Взрывающиеся солнца. Тайны сверхновых - Айзек Азимов

Где же на этой шкале располагаться нашим новым? Ведь не всегда удается правильно оценить расстояние до них, часто они находятся слишком далеко. Но из суммарной информации, полученной от нескольких новых, их средняя абсолютная звездная величина до того, как, вспыхнув, они превратились в новую, будет равна третьей величине. Другими словами, первоначальная их светимость, как правило, примерно в пять раз выше, чем у Солнца. В максимуме блеска средняя абсолютная величина их -8, так что при полном своем «накале» новая будет светить примерно в 150 000 раз ярче, чем наше Солнце. Разумеется, это лишь средняя величина.

Некоторые астрономы различают два вида новых — «быстрые» и «медленные». «Быстрые» в течении считанных дней повышают свою светимость в сотни тысяч и более раз. Пик блеска удерживается в них менее недели, а затем — ровное умеренное быстрое угасание. «Медленная» увеличивает свой блеск исподволь и неровно, как бы толчками, и в целом в гораздо меньшей степени, чем «быстрая». После этого она так же медленно и неровно в отличие от «быстрой» идет на убыль. Примеры «быстрых» новых — Новая Персея и Новая Лебедя. Новые Возничего и Геркулеса — «медленные». Повторные новые, по крайней мере те, которые «возвращаются» через каждые несколько десятилетий, дают, как правило, меньшее приращение светимости, чем обыкновенные новые, даже включая «медленные». А как часто появляются новые?

До 1900 г. их почти и не видели, но сейчас их наблюдают гораздо чаще. Это не потому, что число их увеличилось, а потому, что больше людей стали интересоваться небом, да и техника, которой располагает ныне астрономия, стала лучше. И даже несмотря на это, те новые, что мы видим, отнюдь не исчерпывают полного их наличия. Чтобы понять это, зададимся вопросом: а сколько вообще на свете звезд? Невооруженным глазом мы видим около 6000, с помощью телескопа — многие миллионы.

Бесконечно ли их число, как думал Николай Кузанский? В данном случае против их бесконечности свидетельствует наша Галактика Млечный Путь, опоясавшая небо необъятной полосой звездного света, которая при взгляде в телескоп оказывается громадным скоплением чуть видных звезд. Общая масса Галактики — это 100 млрд. масс Солнца. Однако большинство отдельных звезд Галактики значительно меньше Солнца по размерам и массе. Вполне возможно, что в Галактике насчитывается 250 млрд. отдельных звезд.

Астрономы утверждают, что в среднем в пределах всей Галактики за год появляется 25 новых. Если сравнить это с полным числом галактических звезд, лишь одна из 10 млрд. звезд в год превращается в новую.

Тот факт, что в Галактике в течение года может появиться 25 новых, отнюдь не означает, что мы увидим их все; этого не случится, как бы мы ни старались. Пылевые облака, скрывающие от нас центральные области Галактики, делают невозможным наблюдение новых, вспыхивающих близ ее центра (где сосредоточено большинство звезд) или в дальней половине Галактики.

По этой причине мы можем в лучшем случае увидеть в год две-три новые, узнаваемые по свету, который они излучают и который сумеет дойти до нас.

ГЛАВА 3

ЗВЕЗДЫ БОЛЬШИЕ И МАЛЕНЬКИЕ

СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ

Если мы представим себе новую звезду, увеличивающую свою светимость в считанные дни в 100 000 раз, мы легко поймем, сколь грандиозны масштабы излучаемой ею в космос энергии. Новая средних размеров в пике своего блеска излучает в день столько энергии, сколько наше Солнце за полгода.

Откуда же берется эта энергия?

Прежде чем ответить на это, мы должны задаться вопросом: а откуда получает энергию наше Солнце? Солнце светит уже в течение 4,6 млрд. лет почти в том же режиме, что и теперь. За это время оно истратило неимоверное количество энергии, однако все еще светит и будет светить на нынешнем уровне еще 5–6 млрд. лет. Где же источник всей этой энергии?

Раньше XIX в. этот вопрос особенно никого не беспокоил. В древности и в средние века люди думали, что Солнце сделано из особого небесного материала, обладающего способностью сиять. Оно не могло прекратить свое сияние точно так же, как земные предметы не могли прекратить разрушение от времени. К тому же, по мнению тех людей, Солнце было не так уж старо. Считалось, что оно светит каких-то несколько тысяч лет.

К середине прошлого века, однако, ученые стали испытывать некоторое беспокойство. Они понимали, что небесные тела существенно отличаются от Земли по химическому составу, что возраст Земли не тысячи лет, а миллионы, и стали настойчиво изучать природу энергии.

В 1847 г. немецкий физик Герман фон Гельмгольц (1821–1894) в результате тщательного исследования процессов, связанных с изменениями энергии, обосновал закон сохранения энергии. Согласно этому закону, энергия не может возникать из ничего или исчезать бесследно, она может лишь менять свою форму. В сущности, эта идея пришла к физикам еще в начале 40-х годов XIX в., но Гельмгольц выдвинул самые убедительные и законченные аргументы и честь открытия данного закона приписывается именно ему.

Кроме того, Гельмгольц был первым ученым, сосредоточившим свое внимание на проблеме солнечной энергии. Солнце не могло черпать свою энергию из ничего; откуда же тогда оно берет ее?

Гельмгольц начал поиск с нескольких источников энергии, которые были легкообъяснимы. Не могло ли Солнце получать энергию в результате обычного химического горения? Не могло ли оно получать ее в результате постоянного падения метеоритного вещества? Первые попытки Гельмгольца либо давали недостаточные количества энергии, либо затрагивали такие изменения массы Солнца, которые должны давать легко измеримые результаты, которых на самом деле они не давали.

Наконец в 1854 г. Гельмгольц решил, что единственным источником энергии, питающим Солнце, является собственное его сжатие. Тяжелое солнечное вещество медленно падает внутрь Солнца в направлении к его центру, и энергия этого падения превращается в энергию излучения, питающую Солнце многие тысячи лет.

Это объяснение было не совсем удачно: так, если бы Солнце сжималось в продолжении нескольких десятков миллионов лет, то изначальный его объем был бы так огромен, что захватил бы и земную орбиту. Поэтому Земля могла образоваться только тогда, когда Солнце стало значительно меньше, и, следовательно, возраст нашей планеты не более десятка миллионов лет.

К концу прошлого века геологи, а с ними и биологи стали понимать, что Земля, а значит, и Солнце, гораздо старше. Земля должна существовать как минимум сотни миллионов лет, а может быть, даже миллиард лет и более. Солнце должно быть таким же «взрослым», и в этом случае его сжатие даже близко не обеспечило бы его достаточным для такого срока количеством энергии. Тогда что же это за источник?

Когда XIX век уже близился к концу, человечество неожиданно открыло новый источник энергии. В 1896 г. французский физик Антуан Анри Беккерель (1852–1908) открыл радиоактивность. Он обнаружил, что атомы металлического урана очень медленно, но постоянно превращаются в ядра других элементов.

В 1901 г. другой французский физик — Пьер Кюри (1859–1906) нашел, что радиоактивность связана с выделением небольших, очень небольших количеств тепла.

Поскольку, однако, радиоактивный распад может продолжаться миллиарды лет и учитывая количество радиоактивных веществ Земли в целом, общее количество выделенного тепла может быть огромным. Стало ясно, что открыт новый, очень интенсивный источник энергии.

Эрнст Резерфорд, английский физик родом из Новой Зеландии (1871–1937), в 1906 г. показал, что атом не просто крошечный шарик, как думали раньше, но состоит из еще более мелких «субатомных частиц», или, как мы теперь знаем, из протонов, нейтронов и электронов. Протоны и нейтроны, будучи относительно тяжелыми для таких крохотных частиц, помещаются в таких же крохотных ядрах в самом центре атома. Вокруг ядра вращаются легкие электроны. Именно в ядрах происходят изменения, и в процессе распада высвобождается энергия; эту энергию со временем стали называть «ядерной энергией».

Так что ж, может быть, Солнце светит за счет такой ядерной энергии? Источником ядерной энергии, получившим известность в первых десятилетиях нашего века, был радиоактивный распад атомов урана и тория. Неужели наше Солнце — это гигантский шар, набитый ураном и торием?

Нет, такого быть не могло. В начале XX в. химический состав Солнца был уже известен благодаря применению упомянутой здесь ранее спектроскопии. Давайте разберемся в этом еще раз.

Солнечный свет при его прохождении сквозь стеклянную призму раскладывается на радугу цветов, или спектр, что было впервые показано Исааком Ньютоном (1643–1727). Это происходит оттого, что свет состоит из мельчайших волн, имеющих разную длину, и, проходя через стеклянную призму, каждый луч света изгибается на величину, зависящую от его собственной длины волны. Чем короче волна, тем больше этот изгиб. Таким образом, спектр состоит из световых волн, разложенных по порядку от самых длинных волн на одной стороне до самых коротких на другой.