Текст книги "Взрывающиеся солнца. Тайны сверхновых"
Автор книги: Айзек Азимов
сообщить о нарушении
Текущая страница: 16 (всего у книги 17 страниц)
ГЛАВА 11
БУДУЩЕЕ
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ
Итак, влияние сверхновых на человечество в описанном здесь виде, по-видимому, вполне благотворно. Но не могут ли сверхновые в определенные периоды каким-то образом действовать нам во вред? Скажем прямо: не могут ли они в определенных случаях угрожать существованию человека или жизни во всей совокупности?
Ясно, что если сверхновая взорвется поблизости (в галактическом смысле), энергия, высвобожденная ею, будет иметь убийственную интенсивность. К примеру, если бы наше Солнце превратилось в сверхновую, то не только жизни на Земле наступил бы конец в считанные минуты, но и сам земной шар обратился бы в пар! А если бы Солнце обратилось всего лишь в новую, то Земля по этому случаю осталась бы совершенно стерилизованной.
К счастью, как было сказано выше, этого не может случиться. Во-первых, Солнце не слишком массивная звезда, а во-вторых, оно не является частью тесной двойной системы, поэтому возможности стать Солнцу сейчас или когда-нибудь новой не существует. Со временем оно превратится в красный гигант, затем сожмется и станет белым карликом, но, пока это не произойдет (через 5 или 6 млрд. лет), с Солнцем ничего не случится (столкновение или почти столкновение с другой звездой маловероятно).
Можем ли мы пострадать, если взорвется не Солнце, а другие звезды? Тут надо сказать, что самые близкие звезды, в которых можно подозревать потенциальные сверхновые, находятся от нас на расстоянии свыше 100 парсек. Если бы какая-нибудь из них взорвалась завтра, то, возможно, обнаружилось бы какое-то вредное влияние, но, вероятно, ничего такого, что на данном расстоянии могло бы угрожать человечеству.
В конце концов ближайшие сверхновые прошлого нас не затронули. Не затронула нас сверхновая, положившая начало Крабовидной туманности, не задела даже сверхновая в созвездии Парус, которая была от нас так близко, что несколько дней в доисторическое время светила как полная Луна. И эта сверхновая, насколько мы знаем, не отразилась на земной жизни.
Одно из прямых воздействий, оказываемых на нас сверхновой, воздействие достаточно сильное, чтобы стать ощутимым, – это влияние ее космических лучей. Поэтому давайте вернемся к ним еще раз.
Общее количество энергии, доставляемой Земле космическими лучами, неожиданно огромно. Считается, что эта энергия примерно равна суммарной энергии света всех звезд в небе, за исключением Солнца. Конечно, число частиц космических лучей гораздо меньше числа легких фотонов, поступающих к нам от звезд, но отдельная космическая частица обладает гораздо более высокой энергией, чем отдельный фотон, и это решает все.
В целом падение космических частиц на Землю остается на постоянном уровне, за исключением случайных кратковременных потоков относительно слабых частиц, возникающих при особо интенсивных солнечных вспышках. Но представим себе, что по какой-то причине этот уровень на какое-то время значительно повысился. Не может ли это обернуться для нас злом?
Увы, ответить придется утвердительно!
Частицы космических лучей производят мутации, необходимые, чтобы эволюция двигалась с какой-то разумной умеренной скоростью, но большинство мутаций тем не менее вредно. К счастью, благодаря естественному отбору немногочисленные благоприятные мутации в нормальных условиях прививаются, а мутации в худшую сторону отмирают. И все-таки мутации к худшему оставляют на виде свое клеймо (генетический «груз»), «одаривая» им какую-то часть популяции, которая в результате становится непригодной к выживанию.
Но что если условия не нормальные? Что если интенсивность космических лучей подскочит гораздо выше нормального уровня и останется таковой в течение какого-то времени? Скорость (т. е. частота) мутаций тогда повысится, возрастет и генетический груз. Генетический груз может стать таким тяжелым, что популяция вида начнет стремительно вырождаться, немногие полезные мутации не смогут выправить положение и вид начнет вымирать. Почти в одно и то же время могут исчезнуть несколько видов.
Не может ли уровень интенсивности космических лучей повыситься по причине, не связанной с появлением поблизости от нас в космосе сверхновой?
Звучит достаточно странно, но этот уровень может повыситься, и мы можем столкнуться с этим неизбежным подъемом через пару тысяч лет даже при отсутствии сверхновой, посылающей нам порции дополнительных космических лучей. Чтобы объяснить это, придется немного вернуться назад.
Не все частицы космических лучей на подлете к Земле ударяются об нее. У Земли есть магнитное поле, известное еще со времен английского физика Уильяма Гилберта (1544–1603), который в 1600 г. опубликовал книгу с описанием своих опытов, проделанных с шаром из магнитного материала. Игла компаса вблизи этого шара вела себя точно так же, как она себя ведет вблизи земного шара. А это означало, что Земля по-своему тоже есть шар из магнитного материала.
Представьте себе непрерывные плавные линии, проведенные через магнитное поле Земли и соединяющие точки с равной магнитной напряженностью, и вы получите семейство магнитных силовых линий. Все они начинаются и кончаются в двух точках на земной поверхности: одна из них находится у кромки Антарктиды (Южный магнитный полюс), другая – у северного края Северной Америки (Северный магнитный полюс). В промежутке между этими двумя точками они, как бы приподнимаясь от Земли, плавными кривыми идут приблизительно в направлении север – юг и достигают своей наибольшей высоты на половине расстояния между полюсами.
Всякая электрически заряженная частица, прорывающаяся из внешнего пространства к поверхности Земли, должна пересечь эти магнитные силовые линии. Частица потеряет часть своей энергии и замедлит скорость. Электрически заряженная частица, не нацеленная точно в магнитный экватор Земли, отклонится от своего пути в направлении магнитных линий; при этом ее траектория отклоняется в северном направлении, если частица попадает севернее магнитного экватора, или в южном, если южнее от него.
Чем меньше в частице энергии, тем легче она отклоняется, а если у частицы энергии совсем мало, она, подхватываемая магнитными силовыми линиями, вынуждена следовать в их направлении, пока не войдет в атмосферу у магнитного полюса или рядом с ним.
Частицы космических лучей обладают, однако, такой высокой энергией, что магнитное поле Земли способно лишь незначительно увести их в сторону. И все-таки некоторые из этих частиц, которые могли бы зацепить хотя бы край магнитосферы, будут отклонены настолько, что могут совсем пройти мимо. Даже те из них, что приближаются более или менее перпендикулярно к поверхности Земли, все же отклоняются до определенной степени. По этой причине многие частицы, которые должны попасть в тропические или умеренные зоны, где Земля изобилует сухопутной жизнью, в конце концов попадают в полярные области, где собственно земной жизни не так много. Таким образом, воздействие космических частиц на все живое частично ослабляется земным магнитным полем, ослабляется настолько, что исключает возможность причинить вред, однако не настолько, чтобы помешать им выполнять их полезную с точки зрения эволюции миссию. Следовательно, чем слабее будет магнитное поле Земли, тем оно менее пригодно для отражения космических частиц и с тем большей силой космические лучи, особенно в низких широтах, будут ударяться о земную поверхность. Напряженность магнитного поля Земли непостоянна. Ученые начинали его измерять с 1670 г. С тех пор напряженность магнитного поля упала на 15 %. Если напряженность поля продолжит уменьшаться в таком темпе, то оно станет равным нулю примерно к 4000 г.
Но будет ли продолжаться такое снижение напряженности? Скорее всего, напряженность имеет какие-то колебания (флюктуации), т. е. постепенно слабеет, опускаясь до какого-то определенного уровня, затем усиливается, также до определенного уровня, а потом вновь слабеет. Казалось, единственный способ узнать, что же на самом деле будет дальше, это подождать несколько тысяч лет и продолжить замеры, но вдруг выяснилось, что в этом нет необходимости.
В земной коре есть некоторые минералы, которые обладают слабыми магнитными свойствами. Когда лава, вытекающая из вулканов, остывает и твердеет, в таких минералах образуются кристаллы, ориентирующиеся на север и юг, т. е. в направлении магнитных силовых линий. Мало того, у каждого кристалла есть свой северный полюс, указывающий на север, и южный полюс на противоположном конце, который указывает на юг. (Можно отличить северный полюс от южного, пробуя кристалл обыкновенным магнитом.)
В 1906 г. французский физик Бернар Брюнес (1869–1930), исследуя вулканические породы, заметил, что в некоторых случаях кристаллы были намагничены в направлении, противоположном теперешнему магнитному полю: северный полюс указывал на юг, а южный – на север. Сначала это открытие игнорировали, так как в нем, казалось, не было никакого смысла, но со временем накопились и другие факты, и теперь этот факт нельзя ни отрицать, ни игнорировать.
Что же случилось с породами? Почему они ориентированы таким «ошибочным» образом? Да потому, оказывается, что магнитное поле Земли направлено бывает периодами то в одну, то в другую сторону. Породы, которые остывают и кристаллизуются, пока земное магнитное поле направлено в одну сторону, кристаллами своими показывают в ту же сторону. Когда же магнитное поле повернулось, у него уже недостает силы повернуть застывшие кристаллы, и они оказываются ориентированными «ошибочно».
В 1960-х годах изучались магнитные свойства морского ложа. Ложе Атлантического океана раздалось до нынешних размеров в результате поднятия расплавленного материала из недр Земли через длинную изломанную трещину, проходящую как раз по середине океана. Породы, лежащие вблизи этой трещины, – это самые новые и совсем недавно окаменевшие породы. По мере удаления от трещины в обе стороны породы становятся все более и более старыми. Если изучить магнитные свойства этих пород, то окажется, что ближайшие к трещине породы показывают «правильное» направление, т. е. попутно с теперешним направлением магнитного поля. Дальше в сторону от расщелины они показывают «неверно», еще дальше – снова «верно», еще дальше – снова «неверно» и т. д. Иначе говоря, по обе стороны от трещины есть полосы пород «правильной» и «неправильной» ориентаций, причем каждая сторона есть зеркальное отражение другой.
Измерение возраста этих пород показало, что магнитное поле обращалось через неодинаковые промежутки времени: иногда между обращениями пролегал интервал всего в 50 000 лет, а порой и 20 млн. лет. Очевидно, здесь имеет место вот что: интенсивность магнитного поля периодически падает до нуля, а затем продолжает падать и «ниже нуля», т. е. меняя свое направление и становясь в нем все сильнее и сильнее. Затем оно склоняется к нулю опять, снова меняя направление, и т. д.
Что заставляет магнитное поле повышать и понижать свою интенсивность так нерегулярно и изменять свое направление при каждом прохождении через нуль? Ученым остается только догадываться. Такая ближайшая «перекидка» должна произойти где-то в 4000 г. В течение нескольких столетий до и после этого магнитное ноле Земли будет настолько слабым, что не в состоянии будет отклонять космические лучи сколь-нибудь действенным образом. Вместе с увеличением или снижением силы магнитного поля увеличивается или снижается бомбардировка Земли космическими лучами. Она снижается до минимума, когда магнитное поле наиболее интенсивно, и вырастает до максимума, когда магнитное поле снижается до нуля.
Когда напряженность магнитного поля равна пулю, а падение космических лучей достигает максимума, максимальными становятся и мутации, и генетическая нагрузка. Именно тогда отдельным видам грозит возможность вымирания.
ВЕЛИКИЕ ВЫМИРАНИЯ
Конечно, виды вымирали на протяжении всей истории жизни на Земле, но вымирание это не было равномерным, постоянным во времени. Палеонтологи, изучая ископаемые остатки, сталкиваются с одним обстоятельством: существовали периоды, когда вымирание было необычно высоким, были даже периоды, когда за сравнительно короткий промежуток времени вымирало большинство живущих видов.
Эти периоды называют «великими вымираниями». Наиболее известный из таких периодов имел место 65 млн. лет назад, когда громадные рептилии, населявшие тогда Землю, включая множество существ, называемых динозаврами, вместе с другими видами были обречены на вымирание.
Не могли ли эти великие вымирания совпасть с периодами нулевой напряженности земного магнитного поля? Не идем ли и мы, в свой черед, к такому великому вымиранию в 4000 г. от рождества Христова, не исчезнет ли человечество с лица Земли за этим рубежом?
По-видимому, нам не следует этого бояться. Хотя мы не можем проследить изменения магнитного поля в прошлом за многие миллионы лет, мы знаем, что за последние несколько десятков миллионов лет такие изменения были и они не обязательно сопровождались чрезмерно высоким вымиранием. Поэтому ожидать через 2000 лет катастрофы, связанной с генетической нагрузкой, как будто нет оснований.
Это неудивительно. Магнитное поле Земли не очень велико, и частицы космических лучей, заряженные очень высокой энергией, имеют совсем небольшое отклонение. Следовательно, когда напряженность магнитного поля падает, воздействие космических лучей усиливается, но ненамного. Но что если интенсивность космических лучей повысилась бы безотносительно к земному магнитному полю? Что если по соседству разорвалась бы сверхновая? Тогда бы на Землю обрушился огромный поток частиц космических лучей, и это могло бы стать причиной многочисленных вымираний.
Представьте себе крупную сверхновую, взрывающуюся в десяти парсеках от Земли. Она светила бы, пусть не долго, в 1/600 яркости нашего Солнца и была бы, таким образом, самым ярким предметом в небе, включая Луну. На противоположной от Солнца стороне Земли ночь тогда превратилась бы в подобие сумеречного дня. В какой бы части неба она ни загорелась, весьма ощутимо нагрела бы Землю и сделала жизнь для всех нас очень неудобной.
И что особенно важно, интенсивность космических лучей усилилась бы в сотни и тысячи раз сравнительно с теперешней, и этот повышенный уровень мог бы удерживаться долгие годы. Отсюда всевозможные неприятные последствия: озоновый слой тогда бы ослабел и возросло бы ультрафиолетовое излучение, а это не менее опасно для жизни, чем сами космические лучи. Часть атмосферного азота и кислорода могла бы соединиться, и оксид азота, образовавшийся при этом в верхних слоях атмосферы, частично закрыл бы для нас солнечный свет. После первоначального подъема упала бы температура, а вместе с ней и уровень осадков. И конечно же, резко возросла бы частота мутаций.
И если бы все это случилось в тот период, когда напряженность магнитного поля Земли была на нуле или вблизи него, перечисленные эффекты усилились бы еще больше со всеми вытекающими отсюда отрицательными последствиями. Неужели великие вымирания были результатом совпадения близкой сверхновой и временного исчезновения магнитного поля?
На расстоянии до десяти парсек от нас нет звезд, которые могли бы стать сверхновыми, так что на первый взгляд такое предположение может показаться смешным. Однако Солнце движется, как и все звезды нашей Галактики. Это движение несет звезды вокруг галактического центра, но движение звезд отнюдь не похоже на слитное звучание хора. Звезды, находящиеся дальше от центра, движутся медленнее, чем звезды более близкие к нему. У одних (как у нашего Солнца) орбиты почти круговые, у других они подчеркнуто эллиптические. Одни движутся в общей плоскости Млечного Пути, другие в плоскостях, сильно наклоненных к ней.
В итоге одни звезды могут приближаться к другим, потом удаляться от них, привлекаться к следующим и снова удаляться… И это может повторяться снова и снова на каждом витке вокруг центра Галактики. Возможность столкновения чрезвычайно мала, но подойти на расстояние десятка парсек до другой звезды вполне реально. Мы, например, находимся на расстоянии 1,3 парсека от Альфы Центавра и 2,7 парсека от Сириуса, но мы не всегда были на таком расстоянии от них и не останемся на таком расстоянии вечно.
Может быть, когда-то в далеком прошлом Солнце проходило очень близко от звезды, только что вспыхнувшей как сверхновая? (И может быть, это повторится в будущем?) Так нельзя ли это событие связать с великими вымираниями, в частности с исчезновением динозавров?
В конце 70-х годов в ученых кругах эта мысль получила большое распространение.
В 1980 г. американский физик Уолтер Альварез открыл, что в слое породы возрастом 65 млн. лет присутствует поразительно много иридия, одного из редких металлов. Он высказал предположение, что около 65 млн. лет назад в Землю врезался крупный астероид и поднял так много пыли в стратосферу, что надолго закрыл доступ солнечного света к Земле. Следствием этого явилось великое вымирание, которое и убило динозавров. Впоследствии пыль осела на поверхность Земли, увлекая за собой и мелкую пыль иридия, которым был насыщен астероид.
С тех пор неоднократно обнаруживались веские данные, свидетельствующие в пользу такой гипотезы. Так, в 1983 г. было обнаружено, что великие вымирания бывали на Земле удивительно регулярно – каждые 26–28 млн. лет. Астрономам предстояло объяснить, что могло быть причиной этой растянутой во времени периодичности. Например, они предполагали, что Солнце могло иметь отдаленного спутника (не настолько, впрочем, большого, чтобы светить как звезда), который в какой-то части своей двадцатисемимиллионнолетней орбиты приближается к Солнцу так близко, что проходит сквозь облако из сотен миллиардов комет, кружащих по своим орбитам далеко за орбитой Плутона. Сила притяжения этого спутника отклоняет сотни тысяч этих комет на орбиты, приводящие внутрь Солнечной системы. Несомненно, некоторые из них сталкивались с Землей, приводя ее в беспорядок, который и вызывал массовое вымирание.
Последнее великое вымирание произошло примерно 11 млн. лет назад, и если идея столкновения с кометами верна, следующее произойдет через 16 млн. лет. (Нет надобности об этом беспокоиться сегодня.)
Итак, до появления новых свидетельств и их интерпретации, со сверхновых теперь, кажется, можно снять ответственность за великие вымирания. Тем не менее возможно, что случайная относительно близкая сверхновая станет источником космического излучения, и достаточно сильного, чтобы вызвать угасание видов, которого при других обстоятельствах просто бы не случилось.
КОСМОС
В будущем возникнут особые условия жизни, когда космические лучи будут доставлять хлопот гораздо больше, чем сегодня.
Возьмем, например, космоплавание. К настоящему дню уже многие люди побывали в преддверии космоса, где остаются лишь ничтожные следы верхних слоев атмосферы. Совершена даже высадка на Луну. Космонавт, облетающий Землю, находится уже за пределами спасительных слоев атмосферы, но от частиц космических лучей, пришедших от Солнца и других источников, его все еще защищает магнитное поле планеты.
До сих пор космонавты не обнаруживали признаков видимого вреда от пребывания в условиях космоса. Даже те советские космонавты, которые оставались на орбите до восьми месяцев кряду, по-видимому, перенесли это вполне удовлетворительно. (Один из них – в двух отдельных вахтах на орбите – в общей сложности оставался за пределами атмосферы в течение года.)
Космонавты, летавшие на Луну и обратно, находились вне магнитного поля Земли и ее атмосферы, а Луна не имеет ощутимых следов ни того ни другого. В течение шести дней космонавты подвергались полному, неограниченному воздействию космических лучей, и все же у них не отмечено никаких признаков болезни.
Придет время, когда пребывание в открытом космосе станет более продолжительным. Уже в обозримом будущем космические корабли с экипажами на борту проложат курс на Марс и дальше. Люди будут испытывать на себе бомбардировку космических лучей уже не дни, – а месяцы и даже годы. Будут существовать космические поселения, в которых будут жить люди достаточно долго, и тогда речь пойдет уже не о годах, а о целой жизни и даже жизни поколений в космосе. Настанет время, когда в космосе люди будут зачинаться, рождаться и вырастать. Увеличится ли тогда под действием космических лучей уровень мутаций? Увеличатся ли врожденные дефекты? Сделает ли повысившаяся генетическая нагрузка жизнь в космосе затруднительной или совсем невозможной?
Если космические поселения будут достаточно крупными, они смогут быть технически защищены от космического излучения даже при отсутствии многокилометровой атмосферы и магнитного поля планеты.
Эти космические поселения (вероятнее всего) будут сооружаться из металла и стекла, разрабатываемых на Луне. Лунная порода в измельченном виде будет служить грунтом, укладываемым на внутреннюю поверхность поселения. Грунт будет удерживаться центробежной силой вращения космического города. Появится база для агрономической деятельности поселенцев, слой грунта будет таким толстым, что сможет поглощать значительную часть космических лучей.
Длительные космические перелеты будут совершаться на крупных космических кораблях, смонтированных и запущенных из космоса. Это будут маленькие самостоятельные миры. Внутри корпус также будет покрыт почвой и для выращивания необходимых в питании растений, и одновременно для защиты от космического излучения.
Конечно, будут периоды, когда опасность космического излучения будет временно повышаться. Время от времени гигантская солнечная вспышка пошлет поток космических лучей, который накроет и космические поселения, и корабли. Но, вероятно, такой шквал будет недолгим, а частицы космических лучей в космических масштабах будут довольно слабы. (И тут, несомненно, защитные слои почвы сыграют свою роль, взяв это излучение на себя.)
В общий поток космических лучей добавит свою долю неожиданный взрыв сверхновой. И хотя такое событие может случаться очень редко, общее количество частиц космических лучей сильно возрастет на достаточно долгое время. Однако такие сверхновые слишком далеки и не будут опасны.
Разумеется, всегда возможно стечение обстоятельств, которое приведет к трагедии. И если будут существовать космические поселения и ориентированное на космос общество, то люди всегда будут делать короткие перелеты от поселения к поселению на маленьких, незащищенных челночных аппаратах или работать в открытом космосе, не имея никакой защиты кроме космического скафандра. Тогда налетевший неожиданный очень сильный шквал космических лучей от Солнца или от сверхновой может нанести значительный ущерб, сопряженный даже с потерей жизни. И все же мы должны отбросить эту неизбежность, угрожающую космическому развитию человечества: свыкаемся же мы с мыслью, что на Земле люди теряют жизнь в снежную бурю или вследствие ударов молнии!
Придет, время, когда мы будем знать о сверхновых так много, что сможем с завидной точностью предсказать возможность и время взрыва близкой сверхновой. Пожалуй, мы сможем делать толковые прогнозы солнечной погоды и предсказывать особо мощные солнечные вспышки. В таких случаях из космоса будут срочно удалены незащищенные люди, и они, укрытые от всяких излучений, будут ждать, пока не минует опасность, прежде чем отважиться на новый выход.
