Космос: Эволюция Вселенной, жизни и цивилизации - Карл Саган

Эта замечательная звезда, находящаяся на расстоянии 5000 световых лет, сейчас носит название сверхновой Крабовидной туманности, поскольку спустя несколько столетий астрономы, изучавшие в телескоп остатки взрыва, усмотрели в них сходство с крабом. Крабовидная туманность — останки взорвавшейся звезды. В течение трех месяцев взрыв наблюдался с Земли невооруженным глазом. Он был заметен даже днем, а ночью при его свете можно было читать. В среднем в одной галактике сверхновые вспыхивают примерно раз в столетие. За время жизни типичной галактики, составляющее около десяти миллиардов лет[171], в ней взрывается примерно сто миллионов звезд — огромное количество, хотя это всего лишь одна звезда из тысячи. В нашей Галактике после 1054 года вспышки сверхновых наблюдались в 1572 году (описана Тихо Браге) и в 1604-м (описана Иоганном Кеплером)[172]. К сожалению, с момента изобретения телескопа в нашей Галактике не наблюдалось ни одного взрыва сверхновой, и астрономы с нетерпением ждут его вот уже несколько столетий[173].

В наше время сверхновые регулярно наблюдаются в других галактиках. Среди отбираемых мною фраз, которые могли бы более всего поразить астронома начала ХХ века, есть следующая, взятая из статьи Дэвида Хелфанда и Нокса Лонга в британском журнале «Нейчур» от 6 декабря 1979 года: «5 марта 1979 года девятью межпланетными космическими аппаратами, входящими в сеть регистрации вспышек, был отмечен чрезвычайно мощный всплеск жесткого рентгеновского и гамма-излучения, который, будучи локализован по задержкам распространения сигнала, совпал по положению с остатком сверхновой N49 в Большом Магеллановом облаке». (Большое Магелланово облако, названное так в честь Магеллана, который первым среди обитателей Северного полушария обратил на него внимание, представляет собой небольшую галактику-спутник Млечного Пути, удаленную от нас на 180 000 световых лет. Как вы могли догадаться, существует также Малое Магелланово облако.) Однако в том же самом выпуске «Нейчур» Е. П. Мазец с коллегами из института им. Иоффе в Ленинграде доказывают, что это была вспышка нуль* сара, находящегося на расстоянии всего нескольких сотен световых лет. Они наблюдали источник, о котором идет речь, при помощи детекторов гамма-всплесков на борту космических станций «Венера-11 и -12», находившихся на пути к Венере. Но Хелфанд и Нокс, несмотря на близкое расположение, не настаивают на том, что всплеск гамма-излучения связан с остатком сверхновой. Они тщательнейшим образом рассмотрели множество возможностей, включая даже тот маловероятный вариант, что источник находится в пределах Солнечной системы. Например, это мог быть выхлоп чужого звездолета, отправляющегося в далекий путь домой. Однако вспышка звездного пламени в N49 остается самой простой гипотезой: мы все же твердо знаем, что сверхновые существуют.

Когда Солнце станет красным гигантом, внутреннюю часть Солнечной системы ждет печальная участь. Но, по крайней мере, планеты никогда не будут расплавлены и сожжены взрывом сверхновой. Эта судьба предначертана планетам вблизи звезд, массой превосходящих Солнце. Поскольку такие звезды с высокой температурой и давлением быстро исчерпывают свои запасы ядерного топлива, их жизнь оказывается гораздо короче, чем у Солнца. Звезда, которая в десять раз массивнее Солнца, может стабильно перерабатывать водород в гелий всего несколько миллионов лет, а затем быстро переходит на более экзотические ядерные реакции. Этого времени почти наверняка недостаточно для эволюции развитых форм жизни на любой из сопутствующих светилу планет, и маловероятно, чтобы где-то были существа, знающие, что их звезда станет сверхновой: если они живут достаточно долго, чтобы понять, что такое сверхновая, значит, их звезда вряд ли ею станет. Важной предпосылкой взрыва сверхновой является образование массивного железного ядра в результате ядерных реакций с участием кремния. Под воздействием огромного давления в звездных недрах свободные электроны сливаются с протонами в ядрах железа, их равные по величине, но противоположные по знаку электрические заряды взаимно уничтожаются, недра звезды превращаются в одно гигантское атомное ядро, занимающее гораздо меньший объем, чем предшествовавшие ему электроны и ядра железа. Ядро звезды испытывает своего рода катастрофический взрыв внутрь, внешние слои резко сбрасываются наружу, и происходит взрыв сверхновой. По светимости сверхновая может превзойти совокупное излучение всех звезд галактики, где она вспыхнула. Все те недавно образовавшиеся массивные бело-голубые сверхгиганты в Орионе обречены в следующие несколько миллионов лет стать сверхновыми, продолжая космический фейерверк в созвездии охотника. Грандиозные взрывы сверхновых выбрасывают в космическое пространство большую часть вещества звезды — немного оставшегося водорода и гелия и значительное количество других атомов углерода и кремния, железа и урана. На месте звезды остается горячий шар из нейтронов, скрепленных друг с другом ядерными силами[174]; одно массивное атомное ядро с атомным весом около 1056; солнце поперечником около тридцати километров; крошечный, плотный, усохший и съежившийся звездный осколок; быстро вращающаяся нейтронная звезда. При схлопывании ядра массивного красного гиганта в нейтронную звезду его вращение ускоряется. Нейтронная звезда в центре Крабовидной туманности — это колоссальное атомное ядро размером с Манхэттен, совершающее тридцать оборотов в секунду. Его мощное магнитное поле, усиленное коллапсом, захватывает заряженные частицы, подобно гораздо более слабому магнитному полю Юпитера. Электроны во вращающемся магнитном поле испускают направленное излучение не только на радиочастотах, но также и в оптическом диапазоне. Всякий раз как Земля попадается на пути луча этого космического маяка, мы видим его вспышку, одну за каждый оборот. По этой причине он получил название пульсара. Мерцающий и тикающий, будто космический метроном, пульсар отсчитывает время намного точнее любых обычных часов. Продолжительный хронометраж интервалов между радиоимпульсами некоторых пульсаров, например PSR 0329+54, говорит о том, что они могут иметь один или несколько небольших планетообразных спутников. Весьма вероятно, что планеты смогли пережить превращение звезды в пульсар, или, возможно, они были захвачены позднее. Любопытно, как выглядит небо с поверхности такой планеты? Плотность вещества нейтронной звезды такова, что чайная ложка его имеет вес небольшой горы. Она настолько велика, что, если вы возьмете кусочек подобного вещества и уроните его (вряд ли вы сможете этого избежать), он пройдет сквозь Землю с той же легкостью, с какой падающий камень пропарывает воздух, и, насквозь пронизав планету, выйдет с противоположной стороны, где-нибудь в Китае. Тамошние жители будут спокойно идти по своим делам, когда крошечный кусочек нейтронной звезды выскочит из-под земли, на мгновение остановится и вновь вернется под землю, нарушив ход повседневной жизни. Если бы кусок вещества нейтронной звезды сбросили из космоса на вращающуюся под ним Землю, он раз за разом вонзался бы в совершающую обороты планету, проделав в ней тысячи отверстий, пока трение в ее недрах не остановило бы его движение. Прежде чем упокоиться в центре нашей планеты, он на короткое время уподобил бы ее недра внутренности швейцарского сыра. Правда, подземные потоки расплавленной магмы и металла быстро залечат эти раны. Хорошо, что крупные куски вещества нейтронных звезд не встречаются на Земле[175]. Но маленькие есть повсюду. Невероятная мощь нейтронной звезды таится в ядре каждого атома, скрывается в каждой чашке чая и каждом зверьке, в каждом глотке воздуха и каждом яблочном пироге.

Звезды, похожие на Солнце, как мы уже говорили, заканчивают свои дни становясь красными гигантами, а затем белыми карликами. Коллапсирующая звезда, масса которой вдвое больше солнечной, станет сверхновой, а затем нейтронной звездой. Однако еще более массивную звезду, которая после взрыва сверхновой осталась, скажем, в пять раз массивнее Солнца, ждет совершенно невероятная судьба: собственная гравитация превратит ее в черную дыру. Допустим, что у нас есть фантастическая гравитационная машина — устройство, позволяющее управлять земной гравитацией простым поворотом рукоятки. Для начала установим рукоятку на ускорение свободного падения lg[176], при котором все вещи ведут себя привычным образом. Земные растения и животные в ходе эволюции адаптировались к ускорению lg, все конструкции наших зданий рассчитаны на это ускорение. Будь гравитация намного слабее, значительно более высокие и тонкие конструкции могли бы существовать без риска упасть или разрушиться под тяжестью собственного веса. При значительно более сильной гравитации растения, животные и постройки во избежание угрозы разрушения оказались бы низкими, крепкими и приземистыми. Но даже в весьма сильном гравитационном поле свет распространялся бы по прямой, как это происходит в нашей повседневной жизни.