Смерть в черной дыре и другие мелкие космические неприятности

Тайсон Нил Деграсс

К сожалению, очень может быть, что самые важные вопросы о природе мироздания мы еще просто не задавали.

Более всего нам удалось усовершенствовать наши убогие органы чувств, когда мы научились заглядывать в невидимые части так называемого электромагнитного спектра. В конце XIX века немецкий физик Генрих Герц проделал эксперименты, которые помогли объединить в рамках одной системы понятий различные формы излучения, которые раньше считали не связанными между собой. Радиоволны, инфракрасное излучение, видимый свет и ультрафиолет оказались близкими родственниками из семейства света – как выяснилось, они отличаются друг от друга всего лишь энергией. Полный спектр, в том числе все его части, открытые после работ Герца, простирается от низкоэнергичной области, которую мы называем радиоволнами, а далее в порядке возрастания

энергии спектр переходит последовательно в микроволновое, а затем в инфракрасное излучение, в видимый свет (который охватывает семь цветов радуги – красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый), в ультрафиолет, рентгеновское излучение и гамма-лучи.

Современные ученые ничем не уступают Супермену с его рентгеновским зрением. Он, конечно, немного покрепче среднего астрофизика, зато нынешние астрофизики «видят» во всех основных частях электромагнитного спектра. Не будь у нас такого супер-зрения, мы были бы слепы и невежественны: многие астрофизические явления видны только через определенные окна, а в других окнах от них не видно и следа.

* * *

А теперь заглянем во все эти окна во Вселенную по очереди – и начнем с радиоволн, для которых нужны совсем не те датчики, что находятся у человека в сетчатке.

В 1932 году Карл Янский, сотрудник Телефонных лабораторий Белла, вооружившись радиоантенной, первым «увидел» радиосигналы, исходившие из внеземного источника: он открыл центр галактики Млечный Путь. Радиосигнал от этого источника так интенсивен, что если бы человеческий глаз воспринимал только радиоволны, центр галактики был бы одним из самых ярких объектов на небе.

При помощи хитроумных электронных устройств можно передавать особым образом закодированные радиоволны, а затем превращать их в звуки. Это гениальное изобретение получило известность как «радио». Так что благодаря усовершенствованию зрения мы, в сущности, улучшили еще и слух. Однако любой источник радиоволн, как и практически любой другой источник энергии, можно использовать так, чтобы он заставлял вибрировать диафрагму динамика, хотя журналисты иногда неверно понимают этот простой факт. Например, когда было открыто радиоизлучение с Сатурна, астрономам оказалось несложно придумать радиоприемник, оборудованный подобным динамиком. В нем радиоволновой сигнал преобразуется в слышимые звуковые волны, из-за чего один журналист заявил, что-де с Сатурна «доносятся звуки» и его обитатели хотят нам что-то сказать.

Теперь мы располагаем гораздо более чувствительными и хитроумными радиодетекторами, чем Карл Янский, и исследуем не только Млечный Путь, но и всю Вселенную. К первым данным о радиоволнах относились с недоверием, пока они не получили подтверждение благодаря наблюдениям на обычных телескопах – лишнее подтверждение нашему предрассудку, что «лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать». К счастью, большинство радиоизлучающих объектов испускают и какой-то видимый свет, так что от ученых не всегда требовалась слепая вера. Впоследствии радиотелескопы привели нас к целой сокровищнице открытий, в том числе, с их помощью были открыты квазары, которые до сих пор во многом остаются для нас загадкой (слово «квазар» – это вольное сокращение от «quasi-stellar radio source» – «квазизвездный радиоисточник») и относятся к числу самых далеких объектов в известной Вселенной.

Богатые газом галактики испускают радиоволны с помощью атомов водорода, которые находятся там в изобилии (атомы водорода составляют свыше 90 % всех атомов во Вселенной). При помощи больших массивов радиотелескопов, связанных друг с другом быстрой электроникой, можно получать изображения газа, содержащегося в галактиках, с высоким пространственным разрешением, которое позволяет обнаружить всевозможные неочевидные особенности распределения водорода – вихри, сгустки, бреши, волокна. Задача картографирования галактик во многом похожа на ту, что стояла перед географами XV и XVI веков, чьи попытки передать очертания континентов, несмотря на все искажения, отражали отважное стремление человечества описать миры, остававшиеся физически недосягаемыми.

* * *

Если бы человеческий глаз воспринимал микроволновое излучение, это окно спектра позволило бы вам видеть сигнал от радара в руках дорожного инспектора, спрятавшегося

в кустах на обочине автомагистрали. А телефонные вышки прямо-таки сияли бы ослепительным светом. Однако отметьте, что внутренность микроволновки у вас в кухне выглядела бы по-прежнему, поскольку дверца с вделанной в нее сеткой отражает микроволны обратно и не дает им вырваться наружу. Так она не дает стекловидному телу ваших любопытных глаз испечься вместе с едой.

Широко применять микроволновые телескопы для изучения Вселенной стали лишь с конца 60-х годов. Они позволяют нам заглянуть в холодные плотные облака межзвездного газа, которые затем схлопываются и образуют звезды и планеты. Тяжелые элементы в этих облаках охотно образуют сложные молекулы, чьи характерные признаки в микроволновой части спектра ни с чем не спутаешь, поскольку они соответствуют точно таким же молекулам, которые есть на Земле.

С некоторыми космическими молекулами мы давно познакомились у себя дома:

NH₃ (аммиак),

H₂O (вода).

Есть среди них и смертоносные:

CO (угарный газ),

HCN (синильная кислота).

Кое-какие напоминают о больнице:

H₂CO (формальдегид),

C₂H₅OH (этиловый спирт).

А кое-какие ни о чем не напоминают:

N₂H+ (диазиниум),

CHC₃CN (цианодиацетилен).

Всего в космосе обнаружено почти 130 видов молекул, в том числе глицин – аминокислота, служащая строительным материалом для белка, а следовательно, и для жизни в том виде, в каком мы ее знаем.

Именно микроволновому телескопу мы, безусловно, обязаны самым важным открытием в астрофизике за всю ее историю. Жар, оставшийся от Большого Взрыва, положившего начало Вселенной, уже остыл до температуры примерно в три градуса по абсолютной шкале Кельвина. (Мы еще поговорим подробнее о том, что нуль градусов по абсолютной температурной шкале соответствует самой низкой возможной температуре, поэтому отрицательных температур на ней нет. Абсолютный нуль соответствует –273 градусам по Цельсию, а комнатная температура – примерно 300 градусов по Кельвину.) В 1965 году реликты Большого Взрыва случайно открыли сотрудники Телефонных лабораторий Белла Арно Пензиас и Роберт Уилсон, за что и получили Нобелевскую премию. Эти реликты представляют собой вездесущий и всеобъемлющий океан излучения, в котором преобладают радиоволны.

Пожалуй, это открытие – эталон научного везения. Пензиас и Уилсон ставили перед собой очень скромную цель – найти источники земного происхождения, которые интерферируют с микроволновыми линиями связи, – а нашли неоспоримое свидетельство, что теория происхождения Вселенной в результате Большого Взрыва верна. Это все равно что удить уклеек, а поймать голубого кита.

* * *

Если двинуться дальше по электромагнитному спектру, мы попадем в инфракрасный диапазон. Для человека он тоже невидим, зато прекрасно знаком любителям фаст-фуда: картошку-фри в ожидании покупателей держат под инфракрасными лампами, чтобы не дать ей остывать по нескольку часов. Эти лампы испускают и видимый свет, однако их активный ингредиент – именно многочисленные невидимые инфракрасные фотоны, которые и впитывает готовое блюдо. Если бы человеческая сетчатка воспринимала инфракрасный свет, то в обычных домах по ночам, с выключенным светом, были бы видны все предметы, температура которых превышает комнатную, – в том числе утюг (если он был включен и еще не успел остыть), металл вокруг горелок на плите, трубы горячей воды и обнаженная кожа всех людей, которые попадут в поле зрения. Конечно, это далеко не такая информативная картина, как в видимом свете, однако два-три творческих способа пустить полученные сведения в дело вы наверняка придумаете – например, поглядеть на свой дом зимой и увидеть, где крыша или окна пропускают тепло.