Взрывающиеся солнца. Тайны сверхновых - Айзек Азимов

В сущности, ни одна звезда, способная стать новой или сверхновой, никогда не сопровождалась планетой, на которой существовала бы разумная жизнь.

Если бы звезда была достаточно тяжелой, чтобы со временем превратиться в сверхновую типа 2, то она была бы слишком массивной, чтобы задержаться в главной последовательности столько, сколько необходимо, чтобы зародившаяся на ней жизнь могла развиться до появления разумных существ.

Если бы, напротив, она была не массивнее Солнца, но входила членом в тесную двойную систему, так что однажды могла бы взорваться как новая или сверхновая типа 1, то близ этой системы невозможно было бы существовать планетарной орбите, которая обеспечила бы достаточно стабильную окружающую среду для развития жизни.

Так что, собственно, у нас общего с новыми и сверхновыми? Разве не правда, что, за исключением случайного беглого взгляда, брошенного нами на какую-нибудь яркую звезду в небе, нам от них ни жарко, ни холодно и мы оставляем их астрономам и писателям научно-популярной литературы?

К такому взгляду можно прийти, если мы в самом деле полностью безразличны к тому, как образовалась наша Вселенная, как появились Солнце и Земля, как развилась жизнь и какие возможные опасности будут подстерегать человечество в будущем, потому что взрывающиеся звезды имеют самую тесную связь с каждой из этих вещей.

Но сначала о Вселенной. Как она образовалась?

До самого недавнего времени большинство культур (если не все), включая, конечно, и нашу собственную, считало истиной, не требующей доказательства, что Вселенная была образована в течение краткого отрезка времени не очень давно магическим действом сверхъестественного существа.

В нашей культуре, согласно общему мнению, считалось, что Вселенная была создана Богом за шесть дней шесть тысяч лет назад. Физических доказательств тому нет, и эта вера зиждется единственно на утверждениях первой главы Библии. Тем не менее лишь немногие осмеливались выражать сомнения на сей счет, если какие-то сомнения у них и были.

Когда современная астрономия уяснила, что Вселенная огромна (а с каждым новым открытием она становилась все более и более громадной, пока не предстала людям непостижимо безмерной), стало трудно, почти невозможно разумному человеку поверить, что библейское сказание о сотворении мира — чистая правда.

И все же, с другой стороны, в астрономических наблюдениях нет ничего такого, что могло бы указывать на чисто естественную причину создания.

Была гипотеза туманности Лапласа, давшая интересное и правдоподобное объяснение развитию Солнечной системы из вращающейся массы газа и пыли. (Но откуда взялись и пыль и газ?)

Предполагалось, что все звезды Галактики образовались именно таким путем, т. е. первоначально имелась галактических размеров масса газа и пыли, которая затем воплотилась во многие миллиарды звезд и планет. Далее, уже в 20-х годах, когда начали понимать, что существуют бесчисленные галактики, это означало, что сначала существовали такие же бесчисленные газопылевые массы для их формирования. Откуда все это? Как можно объяснить происхождение гигантских масс пыли и газа, разбросанных во Вселенной, имеющих миллиарды парсек в диаметре, не прибегая к всемогущественному сверхъестественному существу?

Как бы то ни было, в 10-х годах этого века были сделаны наблюдения, не имевшие, казалось бы, ничего общего с нашей проблемой, но сильно революционизировавшие наш образ мыслей на этот предмет.

Это началось с американского астронома Весто Слифера (1875–1969), получившего спектр галактики Андромеды в 1912 г. (когда еще в ней никто не подозревал галактики). Из ее спектра он определил, что она приближается к нам со скоростью 200 км/с.

Слифер заметил, что характерные темные линии спектра были смещены от их нормального положения в сторону фиолетового конца спектра. По направлению этого смещения он мог заключить, что галактика Андромеды приближается к нам, а по величине его мог подсчитать скорость приближения.

Последнее основывалось на принципе, впервые выдвинутом в 1842 г. австрийским физиком Кристианом Доплером (1803–1853).

Сперва эффект Доплера применялся к звуковым волнам, но в 1848 г. французский физик Арман Физо (1819–1896) показал, что этот принцип применим также и к световым волнам. Благодаря эффекту Доплера — Физо стало ясно, что если спектральные линии любого излучающего свет объекта, будь то свеча или звезда, сместились в сторону фиолетового цвета, значит, объект приближается к нам, если же они сдвинулись в сторону красного, то источник света от нас удаляется.

Первым, кто применил этот принцип в 1868 г. к звезде, был Уильям Хаггинз. Он обнаружил, что Сириус показывает небольшое красное смещение и потому удаляется от нас. В последующие годы таким путём были апробированы и другие звезды. Одни из них приближались, другие удалялись, везде со скоростью более 100 км/с.

Эффект Доплера — Физо имел одну очень ценную сторону. Если пытаться измерить собственное движение звезды (движение поперек луча зрения), успех может быть получен только для звезды очень близкой. В результате очень мало звезд имеют измеримое собственное движение. Доплеровский же принцип определения радиального движения (к нам или от нас) мог работать для любой как угодно далекой звезды, лишь бы она была достаточно ярка, чтобы запечатлеть свой спектр.

Коль скоро у туманности Андромеды удалось получить спектр, поддающийся фотографии, было неважно, что она удалена от нас на 700 000 парсек (чего Слифер, конечно, и не подозревал). Эффект Доплера — Физо работал одинаково хорошо как на нее, так и на Сириус или горящую рядом свечу. Фиолетовое смещение в спектре галактики Андромеды показывало, что она приближалась, и это не удивляло. Скорость ее приближения была несколько высоковатой, поскольку к тому времени еще не нашли других звезд, удаляющихся или приближающихся с такой скоростью, тем не менее для Андромеды эта цифра не была чем-то из ряда вон выходящим.

Позднее Слифер продолжал изучение спектров других четырнадцати галактик (или туманностей, как он думал) и обнаружил, что только одна из них приближалась — туманность Андромеды. Все другие удалялись, причем со скоростями явно высшими, чем 200 км/с.

Тут было в самом деле чему удивляться, но впереди были еще более поразительные вещи.

В 20-х годах, когда начали понимать, что светлые туманности — это другие галактики, американский астроном Милтон Хумасон, работавший с Хабблом, начал фотографирование спектров многих галактик. Его открытием стал тот факт, что все без исключения они показывали красное смещение. Все удалялись.

Более того, чем тусклее (и потому предположительно более далекой) была галактика, тем большим было красное смещение и тем выше скорость удаления. Около 1919 г. Хаббл высказал мысль, что существует закономерность, объясняющая это явление (эта закономерность стала называться Законом Хаббла). По этому закону скорость удаления галактики пропорциональна расстоянию до нее. Если одна галактика в пять раз дальше, чем другая, то первая уходит в пять раз быстрее, чем вторая.

Закон Хаббла основывался целиком на наблюдениях — замерах красного смещения. Эти наблюдения едва стали входить в практику, но тут появилось новое теоретическое обоснование всей проблемы.

В 1916 г. Эйнштейн представил свою общую теорию относительности, которая впервые исправляла ньютоновский взгляд на гравитацию. Теория включала систему уравнений поля, с помощью которых можно было описать Вселенную как целое.

Эйнштейн полагал, что его уравнения поля описывают «статическую Вселенную», т. е. Вселенную, которая, взятая как целое, стабильна и не претерпевает никаких изменений. Однако в 1917 г. датский астроном Биллем де Ситтер (1872–1934) продемонстрировал, что уравнения эти могут быть использованы и для иллюстрации постоянного расширения Вселенной. Идея расширяющейся Вселенной стала более популярной, и сам Эйнштейн стал на ее сторону.

БОЛЬШОЙ ВЗРЫВ

Если Вселенная действительно расширяется, то в каждый последующий день она шире, чем была накануне. Если же представить, что мы движемся назад во времени, как бы прокручивая киноленту в обратном направлении, то мы увидим, что Вселенная с каждым днем становится все меньше.

Вселенная может расширяться вперед во времени неопределенно долгое время, так что никогда не будет ее настоящего конца. Но она не может сокращаться неопределенно долго назад во времени, так как сокращающаяся Вселенная должна в конце концов съежиться до нуля и дальше уже сжиматься не сможет. Этот нуль отметит начало Вселенной.

Первым человеком, который объяснил это, был советский математик Александр Фридман (1888–1925). Он выдвинул эту идею в 1922 г. в ходе своего математического анализа расширяющейся Вселенной. К сожалению, молодой математик скоро умер, не сумев развить своей идеи.