Текст книги "О времени, пространстве и других вещах. От египетских календарей до квантовой физики"

Автор книги: Айзек Азимов

сообщить о нарушении

Текущая страница: 9 (всего у книги 15 страниц)

Глава 10 КАЖДЫЙ РАЗ ПО ГАЛАКТИКЕ

Несколько лет назад в школе, находящейся по соседству с моим домом, был пожар. Собственно говоря, огня там почти не было. Правда, было много дыма, закоптившего несколько комнат в полуподвальном помещении. Занятия к моменту начала пожара давно закончились, так что пострадавших не было.

И все равно: как только на улице появилась первая пожарная машина, вокруг начали собираться зрители. Казалось, все бездельники города и его окрестностей прибыли, чтобы поглазеть на огонь. Они приезжали на машинах, повозках и велосипедах, некоторые приходили пешком.

Многие из них были с подружками, престарелыми родителями и детьми.

Они заполонили все окрестные улицы, поэтому средства пожаротушения можно было доставить на место разве что вертолетом.

Так происходит, к сожалению, отнюдь не редко. Каждая большая или маленькая катастрофа неизменно собирает толпу зевак. Что их привлекает? По-моему, две причины: во-первых, возможность поглазеть на разрушения и чужие несчастья, во-вторых, максимально затруднить и отсрочить прибытие на место трагедии подразделений, задачей которых является охрана жизни и собственности.

Скажу сразу, я не рванулся вслед за толпой смотреть на пожар, чем был чрезвычайно горд. Но должен признаться, не потому, что у меня отсутствует инстинкт разрушения. Просто небольшое возгорание в полуподвале слишком далеко от моегопонятия разрушения.

Вот если взорвется звезда, тогда другое дело.

Вероятно, мой инстинкт разрушения развит слишком хорошо, поскольку меня всегда очень занимал предмет вспышек сверхновых звезд – колоссальных звездных взрывов.

В середине XX века начала быстро развиваться радиоастрономия. После окончания Второй мировой волны астрономы всего мира активно занимались приемом микроволновых излучений, идущих с различных направлений. Очень скоро стало очевидным, что некоторые из них исходят от наших ближайших соседей. Солнце является источником радиации, так же как Юпитер и Венера.

На практике источники радиации в Солнечной системе не слишком важны. Значительно интереснее принять сигналы, дошедшие до нас сквозь необозримые звездные дали. К примеру, одним из источников радиации за пределами Солнечной системы является Крабовидиая туманность. Хотя ее сигналы ослаблены расстоянием в 5000 световых лет, мы можем засечь их своими приборами. Но Крабовидная туманность представляет собой остатки сверхновой – свет от ее взрыва впервые достиг Земли 900 лет назад.

Довольно много источников радиации лежит за пределами нашей Галактики в миллионах и даже миллиардах световых лет от нас. Тем не менее, их микроволновые излучения доходят до Земли и отражаются на наших приборах. Они представляют собой источники энергии, по сравнению с которыми взрыв сверхновой – пустяк, не стоящий упоминания.

Например, один из сильных источников расположен, как выяснилось, в галактике, удаленной от нас на 200 000 000 световых лет. Когда на эту галактику были направлены мощнейшие телескопы, оказалось, что она имеет весьма своеобразную, деформированную форму. При более внимательном изучении выяснилось, что это не галактика, а две галактики в процессе столкновения.

Когда сталкиваются две галактики, это мало похоже на столкновение двух звезд. В галактиках есть облака пыли (многие галактики обладают таковыми, включая нашу собственную); если эти облака столкнутся, то возникшее при этом возмущение станет источником коротковолнового излучения, как возмущение газов Крабовидной туманности, Солнца, атмосферы Юпитера и Венеры.

Но с увеличением числа обнаруженных источников коротковолнового излучения появилось и больше вопросов. Ученых приводило в недоумение их непонятно большое количество, приходящееся на удаленные галактики. Такого попросту не могло быть. Случайные столкновения галактик, безусловно, имели место; но казалось невероятным, что галактики сталкивались так часто, чтобы создать многочисленные источники радиации.

Возможно, существует другое объяснение? Какой катаклизм в пределах одной галактики мог стать таким же мощным источником излучения, как две сталкивающиеся галактики? Только если не считать столкновение единственным возможным вариантом, можно найти объяснение многочисленным источникам излучения.

Но что может сделать одна галактика, если ей на помощь не придет соседняя?

Предположим, она может взорваться.

Но как? Галактика не является единым объектом. Это свободное скопление нескольких сотен миллиардов звезд. Каждая звезда сама по себе может взорваться, но почему вдруг произойдет одновременный взрыв всей галактики?

Чтобы ответить на этот вопрос, следует понять, что галактика в действительности не является свободным скоплением звезд, как мы привыкли думать. Галактика вроде нашей тянется на сотню тысяч световых лет вдоль своего большого диаметра и большей частью состоит из мелкой россыпи звезд. Мы в своей галактике живем в малочисленном звездном окружении и считаем это нормой. Но это не совсем так.

Сутью галактики является ее ядро, густое скопление звезд, форма которого напоминает сферу. Его диаметр составляет примерно 10 000 световых лет, а объем – 525 000 000 000 световых лет в кубе. Если считать, что ядро содержит 100 000 000 000 звезд, то «плотность звездного населения» не превышает одну звезду на 5,25 световых лет в кубе.

При таком скоплении звезд среднее расстояние между ними в пределах галактического ядра – 1,7 световых лет. Это средняя величина для всего объема. Плотность звезд в ядре увеличивается при движении к его центру. Думаю, что в районе центра ядра звезды разделены между собой половиной светового года.

Даже половина светового года – это 3 000 000 000 000 миль, то есть в четыре раза больше, чем ширина орбиты Плутона. Поэтому звезды все-таки не столпились в одном месте и не обязательно должны сталкиваться, но…

Теперь представьте, что где-нибудь в пределах галактики произошел взрыв сверхновой звезды.

Что случится?

В большинстве случаев ничего (за исключением того, что одна звезда разлетится на мелкие обломки). Если сверхновая находится на задворках галактики – к примеру, где-то рядом с нами, вокруг нее так мало звезд, что пи одна из них не попадет в радиус действия ее излучения. Гигантское количество энергии, выброшенное сверхновой в пространство, распространится во все стороны, постепенно ослабеет, и все.

Но если сверхновая находится в центре галактического ядра, галактика уже не отделается легким испугом. Средняя сверхновая выбрасывает количество энергии в 10 000 000 000 раз больше, чем Солнце. Объект, находящийся от нее на расстоянии 5 световых лет, получит за секунду десятую часть энергии, получаемой Землей от Солнца. А на расстоянии половины светового года от сверхновой объект получит в десять раз больше энергии в секунду, чем Земля получает от Солнца.

Это плохо. Если на расстоянии 5 световых лет от нас взорвется сверхновая, у нас в течение года будет немало проблем с перегревом. Если же она взорвется в половине светового года от пас, полагаю, от жизни на Земле мало что останется. Но не надо беспокоиться! В пределах 5 световых лет от нас находится лишь одна звездная система, причем не из тех, где могут появиться сверхновые.

А как насчет влияния на сами звезды? Если бы наше Солнце оказалось по соседству со сверхновой, на него выплеснулся бы поток энергии, весьма чувствительно поднявший его температуру. После этого Солнце, в конце концов, снова обретет равновесие и станет не хуже прежнего (хотя, скорее всего, на его планетах уже не будет жизни). Но даже незначительный рост температуры может привести к увеличению расхода топлива [7]7
  Звезды – светящиеся газовые шары. Образуются из межзвездной газово-пылевой среды (главным образом, водорода и гелия) в результате гравитационного сжатия. Источником энергии звезды является «горение» водорода. Время жизни звезды на этапе «горения» водорода пропорционально ее массе и обратно пропорционально светимости, ибо от массы зависит запас ядерного горючего, а от светимости скорость, с которой оно расходуется. (Примеч. пер.)


[Закрыть]Солнца.

Именно расходом горючего измеряется век звезды. Когда сто запасы уменьшаются до нижней границы, звезда расширяется и становится красным гигантом или происходит взрыв, и возникает сверхновая звезда. Достаточно удаленная сверхновая, слегка подогревая Солнце на протяжении года, может приблизить его на век или даже на 10 веков к такому кризису. К счастью, у нашего Солнца долгий век (несколько миллиардов лет), поэтому несколько веков или даже миллион лег не станут решающими.

Однако некоторые звезды не могут позволить себе постареть даже немного. Они уже находятся слишком близко к такому уровню расхода горючего, который приведет к радикальным и необратимым изменениям. Назовем такие звезды, пребывающие на грани, предсверхновыми. Сколько их в галактике?

По оценкам экспертов, в течение века на каждую галактику приходится в среднем по три сверхновых звезды. Это значит, что за 33 000 000 лет в среднестатистической галактике будет миллион сверхновых. Учитывая, что жизненный цикл галактики измеряется сотнями миллиардов лет, любая звезда, которую от состояния сверхновой отделяет несколько миллионов лет, может оказаться на грани.

Если из 100 миллиардов звезд, составляющих среднестатистическое галактическое ядро, миллион звезд приблизился к этой грани, то одна звезда из каждых 100 000 является предсверхновой. Это означает, что предсверхновые в пределах галактического ядра разделены средним расстоянием в 80 световых лет. При приближении к центру ядра среднее расстояние сократится до 25 световых лет.

Но даже если расстояние составит 25 световых лет, свет сверхновой будет в 250 раз меньше, чем поступающий на Землю от Солнца. Иными словами, его эффект совершенно незначителен. Между прочим, мы имеем возможность довольно часто наблюдать вспышки сверхновых в разных галактиках, и ничего страшного не происходит. Сверхновая медленно умирает, а галактика становится такой же, как прежде.

Между тем, если среднестатистическая галактика имеет одну предсверхновую на каждые 100 000 звезд, отдельные галактики могут оказаться беднее или богаче этими звездами, находящимися на грани. В какой-то галактике может оказаться одна предсверхновая на каждую тысячу звезд.

В такой галактике ядро будет содержать 100 000 000 предсверхновых, разделенных между собой средним расстоянием в 17 световых лет. Ближе к центру расстояние между ними уменьшится и может достичь даже 5 световых лет. Если сверхновая осветит предсверхновую, находящуюся в 5 световых годах ог нее, она ощутимо сократит ее жизнь. И если до этого события предсверхновую отделяла от взрыва тысяча лет, после него ее срок может сократиться всего лишь до нескольких месяцев.

Затем, когда она взорвется, более отдаленная предсверхновая, чья жизнь уже оказалась укороченной после первого взрыва, приблизится к пограничному состоянию. Вполне вероятно, что по прошествии нескольких месяцев она взорвется.

И так далее, и так далее… Процесс будет продолжаться, напоминая падение костяшек домино, и в конце концов окажется, что в галактике взорвалась не одна сверхновая, а несколько миллионов, хотя не одновременно, а друг за другом.

Это и называется галактическим взрывом. Не приходится сомневаться, что именно так возникает фейерверк волн, которые, распространившись на миллиарды световых лет, все еще улавливаются.

Быть может, все это мои фантазии? Честно говоря, вначале так оно и было. Однако наблюдения 1963 года показали, что речь идет о вещах более серьезных.

Наблюдения велись за галактикой в Большой Медведице, названной М82, потому что она имеет номер 82 в списке небесных тел, составленном французским астрономом Шарлем Мессьером около двух столетий назад.

Мессьер был охотником за кометами. Большую часть жизни он проводил у телескопа, выискивая кометы, постоянно их находил, но каждая очередная комета неизменно оказывалась неким туманным объектом, который постоянно находился в небе.

В конце концов он решил составить карту звездного неба и нанести па нее все гуманные объекты, так похожие на кометы, чтобы они больше никогда и никого не вводили в заблуждение. Таких объектов оказалось 101. Именно список мешавших астроному объектов звездного неба сделал его имя бессмертным.

Первым в этом списке под индексом М1 шла Крабовидная туманность. Далее следовали две дюжины шаровидных скоплений (сферические скопления плотно «спрессованных» звезд). Под индексом М13 значилось созвездие Геркулеса – в то время самое большое из всех известных. Около тридцати позиций в его списке занимали галактики, в том числе Андромеда (М31), Водоворот (М51). Кроме того, в его списке присутствовали такие известные объекты, как туманность Ориона (М42), Кольцевая туманность (М57) и Полночная туманность (М97).

М82 – это галактика, находящаяся в 10 000 000 световых годах от Земли. Она вызвала интерес астрономов тем, что оказалась сильным источником радиоволн. На нее был направлен 200-дюймовый телескоп, что позволило сделать фотографии сквозь фильтры, блокирующие любой свет, кроме идущего от ионов водорода. У ученых имелись основания предполагать, что любые существующие возмущения проявятся наиболее наглядно именно на водородных ионах.

Все получилось! Были обнаружены потоки ионов водорода, растянувшиеся на тысячу световых лет, исходящие из галактического ядра. Суммарная масса выброшен пою водорода оказалась эквивалентной массе, как минимум, 5 000 000 средних звезд. Судя по скорости распространения потоков и пройденному ими расстоянию, взрыв произошел около 1 500 000 лет назад. (Свету требуется 10 миллионов лет, чтобы добраться до нас от М82, так что по земному времени взрыв имел место 11 500 000 лет назад в самом начале плейстоцена.)

Таким образом, М82 – это взорвавшаяся галактика. Происшедший при этом выброс энергии эквивалентен энергии 5 миллионов сверхновых звезд, высвобожденной последовательно. Это напоминает цепную реакцию распада ядер урана в атомной бомбе, но только в другом масштабе. Я совершенно уверен, что, если в этом галактическом ядре существовала жизнь, ее там больше нет.

Думаю, что даже на окраинах этой галактики условия для жизни далеки от идеальных.

Меня часто посещает ужасная мысль… Вы уже догадались, какая?

А что, если взорвется ядро нашей родной Галактики? Конечно, скорее всего, это не произойдет (я не желаю внушить страх моим уважаемым читателям), поскольку взрывающиеся галактики – явление такое же редкое среди галактик, как взрывающиеся звезды – среди звезд. А будучи уверенным, что наша Галактика останется цела, можно спокойно пофантазировать, представив себе последствия такого взрыва.

Прежде всего, мы находимся не в ядре галактики, а на ее окраине. При таком расстоянии все-таки имеется шанс уцелеть, хотя и небольшой. Тем более, что между нами и галактическим ядром находятся обширные облака пыли, являющиеся неплохим экраном.

Конечно, какая-то часть волн все равно прорвется сквозь облака и, вероятнее всего, на ближайшие несколько миллионов лет загубит радиоастрономию, закрыв все вокруг. Но это не самое страшное. Куда хуже будет увеличение уровня космической радиации, который может стать опасным для жизни: радиоактивные осадки после галактического взрыва вполне могут попасть на Землю.

Давайте пока забудем о космической радиации, тем более что ее вероятный уровень является слишком неопределенным. К тому же мысли о повышенном уровне радиации вокруг нас не добавляют бодрости духа. Лучше мысленно отодвинем пылевые облака и посмотрим, что представляет собой галактическое ядро до взрыва.

Известно, что оно имеет диаметр около 10 000 световых лет и удалено от нас на 30 000 световых лет. Ядро предстанет перед нами в виде объекта, напоминающего сферу. Оказавшись целиком над горизонтом, оно займет у часть видимого участка неба.

Его свечение будет в 30 раз ярче, чем у Венеры в период максимальной яркости, но распределится на такой большой площади, что будет выглядеть сравнительно тусклым. Центр ядра, равный по размеру полной Луне, будет иметь только ¹/ _{200 000}часть ее яркости.

Кроме того, будет видна светящаяся область в районе Млечного Пути в созвездии Стрельца, причем намного ярче, чем сам Млечный Путь. В центре свечение будет ярче, по краям – более тусклым.

Но что произойдет, если ядро нашей Галактики взорвется? Не сомневаюсь, что если это произойдет, то взрыв будет в самом центре ядра, где звезды расположены довольно плотно, а эффект от одной предсверхновой звезды на своих соседей будет максимальным. Предположим, что образовались 5 000 000 сверхновых звезд, как и в галактике М82. Если ядро имеет предсверхновые звезды, разделенные 5 световыми годами в центральных областях, тогда 5 000 000 предсверхновых поместятся в сферу диаметром 850 световых лет. С расстояния 30 000 световых лет такая сфера будет иметь диаметр чуть больше, чем видимый диаметр полной Луны. Все будет очень хорошо видно.

Если взрыв начался, сверхновые будут следовать друг за другом с нарастающей скоростью. Начнется ценная реакция.

Если бы мы могли взглянуть на обширный взрыв, происшедший миллионы лет назад, ю смогли бы сказать, что центр ядра взрывается сразу же. Но это лишь отчасти правильно. При наблюдении за самим процессом взрыва стало бы ясно, что он занимает значительное время, благодаря тому неоспоримому факту, что свету требуется немало времени, чтобы дойти от одной звезды до другой.

Когда взрывается сверхновая звезда, она не может оказать влияние на соседнюю звезду (до которой 5 световых лет), пока излучение от первой звезды не достигнет второй, а на это уйдет 5 лет. Если вторая звезда расположена с противоположной стороны от первой (по отношению к нам), будет потеряно еще пять лет, пока свет вернется к первой сверхновой. Таким образом, мы увидим вторую сверхновую па 10 лет позже, чем первую.

Поскольку сверхновая останется невидимой для невооруженного глаза примерно па протяжении года даже при самых благоприятных условиях, вторая сверхновая останется невидимой даже после того, как первая уже погаснет.

Если быть кратким, 5 000 000 сверхновых, образующих сферу диаметром 850 световых лет, стали бы видны нам спустя примерно 1000 лет. Если взрывы начнутся у ближнего края сферы, так что поток радиации направится в сторону от нас и вернется, чтобы инициировать взрыв других сверхновых, диапазон отклонений может составить 1500 лег. Если они начнутся на дальнем краю и будут иметь место дополнительные взрывы, пока излучение от первого взрыва проходит предсверхновые, расположенные по пути к нам, разброс времени может существенно уменьшиться.

Существует вероятность того, что в галактическом ядре начнут появляться мерцающие, пульсирующие огни. Вначале их будет немного – 3–4 за десятилетие. Но с течением времени число огней возрастет, и одновременно можно будет увидеть несколько сотен. В конце концов они погаснут, оставив в небе тускло светящуюся газовую турбулентность.

Насколько яркими они могут быть? Единичная сверхновая может достичь максимальной абсолютной величины – 17. Эго означает, что, если бы она находилась на расстоянии 10 парсек (32,5 световых лет) от нас, то имела бы видимую величину-17, то есть '/ю ооо яркости Солнца.

На расстоянии 30 световых лет видимая яркость такой сверхновой уменьшится на 15 звездных величин и составит -2. Такова яркость Юпитера.

Числа воистину удивительны! На расстоянии галактического ядра ни одна обычная звезда не может быть видна невооруженным глазом. Сто миллиардов звезд, составляющих ядро, создают при нормальных условиях только слабо светящуюся дымку. Если отдельная звезда на таком расстоянии достигает видимой яркости Юпитера – это уму непостижимо! Сила света такой сверхновой составляет ^х/ _ючасть силы света целой невзрывающейся галактики, такой, как наша.

И все же маловероятно, что каждая образующаяся сверхновая звезда будет иметь максимальную яркость. Давайте будем консервативными и допустим, что яркость сверхновой будет в среднем на две звездных величины ниже максимума. Тогда это будет 0, то же самое можно сказать о звезде Арктура.

И тем не менее, «небесные огни» – явление далеко не ординарное. Если бы человечество имело возможность наблюдать подобные зрелища на ранних этапах развития цивилизации, оно никогда не совершило бы ошибку, считая небеса чем-то незыблемым. А астрономия могла получить ускоренное развитие.

Увы, мы не можем видеть галактическое ядро. Но что может нам помочь его представить? Быть может, существует что-нибудь, отдаленно напоминающее нарисованную мною картину?

Что ж, одна возможность действительно есть. В нашей Галактике то здесь, то там встречаются шаровидные скопления. Подсчитано, что их существует около 200. (Около сотни таких скоплений в нашей Галактике можно наблюдать, еще сотня, по всей видимости, скрыта облаками пыли.)

Эти шаровидные скопления напоминают обособленные кусочки галактического ядра, имеют около 100 световых лет в диаметре и содержат от 100 000 до 10 000 000 звезд, симметрично разбросанных вокруг центра.

Самое крупное из известных шаровидных скоплений носит имя Геркулеса и следует в упомянутом ранее списке под индексом М13, но оно не самое близкое. Значительно ближе находится омега Центавра, до которой от нас 22 000 световых лет. Она отчетливо видна невооруженным глазом и является объектом пятой звездной величины. Для невооруженного глаза она представляет собой небольшое пятно света, поскольку на таком расстоянии даже диаметр 100 световых лет виден дугой всего лишь в 1,5 минуты.

Пусть омега Центавра содержит 10 000 предсверхновых и каждая из них взрывается при первой возможности. В небе появятся огни, однако в течение короткого промежутка времени, и сами они будут в два раза ярче.

Это был бы идеальный взрыв во всех отношениях: его не закроют пылевые облака, он не слишком мощный, а значит, безопасный, но все же достаточно мощный, чтобы стать захватывающим зрелищем.

Однако наши шансы увидеть взрыв в омеге Центавра можно считать нулевыми. А если бы это произошло, омегу Центавра нельзя увидеть из Новой Англии, и мне пришлось бы совершить долгое путешествие на юг, чтобы получить возможность наблюдать это зрелище во всей красе. А я не люблю путешествовать.

Быть может, лучше пойти поглазеть на пожар в соседском доме?