Человек перед Вселенной. Космос и картина мира

Вот Фалес, родом из Милета, что в Ионии, на территории современной Турции. В 585 году до н.э. он впервые в мире предсказал солнечное затмение, первым установил (хотя и с некоторой ошибкой), что размер Солнца составляет 1/720 часть солнечного кругового пути, первым представил безошибочный долгосрочный прогноз погоды. Тем самым он ответил на упреки своих товарищей-скептиков, что его занятия философией, – пустое и бессмысленное дело. На основании прогноза Фалес предсказал хороший урожай оливок, после чего, заняв денег, скупил все маслобойни в округе, а когда начался ажиотаж, продал их по хорошей цене и прекрасно, как сейчас принято говорить, «окэшился».

В то время философы, они же астрономы, математики и т. д. вовсе не жили в «башнях из слоновой кости», а находились в самой гуще людей и свершений (также как и древнегреческие боги), зачастуя эпатируя публику. Тот же Фалес, разглядывая небо, свалился в колодец. Он начал звать на помощь, а собравшийся народ, прежде чем приступить к спасательной операции, решил высказать свое «фи» философу. «Что же ты, Фалес не видишь того, что под ногами, а надеешься познать то, что в небесах?», – кричали местные пейзане. Через много веков этот эпизод прокомментировал великий немецкий философ Гегель: «народ смеется над такими вещами и обладает тем преимуществом, что философы не могут ему воздать таким же смехом, но люди не понимают, что философы смеются над ними, которые, разумеется, не могут упасть в яму, потому что они как раз навсегда лежат в ней и не обращают своих взоров ввысь».

Не обходилось и без эксцессов. Так в III в до н.э. великий ученый Аристарх Самосский за 1800 лет до Коперника выдвинул гелиоцентрическую теорию, т.е. заявил, что Земля вращается вокруг Солнца, а не наоборот (данный факт, согласно разным социологическим опросам, до сих пор неизвестен то ли трети, то ли половине наших соотечественников). И не только Земля, но и все остальные планеты. А сама Земля имеет форму шара, также, впрочем, как и Луна. Последняя, к тому же, светит отраженным солнечным светом, а не своим собственным. Для того, чтобы прийти к таким выводам он провел многочисленные расчеты, для которых, в свою очередь, ему пришлось ни много ни мало заложить основы современной тригонометрии. Но все кончилось печально. Столь нетривиальные речи привели в возбуждение широкие народные массы. Аристарх, вроде как по доносу религиозно настроенного философа-стоика Клеанфа, был обвинен в безбожии, в том, что он «двигает с места Очаг мира» (т. е. Землю), осужден и подвергнут остракизму, т.е. изгнан из города.

*** *** ***

Благодаря грекам у астрономии появилась собственная муза – Урания. Официально – муза науки и астрономии. Самая младшая из всех дочерей Зевса, в мудрости своей сравнимая разве что с Афиной Палладой. В руках Урании всегда циркуль и небесная сфера, она одета в звездный плащ, а на голове – корона из созвездий.

Все музы, в том числе и Урания, сопровождали и вдохновляли Аполлона, бога искусств и гармонии, олицетворяли собой все самое мудрое, светлое и прекрасное, включая мораль, науку и все виды искусства. Урания красива, ведь греки исповедовали принцип калокагатии, заключавшийся в том, что внешне прекрасное так же прекрасно и внутри. Несмотря на то, что Урания вместе с сестрами с удовольствием танцует и веселится на праздниках в честь Диониса, она олицетворяет силу познания и созерцания, и призывает всех отдалиться от хаоса обыденного существования, чтобы погрузиться в изучение и созерцание величественной жизни Космоса и движений звезд, отражающих земные судьбы.

Глава 2. Типы и эволюция звезд

Одна из самых крупных звезд – Бетельгейзе. Возможно, она уже взорвалась, но весть об этом еще в пути

Поначалу во Вселенной были лишь два наилегчайших элемента – водород и гелий. Повсеместно они формировали крупные скопления, которые вскоре «зажглись». Так возникли первые термоядерные реакции и первые звезды. Но откуда же взялись десятки других элементов, из которых состоит наш мир? Чтобы ответить на этот вопрос необходимо вкратце остановиться на жизненном цикле звезд.

Но сначала одна ремарка. Вселенная устроена так, что в ней нет ничего абсолютно одинакового. Все звезды разные. Ни одна планета не повторяет другую. И даже каждый спутник индивидуален. Поэтому классификацию нужно воспринимать как упорядочивание, а не как ряд абсолютно идентичных объектов. Тут Космос напоминает человеческое сообщество. Все мы люди, но все разные. Как звезды и планеты.

*** *** ***

Подобно людям, звезды бывают новорожденными, молодыми, среднего возраста и старыми. Новые звезды образуются постоянно, – ежегодно во Вселенной вспыхивает примерно 150 миллионов звезд, – а «старики» со временем умирают.

Рождение звезды. Все начинается с холодного разреженного облака межзвездного газа. Оно сжимается под действием сил гравитации и постепенно принимает форму шара. Он состоит преимущественно из водорода – первого химического элемента, возникшего вскоре после Большого взрыва, с которого началась наша Вселенная. Далее идет период «нормальной» жизни звезды, когда она поддерживается реакцией термоядерного синтеза – слияния ядер водорода с образованием гелия. В ходе нее выделяется огромное количество энергии, которая до нас доходит в форме света и тепла.

Израсходовав весь водород, звезда начинает меняться. Ее температура постоянно растет, из гелия «производятся» все более сложные элементы – сначала углерод, потом кислород и так далее, в соответствии с таблицей Менделеева. Вплоть до железа. Это переломный момент в жизни звезды. Отныне при слиянии железа с ядрами других элементов энергия не выделяется, а, наоборот, затрачивается. Железо убивает колоссальное небесное тело буквально за секунды, заставляя взорваться сверхновой. Оно – настоящий яд, звездный убийца.

Внешняя оболочка звезды вздувается, увеличивается в размерах, превращая ее в красного гиганта. Такая участь примерно через 5 миллиардов лет ждет Солнце. Попутно оно поглотит Меркурий, Венеру и, возможно, Землю. Потом сила гравитации ослабнет, оболочка распадется и улетит в Космос. Буйство вселенского пожара вдруг стихнет, и на месте останется лишь плотное, сжимающееся, относительно холодное ядро из гелия – белый карлик. Звездный остывающий труп, в центре которого будет вращаться невероятной красоты кристалл из чистого углерода. Бриллиант во многие тысячи километров в поперечнике.

Умирающая звезда в последние моменты жизни уничтожает вокруг себя все. А немногие уцелевшие планеты, не связанные уже ни гравитацией, ни своими «обязательствами» в рамках Солнечной системы, разбредутся кто куда в галактические дали. Такова их судьба. Они станут подобны ронинам – японским самураям, лишившимся покровительства своего сюзерена или не сумевшим уберечь его от смерти. Вечные одинокие скитальцы, утратившие свое положение и уважение в обществе.

Белый карлик

Итак, радиус Солнца уменьшится в 100 раз, а светимость – в 10000 раз! Зато плотность увеличится в миллион раз. Вот что такое «белый карлик». Название связано с белым цветом первых открытых объектов данного типа. Их очень много, – до 10% от общего количества звезд в галактике. И живут они очень долго, – примерно 100 миллиардов лет, в 8 раз дольше, чем нынешнее время существования Вселенной.

Такова жизнь и смерть таких, во всех отношениях «средненьких» звезд. Все тихо, спокойно, пристойно как-то. Живут долго, умирают в старости и без каких-либо эксцессов. Все по расписанию. Это такие травоядные Космоса.

Тут следует, однако, сделать одну оговорку. В прекрасной песне «Вершина» говорится, что «в горах ненадежны ни камень, ни лед, ни скала». В Космосе все обстоит аналогичным образом. Вот мы только похвалили белые карлики за стабильность, надежность и тут же спохватились: не такие уж они «положительные». Иногда даже взрываются. Тут у ученых возникает много вопросов, но на данный момент ситуация выглядит следующим образом: не во всех случаях покой гарантирован. Иногда нечто заставляет мирно почивавшего карлика очень резко набрать массу и перешагнуть предел Чандрасекара (по имени индийского ученого, вычислившего его), – 1,44 солнечной массы. После чего следует взрыв, называемый взрывом сверхновой I типа. Что такое это «нечто»? Это может быть вторая звезда в двойной системе, у которой карлик «ворует» материю. Или же столкновение двух «карликов». Звезда после такого взрыва полностью прекращает свое существование. Как минимум одна из двух. На ее месте остается горячее и светящееся облако из множества тяжелых элементов и раскаленной плазмы, которое продолжает сиять еще несколько тысяч лет перед тем, как полностью остынет и угаснет.

Бывает и по-другому. После столкновения суммарная масса укладывается в диапазон 1,5—3 солнечных масс, – ровно столько, сколько надо для образования нейтронной звезды. Это один из вариантов, хотя и не самый главный, образования нейтронных звезд.

Нейтронные звезды (пульсары)

Поначалу это обычные звезды, но значительно более массивные, нежели Солнце. Светят ярко, живут недолго. Однако после смерти их ждет другая жизнь, бурная и удивительная.

Нейтронная звезда пожирает обычную

Переход к ней вкратце выглядит так. Ядро звезды, о котором мы говорили, не превращается в холодного белого карлика, а продолжает сжиматься, пока материя не достигнет невообразимой плотности. Причина – большая масса, а значит, и большая гравитация. Если она превышает определенный предел, то сжатие продолжится, и в конце концов объект превратится в черную дыру (о них мы еще поговорим), а если нет, то сжатие останавливается, и возникает нейтронная звезда. Существует предел Оппенгеймера – Волкова, перейдя который начинает формироваться нейтронная звезда: 1,5 – 3 массы Солнца для остатка звезды после взрыва сверхновой или 25 – 30 масс для изначальной звезды.

Многие астрономы считают нейтронные звезды самыми интересными космическими объектами. Почему? Просто в них все физические параметры доведены до сверхэкстремальных значений, и все же продолжают существовать. В отличие от черных дыр, в которых, например, магнитные поля исчезают.

Теперь коротко о рождении нейтронной звезды. Продолжая гореть и сжиматься, ядро коллапсирующей звезды накапливает слой за слоем все новые элементы. Вскоре оно уже представляет собой структуру вроде луковицы. Где каждый слой соответствует определенному этапу развития. Снаружи – водородная оболочка, под ней – слои гелия, углерода, кислорода, кремния. А в центре – ядро, состоящее из сжатого газообразного железа, разогретого до нескольких миллиардов градусов. Оно уже спрессовано настолько плотно, что чайная ложка его тяжелее, чем целая эскадра линейных кораблей, но по-прежнему продолжает сжиматься. Однако наступает момент, когда дальнейшее сжатие становится невозможным. Оболочка ядра превращается в непробиваемую стену, от которой отскакивает притягивающееся к центру вещество из верхних слоев. Притягивается или падает внутрь оно с колоссальной скоростью – тысячи километров в секунду. Потом – столкновение с непреодолимым барьером, и далее происходит колоссальной мощности внутренний взрыв, который вызывает обратную ударную волну, несущуюся сквозь все слои наружу. При этом материя чудовищно раскаляется. В центре звезды температура достигает 50 миллиардов градусов. Ударная волна доходит до оболочки, прожигает ее и фонтан раскаленного газа вырывается в космос с бешеной скоростью, – свыше 40 тысяч километров в секунду. Звезда ярко вспыхивает. Это и есть «взрыв сверхновой». Завораживающее зрелище. Буквально за мгновение выделяется больше энергии, чем производят триллионы триллионов остальных звезд во всей Вселенной.

Но фантастическая по своим масштабам энергия разрушения дает начало новой жизни. Точнее, элементам, необходимым для нее. Железо превращается в кобальт, кобальт в никель и так далее. Это настоящая «фабрика металлов», мега- металлургический завод.

К слову замечу, что, согласно последним данным, все же самые тяжелые элементы, – золото, платина, торий, плутоний, уран и др. – получаются не при взрыве сверхновой, как считалось ранее, а в результате другого, еще более масштабного и апокалиптического события – столкновения нейтронных звезд. Как подсчитали ученые, в среднем после каждого такого столкновения в космос выбрасывается только золота пусть немного, по космическим меркам, но все же массой 10 лун. Напомню, что Луна весит 7*10

 кг, т.е. получаем 7*10

кг или 700 триллионов миллионов тонн (общей стоимостью 10 октильонов долларов, т.е. 100 трлн в квадрате). Недавно при помощи новой, рождающейся на наших глазах науки – астрономии гравитационных волн – было зафиксировано такое столкновение нейтронных звезд (в реальности оно произошло 130 миллионов лет назад, просто излучение дошло до нас только что). Выброс металлов составил по весу 60 тысяч масс Земли, из них 10%, то есть 6000 Земель – это золото и платина. Представить только: 6000 планет, состоящих из золота и платины. Золотые горы и платиновые леса, золотой вулкан извергается платиновой лавой… Так что золото – это не просто драгоценный металл, а еще и посланец из адского ада, в котором оно родилось.

В отличие от подавляющего большинства процессов, происходящих во Вселенной, взрыв сверхновой длится меньше мгновения, – десятые доли секунды… А потом все стихает, адское пламя перестает бушевать, на его месте остается труп. Но это уже не безобидный белый карлик. Это – нейтронная звезда, шар диаметром всего 10—20 километров (диаметр Солнца – более 1,4 миллиона километров). Обычный, нормальный, хорошо представимый каждым из нас «земной» размер. Какие-то пару часов пробежки трусцой. А на автомобиле так и вовсе за несколько минут можно проехать. Но на этом все обычное и заканчивается. Под воздействием гравитации отрицательно заряженные электроны «вдавливаются» в положительно заряженные протоны и образуют нейтроны. Из ядра формируется нейтронная звезда – плотный сгусток так называемой «экзотической материи» массой в полтора-два Солнца. Температура внутри него колеблется от 10 до 100 миллиардов (!) градусов. Сила тяжести на поверхности в 100 миллиардов раз больше, чем на Земле. Кто и сколько бы весил, попади он туда, каждый может посчитать сам, исходя из средней плотности вещества в 2,8*10

 г/см

. В центре же оно раз в 10—15 плотнее даже атомного ядра. Такова сила сжатия!

Рассмотрим для примера один такой объект. Нейтронную звезду PSR J1748—2446. Она находится в шаровом скоплении Terzan 5 в 18 000 световых лет от Земли, и обладает совершенно беспрецедентной скоростью вращения вокруг своей оси: 716 оборотов в секунду. Это примерно в 2—3 раза быстрее, чем пропеллер самолёта или циркулярная пила. А скорость вращения на экваторе и вовсе составляет около 25% от скорости света, – более 70 000 километров в секунду! Плотность этого пульсара превышает плотность свинца в 50 триллионов раз и имеет магнитное поле в триллион раз сильнее Солнца.

Пульсар, собственно говоря, и не совсем звезда, ведь в нем не происходит термоядерная реакция. Тем не менее, прижилось именно такое название.

Представим, что нам довелось прогуляться по такому объекту. Чисто виртуально, конечно. Предположим, мы зачерпнули рукой горсть «земли», как в песочнице. Вес этой горсти был бы сравним с Эверестом, высочайшей горой в мире. Нашей прогулке ничего не препятствует, – ландшафт абсолютно ровный, хотя и предельно унылый: из-за колоссальной гравитации самая большая «возвышенность» не превышает пары миллиметров в высоту. Но если бы вы все же споткнулись (или подскользнулись) и упали, то от вас не осталось бы и мокрого места, – скорость падения составила бы 5 км/сек. Во мгновение ока вы «сольетесь с пейзажем», – гравитация равномерно распределит вас по поверхности, словно масляную плёнку толщиной в один атом! Последнее, что успеет запомнить ваше сознание, это звездное небо. Только очень странное: каждая звезда пересекает весь небосвод от горизонта до горизонта менее чем за тысячную долю секунды, и все вместе они сливаются в одну сплошную линию.

Нейтронную звезду можно сравнить с небольшим необитаемым островом или большим космическим кораблем. Сходство особенно впечатляет в отношении звезд-странников. Таких как PSR J0002+6216. Сейчас до нее примерно 6500 световых лет. Она несется наобум, без оглядки, сквозь звездную пыль, с сумасшедшей скоростью в 4 млн км/ч. Если бы мы «оседлали» этого «путешественника», то, вылетев в полночь, на Марс прибыли бы уже к обеду. Важно, чтоб не укачало. Ведь звезда делает 8,7 оборота вокруг своей оси в секунду (!). Не 700, конечно, но все же… Вот такое небесное чудо, – совершенно странное и смертельно опасное.

Из полюсов «новорожденного» объекта через абсолютно равные промежутки времени вырываются узконаправленные мощнейшие потоки радиоизлучения, а потому звезда в черной бездне Космоса похожа на блистающий вращающийся шар, подвешенный к потолку в ночном клубе. Ее называют пульсаром. Промежутки времени между вспышками абсолютно идентичны по своим параметрам, – частоте, времени и т. д. Поэтому, когда их заметили полвека назад, поначалу решили, что это послания внеземных цивилизаций. Первую открытую звезду так и назвали – LGM-1 (сокращение от Little Green Men – «маленькие зелёные человечки»).

Но вскоре таких посланий стало слишком много, и от этой гипотезы не без сожаления пришлось отказаться. Так в 1967 году аспиранткой (!) из Великобритании Джоселин Белл был открыт новый тип звезд. Нобелевскую премию за открытие получил ее научный руководитель Энтони Хьюиш. Многие и поныне считают это решение самым большим проколом за всю историю существования нобелевского комитета.

Интересно, что у некоторых пульсаров есть «свои» планеты, даже целые системы типа нашей Солнечной из трех-четырех планет, хотя трудно себе представить, чтобы на них могло существовать что-либо живое.

Уникальное вещество, из которого состоит нейтронная звезда, не может быть извлечено из нее, подобно тому, как был извлечен грунт с поверхности Луны, – оно просто разлетится и перестанет быть тем самым веществом. Да и трудно представить себе инструмент, которым можно было бы «отколупать» материю такой плотности. Поэтому нам остается лишь наблюдать за ней на расстоянии. Но делать это нужно крайне осторожно.

Ученые как-то смоделировали, что произойдет при «взаимодействии» нейтронной звезды и человека. Как и следовало ожидать, ничего хорошего. Сила тяжести «там» в 100—200 миллиардов (!) раз больше, чем на Земле, и, конечно, человек был бы разорван в клочья во мгновение ока. «В клочья» означает «на атомы». Во мгновение ока облако атомов, бывшее только что Ивановым-Петровым-Сидоровым, превращается в ревущий поток энергии, выброшенный в пространство со скоростью 160 000 км/с, – более половины световой. Его мощь превзошла бы даже взрыв всего ядерного боезапаса всех стран Земли. Кстати, ее несложно подсчитать, стоит лишь умножить свой вес на скорость света в квадрате, и вы получите вместо себя чистое сияние энергии. Если покойник с гробом весит немного более центнера, то получим море света в 10 триллионов люменов. Как его представить себе? Ну, это как если бы в кромешной тьме перед вашими глазами внезапно зажглись 8 миллиардов обычных 100-ваттных лампочек. Обычных, … но 8 миллиардов…

С другой стороны, это ведь весьма нетрадиционный и в будущем, может быть, коммерчески перспективный способ кремации. Дело остается за малым: найти поблизости подходящую звезду и развить соответствующие технологии транспортировки.

Кажется фантастикой, но в общем, в этом нет ничего невозможного, ведь когда, например, американский астроном Клайд Томбо, открывший в 1930 году самую далекую планету Солнечной системы Плутон (среднее расстояние до Земли – 5,7 млрд км, в настоящее время исключен из списка планет), завещал похоронить его на своем открытии, все посчитали это невозможным. А вот, поди ж ты, с помощью зонда New Horizons уже удалось выполнить завещание, доставив в этот отдаленный уголок Солнечной системы урну с прахом.

Магнетары

Зловещие карлики Вселенной

Если же масса сколлапсировавшей звезды составляет 30—40 солнечных, на свет появляется магнетар. Похожий на пульсар, только еще более мощный. Правда, довольно редкий. В нашей галактике, к примеру, их на данный момент известно не более двух десятков. Он молод (время жизни примерно миллион лет), а потому крайне активен, напорист и неудержим. Знакомясь с его характеристиками, понимаешь, почему астрономы радуются, говоря, как нам повезло родиться в столь глухом, провинциальном захолустье Вселенной. Магнетар – это буквально первобытная ярость мироздания, ревущая мощь дьявольского всесожжения. Он – рекордсмен Космоса по силе магнитного поля, которое в тысячу триллионов раз превосходит магнитное поле Земли (отсюда название). Как хорошо, что ближайший из них находится в 13000 световых годах от нас в созвездии Кассиопеи. Будь он несколько ближе, как говорят специалисты, его магнитное поле не ограничилось бы притяжением к себе всех металлов нашей планеты, разрушив ее, но и высосало бы все железо из крови землян, «разобрав» нас по атомам.

Его плотность превосходит даже плотность обычных нейтронных звезд, причем кратно. А еще там происходят звездотрясения. Что они из себя представляют? В принципе ничего необычного, то же землетрясение. Разница лишь в мощи и ярости сил природы: во время такого «трясения», зафиксированного совсем недавно, в течение всего лишь десятой доли секунды в космос был выброшен сгусток энергии, на производство которой Солнцу понадобилось бы 100 000 лет! Вспышка была столь яркой, что на несколько мгновений затмила все сотни миллиардов звезд нашей галактики. И, заметьте, это был вовсе не взрыв, а всего лишь небольшая трещина на поверхности малюсенького космического тела, что-то вроде скромного тектонического разломчика, в общем, полная ерунда. Но не приведи Бог оказаться хотя бы в паре десятков триллионов километров от этого вздоха дьявола.

И в заключении отметим, что поскольку нейтронные звезды, а значит, и магнетары, возникают в результате чудовищных взрывов, постольку они, в отличие от обычных звезд и планет, мирно шествующих по своим орбитам, буквально носятся по Вселенной. Времени для таких путешествий у них более чем достаточно, – по подсчетам, нейтронная звезда или магнетар полностью исчерпает свою энергию за 10