Глава 14 АТМОСФЕРА ЛУНЫ

Дальше: Часть вторая О БОЛЕЕ ИЛИ МЕНЕЕ НЕИЗВЕСТНОМ

Глава 14
АТМОСФЕРА ЛУНЫ

Сейчас, когда запущенные человеком космические аппараты приближаются к Луне, кружатся вокруг нее, опускаются на нее и мы готовимся к тому, чтобы высадить на Луну человека, нам полезна любая информация о Луне, какую мы только можем получить. Вот что мы можем сказать, к примеру, об атмосфере Луны?

Вы скажете, что на Луне нет атмосферы.

Да, действительно, ничего даже отдаленно напоминающего земную атмосферу на Луне нет. И все же что-то на ней присутствует. Она не может вообще не иметь атмосферы. Вот как это можно показать.

Земля состоит из двух радикально различающихся между собой частей (как яйцо, состоящее из центрального желтка и окружающего его белка). «Желтком» Земли является никелево-железное ядро, плотность которого примерно в десять раз больше плотности воды. Его окружает «белок» — силикатная кора, плотность которой мала — всего втрое больше плотности воды. Соответственно, средняя плотность Земли представляет собой значение среднее между этими двумя цифрами — в 5,5 больше плотности воды (или 5,5 грамма на кубический сантиметр).

Плотность Луны — 3,3 грамма на кубический сантиметр. Для того чтобы иметь настолько меньшую, чем Земля, плотность, Луна должна быть лишена какого-либо крупного ядра из железа и никеля и представлять собой практически сплошной силикат.

Логично предположить, что по химическим элементам состав Луны сходен с составом земных горных пород. И то и другое формировалось в одно и то же время и из одних и тех же материалов. Если в земной коре содержится 2 процента калия, то и от Луны (целиком) следует ожидать того же.

Масса Луны — 73 430 000 000 000 000 000 000 килограммов, то есть, грубо округляя, 80 квинтиллионов тонн. Масса лунного калия (в первом приближении) — 1 800 000 000 000 000 000 000 килограммов, или почти 2 квинтиллиона тонн.

Существует три вида атомов калия. Два из них, калий-39 и калий-41, составляют примерно 99 процентов от общих запасов калия. Однако 0,0119 процента от всего калия существует в виде редкого изотопа, калия-40, обладающего интересными свойствами. Общая масса калия-40 на Луне может составить 214 000 000 000 000 000 килограммов, или 214 триллионов тонн.

Необычное свойство калия-40 — это его радиоактивность. Период полураспада этого элемента — 1,3 миллиарда лет, что означает, что за такой срок половина существующих атомов калия-40 распадется. Большинство распадающихся атомов (точнее, 89 процентов) отдают один электрон и становятся стабильными атомами кальция-40. Однако ядро остальных 11 процентов, напротив, принимает электрон из окружающей среды, и эти атомы становятся, таким образом, стабильными атомами аргона-40.

Когда известен период полураспада радиоактивного вещества, легко подсчитать скорость его распада в единицу времени. На Луне каждую секунду распадается 3600 граммов калия-40, в результате чего каждую секунду образуется 3240 граммов кальция-40 и 360 граммов аргона-40.

Именно аргон-40 нас интересует в первую очередь, поскольку аргон — это газ, а значит, на Луне идет постоянный процесс образования собственной атмосферы. Да, 360 граммов — это немного, но это ведь только за одну секунду, а сколько их проходит, этих секунд…

Не стоит забывать, что раньше на Луне, как и везде, было больше калия-40 — 1,3 миллиарда лет назад его было вдвое больше, чем сейчас, а четыре миллиарда лет назад — в восемь раз больше.

Если подсчитать, сколько аргона было образовано за те четыре миллиарда лет, в течение которых Луна является твердым телом, с учетом того, что с самого начала калия-40 было в несколько раз больше, то получится, что всего за все это время было образовано 150 000 000 000 000 000 килограммов, или около 150 триллионов тонн аргона.

Для сравнения — это почти в три раза больше аргона, чем имеется в нашей собственной атмосфере (куда он попал и продолжает попадать точно таким же образом — формируясь из калия-40).

Если бы весь этот аргон сейчас присутствовал на поверхности Луны, на ней имелась бы сейчас атмосфера с массой равной 1/30 земной атмосферы. Кроме того, поскольку площадь поверхности Луны в шестнадцать раз меньше площади поверхности Земли, ее атмосфера имела бы при этом плотность всего в два раза меньше земной.

Однако, как нам хорошо известно, на Луне атмосферы нет. Что же случилось с производимым Луной аргоном?

Во-первых, калий-40 все же распределен по всей массе Луны. Аргон, образуемый во внешних слоях лунной почвы, еще может каким-то образом выбраться наружу, но, формируясь в более глубоких слоях, он оказывается в ловушке, из которой не в силах выбраться. (Аргона, вырабатываемого на Земле, это тоже касается. Общее количество аргона, замурованного в земной коре, как минимум в пять, а возможно, и в пятнадцать раз больше, чем аргона, имеющегося в атмосфере.)

Но ведь даже и 1/15 вырабатываемого на Луне аргона хватило бы, чтобы на ней сейчас существовала атмосфера плотностью 3 процента от земной, а этого мы не наблюдаем.

Действительно, есть и еще одна причина. Гравитационное поле Луны в шесть раз меньше, чем Земли. У него просто не хватает сил удержать вырабатываемый аргон. Луна теряет свой аргон почти с той же скоростью, с какой он просачивается наружу сквозь поры лунного грунта.

Почти с той же, но не совсем! На то, чтобы улетучиться с Луны, аргону требуется некоторое время, так что вблизи лунной поверхности всегда существует некоторое небольшое количество аргона.

На самом деле, наблюдая за радиоволнами, испускаемыми различными небесными телами, астрономы давно обратили внимание на свойства волн, которые по пути к Земле задевали Луну. Эти волны приходили в слегка искаженном виде, и было подсчитано, что причиной таких искажений может быть лунная атмосфера, состоящая из заряженных частиц и имеющая плотность в десять триллионов раз меньше, чем земная атмосфера.

Немного — но хоть что-то!

Глава 15
ЧЕЛОВЕК И СОЛНЦЕ

Древние люди обожествляли Солнце. Эхнатон, фараон Египта с 1375 по 1358 год до н. э., поклонялся Солнцу и написал ему хвалебный гимн, сохранившийся по сей день. Пятнадцать веков спустя, когда в Римской империи набирало силу христианство, его главным конкурентом был митраизм — культ Солнца.

И действительно, если уж какой-то неодушевленный предмет и заслуживает поклонения — то это Солнце! Благодаря ему на Земле происходит смена дня и ночи, послужившая первобытному человеку для получения представления о времени. Именно Солнце несет нам тепло и жизнь, и каждый рассвет люди встречали с радостью, поскольку свет снова и снова приносил им избавление от ужасов ночи. Если свет Солнца бледнел и тускнел, как, например, зимой, то вокруг сгущались лед и смерть. Неудивительно, что если солнечный диск вдруг что-то закрывало прямо посреди ясного дня, то всех, кто это видел, охватывала паника.

Современная наука с еще большей ясностью показала, насколько мы зависим от Солнца. Если не считать вулканического тепла и ядерных реакций, все используемые нами источники энергии восходят в конечном итоге к Солнцу. Океаны сохраняют жидкое состояние только благодаря солнечному теплу, а выпариваемая этим теплом вода возвращается к нам животворным дождем. Нагревание атмосферы обеспечивает нам ветер и перемену погоды.

Солнечные лучи предоставляют энергию, необходимую зеленым растениям для того, чтобы производить крахмал из углекислого газа и свободный кислород — из воды. Получается, что и пища, которую мы едим, и кислород, которым мы дышим, — это все дары Солнца.

Что же представляет собой это Солнце, которому мы стольким обязаны? Мы видим перед собой шар света, шар чистого и совершенного света, невесомый и божественный — именно таким и считали Солнце древние. Один древнегреческий астроном в свое время с помощью геометрических выкладок показал, что Солнце должно быть больше самой Земли, а значит, Земля вращается вокруг Солнца, но такую очевидную чушь в то время даже слушать никто не стал.

Однако восемнадцать столетий спустя появился польский астроном Николай Коперник, и в 1543 году он опубликовал подробную теоретическую схему вращения Земли вокруг Солнца. После ста лет споров его точка зрения наконец восторжествовала. В 1610 году итальянский ученый Галилей поспособствовал такой смене понятий, указав, что на Солнце есть черные пятна, а значит, оно не так уж совершенно и является материальным телом, а не божественной субстанцией.

Позже, в 1683 году, английский ученый Исаак Ньютон разработал теорию всемирного тяготения, и человечество узнало, чем еще обязано Солнцу. Огромное солнечное тело охватило своим гравитационным полем миллиарды километров пространства вокруг себя, и именно благодаря силе этого поля Земля ровно кружится вокруг Солнца, не приближаясь к нему слишком близко и не удаляясь слишком далеко. Солнце держит Землю бережно и заботливо, как мать — младенца на руках.

По представлениям современной науки, Солнце — это материальный шар 1 390 473 километров в диаметре, совершающий оборот вокруг своей оси за двадцать пять дней. По сравнению с ним Земля — как горошина рядом с баскетбольным мячом. Если бы Солнце было полым, в него уместилось бы миллион с четвертью планет размера Земли, и еще место бы осталось. Правда, плотность материи на Земле несколько больше, чем на Солнце, так что для того, чтобы набрать материала на новое Солнце, потребовалось бы всего 333 000 таких планет, как Земля.

Самые мелкие части Солнца, которые мы можем разглядеть, на самом деле чудовищно огромны. Материя его верхних слоев, нагретая до температуры в 5000 °С, находится в постоянном движении, одни ее части поднимаются наверх, другие — опускаются вниз, создавая впечатление рисовой каши. Но каждое рисовое зернышко в ней имеет диаметр в тысячи километров.

На поверхности Солнца образуются гигантские завихрения с сильными магнитными свойствами. Энергия на создание этого магнетизма и прочих сильных помех берется из температуры самого Солнца. Поэтому вихри остывают до 4000 °С. По обычным меркам, это, конечно, горячо, но по сравнению с окружающей солнечной поверхностью они так холодны, что снаружи кажутся на общем фоне черными пятнами. Именно эти солнечные пятна и заметил в свое время Галилей.

Эти солнечные пятна, завихрения на Солнце, имеют тысячи километров в диаметре. Диаметр одного из них, измеренный в 1947 году, оказался равен 84 000 километров. Такую гигантскую воронку не смогли бы остановить и три дюжины планет, равных Земле.

Появление солнечных пятен — явление циклическое. Их количество год от года растет, пока не достигнет пика, во время которого лик Солнца испещрен оспинами. Затем интенсивность солнечных пятен идет на спад. Полный цикл занимает одиннадцать лет.

В период наибольшего количества солнечных пятен наиболее высока и активность Солнца по выбросу материи на тысячи километров в пространство против собственной силы гравитации. Эти вылетающие сгустки красного пламени называются «протуберанцами». Невооруженным глазом их не заметить, но с помощью современных инструментов, позволяющих «отключить» сияние самого солнечного диска, можно увидеть те из них, что отлетают в направлении перпендикулярном плоскости наблюдения.

Иногда сияние солнечного диска отключается для наблюдателя и естественным образом. Речь идет о солнечных затмениях. Они случаются, когда Луна проходит ровно между Солнцем и Землей. По странному совпадению крошечная Луна находится от нас ровно на таком расстоянии, чтобы ее видимый размер в точности совпадал с видимым размером огромного Солнца. Поэтому, когда Луна проходит между Землей и Солнцем, совпадение получается почти идеальным.

Когда это случается (что, к сожалению для астрономов, бывает нечасто), само раскаленное добела Солнце заслоняется от нас, а чуть светящаяся внешняя атмосфера Солнца становится похожей на жемчужно-белый туман. Это — солнечная корона, окружающая солнечный диск, очень горячий, но очень разреженный газ. Лишь в последние двадцать лет наблюдения с космических аппаратов предоставили сведения о том, насколько она на самом деле горяча — больше миллиона градусов по Цельсию. Этого достаточно, чтобы, помимо обычного света, солнечная корона излучала и в диапазоне рентгеновских лучей. Однако вещество солнечной короны очень разрежено в пространстве, и поэтому, несмотря на высокую температуру, в целом содержание тепла в ней невелико.

Астрономы полагают, что в самом начале развития Солнечной системы материя, из которой она состоит, представляла собой разреженное облако пыли и газа, медленно кружащееся и сокращающееся под действием собственных гравитационных сил.

По мере того как материя сжималась к центру, температура центра все возрастала. Это неизбежное явление. Даже сжатие воздуха в ручном насосе приводит к нагреву этого воздуха; а температура в центре Земли, сжатом со всех сторон тысячами тонн металла и камня, достигает нескольких тысяч градусов.

Таким же образом материя Солнца, обладающего гораздо большей массой, чем Земля, своим давлением привела к нагреву собственного центра до невероятных высот.

Чем выше температура, тем энергичнее движутся атомы, и, наконец, система доходит до такого состояния, когда столкновения атомов становятся столь яростными, что электроны начинают соскакивать с внешних оболочек и атомное ядро остается «голым». На этом этапе материя обрушивается сама в себя — так и Солнце превратилось в тот шар, который мы видим сегодня.

Почти всю материю Солнца в самом начале составлял водород, а ядро атома водорода — это одна невероятно крошечная частица, именуемая «протон». По мере того как температура продолжала расти, эти протоны, уже лишенные электронов, сталкивались между собой все сильнее и сильнее, до тех пор пока при столкновениях не стали образовываться новые, более сложные ядра, состоящие уже из четырех частиц, — ядра гелия.

При слиянии атомов водорода с образованием гелия высвобождается огромное количество энергии. Именно этот процесс происходит при взрыве водородной бомбы. Короче говоря, в Солнце произошел ядерный взрыв, и оно превратилось в гигантскую водородную бомбу, благодаря свету и теплу которой мы живем. В отличие от маленьких водородных бомб, изготавливаемых человеком, Солнце не взорвалось сразу и навсегда, отойдя в небытие, поскольку его огромная сила притяжения удерживает солнечное вещество на месте.

Опасная радиация этой мощнейшей водородной бомбы нам тоже не страшна. Подавляющая часть опасного излучения даже не выходит за пределы Солнца. В его центре, где собственно и происходит процесс слияния водорода, температура составляет около 14 миллионов градусов по Цельсию, но весь этот жар не может попасть наружу иначе, кроме как медленно просачиваясь сквозь тысячи километров солнечного вещества. Поверхность Солнца по сравнению с этим ядром можно назвать лишь теплой, а та небольшая часть опасного излучения, которая все же пробирается наружу, в основном поглощается атмосферой Земли, не достигая поверхности планеты.

Прошло, наверное, пять или шесть миллиардов лет с того момента, как в сжимающемся центре Солнца вспыхнуло ядерное пламя, но за все это время в гелий успела превратиться лишь небольшая часть его обширнейших водородных запасов. Даже сегодня значительно больше половины солнечного вещества составляет водород, и ядерного топлива в Солнце еще достаточно, чтобы оно продолжало гореть, как сейчас, еще как минимум десять миллиардов лет.

От Солнца до Земли долетает гораздо больше, чем полагали до последнего времени. Не вся материя протуберанцев, отрывающихся от солнечной поверхности, возвращается обратно. Часть ее, подобно мельчайшим морским брызгам, уносимым ветром в глубь материка, покидает Солнце насовсем и в виде тончайших пучков улетает в пространство.

Именно из этой материи, представленной электрически заряженными протонами и электронами, состоит солнечная корона, уходящая все дальше и дальше от Солнца до тех пор, пока совсем не теряется в бесконечности пространства, постоянно пополняясь новой солнечной материей. Эту разреженную материю, вечно стремящуюся прочь от Солнца, называют «солнечным ветром», и он ощутим даже на том расстоянии, на котором находится Земля, — 150 000 000 километров.

Здесь, в окрестностях Земли, солнечная материя разрежена до предела, но все же плотность ее достаточна, чтобы окружающее нас пространство отличалось от чистого вакуума. Иными словами, можно сказать, что орбита Земли лежит внутри солнечной короны.

Заряженные частицы солнечной материи притягиваются магнитным полем Земли, дуги которого тянутся от одного полюса к другому, достигая наибольшей высоты в районе экватора.

Солнечные электроны и протоны собираются в магнитном поле Земли, следуя его изгибам и образуя вокруг планеты оболочку, по форме напоминающую пончик. Это так называемые «пояса Ван Аллена», названные в честь американского физика Джеймса Ван Аллена, открывшего их в 1958 году.

Возле магнитных полюсов заряженные частицы прижимаются вплотную к верхним слоям атмосферы Земли, где именно они обеспечивают красоты полярного сияния.

Солнечный ветер — явление непостоянное. Иногда, повинуясь неким непредсказуемым причинам, его сила возрастает. Чаще всего это совпадает с пиками солнечной активности, а непосредственно усиление солнечного ветра связывают со вспышками на Солнце. Бывает так, что пространство вокруг некоего солнечного пятна на час или около того вспыхивает особенно ярко, и из этой вспышки в пространство испускается сильнейший сноп частиц.

Если этот сноп оказывается направленным к Земле, то в тот же день облако частиц окажется в верхних слоях нашей атмосферы. Северное сияние станет ярче обычного, а в сводках погоды напишут о магнитных бурях.

Эти бури могут оказывать сильное воздействие на современную технику. Радиосообщение, к примеру, основано на том, что в верхних слоях атмосферы имеется область, содержащая электрически заряженные фрагменты атомов, называемые «ионами» (поэтому и вся область получила название «ионосфера»). Эти ионы обладают способностью отражать радиоволны. Однако, когда ионосферу наводняют заряженные частицы извне, отражение радиоволн начинает происходить с ошибками. Радиопереговоры тонут в помехах, которые могут сохраняться по тридцать часов.

Солнечный ветер оказывает на земные дела и более повседневное воздействие, причем крайне важное. Речь идет о дожде. Как нам сейчас известно, для того, чтобы пролился дождь, мало наличия влажности в воздухе, мало даже наличия облаков. Должны каким-то образом образоваться дождевые капли, а это не всегда происходит легко. Они образовываются, как правило, вокруг какой-нибудь подходящей пылинки, имеющей необходимые размер, форму и химические свойства. Современные технологии «разгона туч» основаны именно на обработке дождевых облаков соответствующими химическими веществами.

Ионы также представляют собой естественное ядро для дождевых капель, и вполне возможно, что при прочих равных вероятность дождя зависит от того, насколько верхние слои атмосферы богаты ионами. В целом ионов всегда больше в годы повышенной солнечной активности и сильного солнечного ветра. Поэтому в эти годы и дождей выпадает больше.

Так, по результатам измерений, уровень воды в озере Эри в годы наибольшей солнечной активности поднимается выше всего. Также, изучая годовые кольца деревьев, росших на юго-западе Соединенных Штатов, ученые установили, что наиболее толстые кольца, соответствующие годам с наибольшим количеством дождей, повторяются через одиннадцать лет, как и периоды солнечной активности.

Если же мы задумаемся о том, как сильно влияют на все живое колебания в выпадении дождей, то на солнечную активность можно списать вообще все, что угодно. Периодическая нехватка дождей может приводить к засухе и голоду, а следовательно — к периодам политической смуты и военной активности. Неудивительно, что многие пытались построить циклы войн и депрессий, основываясь на циклах солнечной активности. Однако солнечная активность оказывается достаточно иррегулярной, а человеческое поведение — достаточно сложным, чтобы до сих пор сводить все подобные попытки на нет.

Наступает век космических путешествий, и свойства Солнца приобретают особую важность для космонавтов. Атмосфера Земли поглощает большую часть опасной радиации, но стоит выйти за ее пределы — и угроза облучения встает во весь рост. В непосредственной близости от Земли космонавты еще могут полагаться на защиту стен своей космической станции (и, что еще важнее, земного магнитного поля), но чем дальше от Земли — тем грознее опасность.

По пути к Луне космонавт будет нуждаться в защите от интенсивной радиации поясов Ван Аллена. Хотя, возможно, ему удастся проскочить через полярные проходы в поясах.

Дальше в открытом космосе космонавт не сможет чувствовать себя в безопасности, даже если уровень радиации вокруг него будет находиться на допустимом уровне. В любой момент внезапная вспышка на поверхности Солнца может выплеснуть в его направлении сноп опасных частиц, который не удастся отразить. Некоторые из зафиксированных вспышек оказывались настолько яростными, что приводили к выплеску самого энергетически насыщенного излучения из известных — космических лучей.

На самой Луне, где нет заслуживающей упоминания атмосферы (см. главу 14), исследователи могут столкнуться с тем, что одной из самых главных подстерегающих их опасностей станет непредсказуемое поведение солнечного ветра, случайным образом разражающегося смертоносными вспышками.

Ясно, что о Солнце необходимо знать как можно больше. В этом может помочь недавно открытая странная небольшая частица, именуемая «нейтрино». Эти частицы высвобождаются при проходящих в центре Солнца реакциях слияния водорода наравне с обычным излучением.

Обычному излучению требуется столько времени, чтобы достичь поверхности Солнца, и оно подвергается при этом стольким изменениям, что в итоге по нему можно судить только о солнечной поверхности, но никак не о его ядре — разве что делая некие косвенные выводы.

А вот нейтрино настолько малы и имеют так мало отношения к обычной материи, что они вырываются из центра Солнца со скоростью света, и солнечное вещество не оказывает при этом на них никакого влияния. До Земли они добираются через восемь минут после своего возникновения, прямо из центра Солнца.

Сейчас ученые занимаются разработкой нейтринных телескопов, которые могут представлять собой, например, контейнеры с определенными химическими веществами, способными остановить хотя бы несколько нейтрино солнечного происхождения. Из того, сколько именно частиц удастся остановить, и из прочей информации, которую удастся из них извлечь, можно будет установить температуру и другие факторы солнечного центра гораздо точнее, чем мы это делаем сейчас.

Узнав природу самого центра Солнца, мы разгадаем многое из того, что сейчас кажется загадочным и таинственным. Пятна на Солнце, протуберанцы, вспышки, солнечный ветер — все это можно будет расписать по пунктам и, возможно, составить прогнозы. С обретением этого нового знания можно будет в безопасности преодолевать обширные космические пространства, так же как обретение компаса позволило европейским мореходам безошибочно преодолевать бурные и опасные морские просторы.

Глава 16
ИМЕНА ЗВЕЗД

Известна байка про некое наивное юное дарование, которое, забредя на лекцию по популярной астрономии, впоследствии удивлялось: «Я понимаю, как астрономы высчитывают расстояние до звезд, температуру их поверхностей… Но вот как они узнают имена звезд?»

На самом деле настоящие имена есть у очень немногих звезд. Большинство же из них известно лишь по упоминаниям в каталогах, и вместо имен у них длинная строка цифр.

Даже среди звезд, достаточно ярких для того, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом, многие имеют вместо названия лишь букву греческого алфавита, которую называют перед именем созвездия, к которому эти звезды принадлежат. Например, ближайшая к нам звезда, альфа Центавра, называется так потому, что является самой яркой звездой в созвездии Центавр (Кентавр), и поэтому помечается первой буквой греческого алфавита — альфой. «Альфа Центавра» означает «первая в Центавре». Существуют также бета Центавра, гамма Центавра и т. д.

Однако около 250 звезд все же имеют собственные имена, из которых широкой публике известно, наверное, не более дюжины. Последнее достойно сожаления, поскольку есть что-то очень приятное в том, чтобы называть одну звезду Рукба, а другую — Бенетнаш. Это настоящие имена настоящих звезд.

Даже наши старые знакомые, те несколько звезд, имена которых вспоминаются так часто, что их слышали даже люди далекие от астрономии, будут восприниматься более живыми, если мы разберемся в том, что же значат их имена на самом деле.

Самая яркая звезда на небосводе, чье имя нам наиболее знакомо, — Сириус. Она принадлежит к созвездию Большой Пес, поэтому и саму звезду иногда называют Псовой звездой. Из-за того, что эта звезда так ярка, древние считали, что, когда посреди лета ее бывает видно на небе днем вместе с Солнцем, она вносит свой вклад в летнюю жару; и в самом имени эта вера отражена, ведь слово «Сириус» происходит от греческого seirios — «ярко горящий».

Как оказалось, Сириус, самая яркая звезда созвездия Большой Пес, — звезда двойная. Ее звезда-напарник очень мала, диаметром всего в два раза больше нашей Земли. Поэтому ее нередко неуважительно называют Щенком.

Яркая звезда, расположенная к западу от Сириуса, принадлежит уже к созвездию Малый Пес. Находясь западнее Сириуса, она, естественно, и восходит, и заходит чуть раньше, чем он. Поэтому такой звезде было дано название Процион, от греческих слов, означающих «перед псом».

Неподалеку от двух «медвежьих» созвездий, Большой и Малой Медведиц, находится созвездие Волопас. Древние изображали его в виде человека с двумя собаками на привязи. Собак в данном случае представляли звезды в небольшом созвездии между Волопасом и Большой Медведицей — созвездии Гончие Псы. Волопас с собаками явно представляли собой защиту всего остального небосвода от свирепых медведей. Следовательно, самая яркая звезда созвездия Волопас получила имя Арктур, от греческих слов, означающих «страж медведя».

Древние очень серьезно относились к тем образам, которые рисовало их воображение. Так, например, созвездие Возничий они изображали как старика с уздечкой в одной руке и козой с козлятами в другой. Поэтому звезды с одного из боков созвездия называли «Козлятами», а самая яркая из них получила название Капелла, что по-латыни означает «Козочка».

Или взять созвездие Дева. Его изображали в виде молодой женщины со снопом колосьев пшеницы в руках. Предположительно, причиной тому тот факт, что Солнце входит в созвездие Дева в начале осени, когда пшеница созревает и начинается сбор урожая. Поэтому звезда, находящаяся в этих колосьях, называется Спика, что по-латыни означает «колос».

Иногда имена звезд не так сильно привязаны к образам созвездий. В созвездии Близнецы есть две близко расположенных звезды, видимо и вдохновившие древних на объединение звезд в созвездия. Римляне дали им имена самых известных близнецов из своей мифологии — Кастора и Поллукса.

Регул — это самая яркая звезда созвездия Лев. В переводе с латыни ее название означает «малый царь», что, видимо, должно символизировать ее положение главного украшения царя зверей. Еще более символично название звезды Антарес, что означает «соперник Ареса». Арес — это бог войны пантеона древних греков, которого римляне впоследствии назвали Марсом. Антарес — это красная звезда, цветом соперничающая с Марсом.

Но самое символичное и описательное название носит все же Полярная звезда, обозначающая Северный полюс, благодаря чему ее еще иногда называют Северной звездой.

Но некоторые звезды носят и совершенно не подходящие им имена. Так, созвездие Орион («Охотник») изображают в виде великана, поднявшего левую руку, чтобы прикрыться от бросающегося на него Тельца, а правой держащего наготове для удара дубину. На его левом плече находится звезда под названием Воительница; я не уверен, что самому Ориону понравилась бы идея женщины-воина.

Однако подавляющее большинство названий звезд имеют не греческое и не латинское, а арабское происхождение. Именно поэтому так много названий начинается со слога «ал» — арабского артикля.

Возьмем, к примеру, семь звезд ковша Большой Медведицы. Их видел каждый; это созвездие способен показать любой житель Северного полушария, даже ничего больше не знающий о звездах. А как они называются?

Вот каковы их названия, начиная с конца ручки ковша и заканчивая теми двумя звездами, что указывают нам на Полярную: Алкаид, Мицар, Алиот, Мегрец, Фекда, Мерак и Дубхе.

Название первой звезды из списка, Алкаид, звучит так, как будто его придумали для противокислотного средства, но на самом деле оно имеет арабское происхождение (как и все остальные) и означает «вождь», поскольку именно она ведет все семь звезд по небу.

Название второй звезды, Мицар, означает «пелена». Это надо объяснить. Рядом с Мицаром расположена значительно более слабая звезда. Саму по себе ее можно было бы разглядеть без труда, но присутствие рядом более яркой затмевает ее, как бы набрасывая пелену. Чтобы разглядеть вторую звезду, требуется достаточно хорошее зрение, и на протяжении многих веков с помощью этой двойной звезды проводили медицинские тесты на зрение. Вторая звезда, о которой идет речь, — Алькор, что в переводе с арабского означает «слабый».

Название третьей звезды Большого Ковша — Алиот, на арабском языке означает «толстый овечий хвост». Если это сбивает с толку, то вспомните о том, как греки изображали Ковш — в виде медведицы, таким образом, что четыре звезды самого ковша составляли заднюю половину медведицы, а три звезды ручки — ее хвост. Мы-то с вами знаем, что у медведей нет заслуживающего упоминания хвоста, и древние греки тоже наверняка это знали. Так что картинки они наверняка перерисовали у вавилонян и назвали получившихся животных медведями, несмотря на хвосты. Арабов наличие у медведей хвостов тоже поразило, а поскольку слов для обозначения медвежьих хвостов у них в языке не нашлось, то вместо этого они назвали звезду «овечьим хвостом».

Четвертая звезда, с которой начинается сам ковш, называется Мегрец, что означает «корень», скорее всего, потому, что она является корнем хвоста.

Значение слова «Фекда» я установить не смог, а что до двух последних звезд — то Мерак (название дальней от Полярной звезды) означает «зад», явно подразумевается зад медведя, а Дубхе переводится просто как «медведь».

Четыре звезды созвездия Пегас (Пегас — это знаменитая крылатая лошадь) тоже носят арабские названия — Альферац, Альгениб, Маркаб и Шеат. Альферац, расположенный с краю лошади, означает «кобыла»; находящийся чуть выше Альгениб — «бок», Маркаб — «седло». Слово «Шеат» — название четвертой звезды, расположенной чуть выше передней ноги Пегаса, — имеет не столь ясное происхождение. Возможно, оно происходит от слова «богатство», но при чем здесь богатство, совершенно непонятно.

Да и многие из более знакомых звездных имен имеют тоже арабское происхождение. Вторая по яркости звезда в созвездии Орион, расположенная в левой ноге нарисованного охотника, называется Ригель, от арабского слова, означающего «нога». А самая яркая звезда созвездия, Бетельгейзе, имеет в качестве названия искаженную арабскую фразу, означавшую изначально «рука Ориона».

Многие звезды носят имена, буквально следующие из изображений созвездий, к которым принадлежат. Альтаир — самая яркая звезда в созвездии Орел, по-арабски означает «птица». Созвездие Рыбы изображают в виде двух рыбок, соединенных длинным шнуром. Посреди шнура находится самая яркая звезда в созвездии, и арабские астрономы дали ей имя Альриша, что означает «шнур».

Самая яркая звезда созвездия Лебедь носит имя Денеб. На рисунке она оказывается расположенной в хвосте птицы, и название ее происходит от арабского слова, означающего «хвост». Арабы были величайшими астрономами Средневековья, поэтому так много звездных имен напоминают нам о них. И слово «хвост» имело большую популярность в качестве звездного имени, так что на небосводе у нас теперь есть несколько Денебов. Арабы различали их между собой путем прибавления второго слова, по названию созвездия. Так, например, название звезды Денеб Альджеди из созвездия Козерог означает «козий хвост», а Денеб Кантос из созвездия Кит — «китовый хвост». В созвездии Лев вторая по яркости звезда носит имя Денебола, где окончание «-ола» — это все, что осталось от арабского «львиный».

Однако, чтобы не создать впечатления, что арабов интересовала только задняя часть живых существ, приведу противоположный пример: самая яркая звезда созвездия Южная Рыба называется Фомальгаут, что означает «рыбий рот». Точно так же и самая яркая звезда созвездия Змееносец, которое изображается, естественно, в виде человека, держащего змею, называется Рас-Альхаге, что означает «голова заклинателя змей».

Альдебаран, самая яркая звезда в созвездии Телец, служит чем-то вроде Проциона, только наоборот: Альдебаран расположен чуть восточнее широко известной группы звезд — Плеяд, а значит, и восходит и заходит вслед за ними. Поэтому звезда получила имя, означающее по-арабски «последователь».

Наверное, самое красочное имя арабы дали второй по яркости звезде в созвездии Персей. Эта звезда — одна из немногих на небосводе, которая постоянно заметно меняет яркость. Для древних этот факт представлял собой полную загадку, поскольку они считали, что звезды совершенны и неизменны. Видимо, именно этой звезде созвездие обязано своим образом. Его изображали в виде Персея с отрубленной головой Медузы в руке. Как известно, Медуза была столь страшна и ужасна, что от одного взгляда на нее люди превращались в камень.

Звезда, о которой идет речь, расположена прямо на лбу Медузы, и арабы дали ей название Алголь, что означает «дьявол». Поэтому Алголь известен также как «звезда дьявола».

Все вышёперечисленное дает лишь малое представление о богатстве небес. Я не упомянул и малой толики от двухсот с лишним звездных имен.

Глава 17
ЛИНЕЙКА ДЛЯ КОСМОСА

Удобства ради люди используют для разных целей разные единицы измерения. Длину комнаты измеряют в метрах, автотрек — в километрах.

В основном это делается во избежание использования слишком большого количества цифр. Было бы странно описывать комнату 0,038 километра в длину вместо 38 метров, или расстояние от Бостона до Нью-Йорка как 365 800 метров вместо 366 километров.

Однако ни одна из привычных нам единиц измерения, придуманных для использования на земной поверхности, не является удобной для астрономического применения. Самая длинная единица измерения на Земле — это километр. В некоторых странах используется чуть более длинная миля, равняющаяся 1,61 километра, но для астрономических целей и то и другое чрезмерно мало.

Ближайшее к нам более-менее крупное небесное тело — это Луна; ближайшее после Луны — Венера. Но расстояние от Земли до Луны, если его выразить в привычных нам единицах, составит 380 000 километров, а Венера никогда не подходит к нам ближе чем на 40 000 000 километров.

Во избежание использования в расчетах всех этих миллионов, миллиардов и еще больших чисел астрономы долгое время пользовались более крупными единицами измерения, не так хорошо знакомыми простым смертным. Но теперь, с наступлением космической эры, и нам все чаще приходится слышать об этих единицах. Пора учиться понимать астрономические расстояния.

К примеру, за один из эталонов космических расстояний астрономы приняли расстояние от Земли до Солнца. Оно, конечно, колеблется на несколько миллионов километров, в зависимости от нахождения Земли на той или иной точке своей эллиптической орбиты в конкретный момент, но в среднем все же составляет 150 000 000 километров.

Этот эталон так и назвали, «астрономической единицей» (часто сокращают до а. е.). Так что можно сказать, что среднее расстояние от Земли до Солнца — 1 астрономическая единица. Так можно измерять и другие расстояния в астрономических единицах и работать с более удобными и легко объяснимыми терминами.

К примеру, среднее расстояние от Земли до Луны — 0,00255 а. е., до Венеры — 0,27 а. е. Из этих цифр сразу становится ясно, что расстояние от Земли до Луны в четыреста раз меньше, чем до Солнца, а до Венеры — в четыре раза меньше.

В таблице 1 приведены значения расстояния от различных планет до Солнца в милях, километрах и астрономических единицах. Значения в астрономических единицах не только легче считать, писать и произносить; они еще и сразу наглядно показывают отношения между расстояниями до различных планет, что не так хорошо видно из километровых значений.

Так, если вам укажут, что Нептун находится в 4 500 000 000 километрах от Солнца, то это лишь сбивающие с толку цифры. Если же будет сказано, что это расстояние — 30,07 а. е., то сразу станет ясно, что Нептун расположен в тридцать раз дальше от Солнца, чем Земля.

Из значений, выраженных в астрономических единицах, можно с первого взгляда понять, что Сатурн находится почти в два раза дальше от Солнца, чем Юпитер, а Плутон (в среднем) вдвое дальше, чем Уран. В принципе значения, выраженные в километрах и милях, тоже содержат в себе эту информацию, но длинные цепочки цифр делают ее извлечение несколько более сложным делом.

Но самая важная измерительная единица астрономов основана на скорости света.

За одну секунду свет (как и любое другое электромагнитное излучение) проходит 300 000 километров. Для этой достаточно круглой цифры было придумано укороченное название — «световая секунда». Тогда можно сказать, что расстояние от Земли до Луны — 1,27 световой секунды, а Венера приближается к нам самое меньшее на 135 световых секунд.

Эти цифры несут и практический смысл. При ведении радиопереговоров с будущей станцией на Луне придется учитывать, что наш сигнал будет добираться до них 1,27 секунды. А отраженный от Венеры сигнал радара вернется к нам только через 270 секунд. Измерение пространства в таких единицах будет единственно естественным для вычислений, связанных с радиопереговорами.

Световыми секундами можно измерить и всю Солнечную систему, но это будет менее удобно, чем использовать для ее измерения астрономические единицы. Одна астрономическая единица равна примерно 500 световым секундам. Следовательно, расстояние от Нептуна до Солнца, равное около 30 а. е., будет выглядеть как 15 000 световых секунд. Последняя цифра выглядит громоздко и неудобно.

Но скорость света не обязательно привязывать именно к секундам. Можно взять за единицу расстояние, проходимое излучением за минуту или за час, и получить световую минуту или световой час. Естественно, одна световая минута будет равна 60 световым секундам, а один световой час — 60 световым минутам, или 3600 световым секундам.

В таблице 2 снова приведены примерные расстояния от планет до Солнца, на этот раз — в световых секундах и световых часах. Как видите, световая минута может быть вполне удобным инструментом измерения межпланетных расстояний, вплоть до орбиты Юпитера, а для планет, находящихся далее, удобнее использовать световые часы.

Диаметр нашей Солнечной системы, точнее, орбиты самой дальней ее планеты Нептуна — около 11 световых часов, то есть почти половина «светового дня». За ее пределами, кроме нематериальных призраков, которые мы зовем кометами, да блуждающих метеоров, нет ничего — пока мы не подберемся к ближайшим звездам.

Теперь давайте себе представим графическое изображение нашей планетной семьи. Свет, пролетающий от Земли к Луне за примерно 1,75 секунды, а от Солнца до нас добирающийся примерно за восемь минут, вынужден лететь на всех парах целых одиннадцать часов, чтобы пересечь из конца в конец обширную орбиту Плутона.

А ведь вся Солнечная система не более чем песчинка в бесконечности космического пространства, и телескопы позволяют астрономам исследовать гораздо более отдаленные миры. К счастью, скорость света позволяет им менять единицы измерения на все более и более длинные. Но если вы подумали о световых неделях и световых месяцах, то вы ошиблись.

Дело в том, что, выйдя за орбиту Плутона, световые волны могут лететь и недели и месяцы в одном и том же направлении, не встречая на своем пути ничего материального.

Нам не известно ни одного объекта, расстояние которого от нашего Солнца было бы удобно обозначать в световых неделях или световых месяцах.

Для того чтобы говорить о расстоянии до ближайшей звезды, надо будет перейти уже к такой единице, как световой год. Это довольно большое расстояние — 8 450 000 000 000 километров, или 5 890 000 000 000 миль. Грубо говоря, световой год — это почти 10 триллионов километров.

Но, как бы ни была велика эта цифра, нам не известно ни одного небесного тела вне нашей Солнечной системы, которое находилось бы столь близко. Ближайшая к нам звезда, альфа Центавра, находится от нас на расстоянии 4,3 светового года.

Есть еще одна единица измерения, тоже полезная, когда речь идет о расстояниях между звездами. Ее основой служит уже не скорость света, а сдвиг положения более близко расположенной звезды по отношению к более отдаленным звездам. Причиной этого сдвига служит перемещение Земли из некоей точки орбиты в противоположную за шесть месяцев. Половина этого очевидного сдвига называется «звездным параллаксом».

Грубую аналогию с параллаксом можно провести, если поднять палец сантиметрах в пятнадцати от носа и посмотреть мимо него на некий удаленный предмет сначала только одним глазом, а затем, не меняя положения самого пальца, только другим. Вы увидите, что палец изменил свое положение относительно удаленного предмета — поскольку вы изменили точку зрения.

Чем дальше предмет, на который вы смотрите, тем меньше параллакс. Вытяните руку вперед — и сразу станет заметно, насколько меньше стал сдвиг пальца относительно фона при взгляде то одним, то другим глазом попеременно. Поэтому из значения параллакса некоего небесного тела можно высчитать и расстояние до него. Именно этот метод использовался при оценке расстояния до ближайших звезд более ста лет назад, но задача оказалась непростой, поскольку параллакс даже ближайших к нам звезд крайне мал.

Представьте себе параллакс в одну угловую секунду (то есть в 1/60 угловой минуты, которая, в свою очередь, представляет собой 1/60 градуса окружности, состоящей из 360 градусов). Одна угловая секунда — это примерно столько, сколько занимает одноцентовая монета на расстоянии в 4 километра, то есть чрезвычайно мало. Так вот, было решено, что звезда, имеющая такой параллакс, находится от нас на расстоянии одного парсека. Слово «парсек» составлено из первых слогов двух слов словосочетания «параллакс секунды».

Но даже такой крошечный параллакс — это очень много. За пределами Солнечной системы не известно ни одного объекта, который находился бы от нас на расстоянии всего одного парсека. Следовательно, параллакс ни одной звезды не достигает целой угловой секунды. Параллакс ближайшей к нам звезды, альфы Центавра, — 0,76 угловой секунды.

Как выяснилось, один парсек равен 3,26 светового года. Таким образом, удаленная от нас на 4,3 светового года альфа Центавра находится на расстоянии 4,3/3,26, то есть 1,3 парсека.

В таблице 3 приводится расстояние до некоторых наиболее известных звезд, как в световых годах, так и в парсеках.

Можно было бы решить, что теперь-то уж у астрономов в наличии все необходимые им единицы измерения, но на самом деле все звезды, перечисленные в таблице 3, принадлежат к числу наших самых непосредственных соседей и находятся все в одном и том же витке спирали нашей Галактики. Весь Млечный Путь целиком — гораздо больше, чем тот его уголок, где находится горстка видимых невооруженным глазом звезд, в том числе и приведенных в таблице.

Ядро же нашей Галактики, в котором находится около 90 процентов всех ее звезд и которое мы не можем наблюдать даже в оптические телескопы, потому что его закрывают от нас облака пыли, находится на расстоянии не меньше 30 000 световых лет от нас. Полный диаметр нашей дисковидной Галактики — около 100 000 световых лет, а максимальная толщина этого диска (в центре) — около 30 000 световых лет. Как видите, все числа снова быстро обрастают нулями.

Можно справиться с этим путем дальнейшего введения теперь уже световых веков (по 100 световых лет в каждом) и световых тысячелетий (по 1000 световых лет, или по 10 световых веков). Тогда можно сказать, например, что Денеб находится от нас на расстоянии в 4 световых века и что размеры нашей Галактики — 100 световых тысячелетий на 30 световых тысячелетий.

На практике такие единицы используют редко. Для измерений очень больших расстояний астрономы предпочли парсеки. По принципу метрической системы, где есть километр, равный 1000 метров, и килограмм, равный 1000 граммов, астрономы ввели килопарсек, равный 1000 парсеков. Используя эту удобную единицу измерения, можно сказать, что размеры нашей Галактики — приблизительно 31 килопарсек на 9 килопарсеков.

Однако и сама наша Галактика — лишь точка на бескрайних просторах космоса, заполненного миллиардами других галактик. Нашими ближайшими соседями являются сравнительно небольшие галактики-спутники нашего Млечного Пути — Большое Магелланово Облако и Малое Магелланово Облако. Они отстоят от нас, соответственно, на 150 000 и 170 000 световых лет, или 47 и 53 килопарсека.

Ближайшая к нам крупная галактика — это туманность Андромеды, удаленная на 2 300 000 световых лет, или 700 килопарсеков. Другие галактики, в том числе знаменитое скопление галактик в созвездии Волосы Вероники и живописная галактика в созвездии Лебедь, про которую есть мнение, что это две галактики, находящиеся в процессе столкновения, находятся еще дальше. Применительно к столь удаленным галактикам даже килопарсек — слишком малая единица измерения.

Вместо него можно ввести мегапарсек, равный миллиону парсеков, или тысяче килопарсеков (или 3 260 000 световых лет). Используя этот термин, можно сказать, что до скопления галактик в созвездии Волосы Вероники — 25 мегапарсеков, а до сталкивающихся галактик в созвездии Лебедь — 80 мегапарсеков.

Дошли ли мы, наконец, до такой единицы измерения, которую увеличивать больше незачем? Не совсем. В 1963 году астрономы поняли, что во Вселенной существуют объекты, находящиеся гораздо дальше от нас, чем даже самые далекие из обычных галактик. Эти новые объекты, самые далекие из всего, что мы знаем, называются квазары (см. главу 19).

Самый далекий из обнаруженных на сегодняшний день квазаров называется 3С9, и считается, что он находится на расстоянии, возможно, 9 миллиардов световых лет. Это 2800 мегапарсеков.

Поэтому давайте сделаем еще один шаг и введем гигапарсек, равный миллиарду парсеков, или тысяче мегапарсеков. Тогда можно сказать, что расстояние до 3С9 — 2,8 гигапарсека.

На самом деле у астрономов есть основания полагать, что максимальное расстояние, в принципе доступное любым нашим инструментам, как бы совершенны они ни были, — 12,5 миллиарда световых лет. Если это так, то ширину всей теоретически доступной наблюдению Вселенной можно оценить в 25 миллиардов световых лет, или всего около 7,5 гигапарсека.

Так что этого точно хватит.

Глава 18
ПУТЕШЕСТВИЕ ВО ВРЕМЕНИ: ТОЛЬКО В ОДИН КОНЕЦ

В 1905 году Альберт Эйнштейн предложил абсолютно новый взгляд на Вселенную, казалось выходящий за всякие рамки здравого смысла. Его точка зрения выглядела действительно странно, из нее следовало, что предметы меняются по мере движения, теряя длину и приобретая массу. Получалось, что один человек способен увидеть, измерить и подтвердить под присягой факты, которых другой просто не может увидеть. Терялись все устои.

Единственным утешением обычному человеку оставалось соображение о том, что при обычных условиях все эти нововведения проявляются в настолько малых масштабах, что их можно попросту игнорировать.

Представим себе для начала некий воображаемый товарный поезд, длиной ровно в один километр (при стоянии на месте) и массой ровно в один миллион тонн. Вот он проезжает мимо нас со скоростью 60 миль в час, и если бы у нас имелись достаточно точные измерительные инструменты, то мы бы установили с их помощью, что поезд в данный момент стал короче на одну миллиардную сантиметра и тяжелее на одну десятитысячную грамма.

Однако, если бы точно такие же измерения произвел человек, находящийся в самом поезде, для него и длина и масса поезда остались бы теми же. Он установил бы, что поезд по-прежнему длиной в один километр и массой в миллион тонн. Более того, с точки зрения наблюдателя из поезда, это мы, те, кто находится снаружи, потеряли бы в длине и приобрели в массе.

Миллиардные доли граммов и сантиметров мало кого волнуют. Может показаться, что все эти сложности вокруг новых воззрений на Вселенную не стоят того, чтобы вокруг них огород городить.

Но не всегда происходящие изменения столь незначительны. Всего за несколько лет до того, как Эйнштейн выдвинул свою теорию, было обнаружено, что радиоактивные атомы испускают крошечные субатомные частицы, движущиеся со скоростями, значительно превышающими скорость нашего воображаемого поезда. Скорости субатомных частиц лежат в пределах от 16 000 до 300 000 километров в секунду. Вот их-то длина и масса претерпевают огромные изменения, которые можно и заметить, и измерить; более того, не заметить их просто нельзя! Поэтому с прежними представлениями о Вселенной, в которой и длина и масса были незыблемыми свойствами предмета, вне зависимости от движения или нахождения в покое, пришлось расстаться. Вместо них пришлось принять точку зрения Эйнштейна.

Естественно, если товарный поезд, или что угодно еще столь же материальное, разовьет скорость, при которой изменения его массы и длины станут заметны, гравитационное поле Земли больше не будет его удерживать. Действие перейдет в открытый космос — так давайте же перенесем туда наши воображаемые опыты.

Представим себя на космическом корабле А, длиной в 300 метров и массой в 1000 тонн. Мимо нас со скоростью 260 000 километров в секунду пролетает космический корабль В, точная копия нашего корабля А.

С помощью некоего хитрого оборудования мы измеряем его длину и массу, когда это происходит, и обнаруживаем, что теперь его длина всего 150 метров, зато масса — 2000 тонн, иными словами — он стал вдвое короче и вдвое тяжелее.

Мы тут же связываемся с кораблем В и передаем его экипажу эту информацию, но в ответ нас уверяют, что, согласно их собственным измерениям, корабль, в котором они находятся, ничуть не изменился, зато, измерив наш корабль А, они также обнаружили, что его длина стала всего 150 метров, а масса — 2000 тонн.

Тогда оба корабля останавливаются, сближаются борт о борт и обе команды производят уже неторопливые точные измерения — и оказывается, что теперь оба корабля вернулись к своим первоначальным массе и длине, оба длиной по 300 метров и весом по 1000 тонн.

Какое же из полученных значений верное? Правильный ответ — все. Ведь данные измерений, как мы помним, меняются по мере движения. С точки зрения экипажа корабля А, корабль В пролетал мимо них со скоростью 260 000 километров в секунду, а с точки зрения экипажа корабля В, — наоборот, это корабль А пролетал мимо в противоположном направлении. С точки зрения каждого из экипажей, именно другой корабль пребывал в движении с данной скоростью и, соответственно, обладал удвоенной массой и вдвое меньшей длиной. Когда же корабли оказались борт о борт, ни один из них более не находился в движении относительно другого, и результаты измерений вернулись к «нормальным» показателям.

Если вас все еще продолжает мучить вопрос о том, «так укорачивался все-таки корабль А или нет?», то необходимо понять одну простую вещь: производя измерения, вы не можете получить абсолютные данные о некоей «реальности». Вы можете лишь считать показания приборов, которые, в свою очередь, подвержены влиянию определенных условий.

Теория Эйнштейна касается не только длины и массы — она затрагивает также и время. Согласно этой теории, на движущемся объекте время замедляется. Маятник часов движется медленнее, часовая пружина разворачивается не спеша. Замедляется любое движение.

Но ведь именно периодическое движение позволяет нам измерять время — различного рода регулярные вибрации, пульсации, ритмичные удары. Если все это движение разом замедлится, то можно сказать, что замедлилось и само время.

Некоторым принять такое положение теории еще сложнее, чем положение об изменении длины и массы. В конце концов, нам известно, что длину и массу предметов можно при желании изменять: например, масса сосуда с водой уменьшается по мере испарения воды; а укоротить предмет можно, допустим, сплющив его молотком. Но само представление о том, что можно хоть как-то повлиять на ход времени, кажется противоестественным. Само собой разумеющимся представляется, что ход времени — это нечто вечное и неизменное, не подвластное ничему.

Однако предположение Эйнштейна об изменениях течения времени по мере движения уже получило экспериментальное подтверждение. Даже в отношении скоростей в несколько сантиметров в секунду открыт физический феномен, получивший название «эффект Мёссбауэра». С его помощью можно фиксировать крайне малые изменения в скорости течения времени — здесь снова речь идет о субатомных частицах, чьи огромные скорости позволяют получать достаточно большие изменения, доступные приборам.

Существует частица, именуемая «мю-мезон». Срок ее жизни — две микросекунды (микросекунда — это одна миллионная секунды). То есть, двигаясь со средней скоростью, она живет две микросекунды. Но иногда случается так, что мю-мезон образовывается космическими лучами в верхних слоях атмосферы и энергия создания бросает их вниз к поверхности Земли со скоростью более 290 000 километров в секунду.

Если бы, двигаясь с этой скоростью, мю-мезон по-прежнему продолжал существовать только две микросекунды, то ему хватило бы времени на преодоление только 520 метров. А поскольку формируются мю-мезоны за много километров от поверхности Земли, долететь до нас ему было бы невозможно.

Но они долетают. Самые быстрые мю-мезоны успевают пролететь до распада по пять километров. Это можно объяснить, если предположить, что время для него замедляется. По собственным меркам он живет, как и положено, две микросекунды, но для стороннего наблюдателя это какие-то очень медленные микросекунды, равные двум десяткам микросекунд земного времени.

Время жизни мю-мезонов изменяется в строгом соответствии с предсказаниями Эйнштейна, так что придется нам согласиться с тем, что время не является неизменным и незыблемым, а свойства его зависят от точки зрения наблюдателя.

Давайте теперь вновь вернемся к нашим космическим кораблям А и В. Вот опять корабль В пролетает мимо корабля А, и допустим, что на борту корабля А имеется прибор, позволяющий экипажу в течение часа (по часам корабля А) наблюдать за часами, находящимися на корабле В.

Часы на корабле В покажутся наблюдателям отстающими, поскольку корабль В находится в движении. Через час (по часам корабля А) часы на корабле В покажут, что прошло чуть меньше часа. Чем быстрее движется корабль В, тем медленнее на нем идет время и тем меньшее время отмерят на нем часы.

Существует формула для вычисления замедления времени в зависимости от скорости. Используя эту формулу, мы получим таблицу со следующими значениями:

Что же произойдет в том случае, если корабль В пролетит мимо корабля А со скоростью, превышающей 299 800 километров в секунду? Часы пойдут в обратном направлении?

Нет. Повернуть время вспять не получится, потому что 299 800 километров в секунду — это наивысшая возможная относительная скорость, какую только можно замерить. Это скорость света в вакууме, и, согласно теории Эйнштейна, материальные предметы не могут развивать скорость больше ее.

Нельзя забывать еще вот о чем. С точки зрения экипажа корабля А, корабль В пролетает мимо них вперед, но вот с точки зрения экипажа корабля В, это корабль А пролетает мимо них назад с той же скоростью. Для каждого из экипажей движущимся кажется именно второй корабль. Так что если экипаж корабля В засечет время, отмеряемое часами, находящимися на корабле А, то они обнаружат, что именно на корабле А часы отстают.

Вот это уже более серьезная проблема, чем отмечавшееся ранее несоответствие длины и массы. Можно представить себе спор экипажей двух кораблей, встретившихся после вышеописанного эксперимента:

— Когда вы пролетали мимо, вы были короче и тяжелее, чем мы!

— Нет, это, когда вы пролетали мимо, вы были короче и тяжелее, чем мы!

— Да нет же…

Такой спор разрешить невозможно, да и незачем. Если некий предмет сначала вдвое укорачивается, а затем возвращается к обычной длине, или если его масса сначала удваивается, а потом снова становится как прежде, никаких следов при этом не остается. Непонятно, имел место наблюдаемый феномен на самом деле или нет. Все споры на этот счет бесполезны, а значит, и не нужны.

Но если часы на одном из кораблей идут медленнее, чем на другом, то к моменту сближения кораблей по часам это будет видно, так ведь? Если к началу эксперимента часы были сверены, то к концу они будут показывать разное время?

Предположим, что на одном из кораблей часы из-за замедления времени отстали на час. Следовательно, когда корабли снова встретятся, на часах одного из них должно быть, скажем, 2.15, а на часах другого — 3.15.

Но какие же именно часы в таком случае будут отставать? Ведь экипаж корабля А клянется, что медленнее шли часы на корабле В, а экипаж корабля В — что на корабле А. Поэтому и те и другие закономерно ожидают, что отставать на час будут часы другого корабля. Поскольку и те и другие одновременно правы быть не могут, то возникает неразрешимая дилемма, получившая название «парадокс часов».

На самом деле такого парадокса не существует. Если один из кораблей только что пролетел мимо другого с огромной скоростью и оба экипажа уверены, что именно на втором корабле часы шли медленнее, им никогда не удастся сравнить показания часов, поскольку корабли уже расстались навсегда. Часы с обоих кораблей нельзя будет поставить рядом и сравнить их показания.

Но допустим, что оба корабля все же сначала пролетели один мимо другого, а потом снова встретились и встали борт о борт, чтобы все же сравнить показания часов. Для того чтобы это могло случиться, необходимо выполнение определенного условия. Один из кораблей должен получить ускорение, то есть изменить свою скорость. Кораблю В для того, чтобы сделать это, потребуется развернуться по кривой линии, направить свой курс обратно к кораблю A, а затем притормозить до полной остановки в точке рядом с кораблем А.

Сам факт ускорения уже искажает симметричность ситуации. Корабль В изменяет свою скорость не только относительно корабля А, но и относительно всей Вселенной, всех звезд и галактик. Экипаж корабля В может пребывать при этом в уверенности, что их корабль как раз находится в покое, а вот корабль А каким-то образом придвигается к ним, но тогда ведь придется признать, что и вся Вселенная вокруг них пришла в движение. А вот экипаж корабля А видит движение только корабля B, а вся Вселенная остается при этом неподвижной для них.

И именно ускорение корабля В по отношению ко всей Вселенной (а не только к кораблю А) приводит к замедлению часов на корабле В, которое признает любой независимый наблюдатель. Когда корабли встретятся, то часы именно корабля В покажут 2.15, в то время как на часах корабля А будет 3.15.

Если же, с другой стороны, корабль В будет продолжать движение с неизменной скоростью, а корабль А, резко ускорившись, бросится вдогонку и настигнет корабль В, то благодаря этому ускорению любой независимый наблюдатель признает, что замедлился ход часов именно корабля А.

Эффект, при котором все наблюдатели согласны с тем, что замедление времени испытывает именно ускоряющийся объект, получил название «релятивистское расширение времени», и в космическом веке ему уже нашлось подходящее применение.

Ближайшая к нам звезда, альфа Центавра, находится от нас на расстоянии 4,25 светового года, то есть 40 000 000 000 000 (40 триллионов) километров (см. главу 17). А поскольку скорость света — это максимально возможная скорость вообще, то можно сделать вывод, что путешествие до альфы Центавра в принципе не может занять менее 4,25 года.

На самом деле космический корабль никогда не сможет достичь скоростей, близких к скорости света, иначе, как посредством долгого постепенного ускорения, так что большую часть пути ему в любом случае придется пройти со скоростью гораздо меньше световой, а значит, и общее время пути до альфы Центавра будет значительно дольше, чем 4,25 года.

Но благодаря эффекту расширения времени получится не совсем так. Допустим, корабль будет двигаться с ускорением 1 g (тогда члены экипажа будут чувствовать привычный вес, равный земному, а «низом» для них станет корма корабля). Сочетание ускорения и высокой скорости приведет к замедлению времени на корабле, признаваемому всеми внешними наблюдателями.

На Земле за срок, проведенный кораблем в пути, может пройти десять лет, но для экипажа, в соответствии с корабельными часами, которые будут двигаться все медленнее по мере набора кораблем скорости, путь до альфы Центавра займет всего 3,5 года.

По мере того как скорость корабля, под действием постоянного ускорения, будет все больше возрастать и приближаться к световой (впрочем, достичь самой световой скорости так и не удастся), время для экипажа будет расширяться все больше и больше. Корабль сможет преодолевать удивительно огромные расстояния за сравнительно небольшое (с точки зрения экипажа) время.

Однако не будем забывать, что эффект расширения времени действует только на сам корабль; Земля при этом будет двигаться с той же скоростью, что и всегда, и время на ней будет течь по-прежнему. Поэтому для жителей Земли время перелета будет очень долгим.

Наглядным примером тому может послужить нижеприведенная таблица, где приводится расчет для космического корабля, удаляющегося от Земли с постоянным равномерным ускорением 1 g.

Так что наши космонавты всего за четверть века вполне могут добраться не только до других звезд, но и до других галактик.

И это будет четверть века не только для мертвых механизмов. Не одни лишь часы замедлят ход на ускоряющемся корабле; на нем замедлится любое движение. Замедлятся и полет атомов, и ход всех химических реакций, включая те, что происходят в организмах самих космонавтов. Обмен веществ будет происходить медленнее, мысли, ощущения — все затормозится.

Это означает, что под действием эффекта расширения времени по пути к туманности Андромеды космонавты не только по часам отмеряют 28 лет, но и проживут лишь 28 лет своей жизни. Их организмы состарятся только на 28 лет, и не более, несмотря на то что на Земле тем временем пройдет два миллиона лет. И это, напомню, тот эффект, который подтвердит любой внешний наблюдатель, — то есть если космонавты вернутся на Землю, то земляне, живущие миллионы лет спустя после их отлета, признают, что наши путешественники за все время пути состарились всего на несколько десятилетий.

На этом факте основан так называемый «парадокс близнецов». Предположим, что некто вылетает в космос на корабле, равномерно ускоряющемся до больших скоростей, а его брат-близнец остается дома. Брат-космонавт постепенно останавливает корабль, разворачивает его и возвращается домой, по пути еще раз разогнавшись и притормозив. Благодаря эффекту расширения времени за время пути он старится при этом всего на 10 лет, а его брат, оставшийся дома, за то же время — на 40. Поэтому, вернувшись на Землю, наш космонавт оказывается на 30 лет моложе брата.

Напоминаю, космический путешественник не проходит никакой процедуры омолаживания; обратить время вспять невозможно, так что он просто состарился медленнее, чем если бы остался дома.

И удлинить срок своей жизни таким образом тоже не удастся. Если предположить, что физиологически оба близнеца запрограммированы прожить по 70 лет, то тот из них, кто остался дома, проживет, скажем, до 2050 года, а космонавт — до 2080. Ведь последний, хоть и проживет 30 лет после смерти своего брата, в конечном итоге 30 других лет все равно уже пропустил. Странствуя, он прожил всего 10 лет, а его брат на Земле за то же время — 40. На момент смерти у каждого из них наберется ровно по 70 лет воспоминаний.

Конечно, воспоминания эти будут разными. Интересно было бы, наверное, провести 70 лет в постоянных космических полетах, периодически возвращаясь на Землю с интервалом, скажем, в 50 тысяч земных лет. При этом путешественник испытает впечатления не только от путешествия в пространстве, но и во времени. Такие прыжки по времени позволят ему воочию обозреть всю историю развития человечества.

Но есть в этом и один очень важный минус. Такого рода путешествие во времени осуществимо только в одну сторону — в будущее. Встав на путь расширения времени, сойти с него и вернуться обратно уже нельзя. Век, породивший нашего космического путешественника, окажется для него безвозвратно утерянным.

Глава 19
РОЖДЕНИЕ И СМЕРТЬ ВСЕЛЕННОЙ

Нечасто ученые попадают благодаря выдвинутой ими теории на первые полосы газет. Но именно это произошло осенью 1965 года с английским астрономом Фредом Хойлом. Ученый отказался от идеи «непрерывного творения», которой отдал столько сил и лет своей жизни, а вынудили его к этому шагу объекты, отстоящие от Земли на 80 миллиардов триллионов километров пространства и десять миллиардов лет времени!

Кажется, далековато, но это надо было сделать ради разрешения самого грандиозного противостояния теорий за всю историю науки. Предмет этих теорий — ни более ни менее, как само зарождение и смерть нашей Вселенной (или, напротив, их отсутствие).

Все началось полвека назад, когда астрономы еще очень мало знали о Вселенной, лежащей за пределами нашей Галактики Млечный Путь, — линзообразного скопления из 130 миллиардов звезд диаметром в сто тысяч световых лет. Периодически на небе можно заметить далекие слабо светящиеся облачка, которые, как уже тогда подозревали астрономы, могут представлять собой другие скопления звезд, другие галактики. Расстояние до них может составлять миллионы световых лет (каждый световой год — это приблизительно 10 триллионов километров).

Свет от этих галактик, как и от любых других светящихся небесных тел, можно собрать с помощью телескопов, а затем разложить на радугу (спектр), содержащую определенное количество темных линий. Причиной появления каждой темной линии является определенный химический элемент, и каждая из них занимает в спектре определенное место, если источник света неподвижен относительно нас. Если источник света удаляется от нас, все эти линии окажутся сдвинутыми по направлению к красной части спектра, и чем больше скорость отдаления, тем сильнее этот «красный сдвиг». Если же источник света, наоборот, приближается к нам, то линии сдвинутся в противоположном направлении, к фиолетовой части спектра, и такой сдвиг тоже называется «фиолетовым».

В 1912 году американский астроном Весто Мелвин Слайфер начал собирать свет с различных галактик, желая измерить сдвиг темных линий в каждом случае. Он исходил из предположения, что примерно в половине случаев сдвиг должен оказаться красным, а в половине — фиолетовым, то есть половина галактик от нас отдаляется, а половина — приближается.

На самом деле все оказалось не так. К изумлению Слайфера, фиолетовое смещение проявили только несколько самых близких к нам галактик. Все остальные проявляли красное смещение. К 1917 году он обнаружил тринадцать отдаляющихся от нас галактик и только две приближающиеся к нам.

Более того, красное смещение имело неожиданно большое значение. Красное смещение отдельных звезд в нашей Галактике свидетельствовало, как правило, об отдалении от Земли со скоростями порядка менее сотни километров в секунду, а красное смещение галактик, обнаруженное Слайфером, позволяло сделать вывод о разбегании галактик со скоростями до 600 километров в секунду.

За ту же задачу взялись и другие. Еще один американский астроном, Милтон Хьюмасон, провел следующий эксперимент: он подставлял под слабый свет далеких галактик фотографическую пластинку несколько ночей подряд, и слабое действие лучей накапливалось до такой степени, чтобы на пленке наконец отпечатался более-менее заметный спектр. Таким образом он сумел измерить движение самых далеких галактик. И оказалось, что все они без исключения разбегаются от нас. И чем слабее свет от галактики (а значит, предположительно, и расстояние от нее до Земли), тем больше оказывалось значение красного сдвига. К 1930 году Хьюмасон подсчитал скорость разбегания галактик, и в некоторых случаях цифры доходили до 40 000 километров в секунду — более одной восьмой скорости света.

Уже в конце 1920-х годов американский астроном Эдвин Пауэлл Хаббл подвел черту под всеми полученными наблюдениями и вывел закон, известный нам ныне как закон Хаббла. Он гласит, что далекие галактики отдаляются от нас со скоростью пропорциональной расстоянию от них до Земли.

Согласно современным воззрениям, на расстоянии около 12,5 миллиарда световых лет эта скорость достигает скорости света. Если галактика удаляется от нас со скоростью света, то испускаемый ею свет никогда не сможет нас достичь, а значит, невозможно создать такой прибор, который позволил бы нам узнать о существовании этой галактики. Мы не можем ни увидеть ее света, ни получить субатомные частицы из нее, ни даже определить ее гравитационное поле.

Соответственно, расстояние в 12,5 миллиарда световых лет представляет собой конец «наблюдаемой Вселенной». Существует ли что-либо за этим порогом или нет, — так или иначе, это что-то никак не способно ни повлиять на нас, ни вообще обнаружить свое существование.

Итак, вот что представляет собой наша Вселенная: огромный пространственный шар, испещренный галактиками, в центре которого находимся мы сами и границы которого отстоят от нас на 12,5 миллиарда световых лет в любом направлении.

Немного странно для научно мыслящего ума звучит мысль о том, что мы находимся в центре Вселенной и все галактики разбегаются прочь от нас. В конце концов, что в нас такого?

Разумеется, ничего. И не стоит удивляться.

Общую теорию относительности Эйнштейна, провозглашенную им в 1916 году, можно применить и к модели расширяющейся Вселенной. По мере ее расширения содержащиеся в ней галактики разбегаются по все более увеличивающемуся объему пространства. Сами же галактики не рассеиваются, поскольку удерживаются воедино благодаря собственной гравитации. Каждая галактика все больше и больше отдаляется от других.

В такой расширяющейся Вселенной наблюдателю из любой галактики будет казаться, что все остальные галактики разбегаются прочь от него (за исключением, возможно, одной-двух ближайших, которые могут входить в тот же блок галактик, что и его собственная). Более того, с точки зрения наблюдателя из любой галактики в расширяющейся Вселенной, будет казаться, что скорость, с которой от него разбегаются другие галактики, прямо пропорциональна расстоянию до них.

Соответственно, не важно, откуда смотреть, — Вселенная отовсюду будет выглядеть одинаково. Это называется «космологическим принципом». (Наука об устройстве Вселенной в целом называется «космология».)

Разбегание галактик могло бы представлять собой некое просто присущее пространству свойство, но в 1927 году бельгийский астроном Жорж Эдуард Леметр выдвинул физическое объяснение этому феномену. По его гипотезе, Вселенная расширяется вследствие некоего огромнейшей силы взрыва, произошедшего миллиарды лет назад. Изначально, по версии Леметра, вся материя во Вселенной была сжата в некое твердое тело с крайне высокой плотностью — «космическое яйцо». Оно по каким-то причинам взорвалось и разлетелось на части, которые к сегодняшнему моменту приняли форму современных галактик. Под действием того самого первоначального взрыва галактики до сих пор разлетаются прочь друг от друга, и вот мы имеем Вселенную, которая расширяется.

С 1927 года многие приняли эту теорию на вооружение и разработали во всех подробностях. Самым, наверное, ярым сторонником этой теории стал американский физик русского происхождения Джордж Гамов.

Эта теория получила название «теория Большого взрыва», и она описывает Вселенную, в которой со временем происходят радикальнейшие изменения. Сначала (10-15 миллиардов лет назад, как считают сейчас астрономы) Вселенная представляла собой лишь шар из сверхплотной материи. Этот шар превратился во взорвавшуюся массу из раскаленных частей, находящихся пока что очень близко друг к другу. Со временем эти части остыли, рассеялись в пространстве, превратились в звезды и галактики и продолжают разбегаться и по сей день. Сейчас между этими частями уже лежит расстояние в миллионы световых лет, и со временем они становятся все дальше друг от друга.

Астрономов теория Большого взрыва, рисующая столь изменчивую Вселенную, не устроила. Троим из них, англичанам Герману Бонди, Томасу Голду и Фреду Хойлу, в 1948 году пришла в голову мысль, что космологический принцип (по которому схема Вселенной для всех наблюдателей является одной и той же) следует признать неполным, если он относится только к наблюдателям из разных точек пространства, и что следует распространить его на наблюдателей из разных моментов времени. Дополнив соответствующим образом космологический принцип, они назвали его «совершенным космологическим принципом». По версии этих ученых, Вселенная в целом со временем не претерпевает никаких перемен, оставаясь неизменной на протяжении целых эпох.

Правда, факта расширения Вселенной они отрицать не стали. В их модели Вселенной галактики тоже разбегались. Ради сохранности своего расширенного принципа Бонди, Голд и Хойл предположили, что по мере расширения Вселенной и разбегания галактик происходит крайне медленное непрерывное творение новой материи — настолько медленное, что самые чувствительные наши приборы не в состоянии этого зафиксировать. К тому моменту, как расстояние между двумя разбегающимися галактиками удваивается в результате расширения пространства, в промежутке между ними успевает появиться достаточно материи, чтобы из нее могла образоваться новая галактика.

Таким образом, несмотря на вечное расширение Вселенной, расстояние между ближайшими галактиками всегда остается одним и тем же, поскольку в наблюдаемой области Вселенной новые галактики образовываются с той же скоростью, с какой старые скрываются за ее пределами. Таким образом, внешне Вселенная всегда выглядела и будет выглядеть одинаково.

Обе теории, и Большого взрыва и Непрерывного творения, по-своему красивы, и у каждой из них имеются свои сторонники, которых возглавляют, соответственно, Джордж Гамов и Фред Хойл. Даже вне астрономической среды бушуют эмоции на этот счет. Одним нравится представлять себе зрелище колоссального взрыва в стиле «да будет свет!», другим импонирует аскетическая картина Вселенной без начала и конца, постоянно меняющейся и одновременно с этим неизменной. Так какая же из теорий верна? Можно ли это как-то установить?

Конечно, если бы существовала «астрономическая машина времени», проверить истинность обеих теорий было бы просто. Для этого нужно было бы всего лишь отправиться на миллиард лет назад (или вперед) и быстренько взглянуть на Вселенную. Если она будет выглядеть примерно так же, как и сейчас, то Непрерывное творение кажется более правдоподобным, если же ее облик будет принципиально отличаться от сегодняшнего, то правильно будет принять теорию Большого взрыва.

И, некоторым образом, у астрономов такая машина времени есть.

Дело в том, что свет (как и любое другое излучение) не может двигаться быстрее, чем 299 800 километров в секунду. По нашим земным меркам, это очень быстро, но в масштабах целой Вселенной это черепашьи темпы. Свет от далеких галактик, который мы видим, добирался к нам миллиарды лет. Это значит, что, глядя на далекие галактики, мы видим их такими, какими они были миллиард или более лет назад.

Поэтому надо понять только одно — похоже ли то, что мы видим далеко-далеко, на то, что мы видим вокруг себя. Если далекие галактики выглядят такими же, как соседние с нами, без каких-либо принципиальных отличий, то, значит, о Большом взрыве (который подразумевает изменяющуюся Вселенную) можно забыть. Если же они сильно отличаются от соседних, настолько, что ясно заметны изменения, происходящие со временем, то забыть можно уже о Непрерывном творении (которое подразумевает отсутствие принципиальных изменений).

Но на практике это не так просто. Разглядеть что-то, расположенное от нас за миллионы световых лет, — крайне сложно. Оттуда до нас доходят лишь скудные частицы размытого света. Если эти далекие галактики чем-то и отличаются от нашей, то мы, скорее всего, не сможем заметить этих отличий. Для того чтобы отличия были заметны, они должны быть огромными и очень принципиальными.

До 1950 года никаких таких отличий отметить не удавалось. Но вот была разработана новая технология, и появился новый инструмент, позволяющий еще дальше проникнуть в глубины космоса.

В 1931 году американский радиоинженер Карл Янский занимался решением одной совершенно не имеющей никакого отношения к астрономии задачи, связанной с расчетами статических помех радиопереговоров. Среди источников помех он обнаружил один, происхождение которого осталось неясным; Янский предположил, что помехи приходят извне, из открытого космоса.

В то время его открытие не вызвало интереса; в первую очередь, потому, что ему не нашлось очевидного практического применения. Космические радиоволны оказались очень короткими, и достаточно чувствительных устройств, чтобы улавливать эти микроколебания, на тот момент еще не было. Однако позже оказалось, что радары работают именно на такого рода излучении, и после Второй мировой войны в ходе разработки радаров устройства для улавливания коротковолнового радиоизлучения из открытого космоса появились на свет. Так родилась «радиоастрономия» и в небеса уставились огромные приемники излучения (радиотелескопы).

Были получены радиоволны от Солнца и от нескольких туманоподобных объектов, которые ученые сочли остатками взорвавшихся звезд; были получены радиоволны даже из центра нашей Галактики, скрытого от непосредственного наблюдения с помощью обычного света огромными светопоглощающими пылевыми облаками, расположенными между центром Галактики и Солнечной системой. Оказалось, что радиоволны могут проходить сквозь эти облака.

К 1950 году на карте небес можно было отметить уже более тысячи различных источников радиоволн, но лишь немногие из них можно было определить как видимые объекты. Проблема в том, что даже очень короткие радиоволны — все же гораздо длиннее световых, а чем длиннее волна, тем более размытый образ она рисует. Найти точный источник слабого далекого радиосигнала не проще, чем разглядеть мелкую картинку через замороженное стекло. В обоих случаях видны только расплывчатые пятна.

Тем не менее один особенно мощный источник радиоволн (получивший название «Лебедь А») был, после долгих терпеливых трудов, установлен достаточно точно к 1951 году. В районе, определенном как область этого источника, американский астроном немецкого происхождения Вальтер Бааде обнаружил галактику странной формы. При более подробном рассмотрении оказалось, что это не одна, а две галактики, находящиеся в процессе столкновения. Похоже, именно эта пара сталкивающихся в 700 000 000 световых лет отсюда галактик и представляет собой источник обнаруженного астрономами пучка радиоволн.

Так впервые стало ясно, что можно обнаруживать радиоволны с огромных расстояний. На самом деле «радиогалактики», испускающие такие мощные радиоволны, как «Лебедь А», можно без особых трудов обнаруживать даже с таких расстояний, с каких света доходит слишком мало для самых чувствительных оптических телескопов.

Получается, что с помощью радиотелескопов можно проникать гораздо дальше в космос, а значит, получать информацию из очень отдаленных эпох прошлого.

У астрономов появилась долгожданная возможность. Допустим, что все или почти все источники радиоволн — это отдаленные галактики, подвергающиеся неким катастрофам, например сталкивающиеся или взрывающиеся, и поэтому испускающие радиоволны в чрезмерно большом количестве. Понятно, что такие катастрофы происходят далеко не с каждой галактикой, но галактик во Вселенной — миллиарды, так что ничего нет удивительного в том, что несколько тысяч «радиогалактик» в ней найдется. Этого достаточно.

Логично предположить, что чем более размыты радиоволны, тем дальше находится испустившая их галактика. Исходя из этого предположения, родилась идея подсчитать количество радиогалактик на различных расстояниях от Земли. Если верна теория Непрерывного творения и Вселенная всегда была одинакова, то и количество катастроф во все времена должно быть примерно одним и тем же, а значит, радиогалактики должны быть более-менее равномерно распределены по степени удаления от Земли.

Если же, напротив, верна теория Большого взрыва, то в молодые годы Вселенной в ней было и горячее и теснее, чем сейчас, а значит, и катастрофы случались чаще. Значит, количество радиогалактик должно по мере удаления от Земли не оставаться прежним, а возрастать, ведь сигналы, получаемые нами с больших расстояний, отправлялись раньше, чем с малых.

В середине 1950-х годов английский астроном Мартин Райл тщательно подсчитал источники радиоволн и объявил, что количество их действительно возрастает по мере возрастания расстояния от Земли, что укладывается в положения теории Большого взрыва.

Правда, доклад Райла выглядел не совсем убедительно. Он был основан на данных об обнаружении и измерении очень слабых источников радиоволн, и малейшие ошибки, которые вполне могли произойти, лишали бы оснований все выводы Райла. Поэтому сторонники теории Непрерывного творения хоть и помрачнели, но не отступились от своих представлений.

По мере все более и более точного установления источников радиоволн некоторые из них начинали привлекать все больше непосредственного внимания. Эти источники оказывались столь малыми, что напрашивался вывод о том, что это скорее не галактики, а отдельные звезды, а если так — то они находятся очень близко (на больших расстояниях отдельных звезд не различить) и выводы Райла ошибочны, поскольку основаны на той предпосылке, что все источники радиоволн — это отдаленные галактики. Так теория Непрерывного творения снова обрела право на жизнь.

Среди таких «компактных» источников радиоволн было несколько известных под названиями 3С48, 3С147, 3С196, 3C273 и 3С286. «3С» во всех этих названиях означает «Третий Кембриджский каталог радиозвезд» — этот список составляли Райл с коллегами, — а следующие за ним цифры являются порядковым номером звезд в каталоге.

Многие пытались установить, какие же именно видимые звезды соответствуют этим 3С. В Америке Аллан Сендидж тщательно обшаривал области расположения радиозвезд с помощью пятиметрового телескопа в обсерватории Mayнт-Паломар, готовый наброситься на любую подходящую звезду. В Австралии Сэрил Хазард сфокусировал радиотелескоп на 3C273 и стал дожидаться Луны. Как только Луна встала между ним и 3C273, радиосигнал прекратился. Понятно, что это произошло именно в тот момент, когда край Луны оказался непосредственно между ученым и источником сигнала.

Таким образом, к 1960 году звезды были обнаружены. Ни одна из них не была открыта заново — все эти звезды ученые уже видели ранее на фотопроекциях, но раньше их считали просто слабенькими звездами нашей собственной Галактики. Полученная информация об этих звездах, да еще вдобавок к данным об их повышенной радиоактивности, заставила взглянуть на них совершенно по-новому. Пара из них оказалась, по-видимому, закрытой облаками вещества, a 3C273 — испускающей в пространство нечто непонятное.

Более того, когда двое американских астрономов, Джесси Гринштейн и голландец по происхождению Маартен Шмидт, получили спектр этих звезд, он оказался очень странным. Те несколько полос, что в нем присутствовали, были так странно расположены, что их нельзя было отождествить ни с одним из известных элементов. Загадка поставила ученых в тупик, и ее решение отложили до лучших времен.

В 1963 году Шмидт снова взялся за спектр 3C273. В нем было шесть полос, и его вдруг осенило, что расположение четырех из них напоминает знакомую последовательность полос, которой, правда, положено находиться совсем в другой части спектра. Чтобы они оказались там, где показывает анализ, должен был иметь место красный сдвиг небывалого масштаба. Возможно ли это? Шмидт взялся за изучение спектров других радиозвезд. При условии допущения красного сдвига такого масштаба можно было опознать каждую полосу из имевших место.

В течение следующих двух-трех лет в результате усиленного поиска по небесам было обнаружено около сорока подобного рода объектов. Был установлен спектр более половины из них, и везде имел место колоссальный красный сдвиг. В частности, оказалось, что одно из этих небесных тел удаляется от нас со скоростью 240 000 километров в секунду, находясь при этом на расстоянии около девяти миллиардов световых лет от нас (80 миллиардов триллионов километров).

Да, если допустить наличие такого значительного красного сдвига, то эти очевидные «звезды» должны находиться очень далеко от нас, поскольку теория расширяющейся Вселенной гласит, что причиной значительного красного сдвига всегда является большое расстояние до Земли. На самом деле получалось, что эти загадочные небесные тела находятся дальше от нас, чем любой другой известный объект во Вселенной.

То, что с такого расстояния выглядит звездой, явно является чем-то другим. Обычную звезду с такого расстояния увидеть просто невозможно. Поэтому новому классу звездоподобных небесных тел дали отдельное имя — «квазары», от латинского слова, означающего «подобный».

Квазары представляют для астрономов множество загадок. Если объяснять красный сдвиг и вправду эффектом расширения Вселенной и квазары действительно отстоят от нас на миллиарды световых лет, то они должны обладать поистине необычными свойствами. Чтобы обладать на таком далеком расстоянии той яркостью, какой они обладают, эти тела должны светиться сильнее, чем десятки галактик. А между тем есть основания полагать, что размер их невелик, скорее всего, от одного до десяти световых лет в диаметре (сравните с сотнями тысяч световых лет протяженности обычной галактики).

Что же это за тела такие, если их вещество, умещающееся в столь малых размерах, при этом светит как десятки галактик? Тут, конечно, сколько астрономов — столько теорий, но что касается представлений о Непрерывном творении, то их судьба была решена и без дополнительных теорий, самим фактом существования квазаров.

Главное здесь тот факт, что обнаружено множество квазаров вдали от нас и ни одного — в пределах миллиарда световых лет. Получается, что в далеком прошлом Вселенной квазаров существовало множество, а сейчас их нет. Количество квазаров (которые, видимо, и являются источником всего или почти всего радиоизлучения, которому уделил столько сил Райл) с расстоянием только увеличивается, а значит, чем моложе была Вселенная, тем больше в ней было квазаров. Это означает, что со временем во Вселенной происходит как минимум одно значительное изменение — уменьшается количество квазаров. Этого уже достаточно, чтобы поставить крест на теории Непрерывного творения. Но лишь в том случае, если квазары действительно находятся так далеко от нас. Это предположение основано на предпосылке, что причина столь значительного красного сдвига спектра квазаров — расширение Вселенной. А если это не так?

Допустим, что квазары — это небольшие куски соседних галактик, летящие прочь из ядер этих галактик вследствие некоего мощного взрыва. В последние годы действительно были отмечены примеры взрывающихся галактик, и сейчас астрономы тщательно следят за всеми галактиками, которые по какой-либо причине — странная форма, большое количество туманных пятен, признаки внутренних содроганий — выглядят нетипично. Несколько квазаров было обнаружено именно неподалеку от этих «странных галактик».

Совпадение? Может быть, квазары просто оказались на той же линии взгляда, что и «странные галактики»? Или их как раз вышвырнуло из галактик взрывом, затронувшим миллионы звезд? Если верно последнее предположение, то квазары могут находиться не так уж и далеко от нас. То есть одни могут находиться далеко, а другие — близко, что в целом не заставляет нас отказываться от теории Непрерывного творения.

Теоретически ничего невозможного в этом нет, но существуют аргументы против такой гипотезы. Допустим, что квазары действительно выбрасываются из галактик с такой силой, что обретают близкие к световым скорости. Тогда лишь часть из них двигалась бы по направлению от Земли и их спектр имел бы огромный красный сдвиг, сбивающий ученых с толку и заставляющий считать квазары страшно далекими небесными телами.

Но примерно столько же квазаров летело бы тогда и по направлению к Земле с теми же околосветовыми скоростями, и в их спектре должен был бы обнаруживаться столь же огромный фиолетовый сдвиг.

А еще должны были бы существовать квазары, чья траектория лежала бы и не к Земле, и не от Земли, а более-менее перпендикулярно линии нашего взгляда, тогда в их спектре обнаруживался бы лишь умеренный красный или фиолетовый сдвиг, но, учитывая их потрясающую скорость, они заметным образом изменили бы свое положение на небе за пару лет наблюдений.

На самом же деле ученым неизвестно ни одного квазара с фиолетовым сдвигом спектра и ни одного квазара, который менял бы свое положение на небе. Все квазары имеют спектр с красным сдвигом, огромным красным сдвигом. Полагать, что по чисто случайному совпадению все известные нам квазары выброшены мощными взрывами именно в направлении от Земли, было бы нелепо.

Так, под тяжестью фактов, свидетельствующих в пользу наличия огромного расстояния до квазаров, а значит, и против теории Непрерывного творения, сдался и сам Фред Хойл.

Отказ от теории Непрерывного творения совершенно не означает автоматического принятия теории Большого взрыва. Вполне возможно, что есть и третий вариант, который просто пока никому еще не пришел в голову. Для того чтобы теория Большого взрыва полностью подтвердилась, неплохо было бы найти какое-нибудь явление, которое эта теория сначала предсказала бы, а потом нашлось бы ему подтверждение.

К примеру, допустим, что Вселенная действительно изначально возникла как невероятно плотное космическое яйцо, которое впоследствии взорвалось. В момент взрыва температура в нем должна была подняться до неимоверной — может быть, до 10 миллиардов градусов по Цельсию.

Если это действительно так, то, будь наши приборы достаточно мощны, чтобы достигнуть, например, самого края наблюдаемой Вселенной, с их помощью мы забрались бы достаточно глубоко в прошлое, чтобы уловить отголоски излучения, сопутствовавшего Большому взрыву.

При температуре порядка миллиарда градусов излучение должно быть крайне энергичным в рентгеновском диапазоне. Однако расширяющаяся Вселенная должна уносить источник этого излучения прочь от нас со скоростью близкой к световой. Это значительно ослабило бы энергию излучения — до такой степени, что, добравшись до нас, оно представляло бы собой уже радиоволны, правда обладающие определенными свойствами. В течение 1960-х годов ученые занимались установлением того, что это должны быть за свойства.

И наконец, в начале 1966 года в небе был обнаружен слабый фон радиоволн именно такого типа, который должны были испускать остатки Большого взрыва. Вот теперь уже точно можно говорить не только об опровержении теории Непрерывного творения, но и о прочном установлении теории Большого взрыва.

Что ж, тогда нам придется примириться с потерей. Перед лицом неизбежности личной смерти каждого из нас раньше даже у тех, кто не верит в загробную жизнь, оставалось утешение. Можно было считать, что жизнь будет продолжаться вечно и без нас. Если бы Вселенная существовала в условиях Непрерывного творения, то у человечества оставалась бы возможность перелетать по мере необходимости из старой галактики в новую и существовать, таким образом, вечно. Индивидуальная смертность теряла практически всякое значение в такой божественной картине.

Но раз верна все же теория Большого взрыва, значит, у нашей Вселенной было начало и будет конец. Либо она будет растягиваться до тех пор, пока все галактики не состарятся, а звезды — не умрут одна за другой, либо достигнет некоего максимума, после которого снова начнет сжиматься, вернувшись в конечном итоге к первоначальному состоянию космического яйца.

В обоих случаях человечеству суждено будет исчезнуть, и на мечтах о богоподобии следует поставить крест. Смерть снова встает перед нами во всей своей неизбежности, и homo sapiens, как биологический вид, должен смириться с этим так же, как и каждый конкретный человек.

Но может быть, если Вселенная существует циклично, каждые сто миллиардов лет или около того возвращаясь к космическому яйцу, то на каждом цикле будет возникать человеческий или подобный ему разум (или множество таких разумов), чтобы снова задаваться вопросом начала и конца всего сущего.

Назад: Раздел II О НЕЖИВОМ

Дальше: Часть вторая О БОЛЕЕ ИЛИ МЕНЕЕ НЕИЗВЕСТНОМ

Глава 15 ЧЕЛОВЕК И СОЛНЦЕ

Глава 16 ИМЕНА ЗВЕЗД

Глава 17 ЛИНЕЙКА ДЛЯ КОСМОСА

Глава 18 ПУТЕШЕСТВИЕ ВО ВРЕМЕНИ: ТОЛЬКО В ОДИН КОНЕЦ

Глава 19 РОЖДЕНИЕ И СМЕРТЬ ВСЕЛЕННОЙ