Текст книги "100 знаменитых загадок природы"

Автор книги: Оксана Очкурова

Соавторы: Владимир Сядро,Татьяна Иовлева
сообщить о нарушении

Текущая страница: 8 (всего у книги 54 страниц)

МЕСТО, ГДЕ РАЗРУШАЕТСЯ ПРОСТРАНСТВО И ВРЕМЯ

Во всей науке нет объекта более таинственного, чем черные дыры. Все вопросы, связанные с ними, – это вопросы, затрагивающие Вселенную в целом. Научным фактом является то, что 0,1 % массы нашей Галактики сосредоточена именно в черта дырах.

Дать определение черным дырам очень непросто. Если верить физикам, данное явление представляет собой некое порождение тяготения, достигшего колоссальных величин. В результате в пространстве возникают области настолько плотные, что даже свет не может преодолеть их гравитационного притяжения. Поглощаемое черной дырой вещество раскаляется и, погружаясь в «бездну», начинает излучать очень высокую энергию. В состав этого излучения входит и рентгеновское, которое способны обнаруживать телескопы на околоземной орбите.

Известно, что черная дыра «проглатывает» не только находящиеся поблизости физические предметы, но и свет. По этой причине она невидима; обнаружить нахождение в пространстве таких явлений можно, лишь основываясь на косвенных признаках.

Естественно, наука просто не могла пройти мимо данного объекта, возникающего после смерти больших звезд (в основном, их наблюдают в далеких квазарах, во взрывающихся ядрах галактик). Ведь черные дыры обладают целым рядом совершенно фантастических свойств: внутри них изменяются свойства пространства, замедляется время. Эти две основополагающих составляющих нашего бытия в уникальной зоне закручиваются в воронку; теоретики считают, что в ее глубине пространство и время распадаются на кванты.

Фактически, мы имеем дело с гравитационной ловушкой, откуда нет выхода. При этом у этой бездны попросту отсутствует… наблюдаемая поверхность. Если у нейтронных звезд зарегистрированы сильные магнитные поля и строго периодичные пульсации рентгеновских лучей, то черная дыра характеризуется неподдающимися расчетам флуктуациями излучения. Кстати, еще одна особенность: данное явление уникально по количеству накопленной в нем энергии. Во Вселенной не существует объектов, которые содержали бы ее больше, чем черные дыры. Фактически, перед нами – неиссякаемый источник!

Черная дыра первоначально появилась на бумаге, когда в XVIII веке ученые – Митчел и Лаплас – обратили внимание на «предсказание», содержавшееся в ньютоновской теории. Математическое решение данной проблемы увидело свет позднее. В начале XIX века Пьер Лаплас впервые заговорил о теоретической возможности существования черных дыр. В знаменитом «Курсе теоретической физики» Лев Ландау и Евгений Лифшиц называли эту загадку Вселенной самой красивой из всех существующих теорий, а Макс Борн восхищался ею, «как творением искусства». Подобное отношение данный объект вызывает практически у всей научной общественности. Но, по всей видимости, наиболее поэтично высказался американский физик К. Торн: «Из всех измышлений человеческого ума, от единорогов и химер до водородной бомбы, самое фантастичное – это образ черной дыры, границу которой ничто не может пересечь, и даже свет задерживается ее мертвой хваткой».

В наши дни, задействовав для наблюдения орбитальные телескопы, ученые установили любопытные факты. Оказалось, что черные дыры делятся на два вида. К первому из них относятся массивные объекты, размеры которых составляют порядка трех масс нашего светила. Ко второму же – так называемые сверхмассивные (размером от миллиона до миллиарда масс Солнца). На данный момент специалистами зафиксировано местоположение около 20 массивных и около 200 сверхмассивных черных дыр. Кроме того, было установлено еще около 220 мест, в которых, вероятно, находятся эти объекты.

«Главная загадка Вселенной» не устает подкидывать исследователям информацию к размышлению. Так, немало вопросов возникает в связи с открытием маленьких, но сверхмассивных черных дыр. Например, объект, находящийся в центре галактики NGC 4395 в созвездии Гончих Псов, интересен тем, что, вопреки математическим расчетам, излучает в рентгене на удивление интенсивно. Эта черная дыра является столь же мощной, как и ее особо крупные «родственники» в центрах других галактик. А ведь данная «невидимка» тяжелее нашего светила «всего» в 50 000 раз, тогда как обычные сверхмассивные черные дыры, как правило, в миллионы и миллиарды раз массивнее Солнца.

Наличие небольших по размерам, но особо мощных «загадок Вселенной» может объяснить свойства одного из типов активных галактик. Считается, что в их центре есть «невидимки»; такие галактики менее ярки, чем квазары, но испускают большое количество рентгеновских лучей.

Сверхмассивные черные дыры излучают во Вселенную гораздо больше энергии, чем все звезды вместе взятые. При этом многие из подобных объектов предположительно сформировались относительно недавно; исследователи считают, что по крайней мере 15 % всех сверхмассивных черных дыр возникло, когда возраст Вселенной был вполовину меньше. В настоящее время «невидимки» также продолжают расти. В последние два-три года стало ясно, что Вселенная не только расширяется, но и делает это с приличным ускорением. Его обеспечивают огромные невидимые массы материи. Загадочные «белые пятна» мироздания производят 30 % энергии, за счет которой происходит расширение. А вот откуда берутся еще 70 % – пока неизвестно (ученые называют эту часть «темной энергией Вселенной»).

Массы загадочных объектов, образующихся в результате коллапса газовых облаков, от миллионов до миллиардов раз превышают массы звезд. Размеры таких «островов мрака» сравнимы с размерами нашей Солнечной системы. При этом, по мнению астрономов, сверхмассивные черные дыры содержатся в центре большинства галактик. Наша с вами тоже не является исключением из общего правила. Причем недавние наблюдения супермассивных «невидимок», вращающихся друг вокруг друга в центре NGC 6240 (в созвездии Змееносца), позволили предположить: в случае слияния галактик их черные дыры также подвергаются объединению. На завершение этого процесса уходит несколько сотен миллиардов лет.

По существу, черная дыра является неизученным элементом нашей Вселенной, своеобразным «белым пятном». Но тем не менее, современная физика фактически требует, чтобы это явление существовало. Причем в достаточном количестве. И таких активных галактических источников в самом деле на удивление много. В рентгеновском диапазоне мы видим в десять раз больше галактик, чем при самых детальных оптических обзорах!

Итак, оказалось, что данное явление во Вселенной достаточно распространено. Поэтому в последнее десятилетие возникло новое перспективное научное направление – демография черных дыр. Оно изучает распределение этих загадочных объектов в пространстве и взаимодействие их с другими материальными объектами.

Особое внимание изучению черных дыр уделяет Стивен Хокинг – человек, которого называют «самым загадочным ученым современности». Он, кстати, возглавляет в Кембридже ту кафедру, которую когда-то занимал Исаак Ньютон. Тут следует упомянуть, что этот блестящий британский физик, имеющий 12 ученых степеней, лауреат Нобелевской премии (1998) и Ордена почета, член Королевского научного общества Великобритании и Национальной академии наук США, уже почти четверть века страдает редкой формой атрофического склероза, превратившей его в калеку. Передвигается Хокинг только благодаря инвалидной коляске с электромотором, лекции в университете читает при помощи электронного синтезатора голоса (его собственную невнятную речь понимают лишь близкие профессора – его жена и трое детей). Контакт ученого с внешней средой обеспечивает уникальный компьютер, которым этот человек-уникум управляет единственным действующим пальцем левой руки…

На основании многолетней работы Хокинг сделал вывод: квантовое испарение черных дыр неизбежно. А это значит, что данные объекты умирают. Интересна попытка соотнести размеры и массу удивительных «белых пятен» мироздания. В частности, расчеты британского ученого показывают: черная дыра весом в 1 миллиард тонн (масса горы) имела бы… размер нейтрона или протона. Кстати, профессор убежден, что время формирования загадочных «невидимок» превосходит время жизни самой Вселенной! Правда, квантовой теории черных дыр покуда не существует, а это значит, что процессы, на которые указал Стивен Хокинг, в настоящее время понять в полной мере невозможно.

Пристальное внимание специалистов к проблеме существования «невидимок» объясняется весьма вескими причинами. Относительно недавно американский телескоп «Хаббл» зафиксировал интересный, но не слишком приятный факт: черная дыра GROJ 1655-40 из созвездия Скорпиона прямиком движется к нашему Солнцу. Неведомый монстр находится, безусловно, далековато от нас – на расстоянии в 6000 световых лет. Однако повод для беспокойства есть. Скорость данного объекта внушает уважение: она составляет 40 000 километров в час! По ходу своего движения черная дыра «съедает» звезды. Видимо, это же произойдет в далеко не светлом будущем и с нашим собственным Солнцем. А покуда ученые пытаются разобраться, что же представляет собой данная напасть.

Летом 2004 года Стивен Хокинг заявил, что полностью раскрыл тайну черных дыр – главную загадку космоса. Для этого астрофизик объединил теорию относительности и квантовую механику в единую теорию. Хокинг утверждает, что черные дыры отнюдь не являются огромными «братскими могилами» звезд, некой «всепоглощающей» субстанцией. Еще в 1970-х годах ученый доказал, что обмен энергией между данным объектом и внешним пространством вполне возможен. Черные дыры – «место, где разрушается классическая концепция пространства и времени так же, как и все известные законы физики» – вовсе не конец мироздания. Они исторгают лучевые потоки и являются рядовыми эволюционирующими объектами.

Однако данное открытие вызвало парадокс: британский профессор утверждал, что энергия, поступающая из черной дыры, не содержит никакой «информации» о поглощенной материи. Тогда после испарения «невидимки» от нее не остается и следа, следовательно, не остается и никакой информации. А это противоречит всем законами квантовой механики. Разрешить этот парадокс Стивен Хокинг пытался на протяжении 30 лет. Теперь профессор полагает, что загадочные «белые пятна» все же позволяют информации выходить наружу; в таком случае падение в черную дыру – «это не путешествие с билетом в один конец». По теории Хокинга, «невидимки» не имеют ясно очерченного горизонта событий, который скрывает все в них от внешнего мира, и не уничтожают падающие тела полностью и без следа. Вместо этого жертвы гравитационной ловушки продолжают излучать энергию в течение длительных периодов времени, пока «черная дыра только формируется». «Но позже горизонт открывается и выпускает информацию относительно того, что упало внутрь, так что мы можем проверить прошлое и можем предсказывать будущее», – утверждает ученый. Правда, следующее его заявление сразу же разочаровало любителей научной фантастики: «Если вы попадаете в черную дыру, ваша масса-энергия будет возвращена в нашу Вселенную, но в изуродованном виде».

Кстати, загадочные «невидимки», оказывается, способны «петь»! То есть от них исходят звуковые волны. Например, подобный объект из созвездия Персея (около 250 миллионов световых лет от Земли) постоянно «мурлычет» ноту, соответствующую си-бемоль, причем на 57 октав ниже первой октавы. Что это? Свидетельство процесса, благодаря которому пылевое облако, окружающее черную дыру, раскаляется? Видимо, так. Но все же воображение рисует картину, весьма далекую от науки: прослушав очередную порцию предположений и догадок относительно собственной персоны, грандиозный «невидимка» продолжает иронично подсмеиваться над учеными, напевая себе под нос нехитрую песенку Времени…

ЧУДЕСА НА СУШЕ

ЗЕЛЕНАЯ «КНИГА РЕКОРДОВ» ПЛАНЕТЫ

Деревья – одна из самых больших загадок природы. Разнообразием форм, размеров и свойств они могут удивить кого угодно. Деревья бьют все мыслимые и немыслимые рекорды в области размеров, срока жизни и невероятных возможностей приспосабливаться к среде обитания. Зеленая «Книга рекордов» нашей планеты наглядно демонстрирует, на что способны растения ради продления своей жизни.

Когда говорят о древних зеленых исполинах, прежде всего вспоминаются баобабы. Знаменитый путешественник и натуралист А. Гумбольдт назвал этих представителей рода адансония старейшими из живых памятников планеты. Исследователи утверждают, что в Сенегале растут деревья, чей возраст перевалил за 5150 и даже 5500 лет! Правда, доказать это достаточно сложно, поскольку годовых колец, по которым обычно достоверно высчитывают возраст растения, у баобабов нет… Самым знаменитым среди адансоний, безусловно, является африканский вид. «Пальму первенства» ему обеспечила совершенно несуразная внешность: высота зеленого аборигена сухих африканских саванн относительно небольшая – 12–20 метров; зато чрезмерно раздутые стволы в поперечнике достигают 10 метров, а их окружность составляет 30–40 метров. Недавно в прессе промелькнуло сообщение о том, что группой исследователей обнаружен удивительный великан, являющийся высочайшим деревом на планете: высотой 189 метров и диаметром ствола 43,5 метра. А в 1991 году в Книге рекордов Гиннесса появилось упоминание о баобабе обхватом 54,5 метра.

Адансония пальчатая – дерево листопадное, с ветвями довольно необычной формы (они напоминают скорее корни). По легендам бушменов, безумным «садовником», впервые посадившим это дерево «вверх ногами», была гиена – дух зла. Цветут баобабы в безлистный период. В этот момент дерево представляет собой совершенно фантастическое зрелище, поскольку на его голых перекрученных ветвях появляются цветочные почки, свисающие на длинных цветоножках. Поздно вечером они разворачиваются в крупные (20-сантиметровые!) белые цветы. Это чудо живет всего одну ночь, привлекая ароматом летучих мышей (именно они опыляют растение). По всей видимости, нюх у сей живности специфический – запах цветов баобаба, прямо скажем, не очень… Больше всего это отвратительное амбре напоминает «аромат» гниения, так что наблюдать цветение зеленого гиганта человеку лучше издали, причем с той стороны, откуда дует ветер…

Древесина этих растений мягкая и пористая. В сезон дождей она накапливает огромное количество воды – до 120 000 литров! Из-за этого слоны почти целиком поедают удивительные деревья, получая при этом и корм, и воду. Когда начинается засуха, баобаб «худеет» по мере расходования накопленной жидкости. Из-за повышенной влажности древесины дерево часто поражают болезнетворные грибки, которые становятся причиной образования крупных полостей. Местные жители приспособили их под кладовые, склады, а часто и временные жилища. Случается, что для особо крупных полых экземпляров баобаба придумывают и более оригинальное применение. Например, в одном из поселков Северной Австралии и в местечке Касане (Республика Ботсвана) дупла зеленых гигантов использовались как местные тюрьмы. В Республике Зимбабве баобаб служил автобусной остановкой (он вмещал до 40 человек). А в Намибии в полом стволе живого растения устроили баню, где нашлось место даже для ванной.

Поскольку для сохранения тысяч литров воды под тропическим солнцем дереву необходима хорошая изоляция, кора баобабов рыхлая и мягкая, но при этом удивительно толстая. Если ударить растение кулаком, на месте удара останется солидная вмятина, а пуля пробивает ствол навылет. Чтобы уменьшить уязвимость дерева, природа «укрепила» внутреннюю часть его коры прочными волокнами.

За год зеленые исполины становятся толще примерно на три сантиметра. Они на редкость живучи: корни баобаба в поисках воды разрастаются на сотни метров, содранная кора нарастает снова, при уничтожении сердцевины гиганта он не гибнет. Даже если дерево повалится на землю, но при этом хоть один его корень сохранит контакт с почвой, оно будет продолжать расти. Правда, уже лежа.

Аборигены находят применение любой части баобаба. Кору, листья, плоды и семена растения употребляют в пищу, из них изготавливают специи, прохладительные напитки, посуду, кофе, мыло, пищевое масло, репелленты, краски, клей, лекарства, ткани, нитки, струны, рыболовные сети и веревки. Последние, кстати, настолько прочны, что их не может разорвать даже слон!

Баобаб – не единственное растение, являющееся природным резервуаром воды. Таким же образом приспосабливается к засушливым условиям дерево-фляга моринга, растущее в горах Юго-Западной Африки. В Калифорнии имеется свое дерево-водохранилище – идрия, которая напоминает 10-метровую перевернутую морковку. Воду накапливают и австралийские бутылочные деревья.

А теперь давайте познакомимся с еще одним капризом природы – бенгальским фикусом (баньяном). Это растение-эпифит начинает свою жизнь на другом дереве. Однако по мере своего роста оно выпускает многочисленные воздушные корни, которые, удлиняясь, достигают земли. Корешки баньяна закрепляются в почве и постепенно превращаются в… стволы, поддерживающие тяжелые ветви растения. Старые бенгальские фикусы имеют высоту до 30 метров и занимают площадь в несколько гектаров. Трудно поверить, что целый лес мощных стволов чаще всего на деле является одним деревом, возраст которого составляет от 200 до 600 лет!

Удивительные растительные реликты по сей день здравствуют во многих странах мира. Например, в Мексике, на южном склоне Поперечной Вулканической Сьерры, у городка Туле растет одно из самых больших и самых древних деревьев нашей планеты. Это – тис, который чаще всего почтительно именуют «Деревом Туле». Тисы, кстати, вообще относятся к так называемым тысячелетним растениям. В Англии, в графстве Кент, тянутся к небу экземпляры, чей возраст перевалил за 3000 лет. Такие долгожители имеются на Кавказе, в предгорье Альгейских Альп и в Шотландии (древнейший в Европе тис Фортингаля).

Каков возраст могучего «Дерева Туле», ученые точно сказать не могут. Одни утверждают, что он превышает 4000 лет, другие считают данную цифру преувеличенной ровно наполовину. По преданию, именно под этим тисом 500 лет назад завоеватель Мексики Кортес разбил свой лагерь; позднее испанцы построили в тени зеленого исполина католический храм. Немаленькое здание кажется игрушечным домиком на фоне грандиозного ствола. Габариты одного из растительных патриархов земли весьма впечатляют: его высота составляет 48 метров, а диаметр 550-тонного ствола равен 38 метрам. Тень от кроны уникального тиса покрывает площадь в 800 м ².

Но «Дерево Туле» – далеко не самое высокое на Земле. Во всяком случае, оно не идет ни в какое сравнение с австралийскими эвкалиптами. Самый большой точно измеренный представитель этого вида поднимал свои ветви на высоту 155 метров. Крона австралийских гигантов состоит из листьев, которые имеют привычку поворачиваться ребром к источнику света, так что в полдень солнечный луч скользит по ним почти без задержки и дерево фактически не дает тени. Интересно также, что эвкалипты ежегодно сбрасывают не листья, а кору. Эти растения – прекрасные «насосы», которые люди используют для осушения почв. Чтобы дать возможность расти высоким кронам, эвкалипты «перекачивают» огромное количество воды (один гектар такого леса испаряет за год приблизительно 12 млн литров влаги), уничтожая при этом соседние болота. Недаром их часто называют «противолихорадочными» деревьями. А препараты из эфирного масла эвкалипта в медицине используются как для лечения различных заболеваний, так и для обеззараживания ран.

Секвойя – название, которое дали одному из самых больших и древних деревьев планеты американские индейцы. Таким образом они увековечили память вождя Секвойи (Секвы) – народного героя, боровшегося против вторжения в Америку европейцев, изобретателя индейской письменности. Гигантские мамонтовые деревья (их ветви напоминают бивни древнего животного) достигают высоты 142 метров. Американцы неоднократно привозили в Европу срезы с пней секвой. На одном из них стояло пианино, сидело четверо музыкантов и еще оставалось место для 16 пар танцующих; на другом срезе был поставлен домик, вмещающий типографию. Иногда в дуплах секвой устраивались сувенирные магазины и гаражи. А в нью-йоркском музее выставлена часть ствола дерева, внутри которой оборудован зал на 150 мест.

В наши дни до сих пор живут гиганты, «перед глазами» которых прошли последние четыре-шесть тысячелетий. Но современные нам два вида этого «живого ископаемого», растущие только в небольшом уголке Калифорнии, – лишь остатки могучего племени, некогда населявшего Америку, Азию, Европу и даже Гренландию.

Среди зеленых «долгожителей» нашей планеты – северо-американская сосна долговечная. Одному из таких деревьев уже более 4700 лет. «Мафусаил» (это собственное имя колючего патриарха) родился еще тогда, когда в Египте возводились гигантские пирамиды. К старейшим растениям на Земле относятся и уродливые, скрюченные остистые сосны, растущие в высокогорных районах Сьерра-Невады. Возможно, прожить более 4900 лет им помогает тот факт, что большую часть года эти удивительные растения проводят в своеобразной «спячке», находясь в обледенелом состоянии при низких температурах.

Что же касается европейских деревьев, то среди лиственных дольше всех живут липы и дубы. Многие из них давно перешагнули тысячелетний рубеж. В Лондоне, например, здравствуют дубы, посаженные еще во время оккупации Британии римлянами. На фоне их «паспортных данных» шелковица, растущая с начала XVII века, кажется вообще юной… А в Германии самым древним деревом является ель Феме, возраст которой более 1300 лет.

Естественно, все зеленые «старцы» имеют весьма приличные размеры. Но величайшие по длине растительные стебли природа поселила в тропических лесах. Речь идет о пальмах-лианах, ротангах. Их стволы имеют диаметр четыре-пять сантиметров (чаще всего, еще меньше). Крона ротанга состоит из пучка перистых листьев, «украшенных» длинными прочными хлыстами, острыми колючками и большими загнутыми книзу шипами. При помощи таких «когтей» пальма «лезет» по стволу крупного дерева вверх. Когда же ротанг добирается до самой макушки своей опоры, он все равно продолжает расти. Правда, вверх тянуться уже не получается, зато стебель постепенно спускается вниз, образуя огромные перепутанные петли «чертовых канатов» (из них, кстати, изготавливают лучшую гнутую мебель). Длина такой пальмы совершенно уникальна: от корня до кроны она составляет от 300 до 400 метров! Пожалуй, с ротангом в этом смысле может состязаться лишь одна из бурых морских водорослей – макроцистис пирифера, встречающаяся в Тихом океане.

Одной из загадок, которые ставят перед учеными растения-гиганты, является то, каким образом сок поднимается до самых крон. Естественно, для этого необходимо, чтобы между корнями дерева и его верхушкой существовала приличная разность давлений. Но если бы зеленые исполины действовали как обычные всасывающие насосы, максимальная высота подъема воды составила бы только 10 метров! Каким же образом умудряются выживать гиганты ростом от 15 до 189 метров?! И почему у большинства таких деревьев нижние листья обычно крупные и плотные, а верхние – мелкие, тонкие и имеют более светлую окраску? Ответы на эти вопросы были получены сравнительно недавно, после открытия явления электроосмоса. Оказывается, по мере того как молекулы воды испаряются с поверхности листьев, мощные межмолекулярные силы поднимают сок от корней вверх, чтобы заполнить «вакантные» места. Для этого природа предоставила в распоряжение растений тончайшие волокна-капилляры, природный водный раствор – слабый электролит и естественный электрический потенциал планеты. Благодаря осмотическому давлению вода без подвода энергии извне может «путешествовать» на высоту более 100 метров. Правда, для этого ей необходимо около трех с половиной недель… Эквивалентная энергетическая мощность такого природного насоса-испарителя составляет десятки киловатт. Причем она возрастает одновременно с увеличением высоты растения. А зеленые гиганты с игольчатыми листьями или шипами устроились еще лучше: их «насос» работает при любой температуре окружающей среды, поскольку иглы сами по себе имеют на концах природный электростатический потенциал.

Говорить об удивительных свойствах деревьев можно бесконечно. Но о чем нужно упомянуть в обязательном порядке, так это о темир-агаче – «железном дереве», растущем в субтропиках. Его древесина, и правда, по твердости не уступает железу. Цветом она напоминает ржавчину и является настолько тяжелой, что тонет в воде. Ветви и стволы дерева сращиваются, образуя непроходимые заросли, поэтому темир-агач часто используют для сооружения беседок и изгородей. Кстати, железное дерево – природный снайпер: осенью коробочки с его семенами с резким треском лопаются, и семена разлетаются в стороны на расстояние до 18 метров. Ближайшим родственником темир-агача является береза Шмидта, растущая на Дальнем Востоке. Она в полтора раза крепче чугуна. Пуля отлетает от такого дерева, даже не оставив царапины… Похожими свойствами отличается и южно-американское растение квебрахо. В переводе с испанского его название означает «сломай топор». Комментарии, как говорится, излишни.

Итак, наши удивительные и столь привычные зеленые соседи подчас наделены такими особенностями, по сравнению с которыми меркнет знаменитая Книга рекордов Гиннесса. Видимо, настало время создать гораздо более интересную «Живую книгу рекордов»…