Текст книги "Сказочная астрофизика"
Автор книги: Алла Казанцева
сообщить о нарушении
Текущая страница: 7 (всего у книги 8 страниц)
Жизнь и смерть звёзд
На другой день Мишун с Алексом рассматривали рисунки созвездий в любимой книжке.
– Альдебаран получился не глазом быка, а ртом, – отметил Мишун и после некоторого раздумья добавил: – Но мне вот что странно: звёздам Бетельгейзе и Ригель по десять миллионов лет, но одна уже состарилась и скоро взорвётся, а другая – нет. Плеядам сто миллионов лет, но они юные. Как так получается? Я запутался.
– А Солнцу нашему вообще четыре с половиной миллиарда лет, и всё с ним в порядке, – добавил Алекс. – Дело в том, что жизнь и смерть звёзд очень сильно зависят от их массы. О их возрасте нельзя судить по числу прожитых лет. У небольших звёзд – один жизненный путь и срок жизни, у гигантов и сверхгигантов – другой.
– Расскажи мне, как живут и умирают звёзды, – попросил Мишун.
– Всё начинается со скопления межзвёздного газа, в основном самого лёгкого – водорода, которого больше всего во Вселенной, – начал рассказ Алекс. – А руководит процессом закон всемирного тяготения. В космосе это великая сила! Где-то в облаке образуются уплотнения, и на них «налипают» всё новые и новые порции газа. Чем больше вещества собирается в кучу, тем быстрее эта куча сжимается под действием собственного тяготения. Когда газ становится достаточно плотным, он сильно разогревается. Электроны и ядра отрываются друг от друга, и получается такой «суп» из ядер и электронов. Это называется плазмой. И вот когда при сжатии недра звезды раскаляются до нескольких миллионов градусов, там запускается термоядерная реакция. Помнишь, что это такое?[27]27
Беседа об этом шла в главе «Кто сделал все атомы» в «Сказочной физике».
[Закрыть]
– Это когда одни ядра превращаются в другие? – вспомнил Мишун.
– Да, верно. Лёгкие ядра водорода соединяются и превращаются в ядра более тяжелого гелия. При этих превращениях в недрах звезды выделяется так много тепла, что поверхность звезды раскаляется до нескольких тысяч градусов и начинает ярко светиться.
– Как будто дрова горят внутри печки, и печка снаружи становится горячей? – предложил сравнение Мишун.
– Точно. И пока такой ядерный костёр пылает внутри звезды, она светит ровно. Как думаешь, долго ли она сможет так светить?
– Пока дрова не кончатся? То есть ядра? – предположил Мишун.
– Верно – пока хватает главного топлива: ядер водорода. Это спокойная стадия жизни звезды, её молодость и зрелость.
– Но у гигантских звёзд водорода больше, значит, они должны жить дольше, чем маленькие, – рассудил Мишун.
– А вот и нет! Всё наоборот: чем больше масса звезды, тем она скорее сгорает, – удивил его брат. – Секрет в том, что при большой массе температура недр гораздо выше, и ядерные реакции идут очень быстро. Такие звёзды сгорают за несколько миллионов лет. А у небольших звёзд типа нашего Солнца и меньше ядерные реакции протекают медленно, и топлива-водорода хватает на много миллиардов лет.
– Я понял! Это как маленький костёр из нескольких сырых поленьев и огромный костёр из сухих веток, – придумал сравнение Мишун. – Огромный костёр потухнет гораздо быстрее.
– Молодец, хорошая аналогия. Но вот мы подошли к окончанию жизни звезды. А конец этот у маленьких и больших звёзд тоже очень разный. Самые маленькие звёзды (их называют красными карликами) вообще ни разу не умирали за всё время жизни Вселенной: почти четырнадцать миллиардов лет. Когда-нибудь они просто тихо потухнут.
– А наше Солнце? Оно ведь тоже карлик? – спросил Мишун.
– Звёзды типа Солнца называют жёлтыми карликами. У них водорода хватает на несколько миллиардов лет. Сейчас наше Солнце в самом расцвете сил. Примерно через два миллиарда лет, когда водород в его ядре превратится в гелий, наступит следующая стадия: ядра гелия начнут сливаться друг с другом. При этом недра станут ещё горячее, Солнце распухнет и превратится в красного гиганта, как Альдебаран. Оно раздуется почти до орбиты Марса, поглотив Землю. Потом красный гигант сбросит внешнюю оболочку, а его ядро очень сильно сожмётся: оно станет размером с Землю и превратится в суперплотный белый карлик.
– Это у которого спичечный коробок вещества тяжелее самолёта? – вспомнил Мишун разговор с братом в начале лета.
– Здорово, что ты это запомнил. Сначала белый карлик будет очень горячим, но постепенно остынет и перестанет светить.
Алекс увидел, что брат загрустил: Земли-то уже не будет.
– Не огорчайся, вспомни лучше наш рисунок с «космическими сутками», – начал он его утешать. – Помнишь, мы прошлым летом представляли всю жизнь Земли – четыре с половиной миллиарда лет, как если бы они прошли за 24 часа?[28]28
И вы тоже посмотрите главу «Когда погаснет Солнце» в «Сказочной физике».
[Закрыть] Человекообразные обезьяны в этих космических сутках появились всего восемь минут назад, а два миллиарда лет – это почти десять часов! Я уверен, что выход найдётся.
– Может быть, люди придумают, как отодвинуть Землю подальше от Солнца? – предположил Мишун.
– Хорошая идея, – согласился Алекс. – Имея столько времени, люди наверняка что-то придумают. Главное, чтобы они по своей теперешней глупости не разрушили и не испортили нашу Землю… Но посмотри – погода прекрасная, пойдём на озеро купаться? А про ещё более массивные звёзды я тебе потом расскажу.
Нейтронные звёзды и чёрные дыры
Когда братья, наплававшись, лежали на берегу, греясь на нежарком августовском солнышке, Мишун вернулся к разговору о звёздах:
– Ну а что происходит с огромными звёздами вроде Бетельгейзе?
– Тут важен не размер, а масса, – уточнил Алекс. – Чем массивнее звезда, тем она внутри горячее и тем больше разных ядерных реакций протекает в её недрах. И звезда сгорает довольно быстро. Если она в два-три раза массивнее Солнца, то живёт от пятнадцати до двадцати пяти миллионов лет. Масса Бетельгейзе в десять или даже двадцать раз больше (точно никто не знает), и в свои десять миллионов лет она уже глубокая старушка. А старость у таких звёзд очень бурная! Когда ядерные реакции заканчиваются, звезда взрывается. Но что это за взрыв! В течение нескольких часов или дней звезда светит ярче, чем сотни миллионов обычных звёзд, даже ярче, чем целая Галактика! Такие взрывающиеся звёзды-гиганты называют сверхновыми. Четыреста пятьдесят лет назад в Кассиопее вспыхнула сверхновая, которая была видна даже днём! Свет от неё шёл до нас семь с половиной тысяч лет. А если бы такая звезда взорвалась на расстоянии меньше ста световых лет от нас, её излучения уничтожили бы всё живое[29]29
Сверхновая звезда излучает не только видимый свет, но и смертоносные рентгеновские лучи.
[Закрыть].
– Ой, а вдруг кто-то скоро взорвётся и нас уничтожит? – испугался Мишун.
– Не бойся, астрономы хорошо знают все звёзды в окрестностях Солнца, и все они спокойные и безопасные.
– Большие звёзды плохие, лучше бы их совсем не было! – заявил Мишун.
– Не скажи, – возразил Алекс. – Массивные звёзды – это настоящие фабрики по производству всех сортов атомов, точнее их ядер[30]30
В недрах массивных звёзд идёт синтез ядер вплоть до железа.
[Закрыть]. А при вспышках сверхновых всё это добро выбрасывается в космос, и вдобавок при взрыве рождаются самые тяжёлые ядра. Всё это – материал, из которого потом формируются планеты, на которых возможна жизнь. Ведь для жизни надо столько разных атомов! Без сверхновых звёзд и нас бы с тобой не было.
– Как мудро всё придумано в космосе, – задумчиво проговорил Мишун.
– Но я ещё не рассказал, что остаётся от звёзд после таких мощных взрывов, – продолжил рассказ Алекс. – При взрыве звезда отбрасывает свою внешнюю оболочку далеко в космос, а центральная её часть начинает неудержимо сжиматься. И тут возможны два варианта. Если оставшаяся после взрыва масса не очень велика, звезда сожмётся примерно до размера десять-двадцать километров, как небольшой астероид. Но при этом она будет в десятки миллионов раз плотнее белого карлика! Это так называемая нейтронная звезда.
– Подожди, как это плотнее белого карлика, да ещё в миллионы раз? – изумился Мишун. – Не могу представить!
– Я тоже с трудом это представляю, – признался Алекс. – Крохотный кусочек такого вещества размером с булавочную головку весил бы у нас сотни тысяч тонн.
– Это как что?
– Как большой небоскрёб.
– Я знаю самый большой небоскрёб – это Бурдж-Халифа в Дубае! – обрадовался Мишун. – Ничего себе, какая булавочная головка! А почему эту звезду называют нейтронной?
– Ты помнишь, прошлым летом я рассказывал о том, что ядра атомов состоят из протонов и нейтронов? Так вот, при огромной плотности звезды электроны, которые были перемешаны с ядрами, впечатываются в протоны, и получаются сплошные нейтроны. Недра нейтронной звезды – это как бы один огромный нейтрон.
Мишун помотал головой: слишком сложно для понимания.
Алекс же продолжал удивлять дальше:
– Но нейтронные звёзды – это ещё не самое странное. Если масса сверхновой звезды была ещё больше, то после взрыва получится нечто совсем загадочное: чёрная дыра. Это такой сверхплотный объект, попав «в объятия» которого ничто, даже свет, не может вырваться обратно. Поэтому чёрная дыра выглядит как чёрная пустота, которая ничего не излучает.
Мишун поёжился от ужаса:
– А как к ней попадают в объятия?
– Чёрную дыру окружает невидимая граница под названием горизонт событий. Если его пересечь, то уже невозможно побороть тяготение и вернуться обратно. Тело, которое пересекло горизонт событий, снаружи увидеть нельзя – оно как бы исчезает в дыре. Можно сказать, что радиус горизонта событий – это и есть размер чёрной дыры.
– А он большой?
– Совсем небольшой: от нескольких до пары десятков километров.
– Я теперь буду бояться отправляться в космос, – грустно сказал Мишун. – Вдруг мы наткнёмся на чёрную дыру…
– Не бойся! К счастью, эти хищницы в космосе встречаются редко. До ближайших из известных нам чёрных дыр – тысячи световых лет.
– А как астрономы их находят, раз они невидимые? – задумался Мишун.
– Чёрная дыра невидима, если вокруг нет для неё никакой «добычи»: газа, пыли. Но когда мимо пролетает какая-то звезда, чёрная дыра начинает воровать у неё вещество. А когда оно падает на дыру, то очень сильно нагревается и ярко светится. И по этому излучению можно обнаружить чёрную дыру. А ещё по тому, как она притягивает к себе другие объекты, изменяя их пути.
Мишун задумчиво проговорил:
– Когда я смотрю на наше озеро, лес, облака, мне трудно представить, что где-то в бесконечном чёрном космосе прячутся ужасные чёрные дыры…
– А меня удивляет другое, – подхватил Алекс. – Как учёные на нашей крохотной планете смогли разгадать столько загадок, таящихся в этом бесконечном космосе?
– Притом безо всякого волшебства! – воскликнул Мишун.
– Кстати, о волшебстве. Не пора ли нам предпринять новое волшебное путешествие?
– А куда? К чёрным дырам я не хочу!
– Вот встретимся с Лизой и обсудим, – сказал Алекс, вставая с песка.
Галактики и пингвины
Когда гномики пришли на Лизину полянку, маленькая фея уже поджидала их на пенёчке:
– Ну как, мальчики, мы снова отправляемся в путешествие? Куда на этот раз?
Вместо ответа Алекс достал из кармана небольшую монетку:
– Давайте представим, что это Солнечная система, причём вместе со внешним поясом астероидов. Мы с вами пока добирались только до начала этого пояса – примерно до середины этой монеты.
– Ой, а мне казалось, что мы забирались в такие космические дали! – воскликнула Лиза.
– Вы даже не представляете себе, что такое настоящие космические дали, – вздохнул Алекс. – Как вы думаете, далеко ли по отношению к этой монетке, нашей Солнечной системе, находятся другие монетки, то есть другие звёзды с их планетами?
Мишун с Лизой переглянулись и пожали плечами.
– Диаметр этой монетки около сантиметра, – прикинул Алекс. – Тогда ближайшая звезда находится на расстоянии около пятидесяти метров, это примерно сто моих шагов.
Алекс положил свою монетку на пенёк, а сам пошёл, считая шаги. Он прошагал всю поляну и углубился в лес. Мишун с Лизой побежали за ним.
– Вот здесь у нас ближайшая звезда.
И Алекс достал из кармана вторую монетку. Мишун с Лизой оглянулись на пенёк, который отсюда был еле виден, а монетка на нём была и вовсе незаметна.
– Теперь я представляю, что такое космические дали, – сказал Мишун.
– Да нет, ещё не представляешь, – возразил Алекс. – Вообразите больше ста миллиардов звёзд, которые образуют наш звёздный «город» – Галактику Млечный Путь. Размер этого города – сто тысяч световых лет, а в нашем масштабе, где Солнечная система – это монетка, размер Галактики – это тысяча километров! Нам понадобилось бы часов десять, чтобы проехать такое расстояние на машине. А до следующей крупной галактики – ещё в двадцать пять раз дальше. Вот что такое космические дали.
Мишун с Лизой притихли.
– И что, мы полетим в эти дали? – осторожно спросила Лиза.
– Непременно. Но для начала я предлагаю вам отправиться всего-навсего в Южное полушарие Земли, чтобы посмотреть своими глазами на две небольшие галактики, спутники нашей.
– Ой, а давайте в Австралию отправимся, на кенгуру заодно посмотрим! – предложил Мишун.
– Боюсь, Австралия нам не подойдёт: когда у нас ночь, там уже день. Чтобы попасть туда ночью, придётся ложиться спать днём.
– Днём я спать не умею, я же не маленький! – возмутился Мишун.
– Вот поэтому мы выберем что-нибудь более подходящее, – успокоил его брат.
Гномики договорились с феей о встрече в осознанном сне ближайшей ночью и побежали домой.
Там Алекс достал глобус и стал показывать брату:
– Видишь эти линии от полюса до полюса? Это меридианы. Если мы перемещаемся вдоль меридиана, у нас будет одно и то же время суток. А на разных меридианах время суток разное. Смотри: мы живём в Европе, ведём пальцем вниз по меридиану, проезжаем по Африке… Нам надо подобраться поближе к Южному полюсу. Южная оконечность Африки нам подойдёт – там время мало отличается от нашего. Решено: отправимся на мыс Доброй Надежды – мне всегда нравилось это название.
Ночью во сне друзья встретились, как обычно, на лужайке перед домом.
– Звездолёт нам в этот раз не нужен, – сказал Алекс, – а вот тёплые кофты не помешают: в Южном полушарии зима, хотя в Африке она и не холодная. Ну что же, как в песне: возьмёмся за руки, друзья, чтоб не пропасть поодиночке.
Все трое взялись за руки и закрыли глаза.
– Мы на мысе Доброй Надежды, на берегу океана, – скомандовал Алекс.
И тут же они почувствовали свежий морской запах и услышали рокот волн. Открыв глаза, друзья обнаружили себя на широком песчаном пляже. Там-сям на берегу и в воде лежали огромные плоские валуны и много продолговатых тёмных камней. Чёрное небо с незнакомыми созвездиями перечёркивала широкая светящаяся полоса Млечного Пути, а сбоку от него, словно оторвавшиеся куски, сияли два облачка.
Алекс показал на них рукой:
– Это и есть карликовые галактики-спутники. После кругосветного путешествия Магеллана их стали называть Магеллановыми Облаками, Большим и Малым. Большое Магелланово Облако примерно в три раза меньше нашей Галактики. Свет идёт от него до нас двести тысяч лет. Это самые далёкие объекты космоса, которые хорошо видны невооружённым глазом.
– Красиво, – сказал Лиза. – А Млечный Путь – это наша Галактика?
– Да, мы смотрим на неё изнутри, поэтому её формы увидеть не можем.
– Алекс, а какой здесь океан? – заинтересовалась Лиза, прислушиваясь к шуму волн.
– Тут сливаются воедино два океана: Атлантический и Индийский.
– Ой, смотрите, камень шевелится! – вдруг прошептал Мишун, показывая пальцем на небольшой продолговатый валун неподалёку. Валун вдруг поднялся, и раздался крик, похожий на ослиный. Тут зашевелились и соседние валуны.
– Это же африканские ослиные пингвины! – обрадовался Алекс. – А мы-то их за валуны приняли. Они кричат, как ослы.
– Разве в Африке пингвины водятся? – удивился Мишун.
– Ещё как водятся, как видишь. Днём они плавают в море, а ночью спят на берегу. Мы их потревожили.
Лиза подбежала к проснувшимся пингвинам, что-то поворковала над ними, и пингвины снова начали укладываться на песок. А самый первый пингвин вразвалочку потопал вслед за Лизой к гномикам, в темноте белело его светлое брюшко. Мишун с Лизой погладили пингвина по спинке – на ощупь он оказался пушистым и очень тёплым.
– Даже не знаю, что мне больше тут нравится: галактики или пингвины, – призналась Лиза.
Пингвин заковылял обратно к своим сородичам. А маленькие путешественники стояли, вдыхая солёный воздух и любуясь серебристыми Магеллановыми Облаками. Мерный шум волн убаюкивал.
– А вдруг кто-то там, в этих галактиках, стоит на берегу тамошнего океана на своей планете и любуется нашей Галактикой? – задумчиво проговорил Мишун.
– Наша Галактика наверняка выглядит оттуда ещё красивее, ведь она гораздо больше, – подхватил Алекс. – В следующий раз мы обязательно рассмотрим нашу Галактику издали. А сейчас – по домам.
Космические дали
Август, а вместе с ним и летние каникулы стремительно катились к концу. Неразлучная троица в последний раз держала совет на лесной полянке.
– Ну что, друзья, вы готовы отправиться в настоящие космические дали? – спросил Алекс. – Хочется познакомиться с нашей Галактикой поближе, а для этого, как ни странно, надо улететь от неё подальше: большое лучше видно на расстоянии. Нам придётся переместиться в межгалактическое пространство на сотни тысяч световых лет от Солнечной системы.
– А что там, в этом межгалактическом пространстве? – робко поинтересовалась Лиза.
– Просто пустота. Огромные чёрные пустые пространства, тянущиеся на миллионы световых лет. Лиза, ты же не боишься пустоты?
– Не знаю. Не могу представить такого, чтобы совсем ничего не было!
– Может, тебя успокоит, что в межгалактическом пространстве скитаются одиночные звёзды, которые в результате каких-то столкновений были выброшены из своих галактик? Астрономы называют их изгоями.
– А планеты у них могут быть? – заинтересовался Мишун.
– Да, они могут скитаться между галактиками вместе со своими планетными системами, почему бы и нет. Пока не примкнут к какой-то встречной галактике. Ну что, я вас уговорил? Отправимся смотреть на нашу Галактику извне? Никто из людей никогда её снаружи не видел и вряд ли увидит.
План был единодушно принят.
Перед сном Мишун с Алексом положили волшебную палочку под подушку и в который раз за лето произнесли заветные слова:
– Мы увидим во сне фею Лизу и вспомним, что спим.
И вот уже все трое сидят в кабине любимого звездолёта.
Алекс громко командует:
– Мы на расстоянии трёхсот тысяч световых лет от Млечного Пути со стороны Магеллановых Облаков.
…Первое чувство – невесомость. За прозрачным куполом – абсолютная чернота, ни одного пятнышка света. Только впереди сиял огромный светящийся диск с ярким центром, из которого закручивались несколько спиральных рукавов, а немного поодаль – ещё два ярких пятнышка.
– Это Магеллановы Облака, я их узнал, – указал на эти пятнышки Мишун. – А эта спиральная штука – и есть наша Галактика? Жителям Магеллановых Облаков повезло: такую красоту каждую ночь в небе видеть!
– А почему так черно кругом? Где звёзды? – удивилась Лиза.
– Все звёзды сидят в галактиках, а изгоев слишком мало, их свет незаметен, – пояснил Алекс. – Другие галактики отсюда очень далеко и почти не видны невооружённым глазом. Так выглядит межгалактическая пустота: пока не подлетишь поближе к какой-то галактике, вокруг одна чернота.
– Мы в своём звездолёте сами словно звезда-изгой, – сказал Мишун. – Не хотел бы я оказаться вдали от всех галактик в кромешной тьме.
– Давайте как следует рассмотрим нашу Галактику, – предложил Алекс. – Отдельные звёзды из такой дали неразличимы. И звёзды, и межзвёздный газ, который они подсвечивают, кажутся отсюда светящимся туманом. Где свечение ярче, там звёзды расположены гуще.
– А ещё я вижу тёмные прожилки в ярких спиралях, – сказал Мишун.
– Это межзвёздная пыль, – объяснил Алекс. – Она поглощает свет звёзд, из-за неё мы не видим центра Галактики, когда находимся дома, на Земле.
– А что в центре? – спросил Мишун. – Он такой яркий!
– Яркий, потому что звёзды в центре Галактики расположены очень тесно, во много раз плотнее, чем там, где живём мы. А живём мы, кстати, примерно на полпути от центра к краю Галактики, между двумя крупными спиральными рукавами. В спокойном месте, где не так много звёзд. А ещё в центре Галактики прячется гигантская чёрная дыра.
– Ой-ё-ёй, хорошо, что мы далеко от центра! – воскликнул Мишун.
– Да, близко к нему жизнь невозможна: там постоянно кто-то взрывается, – согласился Алекс.
– А какие звёзды мы видим, когда ночью смотрим на небо? – спросила Лиза.
– Мы видим только близкие звёзды, причём те, которые находятся не в самом диске Галактики, а вокруг него. А сейчас я скажу вам одну удивительную вещь: через два-три миллиарда лет наша Галактика столкнётся с Магеллановыми Облаками!
– Ой! И что же будет? Все погибнут? – в один голос воскликнули Мишун с Лизой.
– Самое интересное, что ничего особенного не будет, – объявил довольный произведённым эффектом Алекс. – Они просто сольются вместе, как это уже бывало: наша Галактика раньше уже поглощала более мелкие спутники. Звёзды при этом не сталкиваются, они же находятся очень далеко друг от друга. А давайте-ка ещё посмотрим на другую нашу соседку: галактику Туманность Андромеды. Её отсюда не видно – нам надо переместиться на пару миллионов световых лет.
Алекс дал команду, и Галактика Млечный Путь исчезла из поля зрения, зато появилась другая галактика, видимая немного сбоку. Возле неё тоже были заметны два пятнышка – маленькие галактики-спутники.
– Туманность Андромеды из нашего полушария Земли видна как крохотное туманное пятнышко, еле различимое невооружённым глазом в созвездии Андромеда, – начал рассказывать Алекс. – Она удалена от нас на два с половиной миллиона световых лет. Туманность Андромеды очень похожа на нашу Галактику, но в два с лишним раза крупнее. И движется она прямо на нас! Так что через четыре с половиной миллиарда лет эти две крупные галактики, возможно, тоже столкнутся. Вы только представьте себе, как будет выглядеть наше небо, когда эта махина приблизится вплотную! Некоторые звёзды, может, и наше Солнце, будут выброшены из галактик и станут изгоями. Правда, жизнь на Земле к тому времени уже будет невозможна из-за того, что Солнце превратится в гиганта, – вздохнул он.
– Но к тому времени мы наверняка переселимся на какую-нибудь подходящую планету, – поспешил утешить Лизу Мишун.
– Ну как, команда, отправимся к ещё более далёким галактикам? – спросил Алекс.
– Я бы хотела отправиться домой, – тихо ответила Лиза. – В космических далях я чувствую себя такой крохотной и одинокой… Не то что в моём лесу, где меня все знают и любят.
– И я тоже хочу домой, к маме, – поддержал подругу Мишун.
– Ну что же, прощай, далёкий космос, мы возвращаемся на родную Землю.
