Космос
Шрифт:
вещества.
Некоторые из более редких элементов вырабатываются непосредственно во время взрывов сверхновых. Золото и уран относительно широко распространены на Земле только потому, что перед самым образованием Солнечной системы произошло множество взрывов сверхновых. В других планетных системах распространенность редкоземельных элементов может быть иной. Нет ли таких планет, где с гордостью выставляют напоказ подвески из ниобия или браслеты из протактиния, а золото — лабораторная редкость? Не изменилась бы к лучшему наша жизнь, будь золото или уран столь же малоизвестны и незначительны на Земле, как празеодим? Происхождение и эволюция жизни глубочайшим образом связаны с происхождением и эволюцией звезд. Во-первых, само вещество, из которого мы состоим, атомы, делающие жизнь возможной, образовались очень давно и очень далеко в гигантских красных звездах. Относительная распространенность химических элементов, обнаруженных в космосе, слишком хорошо соответствует относительной распространенности атомов, возникающих в звездах, чтобы оставалось хотя бы малейшее
341
лено наше вещество. Солнце — звезда второго или третьего поколения. Все его вещество, все вещество вокруг нас прошло уже через один или два цикла звездной алхимии. Во-вторых, существование на Земле некоторых разновидностей тяжелых атомов предполагает, что незадолго до образования Солнечной системы неподалеку вспыхнула сверхновая. Но вряд ли это было случайным совпадением; гораздо вероятнее, что ударная волна, порожденная взрывом сверхновой, сжала межзвездные газ и пыль и дала толчок конденсации Солнечной системы. В-третьих, когда Солнце зажглось, его ультрафиолетовое излучение стало интенсивно проникать в атмосферу Земли; его тепло привело к появлению молний; и эти источники энергии вызвали образование сложных органических молекул, положив начало зарождению жизни. В-четвертых, жизнь на Земле существует почти исключительно благодаря солнечному свету. Растения собирают фотоны и трансформируют солнечную энергию в химическую. Животные паразитируют на растениях. Сельское хозяйство — это просто методичный сбор урожая солнечного света при вынужденном посредничестве растений. Энергия Солнца питает нас, почти всех. Наконец, наследственные изменения, называемые мутациями, поставляют сырье для эволюции. Мутации, из которых природа выбирает вновь изобретаемые формы жизни, отчасти обусловлены космическими лучами — высокоэнергетическими частицами, выбрасываемыми с околосветовой скоростью во время взрывов сверхновых. Эволюция жизни на Земле в известной мере приводится в движение эффектной смертью далеких массивных солнц.
Представьте, что счетчик Гейгера и кусок урановой руды помещены глубоко под землю, например в золоторудную шахту или лавовую трубу — пещеру, оставлен-
342
ную в земных толщах потоком расплавленной магмы. Чувствительный датчик издает щелчок, когда в него попадают гамма-кванты, протоны или ядра гелия высоких энергий. Если поднести его вплотную к урановой руде, испускающей ядра гелия в результате спонтанного радиоактивного распада, скорость счета (число щелчков в минуту) резко возрастет. Если мы заключим урановую руду в тяжелую свинцовую канистру, счет значительно замедлится, поскольку свинец поглощает урановую радиацию. Но отдельные щелчки все же будут по-прежнему слышны. Эти отсчеты частично вызваны естественной радиоактивностью стен пещеры. Однако щелчков все же больше, чем можно объяснить радиоактивностью. Некоторые из них спровоцированы высокоэнергетическими заряженными частицами, проникающими сквозь своды. Мы слышим космические лучи, порожденные в далекие времена в глубинах космоса. Космические лучи, состоящие в основном из электронов и протонов, бомбардируют Землю на протяжении всей истории нашей планеты. Звезда, разрушаясь в тысячах световых лет от нас, испускает космические лучи, которые миллионы лет путешествуют по спирали через Млечный Путь, совершенно случайно попадают на Землю и воздействуют на наше наследственное вещество. Возможно, некоторые ключевые шаги в развитии генетического кода, кембрийский взрыв или прямохождение наших предков были вызваны как раз космическими лучами. 4 июля 1054 года китайские астрономы зарегистрировали в созвездии Тельца появление «звезды-гостьи». Никогда прежде не наблюдавшаяся звезда стала ярче всех других звезд на небе. На другой стороне земного шара, на юго-западе Америки, в то время существовала высокоразвитая культура с богатой астрономической традицией, также отметившая вспышку сверкаю-
343
щей новой звезды*. Благодаря радиоуглеродной датировке остатков древесного угля в кострищах нам известно, что в середине XI столетия некоторые индейцы племени анасази, предки сегодняшних хопи, жили в районе современного Нью-Мехико. Кто-то из них, прятавшийся от непогоды под навесом скального карниза, запечатлел на камне изображение вновь появившейся звезды. Ее положение относительно ущербной Луны было именно таким, как на рисунке. Рядом виден отпечаток руки; вероятно автограф художника.
Эта замечательная звезда, находящаяся на расстоянии 5000 световых лет, сейчас носит название сверхновой Крабовидной туманности, поскольку спустя несколько столетий астрономы, изучавшие в телескоп остатки взрыва, усмотрели в них сходство с крабом. Крабовидная туманность — останки взорвавшейся звезды. В течение трех месяцев взрыв наблюдался с Земли невооруженным глазом. Он был заметен даже днем, а ночью при его свете можно было читать. В среднем в одной галактике сверхновые вспыхивают примерно раз в столетие. За время жизни типичной галактики, составляющее около десяти миллиардов лет**, в ней взрывается примерно сто миллионов звезд — огромное количество, хотя это всего лишь одна звезда из тысячи. В нашей Галактике после 1054 года вспышки сверхновых наблюдались в 1572 году (описана Тихо Браге) и в 1604-м (описана Иоганном Кеплером)***. К сожалению, с мо-
* Мусульманские наблюдатели тоже обратили внимание на нее. Но ни слова о ней нет ни в одной европейской хронике. — Авт.
** Речь идет скорее о типичном
*** В 1606 г. Кеплер опубликовал книгу под названием «De Stella Nova» («О новой звезде»), в которой задается вопросом, не есть ли сверхновая результат случайного объединения атомов в небесах. Он преподносит сказанное им не как «мое собственное мнение, а мнение моей жены. Вчера, когда, уставший от писаний, я был приглашен к ужину и передо мной поставили салат, о котором я просил, с языка моего слетело: „Сдается мне, что, случись оловянному блюду, листьям салата, крупинкам соли, каплям воды, уксуса и масла и кусочкам яйца целую вечность плавать где-то по воздуху, они могли бы по чистой случайности собраться в салат". — „Да, — ответствовала моя красавица, — но он получился бы не таким удачным, как этот"».
344
мента изобретения телескопа в нашей Галактике не наблюдалось ни одного взрыва сверхновой, и астрономы с нетерпением ждут его вот уже несколько столетий*.
В наше время сверхновые регулярно наблюдаются в других галактиках. Среди отбираемых мною фраз, которые могли бы более всего поразить астронома начала ХХ века, есть следующая, взятая из статьи Дэвида Хелфанда и Нокса Лонга в британском журнале «Нейчур» от 6 декабря 1979 года: «5 марта 1979 года девятью межпланетными космическими аппаратами, входящими в сеть регистрации вспышек, был отмечен чрезвычайно мощный всплеск жесткого рентгеновского и гамма-излучения, который, будучи локализован по задержкам распространения сигнала, совпал по положению с остатком сверхновой N49 в Большом Магеллановом облаке». (Большое Магелланово облако, названное так в честь Магеллана, который первым среди обитателей Северного полушария обратил на него внимание, представляет собой небольшую галактику-спутник Млечного Пути, удаленную от нас на 180 000 световых лет. Как вы могли догадаться, существует также Малое Магелланово облако.) Однако в том же самом выпуске «Нейчур» Е. П. Мазец с коллегами из института им. Иоффе
* В 1987 г. сверхновая вспыхнула в Малом Магеллановом облаке. Это самая близкая к нам сверхновая, появившаяся после изобретения телескопа..— Пер.
345
в Ленинграде доказывают, что это была вспышка нуль* сара, находящегося на расстоянии всего нескольких сотен световых лет. Они наблюдали источник, о котором идет речь, при помощи детекторов гамма-всплесков на борту космических станций «Венера-11 и -12», находившихся на пути к Венере. Но Хелфанд и Нокс, несмотря на близкое расположение, не настаивают на том, что всплеск гамма-излучения связан с остатком сверхновой. Они тщательнейшим образом рассмотрели множество возможностей, включая даже тот маловероятный вариант, что источник находится в пределах Солнечной системы. Например, это мог быть выхлоп чужого звездолета, отправляющегося в далекий путь домой. Однако вспышка звездного пламени в N49 остается самой простой гипотезой: мы все же твердо знаем, что сверхновые существуют.
Когда Солнце станет красным гигантом, внутреннюю часть Солнечной системы ждет печальная участь. Но, по крайней мере, планеты никогда не будут расплавлены и сожжены взрывом сверхновой. Эта судьба предначертана планетам вблизи звезд, массой превосходящих Солнце. Поскольку такие звезды с высокой температурой и давлением быстро исчерпывают свои запасы ядерного топлива, их жизнь оказывается гораздо короче, чем у Солнца. Звезда, которая в десять раз массивнее Солнца, может стабильно перерабатывать водород в гелий всего несколько миллионов лет, а затем быстро переходит на более экзотические ядерные реакции. Этого времени почти наверняка недостаточно для эволюции развитых форм жизни на любой из сопутствующих светилу планет, и маловероятно, чтобы где-то были существа, знающие, что их звезда станет сверхновой: если они живут достаточно долго, чтобы понять, что такое сверхновая, значит, их звезда вряд ли ею станет.
346
Важной предпосылкой взрыва сверхновой является образование массивного железного ядра в результате ядерных реакций с участием кремния. Под воздействием огромного давления в звездных недрах свободные электроны сливаются с протонами в ядрах железа, их равные по величине, но противоположные по знаку электрические заряды взаимно уничтожаются, недра звезды превращаются в одно гигантское атомное ядро, занимающее гораздо меньший объем, чем предшествовавшие ему электроны и ядра железа. Ядро звезды испытывает своего рода катастрофический взрыв внутрь, внешние слои резко сбрасываются наружу, и происходит взрыв сверхновой. По светимости сверхновая может превзойти совокупное излучение всех звезд галактики, где она вспыхнула. Все те недавно образовавшиеся массивные бело-голубые сверхгиганты в Орионе обречены в следующие несколько миллионов лет стать сверхновыми, продолжая космический фейерверк в созвездии охотника. Грандиозные взрывы сверхновых выбрасывают в космическое пространство большую часть вещества звезды — немного оставшегося водорода и гелия и значительное количество других атомов углерода и кремния, железа и урана. На месте звезды остается горячий шар из нейтронов, скрепленных друг с другом ядерными силами*; одно массивное атомное ядро с атомным весом около 1056; солнце поперечником около тридцати километров; крошечный, плотный, усохший и съежившийся звездный осколок; быстро вращающаяся нейтронная звезда. При схлопывании ядра массивного красного гиганта в нейтронную звезду его вращение ускоряется. Нейтронная звезда в центре Крабовидной туманности —