ПРОИСШЕСТВИЯ В МИРЕ ЗВЕЗД
ПРОИСШЕСТВИЯ В МИРЕ ЗВЕЗД
«Галактический каннибализм!» — кричит заголовок в газете. Читаю: «Оптические и инфракрасные камеры орбитального телескопа „Хаббл“ сфотографировали столкновение двух звездных скоплений, находящихся за 10 млн световых лет от Солнечной системы. Одна из сталкивающихся галактик содержит в середине исполинскую черную дыру с массой порядка миллиарда Солнц. Эта дыра активно поглощает вещество надвигающейся галактики. Астрофизики назвали замеченное явление галактическим каннибализмом».
Уф, можно перевести дух! Оказывается, все это довольно далеко от нас, а стало быть, и не так уж страшно. Но заметка меня, что называется, зацепила. Вот так, в одном абзаце, оказывается, можно информировать о сути проблем, занимающих ныне астрофизиков планеты. Ну а если подробнее? Дальнейшие «раскопки» показали, что мы с вами, похоже, живем в интереснейшее время. Вокруг нас все время что-то происходит. И не только в обывательском, но и планетарном, даже галактическом масштабе… Судите сами.
Галактика погружается в пучину. Наше светило и вся Солнечная система долгое время спокойно проплывали через один из самых безопасных районов нашей Галактики — Млечный Путь. Здесь не было каких-либо скоплений звездной материи и турбулентности, характерной для многих других космических регионов. Однако столь спокойной жизни, похоже, приходит конец.
Новые мощные телескопы и другая астрономическая техника позволили астрофизикам исследовать непосредственное галактическое окружение Солнечной системы. И надо сказать, что оно их не обрадовало. Если до недавнего времени в нашем ближайшем окружении не было ни межзвездного газа, ни пыли, то теперь положение меняется к худшему.
Астрофизики Чикагского университета, к примеру, обнаружили, что Солнечная система движется в направлении облака межзвездной материи, в 1 млн раз более плотной, чем окружающая нас сейчас космическая среда, в которой содержится меньше одного атома водорода на кубический сантиметр.
Столкновение с облаком межзвездной пыли и газа грозит резко ухудшить свойства земной атмосферы и, как следствие, земной климат. Усиленная бомбардировка атмосферы межзвездными частицами, видимо, приведет к усилению космической радиации. А это, в свою очередь, даст изменения конфигурации земного магнитного поля и химического состава атмосферы… Говоря проще, дело может обернуться сильным похолоданием.
В докладе, только что представленном на ежегодном съезде Американского астрономического общества, доктор Присцилла Фриш из Чикагского университета заявила, что, по ее данным, Солнце уже начало входить в относительно разреженное межзвездное облако.
Облако это, возможно, образовалось в результате взрыва стареющих звезд, стряхивающих с себя верхние слои своей атмосферы в мировое пространство. А может, их происхождение связано с другими, пока неизвестными нам механизмами. В общем, о многом приходится еще просто догадываться.
«Сильно разреженное облако пока не дает представление о тех неприятностях, которые ждут нас в будущем», — предупреждает Присцилла Фриш. По ее мнению, пока мы зацепили лишь край шарообразного пузыря, возникшего в регионе Скорпиус Центаврус и быстро распространяющегося в сторону Солнечной системы. Так что дальше будет еще хуже. И нам остается одно лишь утешение — основные события этой драмы наступят хоть и вскоре по космическим масштабам, но для нас через весьма ощутимый срок — 20-50 тыс. лет.
Скандалы в космосе. Четверть века тому назад страны — обладатели ядерных технологий принялись было обвинять друг друга в преступной небрежности или даже утаивании новых испытаний ядерного оружия. Однако со временем все объяснилось: источник таинственного излучения находится далеко в космосе. Недавно ученым удалось установить и где именно.
Как оказалось, гамма-излучение является довольно распространенным в окружающем нас космическом пространстве. Оно возникает в результате мощных вспышек энергии во Вселенной. Спутники-шпионы, следящие за возможными испытаниями ядерного оружия, отмечают подобные источники излучения в разных участках небосвода.
Сотрудник Кембриджского института астрономии доктор Инвер Тамер поясняет: первые такие вспышки были замечены еще в 1973 году. Однако долгое время попытки связать их с каким-нибудь видимым небесным телом заканчивались неудачей из-за того, что продолжительность вспышек была слишком короткой, чтобы можно было надежно засечь их источник.
Однако ныне на орбите появились спутники нового поколения, один из которых и смог обнаружить источник гамма-лучей. Так 28 февраля 1997 года была выявлена одна из исходных точек. И когда астрономы нацелили в ту же сторону оптические телескопы, то увидели в данном месте слабо светящий объект. Интенсивность свечения его вскоре уменьшилась, а затем и вообще исчезла.
Судя по всему, данный объект находился за пределами нашей Галактики, где-то на окраине Вселенной. Возможно, это нейтронная звезда столкнулась с каким-то иным небесным телом, вызвав колоссальный взрыв, рентгеновское эхо которого долетело и до нашей планеты. Впрочем, такие столкновения во Вселенной весьма маловероятны, полагают многие астрономы. Они предполагают, что в данном случае мы просто наблюдаем сцену из «семейной жизни» двойных звезд, не могущих поладить друг с другом.
Что именно там происходит, астрономы попытаются выяснить при первом же удобном случае — как только им удастся засечь еще несколько подобных же источников гамма-излучения.
Звезда, рожденная звездой… Известно, что звезды образуются из скоплений звездной пыли и газов — в основном водорода и гелия. В торричеллиевой пустоте космоса малейший комок молекул начинает притягивать к себе другие молекулы. Возникает молекулярное облачко. Затем оно уплотняется и укрупняется, причем процесс зачастую приобретает лавинообразный характер; примерно так увеличивается снежный ком. И вот уже готов огромный, чудовищный по плотности плазменный шар, внутренность которого разогревается в результате сжатия до 12-15 млн градусов. На небосклоне зажигается новая звезда.
Таков обычный сценарий. Однако, как выяснилось совсем недавно, он не единственный. Орбитальный телескоп «Хаббл» продемонстрировал и другой вариант — рождение звезды от звезды.
Снимок, полученный с орбиты, показывает громадную звезду в созвездии Единорога, окруженную шестью маленькими звездочками, подобно тому как планеты бывают окружены спутниками.
Фотография, правда, не переворачивает представления о космологии с ног на голову; высказывания о подобной технологии зарождения звезд звучали и ранее. Однако снимок, сделанный в инфракрасных лучах, впервые позволил увидеть этот процесс воочию.
«Конечно, туг много неожиданного, — говорят астрономы. — Обычно звезды разнесены друг от друга на громадные расстояния во многие световые годы. Бывают, конечно, двойные и кратные звезды, обращающиеся вокруг общего центра масс. Но равновесие сил в таких системах большая редкость, чреватая катастрофами. Звезды в таких системах кружат друг подле друга, как воины перед схваткой, и могут в итоге слиться, поглотить друг друга. А чтобы звезда рождала себе подобных — такое мы вообще видим впервые».
В данном случае новорожденные звезды отстоят от материнской всего на 0,04-0,05 светового года. Причем никакого желания поглотить их она не выказывает. Напротив, полагают ученые, эти звездочки образовались как раз потому, что материнское небесное тело, обладая переизбытком массы (оно в 1 тыс. раз превосходит по массе наше Солнце), стало сбрасывать ее в окружающее пространство в виде огромных протуберанцев. Некоторые из них отрывались и становились самостоятельными небесными телами.
«Живородящая» звезда в созвездии Единорога отстоит от нас на 2500 световых лет. Это, в сущности, не так уж далеко, если иметь в виду, что только наша Галактика имеет в поперечнике около 100 тыс. световых лет. Раньше звезду и ее окружение не удалось разглядеть потому, что ее заслоняет от нас газовая туманность, из которой рано или поздно тоже должны образоваться новые звезды. Поэтому только в инфракрасных лучах удалось разглядеть, что же происходит там дальше, за туманной завесой.
Обнаружен край Вселенной? Открытия, сделанные тем же «Хабблом» в последние годы, могут удивить кого угодно. Более 40 млрд галактик — вот сколько новых небесных объектов сразу открыл он только в январе 1996 года. Правда, это не конкретные галактики, обнаруженные в определенном месте, а новая оценка размеров Вселенной. Она была произведена после того, как орбитальный телескоп заглянул в глубь пространства и времени, запечатлев на снимках те окраины Вселенной, куда еще никогда не проникал человеческий взор.
До последнего времени считалось, что всего во Вселенной порядка 10 млрд галактик. Теперь же эта цифра увеличена вчетверо. Сколько же тогда всего на свете звезд, если только в нашем Млечном Пути, как уже говорилось, их около 250 млрд?
Увеличить количество небесных объектов помогла новая техника. Например, недавно для наблюдений астрономы выбрали один из секторов небосвода около ручки «ковша» Большой Медведицы. Несмотря на то что сектор был взят крошечный — 1/25 градуса (такой угловой размер имеет песчинка, лежащая на ладони вытянутой руки) — и никакими особыми звездами не примечательный, внимательный взор позволил за 12 суток — с 18 до 29 декабря 1995 года различить здесь тысячи галактик, прежде неизвестных ученым.
У одних наблюдалась привычная форма спирали или эллипса, другие оказались вытянутыми в линию, третьи вообще образовали причудливые фигуры, которым и названия не подберешь. По мнению астрономов, эти последние, по-видимому, не вышли из «детского сада» — стадии протогалактик. Примерно так же 10 млрд лет тому назад должен был выглядеть и наш Млечный Путь.
Таким образом, с помощью современной техники астрономам удалось разглядеть объекты, в 4 млрд раз более тусклые, чем может различить на небе невооруженный глаз. Ну а поскольку в астрономии наблюдается четкая зависимость между пространством и временем, то получается: «Хаббл» увидел Вселенную такой, какой она была «на заре туманной юности», раз в 20 ближе к моменту ее рождения, чем к сегодняшним дням.
Молекулы в космосе
Современная техника также позволяет рассмотреть в космосе не только огромные объекты, но и самые маленькие. Речь в данном случае идет о молекулах и атомах.
Если раздуть «электронное облако»… В начале века знаменитый датский ученый Нильс Бор предположил, что атом по своему внешнему виду несколько похож на воздушный шарик. Оболочку его составляет «электронное облако» — электроны, вращающиеся по своим орбитам вокруг компактного ядра, слепленного из протонов и электронов.
Позднее ученые усовершенствовали эту модель, разобрались во многих тонкостях процессов микромира. И стало понятно, что «электронное облако» тоже можно «раздуть». Достаточно добавить электрону дополнительную энергию, и он перейдет на более высокую орбиту. А значит, атом увеличится в объеме.
В обычных, земных условиях «раздутое» состояние не может быть устойчивым. Соседние атомы, находящиеся в той же кристаллической решетке, помешают «электронному шару» раздуваться до бесконечности. Он вскоре потеряет излишнюю энергию, отдав ее в пространство в виде электромагнитного излучения. Электрон при этом перейдет на более низкую орбиту, и атом снова приобретет нормальные размеры.
Были выяснены и пределы увеличения. По теории выходило, что число уровней орбиты, на которых может находиться возбужденный электрон, не превышает десятка. Но это опять-таки в земных условиях, где атомов в кубическом сантиметре пространства обычно больше, чем пассажиров в переполненном трамвае. А если заглянуть в бездонные глубины космоса? Там ведь могут отыскаться участки, где количество атомов в том же объеме измеряется единицами. А значит, есть и принципиальная возможность расти, «раздуваться» чуть ли не беспредельно: соседи-тому не мешают.
Теоретики — и в их числе известный астрофизик Н. С. Кардашев — в свое время указывали, где можно наблюдать скопления таких атомов-гигантов — в разреженных межзвездных, даже межгалактических облаках, состоящих из ионов водорода и гелия.
Поиски в облаках. Облака эти тоже не бог какая новость для науки. Уже около 80 лет астрономы знают, что космическое пространство между звездами в нашей Галактике не является полностью пустым, а заполнено газом, содержащим небольшие гранулы пыли.
Хотя элементы, образующиеся в звездах, чаще всего существуют в виде отдельных атомов или инертных гранул, время от времени они образуют и молекулы. Причем некоторые из них настолько необычны, что об этом стоит поговорить подробно.
Но разговор наш может состояться лишь в том случае, если теория не вступит в противоречие с практикой. Или, говоря иначе, подобные атомы и молекулы-гиганты действительно можно обнаружить во Вселенной.
Однако звездолеты строить мы пока не научились. Как же тогда выяснить, в каком именно состоянии вещество в межгалактических облаках, какие размеры имеют составляющие его атомы и молекулы?
Ученые решили предпринять обходной маневр великанов стали искать по их следам. Мы уже говорили, что при переходе с орбиты на орбиту электроны в атомах либо получают энергию, либо отдают ее в виде излучения. А раз так, это можно обнаружить спектроскопическими методами. То есть по виду излучения, по длине его волны, исследователи, находясь на поверхности нашей планеты, могут судить, при переходе с какого на какой электронный уровень оно было получено.
Так говорила теория. Но на самом деле все выглядело вовсе не столь уж гладко даже на бумаге. Те же теоретические расчеты показывали: атомов с электронами на высших уровнях в природе очень мало. Кроме того, при большом удалении от ядра интенсивность излучения электрона резко падает. Да и само излучение приходится на такие диапазоны, где много помех как природного (все звезды имеют свои «радиоголоса»), так и искусственного, земного происхождения (на тех же длинах волн работают многие промышленные установки и радиостанции). Да вдобавок еще и эффект Доплера мешает.
О последнем, пожалуй, стоит сказать пару слов особо — это еще пригодится нам в дальнейшем.
Дело в том, что атомы в межзвездном пространстве, конечно, не стоят на месте, а беспрерывно движутся, причем с большими скоростями. Такие колебания, метания вокруг некоего центра свойственны всем атомам, нагретым выше температуры асболютного нуля (-273,6 ёС). А физики давно заметили, что частота излучения меняется в зависимости от того, в каком направлении — от нас или к нам —движется тело. Вы и сами могли в том убедиться: гудок приближающейся электрички звучит иначе, чем удаляющейся…
А поскольку атомы движутся не по расписанию, как электрички, а хаотично, излученные ими спектры накладываются друг на друга, размываются, становятся весьма трудно различимыми. Так что когда в 1962 году американские исследователи провели серию наблюдений с помощью радиотелескопа, то вынуждены были в конце концов отступить. «Тут нужна специальная аппаратура уникальной чувствительности», заключили они.
За дело взялись наши специалисты. И вскоре в Физическом институте им. П. Н. Лебедева была создана радиоустановка с 27-метровой антенной. В апреле 1964 года с ее помощью в районе туманности Омега была наконец обнаружена радиолиния возбужденного водорода. Она соответствовала переходу электрона с 91-го уровня на 90-й, то есть атом превосходил почти на порядок те, что имеются на Земле. Причем почти одновременно с москвичами астрономы Пулковской обсерватории отыскали в просторах Вселенной еще большие атомы.
Сообщение об открытии вызвало бурю в научном мире. Разработанные нашими исследователями методы поиска атомов-гигантов были приняты на вооружение всеми обсерваториями мира. И результаты не замедлили сказаться.
Есть находка! Например, по предложению С. Я. Брауде в Харькове были развернуты исследования, целью которых стало обнаружение атомов, для которых количество разреженных атомных уровней было бы не 10, как на Земле, а 600.
Теоретики подсчитали, что уловить слабое излучение столь «раздутых» атомов, находящихся от нас на многие десятки тысяч световых лет, способна лишь антенна площадью в несколько квадратных километров! Построить такую систему уже непростая инженерная задача. Да ведь еще надо предусмотреть, чтобы часть ее передвигалась: именно таким образом производится перенацеливание антенны на тот или иной участок неба.
И все-таки задача была решена; неподалеку от Харькова выросло необычное Т-образное сооружение, занимающее целое поле — 1800x900 м. Это и был уникальный радиотелескоп УТР-2.
С его помощью в 1978 году астрофизикам удалось обнаружить первые следы атомов, электронные оболочки которых имели 640 уровней! Затем отыскали и еще большие гиганты с 750 уровнями. Если привести эти данные к обычным метрическим мерам, то выходит, что такие атомы должны иметь диаметр около 0,1 мм. От обычных они отличаются как Садовое кольцо от горошины! Если бы мы были способны различать электронные облака, то могли бы в принципе увидеть их даже невооруженным глазом.
Следы жизни. Однако обнаружение атомов, пусть и атомов-великанов, являлось вовсе не самоцелью исследований. По мнению ученых, такие атомы, а уж тем более состоящие из них молекулы, должны обладать на редкость необычными свойствами. Какими именно?
Чтобы понять это, исследователи по спектрограммам прежде всего постарались разобраться, какие именно молекулы могут образоваться. И вот тут их ждал приятный сюрприз. Оказалось, что наряду с водородом и гелием в облаках, хотя редко (1 атом на 100 атомов водорода), встречаются и ядра более тяжелых атомов и молекул. Астрономам удалось обнаружить ионизированные молекулы, а также их фрагменты-радикалы, содержащие в себе кислород, азот, серу, кремний, хлор и фосфор.
Более того, исследование инфракрасных спектров сверхновых звезд, из которых и выбрасывается основная часть материи, составляющая потом межгалактические облака, навело астрономов на мысль, что межзвездная среда может содержать молекулы с кольцами из атомов углерода, например гексанбензонал (С24Н12) и нафталин (С10Н8). To есть, говоря попросту, там содержатся сложные органические молекулы, могущие послужить основой для развития органических форм жизни!
А это, в свою очередь, заставило вновь вспомнить о гипотезе зарождения жизни в космосе, которую еще в конце прошлого века выдвинул известный шведский ученый Сванте Аррениус. Он высказал предположение, что споры микроорганизмов рассеяны во всей Вселенной и они являются такой же ее неотъемлемой частью, как звезды, планеты, кометы и другие небесные тела, а также межзвездные пыль и газ.
Правда, он не смог объяснить, как эти споры образовались и как попали на Землю. Теперь стало ясно: их образуют межгалактические облака. Что же касается средств доставки, тут самое время, кажется, вспомнить о «небесных камнях» — тех самых метеоритах, в существование которых 300 лет не верила Парижская академия. А между тем среди небесных посланцев встречаются и не совсем обычные.
«Семена» со звезд. В 60-е годы нашего столетия американский исследователь Дж. Оро из Хьюстонского университета высказал предположение, что на поверхности некоторых «небесных камней» можно найти органические соединения.
Поначалу на эту гипотезу никто не обратил внимания, пока она не была подтверждена экспериментально. На поверхности углистых хондиритов, составляющих около 5 процентов падающих на Землю метеоритов, были обнаружены органические вещества — аминокислоты, спирты и другие соединения.
Сотрудники НАСА К. Занле и Д. Гриспун попробовали выяснить, каким образом органические вещества, бывшие на поверхности тех же комет или метеоритов, сохранялись при воздействии на них высоких температур, возникавших при входе небесного посланца в плотные слои атмосферы.
Во-первых, перегрева можно не опасаться, если «посылка» была покрыта толстым слоем льда, под которым в законсервированном состоянии и находились органические вещества. Во-вторых, они могли уцелеть даже при прямом соударении небесного тела с поверхностью нашей довольно-таки твердой планеты примерно так же, как спасаются пилоты во время аварии самолета. То есть поток воздуха мог срывать эти вещества с поверхности «небесного камня» раньше соударения. Вследствие своих малых размеров эти соединения потом вполне могли плавно парашютировать на поверхность почвы. И, найдя для себя благоприятные условия, пускаться в рост.
Именно так, по мнению англичанина Ф. Хойла и индуса Ч. Викрамисингха, попадают на нашу планету возбудители различных заболеваний. Вот откуда оказываются на нашей Земле все новые и новые, невиданные ранее штаммы вирусов.
Более того, аналогичным образом могли попасть на нашу планету и те зародыши, некогда совершенно безжизненные, из которых потом развились все известные нам формы жизни.
Так полагает всемирно известный ученый, лауреат Нобелевской премии Ф. Крик. Тот самый, который когда-то расшифровал генетический код, указав, что ДНК имеет форму двойной спирали. В своей статье «Семена со звезд» он развивает такую гипотезу.
Некий разум рассылает по всей Вселенной "«посылки» с органическими веществами, которые, попав в надлежащие условия, дают начало новой жизни.
«Самыми подходящими носителями для этого, указывает Крик, — оказались бы бактерии. Их размеры очень малы, поэтому их можно рассеивать в больших количествах. Бактерии остаются жизнеспособными при очень низких температурах, значит, имеют наибольший шанс сохраниться и размножиться в „бульоне“ первичного океана. И видимо, не случайно самые древние ископаемые организмы, которые мы обнаружили до сих пор, принадлежат именно к этой разновидности».
Вот таким образом выясняется, что «посылки» из космоса несут нам не только напасти; некогда они, возможно, занесли на нашу планету самое жизнь.
Новые исследования непосредственного галактического окружения Солнца помогут ученым лучше понять условия, которые благоприятствовали возникновению жизни на Земле. А это позволит уточнить границы распространения жизни в других звездных системах, поможет понять, где искать собратьев по разуму.
По мнению многих биологов, занимающихся проблемами возникновения жизни в планетных системах, вполне возможно, что в зарождении ее какую-то роль играет и окружение планетной системы межпланетным газом. Так, звезды, в своем движении пересекающие спиральные рукава галактик или густые клубы межзвездного газа, по мнению ученых, вряд ли могут иметь планеты со стабильными климатическими условиями. Стало быть, и возникновение жизни на них маловероятно. Зато в спокойных областях галактики, где катаклизмы маловероятны, вполне могут существовать не только планеты, подобные нашей Земле, но и жизнь на них, занесенная из космоса.
…Вот к каким далеко идущим выводам способно привести, казалось бы, сугубо научное открытие обнаружение в межгалактических облаках атомов и молекул-гигантов.