Текст книги "В нашей галактике"

Автор книги: Лев Мухин

сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 13 страниц)

Лев Михайлович Мухин
В нашей галактике

Вместо введения

Десятки тысячелетий люди смотрели на звездное небо. Десятки тысячелетий они могли наблюдать в ясные ночи Млечный Путь. Но лишь сравнительно недавно ученым стало окончательно ясно, что Млечный Путь – гигантское вращающееся скопление звезд. Скопление это имеет спиральную форму, содержит сотни миллиардов звезд и является лишь одним из многих островков мегамира, Вселенной. Эти острова называются галактиками.

Около двухсот лет назад с изобретением телескопов удалось начать систематическое исследование нашей Галактики. С полным правом мы связываем эту новую эру в астрономии с именем немецкого музыканта, переквалифицировавшегося в астронома, В. Гершеля. Но работы Гершеля были бы невозможны, если бы фундамент новой астрономии не заложили такие титаны, как Н. Коперник и Г. Галилей, И. Кеплер и И. Ньютон.

Ближе к внешней части нашей Галактики, между ее спиральными рукавами, находится Солнечная система, о которой и пойдет разговор в этой книге.

Путь к пониманию строения Солнечной системы был долгим. Он длился тысячелетия. И лишь около пятисот лет назад стали закладываться основы новой науки, которая теперь называется планетной космогонией. Время, когда это произошло, – одна из наиболее ярких страниц в истории науки и человеческой культуры.

Со второй половины XIV века в Европе началась великая эпоха, получившая название Возрождения. Новый этап, продолжавшийся около двухсот лет, подарил человечеству таких титанов культуры, как Леонардо да Винчи, Рафаэль Санти, Микеланджело Буонарроти, Бенвенуто Челлини, Шекспир. Энгельс писал, что «это был величайший прогрессивный переворот из всех пережитых до того времени человечеством, эпоха, которая нуждалась в титанах и которая породила титанов по силе мысли, страсти и характеру, по многосторонности и учености».

Не нужно думать, однако, что и жизнь и творчество гениальных художников времен Ренессанса были легки и безоблачны. Светская и в особенности духовная власть ожесточенно боролась с нарушениями любых канонов, и человек, выступивший против догматов католической церкви, рисковал собственной жизнью. Ханжество и самодурство всесильных властителей погубило многие бесценные картины. Небезызвестная Мария Медичи, жена Генриха IV, приказала уничтожить за непристойность «Леду» Микеланджело. От знаменитой «Леды» Леонардо остался лишь набросок с нее Рафаэля. У «Леды» Корреджио благочестивые ценители искусства вырезали лицо.

И все-таки писатели, художники и скульпторы рисковали гораздо меньше тех, кто осмеливался подвергнуть сомнению основные положения католицизма.

А такие люди были. Потому что это время совпало с рождением новой науки, с бурным развитием естествознания, и именно этот процесс с неизбежностью должен был пошатнуть устои римской церкви.

Вообще говоря, и историки и писатели несправедливы к ученым. Число томов, посвященных жизнеописанию и исследованию творчества Леонардо да Винчи и Микеланджело, во много десятков раз превышает то, что написали про Бруно и Коперника, Галилея и Ньютона. Читая до поздней ночи «Трех мушкетеров» и «Двадцать лет спустя», мы не задумываемся о том, что, когда д’Артаньян и его друзья пытались спасти от казни Карла I Стюарта, трехлетний Ньютон играл на ферме в Вульсторне. Миллионы людей знают об обстановке при дворе Людовика XIII и Людовика XIV, о герцоге Букингемском и Анне Австрийской, о кардинале Ришелье и мадам Бонасье, де Тревиле и Арамисе, но кто знает о том, что именно Людовик XIV финансировал созданную во время его правления Французскую академию наук – собрание «бессмертных»? Он даже пытался привлечь знаменитых иностранных ученых в Париж, чтобы приумножить славу и блеск французского двора, закрепить за собой репутацию величайшего монарха Европы.

Ему удалось пригласить из Голландии X. Гюйгенса, а из Италии – Д. Кассини, прославившегося наблюдениями Юпитера и Сатурна.

Конечно, писать о художниках, поэтах, композиторах легче, чем об ученых. Площади городов и дворцы, музеи и библиотеки, концертные залы и картинные галереи обеспечивают сопричастность к творчеству титанов прошлого миллионов людей. Писать о тех, кто перевернул наше миросознание, о тех, кто объяснил, как и почему именно таким образом, а не иначе устроен окружающий нас мир, очень трудная задача. За короткой строкой закона всемирного тяготения Ньютона, состоящей всего из нескольких символов, но объясняющей движение планет, комет и галактик, – десятилетия грандиозного труда.

Этот закон, как говорится, сухой остаток творчества ученого. Границы его применимости, его значение для понимания процессов, происходящих в мире, окружающем нас, может оценить далеко не каждый. Но влияние этого закона на все последующее развитие человеческой цивилизации огромно. То же самое можно сказать и об учении Н. Коперника, и о работах А. Эйнштейна.

Именно поэтому, чтобы понять значение переворота, происшедшего в науке в эпоху Возрождения, нужно сравнить систему мира, существовавшую со времен Аристотеля, с той, которая пришла ей на смену и открыла в конце концов путь к пониманию устройства и Солнечной системы, и Галактики, и Вселенной.

Итак, система мира, полностью принятая и, более того, канонизированная католической церковью, ведет свое начало от ученика Платона, великого мыслителя древности Аристотеля из Стагира (городка на побережье Македонии). Система мира Аристотеля, подкрепленная впоследствии трудами выдающегося астронома Птолемея, просуществовала почти две тысячи лет. Согласно этой системе Земля была центром Вселенной, так как все тяжелые частицы стремятся к центру, и именно здесь и образуется твердое тело нашей планеты. Легкие элементы – воздух и огонь – поднимаются в высокие слои, там они загораются, и тогда люди видят кометы и падающие звезды. Вечно движение небесных тел по сферам, окружающим неподвижную Землю, а Вселенная сферична и конечна.

Интересно, что сферичность Вселенной Аристотель аргументировал тем, что сфера – единственная совершенная геометрическая фигура, которая при вращении всегда занимает одно и то же место в пространстве. А чтобы сферы, окружающие Землю, вращались, должна была существовать некая движущая сила – это Аристотель прекрасно понимал. Он считал, что эта сила исходила из самой внешней по отношению к Земле сферы и «запускала» движение всех остальных.

Эта система получила название геоцентрической.

Не следует думать, что у древних идея Аристотеля не вызывала никаких возражений. Высказывались мысли о вращении Земли вокруг собственной оси, причем эти мысли принадлежали современникам Аристотеля. Но самый смелый шаг был сделан греческим математиком Аристархом Самосским вскоре после смерти Аристотеля. Он первым из греческих мыслителей расположил Солнце в центре мира, а Землю заставил вращаться вокруг Солнца. Этот факт доподлинно установлен, поскольку Архимед упоминает о нем в своем труде «Исчисление песчинок».

Гипотеза Аристарха Самосского не нашла единомышленников, поскольку астрономия в то время обладала небольшим количеством наблюдательных фактов. Потребовалось свыше полутора тысяч лет, чтобы она возродилась в знаменитой книге Коперника «О вращениях небесных сфер».

Творец гелиоцентрической системы Николай Коперник родился в семье польского купца в городе Торуне на Висле в 1473 году. Оставшись в десять лет без отца, он оказался на попечении брата матери – каноника Лукаша Ваченроде, который дал Николаю великолепное образование.

В Краковском университете, где учился Коперник, астрономию преподавал декан факультета искусств Войцех Брудзеевский, видный польский гуманист, математик и астроном. Он критиковал в своих лекциях учение Птолемея.

Биографы Коперника до сей поры ведут дискуссии о влиянии Брудзеевского на молодого студента.

Известна легенда о том, что именно Брудзеевский сообщил Николаю свои идеи о гелиоцентрической системе. Скорее всего это не так, и существуют исторические документы, опровергающие эту версию. Но ясно одно – преподаватели Краковского университета использовали в своих лекциях комментарии Брудзеевского к работам Аристотеля и Птолемея. Авторитет Брудзеевского был исключительно высок, и вполне возможно, что Николай Коперник увлекся астрономией во время своей учебы в Кракове.

Однако по окончании Краковского университета Коперник не получил ученой степени ни доктора, ни магистра и отправился продолжать образование в Италию в старейший в Европе Болонский университет. Именно там Коперник начал первые самостоятельные астрономические наблюдения, которые продолжил потом в Риме. Заметим, что уже в 1500 году он получил в Италии звание профессора математики. В 1503 году он получает степень доктора канонического права. Застенчивый и скромный поляк к этому времени в совершенстве знал древнегреческий язык и ознакомился с работами крупнейших ученых и философов того времени. Затем он вернулся в Польшу и занял должность канцлера капитула (совета при епископе) в небольшом городке Фромборке на берегу Вислинского залива.

По всей видимости, начиная с 1515 года он систематически разрабатывал новую систему мира и одновременно наблюдал движение небесных светил. Очень кратко основные положения, тезисы новой теории он изложил на двенадцати страницах рукописи, которую сейчас принято называть «Малым комментарием». Сам Коперник называл эти тезисы аксиомами.

Первые аксиомы гласили, что «не существует одного центра для всех небесных орбит или сфер, а… центр Земли не является центром мира. Все сферы движутся вокруг Солнца… Так что около Солнца находится центр мира».

В «Малом комментарии» нет каких-либо математических выкладок. Это была идеологическая квинтэссенция последующего гениального произведения «О вращении небесных сфер».

Требовалось немалое мужество, чтобы отказаться от учения Птолемея и Аристотеля в то время, когда за гораздо меньшую «ересь» инквизиция жестоко карала отступников.

Особенно для человека, который занимал должность в епископальном совете. Иногда пишут, что Коперник имел сан священника, но на самом деле в капитуле он занимал административную должность.

Коперник не делал тайны из своих идей, и уже в 1533 году отцы римской церкви и даже сам папа Клемент VII были ознакомлены с новым учением, и тем не менее Коперник долгое время не публиковал своей бессмертной книги. Первое издание появилось в год его смерти. Предисловие этой книги было обращено к новому владыке римской церкви папе Павлу III.

Основная идея Николая Коперника, состоявшая в том, что Земля не центр мира, не могла не прийти в противоречие с библейскими догмами. Глубокий философский смысл его учения наносил смертельный удар церкви. Не в церковных канонах содержалась теперь истина. Человек-творец показал, как устроен мир. И когда эта теория повлекла за собой сомнения в правильности и незыблемости церковных догм, Ватикан понял, какой чувствительный удар ему нанесен.

Интересно, что это случилось не сразу. Лишь в 1616 году, через шестнадцать лет после гибели Джордано Бруно, бессмертная книга Коперника была внесена в так называемый Индекс – список запрещенных книг. Спустя два века, в 1835 году, церковь исключила книгу Николая Коперника из Индекса.

Но еще до 1616 года нашлись люди, которые в полной мере поняли и, более того, показали всю глубину философского смысла учения Коперника. И конечно же, первым среди них был Джордано Бруно, называвший себя Ноланцем. Нола – небольшой городок в провинции Терра ди Лавора, неподалеку от которого в 1548 году родился Бруно, получивший при крещении имя Филипио. Впоследствии в монастыре он сменил это имя на Джордано, и нынче весь мир знает его как Джордано Бруно Ноланца. В Джордано счастливо сочетались несгибаемая сила духа и выдающиеся таланты. Он обладал феноменальной памятью, о чем писали многие его современники.

Когда в 1572 году Джордано Бруно получил сан священника, его вызвали из Неаполя в Рим продемонстрировать папе свои удивительные способности. Папский двор был потрясен, когда молодой монах читал предложенный ему текст и тут же повторял его вслух без единой ошибки. Он цитировал по памяти труды многих мыслителей. Бруно неустанно совершенствовал свое образование. И конечно же, для человека с такими способностями, с глубоким философским взглядом на жизнь, на окружающий мир не могли быть хоть в какой-то степени приемлемы методы «воспитания» людей римской церковью.

Когда юному Джордано было всего двенадцать лет, в Неополитанском королевстве произошли чудовищные события, связанные с действиями римской инквизиции по искоренению «ереси». Папские войска практически полностью истребили небольшую общину протестантов. Попавших в плен жгли, детей сбрасывали с городских башен. Историки не решились описать изощренные пытки, которым были подвергнуты шестьдесят захваченных в плен женщин. Ни одна из них не перенесла этих пыток.

Джордано Бруно не мог не знать обо всем этом. И бесспорно, что с самых юных лет в нем росли ненависть и недоверие не только к отцам церкви, но и к самому церковному учению.

Я специально сделал небольшой исторический экскурс, чтобы показать, в какой мрачной обстановке пришлось жить и творить одному из величайших мыслителей человечества.

Свои взгляды Бруно изложил в трех книгах, написанных в форме диалогов: «Пир на пепле», «О причине начала и едином» и «О бесконечности вселенной и мирах».

Именно здесь он и сформулировал новое научное миропонимание. Он много путешествовал, вернее сказать, скитался по Европе, спасаясь от преследований инквизиции, был в Англии, Франции и многих других странах, принимал там участие в философских диспутах. Поэтому учение его получило широкую известность.

И конечно же, нельзя считать, что Бруно лишь развил учение Коперника или обосновал его философски. Бруно – творец нового научного мировоззрения. Гениальное предвидение о бесконечности миров, «которые носятся в эфирном океане, подобно нашему миру», возрождение атомистической теории, создание новой картины космоса выдвигают Джордано Бруно в первые ряды величайших мыслителей.

Он был арестован по доносу своего знакомого и провел много месяцев в застенках инквизиции. Его жестоко пытали, но ни иезуитам, ни доминиканским монахам не удалось добиться от Бруно отказа от своих идей. 17 февраля 1600 года его вывели на римскую площадь Кампо ди Флоре – Площадь цветов, где уже было приготовлено два костра: один для священника-еретика Чиприани Кручиферо, другой для Бруно. Его привязали цепями и мокрыми веревками к железному столбу, у ног сложили его книги. Как только был зажжен костер, началось сильное землетрясение, словно сама природа гневалась на церковь за ее жестокость. Все биографы великого Ноланца единодушно отмечали его беспримерное мужество во время казни.

И сегодня, с бурным ростом научных знаний, мы как никогда можем оценить гениальные идеи Бруно о бесчисленности миров. В одной нашей Галактике миллиарды солнц. А сколько других галактик во Вселенной? Как они устроены? Как устроена наша Солнечная система? Как она возникла? Вопросов очень много. И далеко не на все можно дать сейчас исчерпывающие ответы.

Возьмем для примера вопрос о том, как возникли галактики. Здесь уместно вспомнить слова знаменитого астрофизика Ф. Хойла: «О происхождении галактик почти ничего не известно». Но ведь есть более простые иерархические подсистемы во Вселенной. К примеру, наша Солнечная система. Она и меньше и, казалось бы, проще, чем огромный звездный остров. Но и здесь более чем достаточно проблем, загадок, тайн. Мы очень много узнали о Солнечной системе за последние годы, но, право же, число нерешенных вопросов от этого не уменьшилось.

Астрофизики достаточно уверенно говорят о первых секундах рождения Вселенной – Большом взрыве, начале ее расширения. А вот о рождении Солнечной системы известно гораздо меньше, и существует много взаимоисключающих точек зрения. Наука хорошо знакома с подобными ситуациями.

Как это ни кажется парадоксальным, в начальные мгновения своего рождения Вселенная была достаточно проста. А вот как только мы пытаемся разобраться в более поздних событиях, происходивших в нашем мире, то сталкиваемся с очень серьезными затруднениями.

Хотя, казалось бы, к услугам современных ученых физика, как пишет в своих знаменитых лекциях Р. Фейнман, «самая фундаментальная из всех наук, самая всеобъемлющая». Справедливости ради отметим, что через несколько страниц он замечает: «Положение, в котором находится современная физика, следует считать ужасным». Но когда мы будем более подробно говорить о тайнах, загадках Солнечной системы, следует отдавать себе отчет, что дело здесь, конечно же, не в слабости современной физики. Мы просто плохо знаем историю семьи Солнца, и даже сегодня наши сведения о ней не назовешь исчерпывающими.

Глава I
На окраине галактики

«Нет ничего проще, чем звезда», – сказал А. Эддингтон, положивший начало теории строения звезд. «Нет ничего проще, чем Солнце», – можно было бы сказать, перефразируя его выражение. Но было ли бы это справедливо? Так ли «просто» наше Солнце? Мы знаем сегодня о Солнце немало. И тем не менее здесь есть и нерешенные, и просто-напросто загадочные вопросы. Но прежде чем перейти к рассказу об этих проблемах, давайте поговорим о месте Солнца и его роли в звездном мире.

Галактика, в которой находится наша Солнечная система, – огромное скопление миллиардов звезд, межзвездного газа и пыли. Причем пыль и газ составляют лишь несколько процентов от всей массы Галактики. Остальное вещество Галактики приходится на звезды. Наша Галактика – один из многих миллионов звездных островов Вселенной. Если бы мы мысленно взглянули на нее «сверху», то увидели бы гигантскую линзу клочковатой структуры. Мы смогли бы увидеть, что в центре плотность вещества больше, там больше звезд, а к краям линзы плотность материи уменьшается, там уже существуют разрывы, которые имеют вид спиральных ветвей. Поэтому наша Галактика и называется спиральной.

Размеры ее огромны. Световой луч, идущий из центра Галактики к ее краю, будет путешествовать около 50 тысяч лет, и, следовательно, диаметр Галактики составляет примерно 100 тысяч световых лет. Толщина ее около 10 тысяч световых лет.

Примерно посередине между центральной частью Галактики и ее периферией, между спиральными ветвями, или, как еще говорят, спиральными рукавами, находится наша Солнечная система. Она обращается вокруг центра Галактики с немалой скоростью – около 200 километров в секунду и поэтому полный оборот по «галактической» орбите завершает примерно за 270 миллионов лет.

Нельзя сказать, что наша Солнечная система лежит уж совсем на окраинах Галактики, но, конечно, мы достаточно далеки и от ее центра. Быть может, как раз в этом наше счастье: ядра галактик могут взрываться, так что положение Солнечной системы на почтительном расстоянии от центра Галактики имеет свои преимущества.

Итак, многие миллиарды звезд только в нашей Галактике и миллиарды миллиардов в доступной для наблюдения части Вселенной. И если рождение звезд – процесс более или менее универсальный, хотя отнюдь не понятый до конца, то уж их жизнь, а тем более смерть происходят совсем по-разному. Сегодня с уверенностью говорят о том, что есть звезды-монстры – гравитационные могилы, из которых не может вырваться даже луч света, их называют черными дырами. Есть чудовищные нейтронные звезды диаметром всего лишь с десяток километров, но с плотностью, превосходящей плотность атомных ядер. Нейтронные звезды образуются из взрывающихся сверхновых звезд. Интересно, что теоретики сначала предсказали существование нейтронных звезд, и лишь тридцать лет спустя они были обнаружены с помощью радиотелескопа аспиранткой известного английского радиоастронома профессора А. Хьюиша – Д. Белл.

История науки знает немало примеров, когда работу делает один человек, а лавры достаются другому или другим. Вспомним хотя бы драматическую историю Р. Франклин, связанную с открытием двойной спирали ДНК. Загляните в книгу Д. Уотсона «Двойная спираль», и вам станет ясно, что страсти в мире науки по своему накалу не уступают страстям героев Шекспира.

Итак, Д. Белл открыла вращающиеся нейтронные звезды – пульсары. За это открытие А. Хьюишу присудили Нобелевскую премию, пока единственную за исследование в области астрофизики. Ну а что же мисс Белл? Ее имя известно сегодня любому человеку, интересующемуся астрофизикой.

Теперь два слова о сравнительных размерах звезд.

Мы уже говорили, что диаметр нейтронной звезды около 10 километров, она в тысячу с лишним раз меньше Земли. Черные дыры могут быть еще меньше. Есть звезды и побольше, но и их называют карликами потому, что, скажем, радиус так называемого белого карлика в сотню раз меньше радиуса нашего Солнца. А наряду с карликами существуют гиганты и сверхгиганты, как Бетельгейзе – красный сверхгигант. Звезды такого типа в тысячу раз больше Солнца.

Какое же место среди разнообразного мира звезд занимает Солнце? Наше царственное светило, к сожалению, всего лишь желтый карлик. Да, желтый карлик, небольшая звезда, названная так только из-за своего цвета и размеров, или, пользуясь Гарвардской классификацией, звезда спектрального класса G2. Спектральные классы звезд обозначаются буквами O, В, A, F, G, К, M. Звезды классов O и B большие и горячие. Температура голубых звезд спектрального класса O достигает 50 тысяч градусов, а температура красного карлика класса M – всего лишь 3 тысячи.

Интересно, что английские студенты, чтобы запомнить последовательность букв, обозначающих классы звезд, придумали удобное мнемоническое правило – фразу, в которой первые буквы слов соответствуют спектральной последовательности звезд: «О, be a fine girl, kiss me!» («Будь хорошей девочкой, поцелуй меня»). Ясно, что любой студент легко запомнит такую фразу. Правда, известный советский астроном профессор Б. Воронцов-Вельяминов считает, что легче запоминаются абсурдные, нелепые фразы, например: «Один бритый англичанин финики жевал, как морковь».

Температура нашего Солнца около 6 тысяч градусов в его поверхностных слоях, и именно поэтому на третьей от Солнца планете может существовать жизнь. Будь вместо Солнца в центре нашей системы более горячая звезда, скажем спектрального класса В, ни о каких формах жизни на Земле не могло бы быть и речи. Но давайте проследим за рождением нашей звезды.

Рождение желтого карлика

Сейчас построено множество теоретических моделей рождения звезд, и все-таки к рассказу о «первых минутах творения» светила нужно относиться с известной осторожностью. Сравнительно недавно в Ницце происходила международная конференция, посвященная происхождению Солнечной системы. Там выступили с докладами о рождении Солнца два известных астрофизика – А. Камерон и Р. Ларсон. После доклада Ларсона встал Камерон и заявил, что он «восхищен докладом доктора Ларсона», но что на самом деле в природе, по его мнению, все происходило иначе. Думаю, что по поводу доклада Камерона Ларсон мог бы сказать то же самое.

О смерти звезд науке известно больше, чем об их рождении, и, наверное, это естественно. Недаром издавна рядом со словом «рождение» стоит слово «таинство». Проблема рождения звезд приобрела особенную актуальность после того, как астрономам стало известно, что массивные звезды, к примеру, раз в десять тяжелее Солнца, живут около 10 миллионов лет.

Казалось бы, ничего страшного: 10 миллионов лет – немалый срок!

Все дело в том, что возраст нашей Галактики в тысячу раз больше этого срока – не менее 10 миллиардов лет. А из этого простого сопоставления немедленно вытекает принципиальное следствие: звезды рождаются в Галактике непрерывно. Простые оценки показывают нам следующее. Астрофизикам хорошо известно, что каждый год в нашей Галактике «умирает» как минимум одна звезда. И если бы все звезды образовались одновременно, все они к сегодняшнему дню должны были бы «умереть». Поскольку мы все-таки можем любоваться россыпями звезд на ночном небе, ясно, что в Галактике идут процессы, компенсирующие смерть звезд, – их рождение.

Итак, посмотрим, как ведут себя облака газопылевой материи в Галактике. Почему именно облака? Это достаточно сложный вопрос. Теоретические расчеты показывают, что изначально однородная диффузная материя в конце концов разбивается на отдельные сгущения, которые и получили название газопылевых облаков. Сейчас нам с вами придется говорить о непростых вещах, происходящих в мире звезд. И поэтому мы должны будем обратиться к физике. Эта наука (вспомним мнение Р. Фейнмана) претендует на то, чтобы объяснить все явления, происходящие в природе. Но современной физике немногим больше 200 лет (если приурочить ее рождение к работам великого И. Ньютона), а природа «работает» миллиарды лет. Поэтому нет ничего удивительного в том, что число загадок, оставшихся для физиков к сегодняшнему дню, не создает проблемы безработицы в этой области.

В физике есть такое понятие, как неустойчивость. Самый простой пример неустойчивости: шар на вершине арки. Ясно, что при определенной сноровке мы можем добиться того, чтобы шар остался в верхней точке арки. Но его положение будет неустойчивым. Достаточно легкого прикосновения, и шар покатится вниз, особенно в том случае, если арка крутая.

Наше облако при определенных условиях тоже может стать неустойчивым. Что это значит? Огромное облако размером, скажем, в десять световых лет начнет вдруг сжиматься под влиянием собственной гравитации. Через некоторое время оно разобьется на ряд плотных (конечно, относительно плотных) сгустков. Астрофизики считают, что именно из этих сгустков и рождаются отдельные звезды. Но собственно говоря, почему из холодного облака при сжатии должна образоваться горячая звезда?

Попробуем разобраться в этом вопросе.

Уже сотни лет назад на Зондских островах и в особенности на Калимантане туземцы умели добывать огонь при помощи устройства, позже получившего название пневматической зажигалки. Что это такое? В деревянном цилиндре высверливалось отверстие небольшого диаметра, в котором могла перемещаться палочка, а на конце ее прикреплялся кусочек трута. Зазор между стенками отверстия и палочкой был очень маленький. Когда палочку вставляли в отверстие и быстро опускали, трут загорался. Почему? Да потому, что воздух, находившийся внутри, сжимался, а энергия сжатия превращалась в тепло. Кстати, на этом же принципе – превращения энергии сжатия газа в теплоту – работают дизельные двигатели. Здесь есть еще один тонкий момент. Чтобы получить достаточно высокую температуру, палочку нужно было двигать быстро, иначе тепло успело бы рассеяться.

Законы физики одинаковы и для пневматической зажигалки малайцев, и для двигателя Дизеля, и для огромного межзвездного облака. Вот почему при сжатии облако начнет нагреваться. Вот почему возможно образование горячей звезды из холодного облака. Ну а энергия сжатия облака во многие миллиарды раз больше, чем во всех дизельных двигателях земного шара.

Энергия сжатия превращается в излучение, которое может свободно выходить из облака в космическое пространство, пока плотность облака невелика. Поэтому сначала и температура облака повышается очень незначительно. Но чем сильнее сжатие, тем больше плотность вещества и тем труднее излучению выходить из облака.

И когда на определенном этапе плотность увеличивается, облако становится непрозрачным, а температура его внутренних областей начинает повышаться. Что такое непрозрачность и почему должна повышаться температура?

Давайте включим электрическую лампочку. Она сконструирована так, чтобы нить накаливания работала как можно дольше. Когда лампочка включена, она горячая, ее не возьмешь в руки: она и светит и греет. Но воздух комнаты прозрачен и для видимого света, и для теплового излучения лампочки. Если теперь завернуть лампочку в хороший теплоизолирующий материал, например в асбест, выход тепловой энергии будет затруднен, температура лампочки повысится и она перегорит быстрее. Асбест непрозрачен для излучения.

Так же и в случае облака. Только роль асбеста здесь играют достаточно плотные наружные слои. А внутри облака – горячее ядро – протозвезда. Но она еще находится внутри родительского облака. Если провести здесь аналогию с живой материей, то протозвезду можно сравнить с клеточным ядром, окруженным протоплазмой.

Какова может быть величина протозвезды или прото-Солнца? Мы говорили о том, что начальные размеры сжимающегося облака велики. Но когда наступило время формирования прото-Солнца, ядра нашей Солнечной системы, облако занимало место протяженностью «всего» до орбиты Плутона.

А затем начали происходить удивительные вещи. Лишь за 10 лет прото-Солнце сжалось до орбиты Меркурия, то есть примерно в сто раз. Именно тогда оно и стало непрозрачным к собственному излучению. Энергия сжатия оказалась «запертой» внутри прото-Солнца, и в его жизни наступила знаменитая «стадия Хаяши» – этап развития протозвезд, получивший свое название в честь известного японского астрофизика С. Хаяши.

Поскольку сброс энергии, которая выделяется при сжатии, из-за непрозрачности затруднен, сжатие резко замедлялось. Но энергию-то сбрасывать все-таки надо. Так вот, Хаяши и показал, что в этой стадии сжатия энергия сбрасывается при помощи конвекции. Да, да, той самой конвекции, которую мы каждый день видим, когда кастрюля с водой или чайник стоят на плите и более горячие слои воды поднимаются снизу вверх. И в нашем случае внутренние, более горячие участки протозвезды начинают перемещаться наверх, а на их место стремится газ из наружных, более холодных районов. В это время температура протозвезды достигает нескольких тысяч градусов.

Понятно, что такой процесс, как конвекция, не может сразу охватить все прото-Солнце: она развивается постепенно даже в таком небольшом объеме, как чайник. Что здесь говорить о прото-Солнце! Но когда вся протозвезда вовлекается в этот процесс, энергия сжатия получает возможность «выйти наружу» и переизлучиться в мировое пространство. Поэтому-то развитие конвекции внутри прото-Солнца сопровождается короткой вспышкой светимости.

Уже после этого продолжается медленное сжатие охваченной конвекцией протозвезды. Радиус ее медленно уменьшается, неуклонно стремясь к сегодняшнему значению радиуса Солнца. Ну а поскольку температура поверхностных слоев протозвезды постоянна, то светимость ее будет падать. Эта стадия, как показывают расчеты, занимает уже десятки миллионов лет.

Наконец сжатие прекращается и прото-Солнце становится стабильной, обычной звездой, Солнцем, таким, каким мы его видим сегодня. Как говорят астрономы, оно садится на «главную последовательность» – столбовую дорогу жизни большинства звезд. Желтый карлик родился.