звезда находится на расстоянии 1 парсека от нас

Возвращаясь к Млечному Пути, отметим, что диаметр нашей галактики составляет 30 000 парсек (около 100 000 световых лет). То есть свет преодолевает путь от галактических Кузьминок до галактического Митино займет 100 тысяч лет. В толщину же наша галактика, напоминающая по форме зернышко чечевицы, всего ничего – 1000 световых лет.

А каково же тогда расстояние между нашим звездным городом и какой-нибудь другой галактикой? Самая примелькавшаяся и наиболее известная широкой публике галактика – Туманность Андромеды.

Такое странное название галактика получила потому, что астрономы XVIII века поначалу считали ее туманностью, то есть скоплением межзвездного газа, которое находилось в созвездии Андромеды. Лишь потом разобрались, что никакая это не туманность, а самая настоящая галактика, но название осталось.

Туманность Андромеды – ближайшая к нам галактика. И она гораздо больше нашей. Если наша галактика – какой-нибудь зачуханный Тамбов, то Туманность Андромеды – настоящая Москва! В нашей 200 миллиардов звезд, а там – триллион! Ну, а расстояние до этой соседней и ближайшей к нам галактики составляет 2 500 000 световых лет. То есть расстояние до соседней галактики в 25 раз больше, чем размер нашей галактики.

Галактики формируют скопления и сверхскопления галактик. Млечный Путь, Туманность Андромеды, галактика Треугольника и еще примерно пять десятков соседних галактик формируют так называемую Местную группу галактик – огромную галактическую «страну». Размеры этой галактической «страны», состоящей из городов-галактик, примерно 1 мегапарсек, то есть миллион парсек.

Но это еще не все. Наша Местная группа вместе с другими аналогичными группами галактик входит в суперобъединение – этакий «союз стран», который называется Местный лист.

Почему лист?

Потому что галактические объединения плоские. Местный лист представляет собой приплюснутое скопище мириадов галактик диаметром примерно в 7 мегапарсек, а толщиной в полтора мегапарсека.

Однако и это еще не все! Местный лист является частью сверхобъединения галактик под названием Местное сверхскопление. Это уже прямо-таки целый «континент» галактик! И таких галактических «континентов» во вселенной – мириады. Но расположены они не равномерно, а стянуты в огромные нити и плоскости. Это напоминает мыльную пену. Тонкие пленки – сверхскопления галактик, а внутренность пузырьков – невообразимые провалы пустоты на сотни мегапарсек, в которых ничего нет.

Одну из таких «пленок» астрономы назвали Великой стеной Слоуна – это гигантское сверхскопление галактик, которое протянулось на миллиард световых лет. Стеной она называется как раз за свой плоский вид. А есть еще Великая стена Геркулеса, Великая стена CfA2…

В общем, наша вселенная или, как ее еще называют, Метагалактика, невообразимо огромна и состоит из триллионов галактик, содержащих триллионы звезд. Наша небольшая «сельская» галактика Млечный Путь – невидимая песчинка, пылинка в этой «пыльной буре» или, точнее, вселенской пене. В масштабах известных нам Великих стен (которые являются всего лишь стеночками нашего пузыря) вселенная действительно выглядит «пенной», то есть неравномерной: стеночка – пустота – стеночка – пустота. Но в больших масштабах (порядка сотен мегапарсек) она вполне равномерна. Поясню. Это как если бы мы сначала рассматривали мыльную пену в лупу и видели то радужную мыльную пленочку, то пузырь воздуха, где нет никакого мыла, а потом отбросили лупу и встали над пеной в полный рост, глядя на нее свысока и видя перед собой только белый равномерный массив. Вот это и значит, что в больших масштабах вселенная однородна.

Но если мы вновь начнем приближаться к вселенской «пене», то сначала увидим отдельные «пузырьки» – их стеночки тонки и состоят из сверхскоплений галактик. Затем мы разглядим отдельные галактики. Приблизив любопытный нос к отдельной галактике, мы увидим, что она состоит из сотен миллиардов звезд. Увеличим изображение, и взору представятся планеты, кружащиеся вокруг некоторых звезд.

Мы ничтожны в масштабах вселенной! Она не заметит не только уничтожения нашей планеты, или нашей Солнечной системы, или даже галактики, но и целой пригоршни из мириадов галактик! Попробуйте убрать из ванны пузырек пены – там все равно останется полная ванна.

Именно мысли о ничтожности бытия приходят в голову, когда смотришь в бескрайнее черное небо, усыпанное бриллиантовыми искрами звезд. При этом количество звезд, которое мы можем видеть невооруженным глазом и которое представляется нам огромным, на самом деле очень невелико. Невооруженным глазом на небе можно увидеть всего 3–4 тысячи звезд. Именно этот мизер, не идущий ни в какое сравнение с миллиардами, триллионами и секстиллионами, и создает тем не менее столь впечатляющую картину.

Вооруженный биноклем глаз может увидеть 100 или даже 200 тысяч звезд. Глаз, наблюдающий небо через небольшой телескоп, увидит уже миллионы звезд! Ну, а если под рукой ничего нет, придется, лежа на спине и закинув руку за голову, тупо моргать невооруженными глазами. Но даже не вооруженный стекляшками глаз может заметить, что все звездочки разные – и по яркости, и даже по цвету.

Можно подумать, что чем ярче звезда, тем она больше, но это неверно, поскольку видимая нами яркость звезды зависит не только от ее размеров и светимости, но и от расстояния. Толстая и могучая звезда может находиться очень далеко и потому видеться нам тусклой и, напротив, слабенькая малявка быть относительно недалеко и потому видеться более яркой.

Астрономы делят звезды в зависимости от их видимой яркости по величинам. Звезда первой величины – очень яркая. У звезды второй величины яркость поменьше. Ну и так далее, тенденция ясна. Всего существует шесть звездных величин, при этом звезда первой величины в 100 раз ярче звезды шестой величины. Такую вот шкалу придумали.

Помимо видимой звездной величины существует еще так называемая абсолютная звездная величина. Это чисто теоретическая штука, продукт мысленного эксперимента: а что, если бы все звезды находились на одинаковом от нас расстоянии в 10 парсеков, какой была бы их видимая светимость? Иными словами, абсолютная светимость – это та светимость звезды, которую мы бы увидели, если бы приблизили (удалили) звезду на расстояние в 10 парсеков от Земли. Тогда бы все звезды были в равных условиях, и мы могли бы сказать, какие из них действительно светят ярче, а какие слабаки.

Некоторые особо остроглазые граждане могут различить, что у разных звезд разный цвет. Одни чуть в голубизну сияют, другие вроде красноватые… Это правда или кажется?

Это правда! Звезды на самом деле бывают голубые, белые, желтые, красные… Самые холодные – красные и коричневые. Самые горячие – белые и голубые. Наше Солнце по астрономической классификации относится к классу желтых карликов. Температура на поверхности Солнца достигает 6000 градусов. Если бы температура была вдвое меньше, наша звезда была бы красным карликом. А если еще подкрутить фитилек – градусов до 1500, – то получим коричневую звезду. Ну, а коли совсем загасить свечение, получится наш Юпитер, то есть недозвезда – газовый гигант, которому не хватило массы, чтобы разгореться в звезду, и он излучает только в радиодиапазоне.

Теперь сходим в другую сторону и открутим звездный фитилек на прогрев. И увидим, как по мере роста поверхностной температуры звезды ее цвет меняется от желтого через оранжевый к белому, а потом и ослепительно-голубому. И при этом растет размер! Большие звезды, как правило, самые горячие и яркие.

Астрономы классифицируют звезды по цветам (по спектральным классам, как они говорят) с помощью букв латинского алфавита:

O – B – A – F – G – K – M

Запоминать буквы не нужно, хотя запомнить их довольно просто при помощи мнемонического правила: «Один бритый англичанин финики жевал, как морковь». Эта бессмысленная фраза, рисующая абсурдную ситуацию, быстро всплывает в памяти и помогает правильно расставить обозначения звездных классов – по первым буквам слов в этом дурацком предложении.

Итак…

Класс O – это самые горячие звезды, интенсивно светящие в невидимом человеческому глазу ультрафиолетовом диапазоне света, отчего свечение их кажется нам голубым. Поверхностная температура таких звезд от 30 до 60 тысяч градусов. Пример – Лямбда Ориона, Лямбда Цефея, Кси Персея.

Класс В – температура этих звезд 10–30 тысяч градусов. Их свет слегка голубоватый или, если хотите, бело-голубой. Пример: Эпсилон Ориона, Ригель, Гамма Персея.

Класс А – от 7500 до 10 000 градусов. Белые звезды. Типичные представители – Вега, Сириус, Гамма Близнецов.

Класс F – температура поверхности находится в диапазоне 6000–7500 градусов. Цвет ярко-желтый. Альфа Малого Пса, он же Процион, – пример такой звезды…

Класс G – температура на поверхности 5000–6000 градусов. Цвет желтый. Наше Солнце относится к этому классу.

Класс K – температура от 3500 до 5000 градусов. Цвет – красный. Арктур и Альдебаран – красные звезды.

Класс M – здесь температуры уже совсем смешные – 2–3,5 тысячи градусов. Цвет таких звезд – темно-багровый. Примеры – Антарес и Бетельгейзе.

И раз уж мы упомянули звезду Бетельгейзе, преступлением было бы не рассказать о ней хотя бы в двух словах. Это одна из самых знаменитых звезд нашего небосклона. Так-то она на небе ничем не выделяется, но по своим характеристикам – звездища уникальная!

Как правило, красные звезды маленькие, меньше Солнца. Бетельгейзе – исключение. Она просто гигантская! Если бы вместо Солнца в нашу систему можно было бы вдуть Бетельгейзе, она достала бы аж до орбиты Юпитера, то есть поглотила бы своими размерами большую часть планет Солнечной системы. При этом Бетельгейзе в сто тысяч раз ярче Солнца, но ее масса всего в 15 раз больше солнечной. Просто Бетельгейзе очень разреженная звезда – плотность этого раскаленного газового шара намного меньше плотности Солнца.

Как вы уже поняли, величина звезд обычно связана с их цветом. Наиболее полно это можно наблюдать на диаграмме, названной в честь двух астрономов – Герцшпрунга и Рессела, которые более ста лет назад додумались расположить все звезды на одном графике, в зависимости от их светимости и цветности. С тех пор картинка эта носит название диаграммы Герцшпрунга-Рессела (на рисунке ниже). На диаграмме ярко выделяется так называемая Главная последовательность – толстая полоса звезд в самой середине.

Диаграмма Герцшпрунга-Рессела. Слева на вертикальной оси указана светимость звезд, измеренная в Солнцах. Вверху расположены звезды, которые светят как сто, тысяча или сто тысяч таких звезд, как наше Солнце. Внизу – слабенькие звездульки, которые светят в сотни и тысячи раз слабее нашего солнышка. На нижней горизонтали указана цветность звезд уже знакомыми нам буквами. Левее всего расположены звезды голубые и белые, в серединке желтенькие, ну а правее – красные и в конце совсем уже буро-коричневые. По-иному это называется цветовой температурой (значения температуры также указаны) – вы знаете, что если постепенно нагревать металл, например, то сначала он будет светиться еле заметным багровым цветом, затем засветится ярко-красным, потом ярко-желтым, а уж если довести его, как говорят, до белого каления, он и будет светить белым. Со звездами то же самое – чем горячее, тем дальше от красного и ближе к белому. И тем ярче светимость

Как видно из графика, звезды не раскиданы хаотично по полю диаграммы, а объединены в некие кластеры или сообщества – гигантов, карликов и пр. Но основная масса наблюдаемых светил сосредоточена в Главной последовательности. И эта закономерность о чем-то нам намекает. Да что там «намекает»! Прямо говорит!

О чем?

О том, что на картинке вы видим не что иное, как звездную эволюцию. Звездную жизнь. То есть цикл существования звезд от рождения до смерти. Непонятно?

Сейчас станет понятно.

Если всех людей на планете Земля расположить на похожей диаграмме, только вместо яркости взять рост, а вместо цвета вес человека, получится весьма похожая диаграмма.

Главная последовательность людского населения планеты

Что можно сказать, глядя на эту диаграмму, которая является, так сказать, мгновенным срезом всего населения планеты? А из этой вневременной диаграммы (шкалы времени нет ни на одной оси) можно тем не менее сделать некоторые выводы, связанные со временем, то есть с эволюцией каждого конкретного человека во времени.

Мы видим на диаграмме, что все люди располагаются на ней не по всей плоскости, хаотично заполняя ее, а с некоторым разбросом группируются в определенной области, напоминающей бумеранг. Почему? Да ясно, почему! Потому что люди рождаются маленькими и соответственно легонькими. Затем они растут до взрослого состояния, быстро набирая вес, а потом расти перестают, и, хотя вес продолжают набирать, толстеют они уже не так быстро, как тяжелеет растущий организм. Поэтому «бумеранг» и переламывается. Иными словами, на Главной последовательности людей отчасти видна их жизнь: они рождаются, растут, а потом помирают. Конечно, рост и вес у всех людей разные, но все-таки они заключены в некоторые видовые пределы – выше жирафа еще ни один человек не вырос и тяжелее слона не стал. У жирафов и слонов была бы своя Главная последовательность.

Точно так же и со звездами. Астроном, глядя на Главную последовательность звезд, расскажет, как рождаются, живут и умирают звезды. Правда, на диаграмме Герцшпрунга-Рессела виден не один «вид» звезд, а несколько, но принципиальной картины это не меняет. Основной массив звезд вселенной сосредоточен аккурат на Главной последовательности.

О том, как звезды рождаются, что с ними происходит после смерти и чем это нам грозит, мы поговорим попозже, а сейчас нам нужно ненадолго вернуться в микромир.