Биография в десять миллиардов лет 8 страница
Живые существа существовали за миллиарды лет до нас, и мы мгновенно выпутываемся из сетей астрофизической, геофизической и молекулярной эволюции. На один миг я замираю на чилийской горе, чтобы задуматься о своем месте во Вселенной. Складки, борозды, весь расстилающийся передо мной пейзаж – следствие геофизической эпохи, когда земная кора пребывала в расплавленном состоянии, а корни этого пейзажа – радиоактивными элементами, выкованными массивными звездами в неведомо далеком и невообразимо древнем месте среди звезд, где зародилась наша Солнечная система.
Одна из важнейших составляющих этой истории – нашей истории – это извилистая тропа, которая ведет к этому мигу и углубляется дальше. Хотя законы, определяющие путь в космосе, очень просты, для нас с вами он полон загадочных поворотов. Это существенное обстоятельство, поскольку узнать о своем месте во Вселенной, в принципе, можно, если задаться вопросом: много ли дорог способны привести к возникновению жизни вроде нашей или, если уж на то пошло, вообще к возникновению жизни? Чтобы начертить эту карту, сделаем следующий шаг: зададимся вопросом об истории других планет, других миров, которые вращаются вокруг своих звезд и в нашей Галактике, и за ее пределами. Просто поразительно, сколько всего они могут нам рассказать!
Наши соседи
В поисках своего места во Вселенной мы уделяли основное внимание именно планетам – космическим оазисам, на существование которых мы так давно уповаем. И у нас есть на то веские причины: ведь очевидно, что если других планет, а особенно других Земель, очень мало, это сильно изменит нашу точку зрения. Либо где-то еще есть несколько инкубаторов для жизни, либо поиски станут сложны до полной невозможности, если миры раскиданы по далеким недоступным уголкам Вселенной.
|
|
|
Мысль о существовании иных, «нездешних» миров глубоко укоренена не только в науке. Как мы уже видели, это был метафорический центр самых разных философских школ, а кроме того, эта мысль с завидной регулярностью всплывает в искусстве и литературе.
Особенно яркий пример – довольно древний: чудесные сказки «Тысячи и одной ночи»[83]. Эти затейливые истории были собраны в единый корпус более 1100 лет назад, а до этого многие поколения бытовали в устном фольклоре – и при этом до сих пор невероятно занимательны. Среди моих любимых – история о юном султане по имени Булукия, который ищет целебную траву, дарующую бессмертие. По пути он посещает множество самых странных мест, где становится свидетелем различных сверхъестественных явления – от соцветий из голов или птиц, растущих прямо на сучьях, до геенны огненной, то извергающей змей, то всасывающей их обратно. В частности, ему встречается ангел, который читает ему краткое введение в устройство мироздания. Посланец небес сообщает Булукии, что за краем света существует целых сорок земель, каждая в сорок раз больше нашего мира, и все они населены всевозможными невообразимыми созданиями. Очень увлекательная сказка. А еще из нее со всей очевидностью следует, что вдохновенные рассказчики уже давным-давно усвоили представление о множестве миров помимо нашего – причем миры эти настолько чужды нам, что простой смертный, заглянув в них, падает ниц в благоговении.
|
|
|
Все, что лежит ниже, выше и вдали от нашего обыденного существования, по-прежнему подпитывает фантазию человечества – вспомним хотя бы Клайва Льюиса, который изобрел аллегорическую Нарнию[84], или кипучую Вселенную «Звездных войн». Однако иногда мы забываем о собственных удачнейших творениях, пока природа не удивит нас, возродив их к жизни. И вот недавно мы очутились именно в такой ситуации – нет, нам не являлись ангелы, мы не искали траву, дарующую бессмертие, зато мы обнаружили планеты, лежащие вне Солнечной системы.
Сюрприз заключается не в том, что другие планеты существуют, а в том, что они обладают качествами, которые испытывают на прочность наше воображение, поднимают нас над привычной плоскостью мышления. Сейчас я покажу вам, что эта реальность выводит на авансцену одну из важнейших находок на нашем философском пути, важнейшую деталь головоломки, ответ на которую – наше место во Вселенной. Однако следствия из этой находки не так уж просты: с одной стороны, мы обзавелись надежными доводами в пользу точки зрения Коперника (мы занимаем не центральное, а, наоборот, совершенно заурядное место во Вселенной), с другой – у нас появилось самое веское на данный момент доказательство, что наши обстоятельства весьма необычны, а возможно, даже уникальны.
|
|
|
* * *
Найти планеты, вращающиеся вокруг других звезд, крайне трудно[85]. Других слов и не подберешь. Причины вполне понятны: планеты маленькие и тусклые, а звезды большие и яркие. К тому же звезды и их планеты, если смотреть на них с космических расстояний, очень близки друг к другу, и это серьезная проблема, поскольку фундаментальные свойства света таковы, что даже самый совершенный телескоп размазывает изображения. Ослепительный свет центральных звезд затмевает жалкие отблески планет.
|
|
|
Разумеется, большинству из нас доводилось видеть яркое сияние полной Луны на небосклоне и даже замечать яркие точки планет, например, Венеры или Юпитера. Наши знакомые планеты застенчивостью не страдают. Однако не нужно заблуждаться: у нас может быть так, а у соседей иначе.
Гигантское небесное тело вроде Юпитера отражает свет Солнца и к тому же испускает из своих разогретых недр ровное инфракрасное излучение. Но максимальное количество электромагнитной энергии, исходящее от самой яркой планеты Солнечной системы, составляет всего одну миллиардную от излучения нашего Солнца. И планеты вроде Земли, горячее, но гораздо меньше Юпитера, выглядят так же жалко. Нам кажется, что Луна яркая, а на самом деле это просто оптический обман, вызванный нашим взаимным положением. Поверхность Луны на самом деле отражает всего процентов десять солнечного света, который на нее попадает – примерно столько же, сколько кусок угля. Нам кажется, будто она яркая, просто потому, что она близко, и потому, что солнечный свет на том расстоянии, где мы находимся, еще ярок.
Если бы мы взглянули на Солнечную систему с расстояния, измеряемого световыми годами, то планеты вроде Юпитера и Земли были бы не видны, их затмило бы сияние рассеянного солнечного света, словно пылинки при ослепительной фотовспышке. Чтобы непосредственно увидеть эти миры, нужны очень мощные телескопы и всевозможные оптические ухищрения, а подобные технологии пока что лишь маячат на нашем горизонте. Однако есть и другие способы увидеть иные планеты или ощутить их присутствие, пробившись за слепящую завесу звездных систем.
Об одном из подходов я уже упоминал, о нем подозревал еще Исаак Ньютон. Он отметил, что сами звезды тоже вращаются по орбите вокруг центра масс или точки равновесия системы. В отсутствие планет эта точка совпадает с центром звезды, но если планеты есть, их гравитационное поле смещает всю систему к какой-то другой точке. Более того, сама эта позиция зачастую непостоянна, поскольку планеты скользят по орбитам и оказываются в разных местах, и от этого точка равновесия тоже вынуждена сдвигаться.
Иначе говоря, если у звезды есть планеты, она колеблется, и ее колебания меняются со временем. Возможно, вы даже можете наблюдать это непосредственно – заметить, как звезда еле-еле заметно движется туда-сюда по небу. Однако если вы прибегнете к помощи эффекта Допплера[86], результат будет несколько лучше: о наличии планет вам подскажет изменение частоты – то есть цвета – светового излучения при движении звезды к нам и от нас.
Однако зарегистрировать это по-прежнему трудно, хоть плачь. Планета вроде Земли вызывает движение Солнца всего на десяток-другой сантиметров в секунду, и проявляется это маятникообразное движение лишь за период около года. Юпитер послужил бы нашей цели немного лучше. Он способен смещать Солнце примерно на 12 метров в секунду, однако рисунок этих колебаний размазан по десяти годам, за которые Юпитер совершает оборот по орбите. Нужно быть очень упорным и терпеливым наблюдателем, чтобы заметить его.
Мало этих трудностей: поверхность звезды – место очень неспокойное, пылающий и сияющий газ постоянно вздымается и опадает. Местные колебания вполне могут превосходить по силе более плавное и мерное движение, вызванное гравитацией планет, и еще сильнее смазать данные наблюдаемого солнечного света.
Задача эта не для слабонервных. Звездный свет, который улавливают мощные телескопы, нужно расщепить на тысячи составляющих его частот – примерно так свет преломляется в стеклянной призме и получается радуга. Астрономы должны выявить трудноразличимые маркеры – специфические спектральные свойства электронов, скачущих в атомах, которые составляют звезду, и пользоваться полученными величинами как линейкой. Поэтому сами маркеры нужно измерить необычайно точно, тщательно исследовать и на их основании произвести тщательную оценку скорости объекта весом в тысячи триллионов тонн, который движется, быть может, медленнее пешехода.
* * *
Искать планеты можно и другими способами, не менее сложными, поскольку опираются они как на умение, так и на везение. Иногда планетные системы ориентированы таким образом, что отсюда, с Земли, видно, как планеты вращаются вокруг родительских звезд, заслоняют их[87] и перегораживают несколько долей процента света звезды, доходящего до нас. Если это заметить – а потом заметить еще раз, при следующем витке по орбите, и при следующем тоже, – можно сделать вывод о наличии этих крошечных пятнышек и даже об их размерах.
Реже признаком наличия планет становятся искажения пространства-времени вокруг звездных систем (к тому же их труднее регистрировать и интерпретировать): гравитационные поля искривляют световые лучи – следствие релятивистской природы Вселенной. Если свет более далекой звезды проходит в нужной точке звездной системы, оказавшейся между нами, он ведет себя так, словно в пространстве подвешена линза. Этот свет ненадолго усиливается и вспыхивает, и вспышку видно несколько дней, а затем оптическая конструкция рассыпается из-за круговорота небесных тел. Гравитационную линзу[88] может создавать и одинокая звезда, но стоит добавить планеты, и характер вспышки меняется, а по его изменениям можно сделать выводы об этих планетах, их орбитах и массах.
Все эти способы изобилуют трудностями, и долгая история попыток обнаружить планеты вокруг звезд полна неудач и обманутых надежд. Однако ко второй половине ХХ века астрономические методы достигли такого уровня, что целый ряд отважных и упорных ученых[89] сочли, что обладают достаточно реалистичной базой для обнаружения крошечных темных крупиц-планет вокруг далеких звезд. То есть было показано, что планеты все-таки существуют – конечно, это и раньше считалось весьма вероятным, однако оставались досадные сомнения. Но вот что интересно: большинство этих ученых пребывали в убеждении, что если они что-то и найдут, это будет что-то донельзя скучное. В сущности, они представляли себе копии нашей Солнечной системы, знакомые разновидности планет в знакомых сочетаниях. Хотя современные писатели-фантасты постоянно изобретали что-то из ряда вон выходящее, ничуть не хуже авторов «Тысячи и одной ночи», а то и куда более сенсационное, исследователи не искали подобные планеты. Гипотетические планеты и орбиты, которые представляли себе астрономы, ничем особым не отличались – все они были более или менее похожими копиями нашего непосредственного окружения.
А достаточно смелые гипотезы держались на периферии – отчасти именно из-за вполне понятного научного консерватизма. К тому же нас довольно долго сбивало с толку неверное толкование принципа Коперника. Раз мы не занимаем никакого особого положения в центре мироздания, разумно предположить, что в других местах все точно так же, как у нас. Если мы всего-навсего заурядная планетная система при заурядной звезде, резонно ожидать, что остальные планетные системы похожи на нас. В итоге к концу ХХ века мы, в сущности, высматривали планеты вроде Юпитера или Сатурна. Это должны были быть массивные небесные тела, медленно вращающиеся по большим орбитам и обеспечивающие очень вялый, но все же заметный танец при движении их звездных родительниц. А найти планеты размером с Землю нечего было и думать – в то время чувствительность оборудования этого не позволяла, хотя не оставалось сомнений, что конечной целью любого ученого, пусть и невысказанной, были именно такие миры.
Кроме того, наша Солнечная система оставалась единственным лекалом для теорий формирования планет. Научные представления о происхождении планет из газа и пыли в межзвездном пространстве, разумеется, менялись с течением веков. Однако ко второй половине ХХ века был выявлен механизм, с которым научный мир в целом согласился. Как я уже писал, налицо были веские физические причины, почему планеты могут формироваться из огромного газово-пылевого диска, окружающего сжимающееся, слипающееся вещество туманности, из которого рождается звезда. А у Солнечной системы весьма определенная структура: мелкие каменистые планеты формируются ближе к горячему Солнцу, а большие газово-ледяные отстоят от него дальше. Таков был и остается образец, по которому теоретически формируются новые миры.
* * *
Выйти за рамки этих представлений было очень трудно. Есть даже красивое эмпирическое численное правило, так называемое правило Тициуса-Боде[90], выведенное еще в XVIII веке, которое предсказывает расстояния планет от Солнца на основании всего лишь простой алгебраической последовательности. Это последовательность 0, 3, 6, 12, 24, 48, 96, 192, в которой каждый член после 3 вдвое больше предшествующего. «Волшебная» формула состоит в том, чтобы прибавлять к каждому члену 4, а затем делить на 10 – и получается среднее расстояние от планеты до Солнца в астрономических единицах (одна астрономическая единица – это расстояние от Земли до Солнца). Числа, которые получаются по этой формуле, близки к реальности, но все же не точны. Эта закономерность наводит на мысль о наличии какого-то более глубокого принципа, своего рода фундаментального, возможно, даже универсального закона, по которому формируются и выстраиваются планеты. Так и есть – если не вдумываться.
Со временем ученые обнаружили, что «правило» Тициуса-Боде в лучшем случае всего лишь следствие из общей тенденции природных явлений слепо следовать определенным математическим образцам. Эти образцы – особые функции, так называемые экспоненциальные кривые, или степенные зависимости. В худшем случае подобная «закономерность» – простое совпадение. То есть это правило применимо к Солнечной системе, но не обязательно должно соблюдаться повсюду. Однако от подобных идей очень трудно отказаться, и хотя прямо об этом нигде не говорилось, однако я готов ручаться, что этот мнимый «закон» внес солидный вклад в общее научное представление о том, что все планетные системы должны быть похожи на нашу.
Когда я думаю обо всем этом с сегодняшней точки зрения, меня одолевает легкая оторопь. Словно бы наш биологический вид, смирившись с принципом Коперника, нанес себе такую душевную травму, что теперь мы только и можем, что плестись, понуро опустив головы. Большинство астрономов, совершенно справедливо сместив Землю из центра мироздания, восприняли постулат о посредственности как религиозную догму. Им было трудно допустить, что наши жизненные обстоятельства при их очевидной заурядности все же могут представлять собой некое исключение из бесчисленного числа иных конфигураций и биографий.
Поэтому можно сказать, что когда было получено первое неопровержимое доказательство существования планет вне Солнечной системы, это было своего рода актом вселенской справедливости: мы обнаружили нечто столь непохожее на нас, что сразу стало ясно, как мы были слепы и какими возможностями пренебрегали. Оказалось, что планеты склонны к радикальному нонконформизму.
* * *
В десяти милях от северного побережья одного из островов Пуэрто-Рико, расположенного в Карибском море, раскинулись, расползаясь во все стороны, густые древние джунгли. В основном их буйный растительный и животный мир гнездится на пористом известняке, растворимом в воде, и в некоторых местах тысячелетняя влажность разъела камень, отчего образовались обширные провалы и вымоины. Обычно жизнь здесь кипит особенно бурно: получаются словно бы чаши влажной плодородной земли, окруженные пологими холмами. Обычно – но не в том месте, о котором у нас идет речь.
Здесь в углублении диаметром метров в триста землю покрывают не деревья и подлесок, а более 38 000 плотно подогнанных, похожих на решето алюминиевых пластин, словно бы металлическая печать тщательно отгораживает влажную землю. В 150 метрах над этой серебристой поверхностью расположена не менее внушительная конструкция. К трем вышкам по периметру впадины крепятся толстые стальные тросы, которые пересекаются над центром. А там сложное переплетение кабелей и брусьев поддерживает массивную мозаику из треугольных пластин – важнейшую часть хитроумного пункта наблюдения за внеземными радиоволнами.
Это вопиющий конструктивизм – детище ультрасовременной технологии: подобное никак не ожидаешь увидеть в мирном и довольно далеком от цивилизации райском уголке. Перед нами обсерватория Аресибо[91], и как бы скромно ни пряталась она среди деревьев, устремления у ее сотрудников весьма честолюбивы.
В феврале 1990 года этот исполинский телескоп прислушивался к тончайшим изменениям электромагнитного излучения из далекого уголка нашей Галактики, от которого до нас почти 20 тысяч триллионов километров, две тысячи световых лет.
Электромагнитные волны отталкиваются от алюминиевых пластин, которыми выстлана огромная чаша Аресибо, и сходятся на чутких датчиках, подвешенных в воздухе. Хотя долгое межзвездное путешествие приглушило колебания, источник излучения лежал в бешено вращающемся ядре звезды, погибшей около 800 миллионов лет назад.
Этот объект – нейтронная звезда, звездный остаток, состоящий из элементарных частиц под названием нейтроны с добавлением небольшого числа протонов, а также электронов. Вот и все, что осталось от звезды, которая была немного крупнее нашего Солнца и некогда сияла на этом месте, пока ядерные реакции в ее ядре не затухли. Когда источник питания внутри нее отключился, ядро схлопнулось под собственным весом. В результате этой катастрофы произошел мощный взрыв сверхновой, разбросавший внешнюю оболочку звезды в пространстве и оставивший внутри лишь кошмарно плотный шар.
Вещество нейтронной звезды совсем не похоже на материю, с которой мы сталкиваемся здесь, на Земле: оно очень-очень плотно упаковано. Здесь нет ни атомов, ни молекул – просто, в сущности, гигантский ком из элементарных частиц, накрепко склеенных гравитацией. Нейтронная звезда с массой вдвое больше массы Солнца имеет в диаметре всего около 20 километров. Ускорение свободного падения у ее поверхности так велико, что при падении вы врезались бы в поверхность со скоростью 1500 километров в час.
Кроме того, нейтронные звезды очень быстро вращаются. Поскольку они рождены в результате неконтролируемого коллапса ядра звезды, есть много причин, которые могут привести к быстрому вращению, и некоторые нейтронные звезды совершают оборот в считанные миллисекунды. Как правило, они еще и очень горячие – около миллиона градусов. И пышут энергией: магнитные поля и электрически заряженные протоны и электроны отрываются от поверхности и уносятся в пространство. В сочетании эти качества создают едва ли не самый сюрреалистический объект во Вселенной – пульсар.
Пульсар испускает электромагнитное излучение в пространство, словно вечно мерцающий маяк. Интенсивный поток энергии разлетается по Галактике в виде огромной спирали стремящихся наружу фотонов. Огромная плотность такого объекта приводит к сильной инерции. Так что могут пройти эпохи, прежде чем нейтронная звезда растеряет достаточно энергии, чтобы ее вращение заметно замедлилось. Скорость вращения нейтронной звезды невероятно стабильна. Радиомаяк стремительно вращающегося пульсара способен испускать сигналы с точностью, сопоставимой с лучшими атомными часами.
Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 143; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!