Наука Плоского мира - Йен Стюарт

Будущее нашей Солнечной системы не менее интересно, чем ее прошлое. В глазах Ньютона и его современников Солнечная система представляла собой что-то вроде небесного часового механизма, который, будучи единожды запущен, так и продолжает свой ход, подчиняясь простым математическим правилам. И будет весело тикать вечно. Были даже построены механические модели Солнечной системы, так называемые «оррерии», с великим множеством шестеренок, бронзовыми планетками и лунами из слоновой кости, запускавшиеся в движение поворотом рукоятки.

Теперь-то мы знаем, что и космические «часы» могут «сломаться». Это произойдет не скоро, но рано или поздно в Солнечной системе грядут большие перемены. Основная причина такого развития событий – хаос. В том смысле, в котором это слово применяется в теории хаоса со всеми ее причудливыми разноцветными фракталами, то есть некая быстроразвивающаяся область математики, проникающая во все другие науки. Согласно теории хаоса, простые правила не предполагают простого поведения (Думминг Тупс и другие волшебники вот-вот это поймут). В действительности же простые правила могут привести к такому поведению, которое во многих аспектах будет случайным. Поначалу хаотическая система ведет себя вполне предсказуемо, но стоит вам пересечь так называемый «горизонт предсказуемости» – и все ваши пророчества тут же перестают сбываться. Например, погода – хаотична, ее горизонт предсказуемости – около четырех дней. Солнечная система, как мы видим, тоже хаотична, только ее горизонт предсказуемости – десять миллионов лет. Например, мы не можем сказать, с какой стороны Солнца будет Плутон через сто миллионов лет. Он будет на той же орбите, что и теперь, но вот в какой именно точке – никому не известно.

Все это мы знаем благодаря математике, а также – оррериям, не механическим, конечно, а цифровым, то есть специальным компьютерам, способным очень быстро просчитывать небесную механику. Первый цифровой оррерий был разработан исследовательской группой Джека Уиздома, который на пару со своим конкурентом Жаком Ласкаром старался углубить наши познания о будущем Солнечной системы. Несмотря на то, что хаотичная система в долгосрочной перспективе непредсказуема, можно составить ряд отдельных прогнозов и посмотреть, что в них общего. Математики полагают, что с большой долей вероятности такие совпадения будут близки к реальности.

Одним из самых впечатляющих результатов стало предсказание о возможной потере Солнечной системой одной из планет. За миллиард лет Меркурий удалится от Солнца настолько, что пересечет орбиту Венеры. Такое тесное сближение планет приведет к тому, что одна из них, а то и обе сразу, окажутся выброшенными за пределы Солнечной системы. Если только не столкнутся с чем-то еще на своем пути, а это хотя и маловероятно, но все же возможно. Такой «неудачницей» может оказаться даже Земля. А может быть, Венера пригласит нашу планету на своеобразное космическое танго, в результате которого уже сама Земля может быть «выставлена» из Солнечной системы. Детали этого события непредсказуемы, но общий сценарий выглядит обнадеживающе.

Это означает, что наши представления о Солнечной системе далеки от реальности. По человеческим меркам, это очень простое место, где ничего никогда не меняется. По меркам же самой Солнечной системы, сотни миллионов лет ее жизни заполнены волнующими и драматическими событиями: вокруг с ревом носятся планеты, сбивая друг друга с орбит и увлекая в дикую гравитационную пляску.

Все это слегка напоминает события, описанные в книжке «Миры в столкновении», опубликованной в 1950 году Иммануилом Великовским. Он верил, что когда-то Юпитер породил гигантскую комету, которая уже дважды прошла мимо Земли, разок вступила в любовную интрижку с Марсом (в результате чего на свет появился выводок кометок поменьше) и теперь живет-поживает под именем Венеры. Однако во время своей бурной молодости эта комета стала причиной многих странных событий, описанных в библейских легендах. В одном Великовский оказался прав: орбиты планет в действительности могут меняться. Правда, в остальном он полностью заблуждался.

Так есть ли другие планетные системы у далеких звезд или мы – единственные? Еще до недавнего времени по этому вопросу велось множество споров, потому что никаких доказательств не было. Большинство ученых, доведись им заключать пари, скорее всего, поставили бы на существование таких систем, поскольку механизм сжатия пылевого облака может легко повториться там, где имеется космическая пыль: только в нашей галактике есть сто миллиардов звезд, не говоря уже о миллиардах миллиардов во всей Вселенной, появившихся именно из космической пыли. Но все же это было лишь косвенным доказательством. Теперь же кое-что наконец начинает проясняться. И как частенько случается, в этой истории наличествует по крайней мере один фальстарт и критический пересмотр доказательств, на первый взгляд выглядевших вполне убедительно.

В 1967 году Джоселин Белл, аспирантка Энтони Хьюиша из Кембриджского университета, работала над своей диссертацией. Ее специализацией была радиоастрономия. Как и свет, радиоизлучение – это электромагнитные волны, и звезды испускают радиоволны точно так же, как и световые. Такие радиоволны можно улавливать с помощью параболических приемников, похожих на нынешние «тарелки» для приема спутникового телевидения. Такие приемники получили не слишком удачное название радиотелескопов, хотя работают они на принципах, весьма далеких от нормальных оптических телескопов. Если посмотреть на небо вооруженным взглядом в радиоволновом диапазоне электромагнитного спектра, то сразу станет видно то, что не позволяет увидеть обычный свет. В общем-то в этом нет ничего удивительного, например, военные снайперы умеют видеть в темноте, используя инфракрасные волны и засекая предметы, которые излучают тепло. В то время технологии были не слишком продвинутыми и радиосигналы фиксировались самописцами на длинных рулонах бумаги: получались эдакие волнообразные кривые, нарисованные старыми добрыми чернилами. В задачу Белл входил поиск чего-то необычного в этих записях, для чего ей приходилось просматривать около 400 футов бумаги в неделю. И она таки нашла нечто странное, а именно сигнал, пульсирующий с частотой тридцать колебаний в секунду. Хьюиш отнесся к этому довольно скептически, подозревая, что подобный сигнал может генерироваться их собственной аппаратурой. Однако Белл была убеждена в его подлинности. Она пересмотрела около трех миль предыдущих записей и обнаружила несколько случаев точно такого же сигнала, что доказывало ее правоту. Что-то такое там, в космосе, излучало радиоволны, похожие на вибрирующий свист. Соответственно, объект был назван пульсаром, то есть пульсирующим звездным телом.

Что же это за странная штуковина? Кое-кто тут же предположил, что мы получили радиосигнал от инопланетной цивилизации, однако все попытки расшифровать ток-шоу внеземного Джерри Спрингера[35] оказались напрасными. Может, оно и к лучшему. Вернее всего, никаких тайных закодированных посланий в сигналах попросту не было. В действительности, как мы сейчас понимаем, этот феномен куда более загадочен, чем любая инопланетная телепрограмма. Предполагается, что пульсары – это нейтронные звезды диаметром примерно 12 миль (20 километров), состоящие из сильно вырожденной материи, содержащей только нейтроны.

Как вы, конечно, помните, нейтронные звезды невероятно плотны и образуются в результате гравитационного коллапса другой, более крупной, звезды. Исходная звезда вращалась, следовательно, в результате сохранения углового момента, нейтронная звезда должна вращаться гораздо быстрее. Как правило, это составляет около тридцати полных оборотов в секунду. Для звезды это весьма внушительная скорость, и только такие крошечные звезды, как нейтронные, способны на такой подвиг: если с такой скоростью начнет крутиться звезда обычного размера, то ее поверхность будет двигаться быстрее, чем со скоростью света – Эйнштейн бы от такого в восторг не пришел. Правда, куда более реалистичным является предположение, что попробуй нормальная звезда это проделать, то и на гораздо меньшей скорости, чем световая, ее разорвало бы в клочья. Однако нейтронная звезда мала, а ее угловой момент сравнительно велик и пируэты со скоростью 30 оборотов в секунду для нее не проблема.

Проведем сравнение с нашей Землей. Как и пульсар, она вращается вокруг своей оси и обладает магнитным полем. Последнее, кстати, также имеет ось, отличную, однако, от оси вращения. Вот почему магнитный Северный полюс не совпадает с географическим Северным полюсом. Точно так же магнитный полюс пульсара может не совпадать с его географическим полюсом. И если это действительно так, то магнитная ось «накручивает» по тридцати оборотов в секунду. Быстро вращающееся магнитное поле создает так называемое синхротронное излучение в виде двух узких пучков, направленных вдоль магнитной оси пульсара. Короче говоря, нейтронная звезда испускает двойной радиолуч, похожий на вспышки света от вращающегося фонаря на земном маяке. Так что если вы посмотрите на нейтронную звезду в радиодиапазоне, то заметите яркую вспышку, когда луч направлен вам в лицо, затем – практически ничего, пока луч не вернется в то же положение. Каждую секунду вы увидите 30 таких вспышек. Именно это и обнаружила Белл.