Эврика-87

Эврика-87

"Эврика!" - торжествующе воскликнул когдато Архимед, поведав миру о своем открытии.

Конечно, можно по-разному выражать эмоции в подобных случаях, но несомненно одно: в последнее время оснований для такого возгласа было немало. Ведь каждый день приносит нам новые научные гипотезы, открытия и решения. Никогда прежде наука так глубоко не проникала в тайны природы, не знала такого широкого фронта исследований: космические корабли штурмуют Вселенную, фантастически развивается кибернетика; биология и физика приближают возможность управлять жизненными процессами.

Над чем думают и о чем спорят ученые? Что проверяют экспериментаторы и находят искатели? Какие плоды научных открытий отданы практике? О важных и серьезных научных идеях, поисках, решениях последнего времени и рассказывается в сборнике-ежегоднике "Эврика".

1. ГДЕ ГРАНИЦА МИРА?

Эксперимент "Реликт":

первые результаты

Согласно принятой сейчас теории горячей Вселенной, на первой стадии образования она представляла собой смесь вещества (элементарных частиц) и излучения (квантов электромагнитного поля), имеющую чрезвычайно высокую плотность и температуру. Кванты излучения тогда интенсивно взаимодействовали с заряженными частицами и образование сгустков вещества было невозможным: их разрушало давление фотонов. Но в процессе расширения Вселенной температура вещества и излучения падала, и через миллион лет, когда она опустилась ниже 4000 К, протоны и электроны начали соединяться в атомы водорода. Электроны в этих атомах стали рассеивать фотоны значительно слабее, чем делали это, будучи свободными, и потому после образования водорода взаимодействие вещества и излучения прекратилось.

Дальше они эволюционировали почти независимо: вещество под действием гравитационных сил собиралось в скопления, а излучение продолжало расширяться и остывать и дошло до нашего времени. Это излучение, называемое реликтовым, равномерно заполняет Вселенную и имеет сейчас температуру 2,9 К. В 1964 году его обнаружили экспериментально, и теория горячей Вселенной была подтверждена на опыте.

Реликтовое излучение может многое рассказывать об истории Вселенной.

Если в момент образования атомарного водорода плотность вещества в какойто точке была больше средней, то там была выше средней и температура, а значит, энергия и частота излучения.

Разница в энергии излучения из разных областей должна сохраниться до нынешнего дня. Следовательно, сегодняшние неоднородности в распределении интенсивности реликтового излучения по небесной сфере несут информацию о неоднородности распределения вещества в далеком прошлом.

Многие считают, что именно такие первичные неоднородности распределения вещества обусловили образование галактик. Поэтому понятен интерес к исследованию анизотропии реликтового излучения (зависимости его энергии от направления). Помимо прочего, это исследование позволило бы определить скорость движения Солнечной системы относительно реликтового излучения. Ведь за счет эффекта Доплера частота квантов излучения, навстречу которым мы движемся, повышается, а частота квантов, движущихся нам вослед, падает. Поскольку энергия кванта пропорциональна его частоте, мощность излучения в. направлении нашего движения будет больше, а в противоположном направлении-меньше средней.

Однако измерить анизотропию реликтового излучения достаточно сложно. Теоретические оценки говорят, что она не превышает сотых, а то и тысячных долей процента. Измерить такую малую величину мешает тепловое излучение Земли и ее атмосферы. Американские и итальянские радиоастрономы пытались проводить наблюдения с самолетов и высотных аэростатов, но достигнутая точность не удовлетворила исследователей. Советские ученые предложили провести наблюдения с борта искусственного спутника Земли.

Выбор орбиты с очень высоким апогеем позволяет избавиться от помех со стороны не только Земли, но и Луны.

Другое важное преимущество спутникового эксперимента - возможность длительного наблюдения. Как показывает опыт, при экспериментах на самолетах и аэростатах каждую минуту измерений нужно оплатить примерно 10 часами подготовки, а если ту же самую аппаратуру установить на спутнике, то ее можно использовать в принципе сколь угодно долго и значительно сократить тем самым общее время работ.

Советский эксперимент "Реликт" по измерению интенсивностей излучения из разных точек небесной сферы был осуществлен с помощью спутника "Прогноз-9". Регистрировал излучение созданный сотрудниками Института космических исследований АН СССР и установленный на спутнике уникальный радиотелескоп, который по своим возможностям превосходит все аналогичные современные устройства. Это, по сути, настроенный на длину волны 8 миллиметров сверхчувствительный приемник с небольшими рупорными антеннами, обеспечивающими направленный прием. Длина волны-8 миллиметров - выбрана не случайно: более коротковолновое излучение интенсивно поглощается межгалактической пылью, на более длинных волнах мешает шум от галактических источников синхротронного излучения. Была разработана схема осмотра небесной сферы радиотелескопом, которая свела до минимума возможные погрешности измерений.

Эксперимент завершен. Впервые сделан полный обзор небесной сферы с очень высокой чувствительностью в столь высокочастотном диапазоне.

Предварительные результаты говорят, что анизотропия реликтового излучения - кроме анизотропии, вызванной движением Солнечной системы, не превосходит 0,005 процента. Направление и скорость движения нашей Галактики относительно реликтового излучения согласуются с данными предыдущих экспериментов. Вот один из самых интересных и непредвиденных результатов - интенсивность излучения Млечного Пути на волне 8 миллиметров оказалась значительно выше, чем считалось ранее. Это, по-видимому, связано с существованием гигантских областей ионизированного водорода, расположенных в спиральных рукавах нашей Галактики. Такие области, заполненные плазмой (смесью протонов и электронов) и ослабляющие проходящее через них излучение, получили название Н 11-областей. Масса самых крупных иа них превосходит массу Солнца в миллионы раз, а температура плазмы в таких областях около 10 тысяч К.

Замечена любопытная закономерность: плотность ионизированного водорода зависит от размеров той или иной области, а конкретно: чем меньше область, тем выше в ней плотность водорода. Объяснение этому факту пока не найдено. Некоторые из областей удалось отождествить с объектами, наблюдаемыми оптическими методами, другие видны лишь в радиодиапазоне.

Установить причины их возникновения и найти разгадку необычной зависимости плотности плазмы от размеров области - задачи дальнейших исследований.

Мир без конца и без края

Новые законы, открытые в физике элементарных частиц, заставляют предполагать, что картина равномерно расширяющейся Вселенной - это только одна из многих фаз "мировой истории", причем весьма далеко отстоящая от "начала мира". В предшествующей фазе Вселенная мгновенно раздулась из субмикроскопического ядрышка в огромный, практически бесконечный шар раскаленного вещества. То, что до сих пор считалось всей Вселенной, на самом деле лишь ничтожно малая остывшая частичка этого шара. Формулы новой теории, объединившей физику элементарных частиц и космологию, говорят, что привычные нам трехмерное пространство и одномерное время - только часть "сторон" мира. В области малых масштабов мир, по-видимому, обладает большим числом измерений. Такую многомерную структуру имела вся Вселенная, когда 15-20 миллиардов лет назад она образовалась в виде ультрамалой капли сверхплотного вещества.

Коперник и Фридман - две революции в космологии

Насколько велика сила привычки и предубеждений, видно, например, из того, что Галилео Галилей - ученый, едва не попавший на костер инквизиции за приверженность идеям Коперника,- в молодости был их ярым противником. Воспитанный по канонам церкви, он впервые услышал об идеях Коперника на лекциях в университете и искренне считал их очевидной глупостью.

- Я спрашивал об этом многих из числа бывших на лекциях,-вспоминал он впоследствии,- и увидел, что эти лекции служили неистощимым предметом для насмешек.

Мысль Коперника о том, что в представлениях людей об устройстве мира надо поменять местами Солнце и Землю, казалась просто издевательством над здравым смыслом. Но именно эта мысль сняла путы с человеческого мышления и открыла дорогу для построения все более точной научной картины мира.

В последующие столетия стараниями астрономов, математиков и физиков было получено огромное количество новых сведений о явлениях природы, картина мира стала несравненно более полной и совершенной. Уровень XX века трудно сравнивать с полунаучнымиполурелигиозными воззрениями Коперника и его последователей. Тем не менее все эти столетия представления о строении мира как целого оставались в своей основе, по существу, неизменными. Бесконечное пространство, заполненное сгустками кипящей материи звездами, шарики планет вокруг них, разреженный межзвездный газ и пыль. Такая модель бесконечной и вечной Вселенной господствовала в науке вплоть до середины нашего века. Уточнялись и изменялись детали, иногда целые фрагменты, но убеждение в том, что окружающий мир не имеет конца и края в пространстве и времени, сохранялось. Считалось, что количественные и качественные изменения происходят лишь в отдельных участках Вселенной. Планеты, звезды, жизнь - все имеет свой срок существования. Однако, погибнув в одном месте, они возникают и проходят все стадии эволюции в другом, в целом же в своих глобальных свойствах мир остается неизменным.

Перелом произошел, в общем-то, совсем недавно - после того, как в 1922 году петроградский ученый, геофизик и математик Александр Александрович Фридман опубликовал в немецком физическом журнале (в то время было принято печататься в иностранных журналах) свою теорию рождения пространства и времени "из точки".

Анализируя уравнения только что созданной общей теории относительности, он пришел к выводу, что, образовавшись в какой-то момент времени (откуда и как - этого его теория не могла сказать), Вселенная стала "разбухать", извергаться из точки, равномерно расширяясь во все стороны.

Идея рождающегося и расширяющегося мира настолько резко противоречила глубоко укоренившимся "очевидным" мировоззренческим представлениям, что большинству ученых она показалась просто фантастической. На нее смотрели как на некоторую чисто математическую модель, описывающую нереализующийся в природе случай,- ведь, как известно еще из школы, при решении уравнений иногда получаются лишние решения, которые приходится отбрасывать, исходя из условий задачи.

Согласитесь, трудно принять теорию, какой бы математически изящной она ни была, если в ней речь идет о "начале мира" и вместе с тем без ответа остается вопрос о том, что же было раньше,

"когда еще не было ни пространства, ни времени"! Неясно даже, какой смысл имеет здесь само понятие "раньше"... Казалось, теория полна противоречий и парадоксов.

С удовлетворением встретила ее только церковь. Еще бы, теория относительности, которая только что получила блестящее подтверждение в наблюдении искривления световых лучей гравитационным полем Солнца, теория, о которой с восторгом писали все газеты, доказывает начало мира и, по существу, оправдывает библейские тексты!

Я видел изданный за границей журнал, где прямо говорилось, что, когда ученые с большим трудом, в поте лица своего поднялись на сияющую вершину знаний, они с удивлением обнаружили давно поджидавших их там теологов.

Ни больше, ни меньше!

Правда, о подтверждении своих пророчеств с таким же правом могли бы говорить и безвестные авторы древнеиндийской "Книги гимнов" Ригведы, которые раньше Библии говорили о цепи следующих друг за другом рождений и смертей Вселенной. За свою долгую историю люди придумали много сказочных (религиозных) и несказочных (научных) объяснений природы. Различаются они тем, что научные выводы, даже самые удивительные и диковинные,- это не просто утверждения, в которые нужно лишь верить, все они могут и должны быть обоснованы и проверены опытом.

А наблюдения приносили все новые и новые подтверждения фантастической теории Фридмана. Американский астроном Эдвин Хаббл обнаружил разбегание, удаление друг от друга звезд и галактик, как будто окружающее их пространство действительно раздвигается во всех своих точках, "разбухает", подобно тесту в квашне. Физик Г. Гамов выдвинул гипотезу о том, что рождение Вселенной, о котором идет речь в теории Фридмана, представляет собой гигантский взрыв, где в условиях огромных температур и давлений "сварилось" атомное вещество нашего мира.

Относительная распространенность водорода, гелия и других химических элементов на Земле и в космосе хорошо согласуется с механизмом "первородного взрыва, о чем свидетельствуют геологические и астроспектроскопические измерения. Более того, американские физики-экспериментаторы А. Пензиас и Р. Вильсон вскоре обнаружили предсказанное Гамовым рассеянное по всему пространству остаточное тепловое излучение этого взрыва. В пользу теории Фридмана говорило также множество косвенных данных. И постепенно, несмотря на ее, казалось бы, "очевидную невозможность", поражающая воображение картина рождающейся "из ничего" и эволюционирующей Вселенной завоевала признание.

Безусловно, это одна из тех идей, которые знаменитый датский физик-теоретик Нильс Бор относил к разряду "сумасшедших". Подобно тому, как это случилось во времена Коперника, произошел прорыв устоявшегося мировоззрения, раскрепостивший наше мышление и открывший дорогу дальнейшим теоретическим обобщениям. Космология, считавшаяся ранее одной из наиболее консервативных наук, в последние десятилетия стала в ряд наиболее быстро развивающихся разделов знания.

Какую же судьбу предсказывает миру современная космология?

Рождение и смерть Вселенной

Как и любая другая научная концепция, теория Фридмана приближенна и имеет границы своей применимости.

В частности, ее заведомо нельзя использовать в области очень малых пространственно-временных масштабов, где важны не учитываемые ею квантовые эффекты. Здесь космологическая модель Фридмана может приводить к парадоксальным результатам, например, к выводу о рождении Вселенной "из ничего" - из абсолютной, безразмерной точки. Это похоже на то, как классическая (неквантовая) электродинамика Максвелла предсказывает неизбежную гибель всех атомов, поскольку согласно ее законам каждый вращающийся электрон, теряя энергию на излучение, обязательно должен упасть на ядро. Такие выводы - незаконная экстраполяция теории за область ее справедливости. Ультрамалые масштабы в окрестностях "начала мира" предмет квантовой космологии, которая еще только создается.

А пока можно лишь утверждать, что 15-20 миллиардов лет назад (эту оценку дают астрономические наблюдения)

Вселенная имела микроскопические размеры. Если ее масса недостаточно велика, то, непрерывно расширяясь, Вселенная будет увеличивать свои размеры беспредельно. В противном случае ("тяжелая Вселенная") наступит время, когда силы гравитационного притяжения остановят расширение и начнется обратный цикл сжатия мира "почти в точку".

Какой из этих двух сценариев реализуется в действительности, пока неясно.

Правда, с житейской точки зрения они почти не различаются, так как если сжатие и начнется, то это случится, повидимому, не ранее чем через 10401050 лет, когда Вселенная станет похожей на темный зал, заполненный газом легких элементарных частиц - длинноволновых фотонов, нейтрино, электрон-позитронных пар с редкими островами "черных дыр", которые медленно испаряются, превращаясь в газ элементарных частиц. Расчеты показывают, что это наиболее продолжительная по времени, можно сказать, основная фаза нашего мира.

Что последует за сжатием: повторное рождение и расширение Вселенной или какая-либо иная ее фаза,- это пока за пределами наших знаний.

В случае, если гравитационные силы не остановят расширения, то через 10100 лет, когда размеры Вселенной достигнут чудовищной величины - грубо говоря, в 10"° километров, она полностью превратится в чрезвычайно разреженный газ легких элементарных частиц, которым распадаться уже не на что. Почти пустое мертвое пространство.

Впрочем, природа в многообразии своих свойств превосходит любую человеческую фантазию, поэтому не исключено (а с философской точки зрения даже очень вероятно!), что какие-то неизвестные нам процессы воспрепятствуют осуществлению безрадостной картины полностью омертвевшего мира. Возможно, это будет связано с учетом сложной многоярусной структуры Вселенной, где развитие принимает непривычный для нас многоплановый характер с разными пространственными масштабами и ритмами времени.

Многоэтажная Вселенная

Мы привыкли к тому, что в мире одно время, а пространственная бесконечность всегда - увеличение размеров. На самом деле природа, по-видимому, устроена значительно хитрее. В экстремальных условиях первичного взрыва концентрация массы в отдельных участках могла стать настолько большой, что под действием сильного гравитационного притяжения расширение пространства сменялось его сжатием, в результате чего возникали почти самозамкнувшиеся, "схлопнувшиеся" области пространства-времени.

Теория говорит, что внутренние и внешние масштабы в этом случае оказываются различными. С внешней стороны такие полузамкнувшиеся области выглядят как микроскопические объекты, а изнутри они могут быть огромными космическими мирами. Внутри их, в свою очередь, могут образоваться полузамкнувшиеся районы - "частицы-вселенные" и так далее. Мир становится многоэтажным, многоярусным.

Конечно, едва ли однообразная цепочка взаимовложенных миров тянется без конца, ведь всякая теория ограничена и не может претендовать на описание природы "до бесконечности".

С развитием науки непременно обнаружатся законы, которые внесут свои коррективы в области очень большого и очень малого. Философы говорят, что ни в одном процессе не может быть бесконечного повторения; постепенно накопятся мелкие изменения, и в конце концов произойдет качественный скачок - в игру вступят новые закономерности. Это общий закон природы.

Если локальная концентрация массы очень велика, то пространство может полностью самозамкнуться и от Вселенной отпочкуется новая Вселенная, не имеющая с прежней абсолютно никаких общих точек. Получается, что из одного изолированного мира никак нельзя попасть в другой. Самозамкнувшийся мир стягивается в безразмерную точку, исчезает в "материнской" Вселенной.

Кажется, мы натолкнулись на противоречие - ведь философия учит, что в природе все взаимосвязано и не может быть абсолютно недоступных, принципиально непознаваемых объектов...

Все встает на свои места, если принять во внимание квантовые эффекты.

"Материнский" и исчезнувший "дочерний" миры все же остаются связанными между собой спонтанными квантовыми флуктуациями, тоннельными переходами, благодаря чему частицы и информация из одного мира могут "просочиться" в другой. Вселенная остается единой, связанной всеми своими частями.

Если для наглядности представить себе Вселенную двухмерной, вроде поверхности глобуса, то вместе с отпочковавшимися "дочерними" мирами она будет чем-то вроде суммарной поверхности ягод в виноградной грозди, где каждая ягодка-глобус приросла к соседним.

В классической теории Фридмана эти сращения можно перерезать, в квантовой теории этого сделать нельзя. Получается очень сложная переплетающаяся фигура с множеством прорех и дыр. При этом некоторые ягодки-вселенные растут на внутренней поверхности других. Не знаю, насколько читатель способен представить себе столь необычную геометрическую структуру...

Но пока это только теория - следствие формул общей теории относительности Эйнштейна. Первым такие структуры исследовал советский ученый, академик М. Марков. По его мнению, если картина многоэтажной, многоярусной Вселенной почему-то не реализуется природой, это само по себе будет удивительной загадкой - уж очень естественно, без всяких дополнительных гипотез возникает эта картина в рамках современной теории.

Проблемы и парадоксы

Многоэтажная, расширяющаяся в пространстве и времени Вселенная, мириады миров, где космически большое одновременно является микроскопически малым,- величественная, захватывающая воображение картина!

Идея эволюционирующего мира, ограниченного в пространстве и времени, но непрерывно изменяющего свои размеры, вошла в учебники, о ней сегодня пишут в газетах, говорят радио и телевидение. Она стала частью нашего мировоззрения. Однако в этой грандиозной картине есть темные пятна, а часть удерживающих ее "теоретических гвоздей" готова вот-вот сломаться.

Прежде всего удивляет однородность Вселенной. На небольших (в космических масштабах, конечно!) участках она явно неоднородна: безвоздушное пространство, плотные планеты, звезды с огромной плотностью вещества в их центрах. Но на больших расстояниях, сравнимых с размерами скоплений галактик, распределение вещества напоминает орнамент волокон со случайными, но близкими по величине размерами деталей. Какие-то процессы сделали Вселенную равновесной.

Этот экспериментальный факт трудно согласовать с гипотезой первичного взрыва. Инфраструктура взрыва определяется игрой случайных факторов и весьма неоднородна. Поэтому, если Вселенная действительно родилась в катаклизме первичной огненной вспышки с огромными перепадами плотностей и давлений, ее отдельные "области-осколки" должны были бы значительно различаться по своей массе.

Еще более удивляет необычайно высокая однородность реликтового теплового излучения - остаточного жара первичной вспышки. Температура излучения, приходящего к нам с разных направлений, в том числе и прямо противоположных, различается менее чем на 0,01 процента.

Наблюдаемая однородность Вселенной выглядит особенно загадочной, если учесть, что к нам приходят сигналы из областей, которые на протяжении всей своей истории были удалены друг от друга на такие большие расстояния, что они не успели провзаимодействовать даже с помощью самых быстрых световых сигналов. Каким же образом они могли прийти в равновесие? В теории Фридмана это невозможно.

Еще один удивительный факт связан с величиной средней плотности вещества Вселенной.

Из теории Фридмана следует, что если в первые мгновения поле первичного взрыва, во времена порядка 1043 секунды, эта плотность всего лишь на 10 процента превосходила "критическую" (при которой мир становится полностью замкнутым), то расширение Вселенной давным-давно сменилось бы ее сжатием и мы теперь наблюдали бы не разбёгание галактик, а их быстрое сближение. С другой стороны, если бы плотность взорвавшейся материи на 10 5Э процента была меньше критической, расширение пространства происходило бы значительно быстрее и современная средняя плотность материи в нашем мире была бы во многомного раз меньше наблюдаемой. Другими словами, наша Вселенная родилась с плотностью, которая почему-то фантастически близка к критической.

Почему так произошло? В теории Фридмана нет объяснения этой загадке. Тут нужны какие-то совершенно новые физические идеи.

Загадку начальной плотности иногда называют также "проблемой абсолютно плоского мира". Дело в том, что в теории относительности плотность массы связана с кривизной пространствавремени. Если плотность больше критической, мир, образно говоря, вогнутый, если меньше - он выпуклый. В промежуточном случае мир плоский.

Наша Вселенная почему-то предпочла родиться плоской (с точностью 10"53 процента!), хотя это только одна из бесчисленных возможностей. Трудно думать, что это случайность.

Не находят никакого объяснения в теории Фридмана или объясняются с трудом, ценой дополнительных, плохо"

обоснованных гипотез и многие другие экспериментальные факты. Например, непонятно, почему не удается поймать.

ни единого магнитного монополя -- частицы с магнитным зарядом одного знака, хотя согласно теории они должны были в большом количестве родиться в раскаленном веществе юной Вселенной.

Возникают затруднения с объяснением свойств вакуума в космосе и так далее.

Теория Фридмана нуждается в дальнейшем усовершенствовании. А поскольку трудности этой теории, ка^ правило, связаны с начальным периодом жизни Вселенной, можно думать что прежде всего следует уточнить описание свойств мира в окрестностям "особой точки" - в первые доли секунды после его рождения. Теория Фридмана и лежащая в ее основе общая теория относительности Эйнштейна имеют дело лишь с геометрическими свойствами природы. Никаких сведений о заполняющей пространство материи они не используют. Это оправданно на больших расстояниях, где гравитационные силы, определяющие метрику нашего мира, можно рассматривать отдельно от электромагнитных и ядерных взаимодействий. Но в микромире, где взаимодействия перемешиваются, такое приближение уже не верно. Там само пустое пространство зависит от свойств физических процессов. В нем постоянно происходят квантовые флуктуации - спонтанно рождаются и исчезают частицы, что и определяет основной, "нулевой" уровень мира - вакуум. Влияет это и на "ритм времени". В микромире пространство и время нельзя рассматривать отдельно от вещества. Можно думать, что вот в таком направлении и следует совершенствовать теорию Фридмана.

Сама по себе идея о тесной связи свойства пространства и времени со свойствами физических процессов далеко не нова. Знаменитый немецкий математик Бернгард Риман, которому мы ^обязаны созданием математической теории искривленных и многомерных пространств, высказал ее еще более ста лет назад. Эти убеждения разделял и Эйнштейн. Последние сорок лет своей жизни, большую ее часть, он целиком посвятил созданию единой теории электромагнитных и гравитационных сил. Однако экспериментальных данных, которые могли бы подсказать ему ведущую идею, в то время было еще недостаточно, а на основании одних только теоретических соображений построить новую теорию не удалось.

В поисках новой "теории мира"

Первый существенный шаг на этом пути сделал американский физик Алан Гут. Он обратил внимание на то, что если Вселенная будет расширяться таким образом, что плотность ее массы все время остается постоянной, то формулы теории относительности приводят к выводу: скорость расширения будет расти пропорционально размеру Вселенной. Чем больше Вселенная, тем быстрее она "распухает". Такой процесс происходит настолько быстро, что Вселенная почти мгновенно, всего лишь за 10 32 секунды, "раздувается" от микроскопического зернышка до чудовищного "пузыря" с радиусом на многомного порядков больше видимой нами Вселенной.

Представьте себе арбуз, который мгновенно увеличивается до размеров Галактики. Раздувание "пузыря Вселенной" еще грандиознее!

Можно предположить, что подобно тому, как это происходит с расширяющимся газом, температура "распухающей" Вселенной резко упадет и из первичной материи начнут выделяться кварки, глюоны и другие частицы "обычного" вещества с известными нам свойствами. Расширение Вселенной замедлится, и дальнейшая эволюция каждого ее участка будет совершаться уже по "стандартному" сценарию Фридмана. Вселенная Гута оказывается практически бесконечной, а видимая нами часть пространства (то, что до сих пор считалось почти всей Вселенной) - лишь ничтожно малая ее доля.

Предложенный Гутом сценарий развития Вселенной, хотя и выглядел весьма "сумасшедшим" (разве может быть вещество, которое, расширяясь, не уменьшает своей плотности?!), позволял, однако, устранить практически все трудности теории Фридмана. В начале "эры быстрого раздувания" - этот термин сегодня используют все астрономы и физики - Вселенная могла быть такой маленькой, что во всем ее объеме успело установиться равновесие однородное распределение плотности, температуры и других свойств. Такого предположения нельзя сделать в теории Фридмана, где обратный пересчет от современных размеров Вселенной приводит к выводу, что ее радиус всегда был слишком большим и взаимодействия не успевали передаваться с одного ее края на другой - край отодвигался раньше, чем до него доходила волна взаимодействия. Другое дело в модели Гута. Ведь видимая нами часть Вселенной образуется там путем фридмановского "распухания" крошечного участка уже "раздувшейся" Вселенной, и о ее начальных размерах можно делать различные предположения, в том числе считать их очень маленькими.

Понятным становится и то, почему наш мир плоский. Он лишь исчезающе малая точка в масштабах Вселенной, а на малых расстояниях кривизна незаметна. Это подобно тому, как мы не ощущаем кривизну земного шара в нашей повседневной жизни.

Магнитные частицы-монополи, рождение которых предсказывается теорией на очень ранних этапах развития Вселенной - значительно раньше рождения протонов, нейтронов и электронов,- разбросаны по огромному объему "раздувшейся" Вселенной, и вероятность найти их в видимой ее части неизмеримо мала.

Космологическая картина мира заметно прояснилась. Если бы вот только не гипотеза о расширяющемся веществе с постоянной плотностью... Как совместить ее с законами физики? Ведь ничего подобного нигде и никогда не наблюдалось. Даже дерзким на выдумки писателям-фантастам не приходило такое в голову! Пожалуй, только пустое пространство - вакуум - обладает необходимым свойством.

Помощь космологам пришла с противоположного полюса физической науки из области элементарных частиц. В середине семидесятых годов группой теоретиков-была разработана теория, объединившая три типа сил - сильные ядерные, электромагнитные и слабые, ответственные за распады частиц и ядер. Теория предсказала существование нового класса частиц - так называемых хиггсонов (по имени английского физика И. Хиггса, который первым стал изучать их свойства). Как.

говорит теория, эти частицы обладают двумя замечательными особенностями. Во-первых, они достаточно устойчивы только тогда, когда "сильная компонента" единого взаимодействия становится отличной от остальных: если же все три типа сил равноправны (это имеет место при очень высоких энергиях), хиггсонов практически нет - они распадаются, едва успев образоваться. Во-вторых, именно эти частицы, иначе говоря, поле, квантами которого они являются, в значительной степени определяют структуру, "консистенцию" и энергию вакуума. При этом увеличение хиггсова поля приводит к такой перестройке вакуума, что его энергия (нулевой "уровень" мира) понижается, а разность конечной и начальной энергий выделяется в виде массы и тепловой энергии элементарных частиц. Пустой мир заполняется веществом. Похоже на выпадение тумана или инея из прозрачного воздуха.

Это весьма грубая картина того, что происходит в действительности, но она позволяет наглядно представить себе суть дела. Обоснованием этих соображений занималась большая группа советских и зарубежных физиков, но основной вклад внесли теоретики Физического института имени П. Н. Лебедева Академии наук СССР Д. Киржниц и А. Линде.

Так вот расширение юной Вселенной сразу после ее рождения привело к тому, что плотность массы в ней быстро упала почти до нуля. По оценкам Гута и Линде, это произошло где-то на уровне 1СГ35 секунды.

Пустая Вселенная, как уже упоминалось выше, мгновенно начала "раздуваться", увеличив свои размеры на десятки порядков. Температура ее быстро уменьшалась, и где-то ближе к середине эры "раздувания"

она стала такой, что нарушилась симметрия взаимодействий и создались условия для интенсивного рождения хиггсонов. Это сопровождалось снижением энергии вакуума и соответственно выпадением ("кристаллизацией") огромного числа протонов, нейтронов, частиц-гиперонов, различных типов мезонов.

Вследствие изменения уровня вакуума средняя плотность свободной ("плавающей" в вакууме) массы подскочила на сотню порядков - увеличилась в 10100 раз! Из вещества, которое возникло буквально из пустоты, в дальнейшем образовались все галактики, звезды, планеты окружающего нас мира. При этом в различных частях Вселенной мог образовываться различный вакуум. Соответственно, различными там будут и основные физические законы.

Каких только чудес не открывает физика!

Продолжительность эры быстрого "раздувания" составляла всего лишь около 10 32 секунды-трудновообразимый миг, но он в тысячу раз дольше всей предшествующей жизни Вселенной,

Подобно тому, как это всегда происходит при выделении из расплава более упорядоченной фазы, рождение частиц сопровождалось выделением тепла. (Вспомним, как зимой мы радуемся повышению температуры, когда на улице идет снег!) К концу эры быстрого "раздувания" Вселенная раскалилась настолько, что родившиеся частицы расплавились в кварк-глюонную плазму. Образовался громадный шар раскаленного вещества, точнее, "гроздь" огромного числа областей вселенных с различным вакуумом. Каждая из них как раз и есть тот горячий "праисторический мир" Гамова, в котором при дальнейшем, уже сравнительно медленном расширении Вселенной по стандартному фридмановскому сценарию "сварилось" окружающее нас вещество.

Теоретики обсуждают еще более совершенные космологические сценарии, в которых "гроздь" вселенных образуется "раздуванием" сверхмалых, порядка 10"33 сантиметра, пространственных "зернышек", возникающих в результате квантовых флуктуаций энергии и пространственно-временной метрики. Это предмет только еще рождающейся квантовой космологии.

Во всех случаях новый космологический сценарий не перечеркивает и не отбрасывает теорию Фридмана, он включает ее как необходимый фрагмент, описывающий более позднюю стадию развития Вселенной.

Самая сокровенная тайна природы

На временной оси Вселенной разумная жизнь в окрестностях нашего Солнца занимает крошечный, едва различимый интервал. Наши знания простираются значительно дальше. Мы можем делать достаточно уверенные прогнозы на 1025-1030 лет в будущее и вплоть до 10"25-10 30 секунды от "начала мира" в прошлое. С помощью единой теории сильных, электромагнитных и слабых взаимодействий можно рассматривать еще более широкий интервал приблизительно от 10 40 секунды до 10 °° лет. Полторы сотни порядков!

Правда, надежность предсказаний на краях интервала значительно снижается.

Если в единое взаимодействие включить еще и гравитационные силы, то тогда удается дотянуться до времен 11 порядка 10"43 секунды, когда Вселенная была квантовым объектом. К сожалению, теория "суперполя", которая реализовала бы давнюю мечту Эйнштеина о построении единой теории всех известных нам сил природы, находится пока еще в младенческом возрасте.

Что было еще раньше, как произошло рождение Вселенной,- об этом можно лишь гадать. Это тайна тайн.

Остается только утверждать, что материя заведомо не могла возникнуть "из ничего" и рождению "нашего мира"

предшествовали какие-то другие его состояния, хотя весьма вероятно, что понятия временного порядка - "следовать" и "предшествовать" - в таких особых состояниях материи просто не имеют смысла.

Была надежда получить сведения об "окрестностях" "начала мира", заглянув за край фридмановской Вселенной, на расстояния порядка 10 -23 километра, где находятся разлетающиеся осколки ее горячей фазы. Однако модель "раздувающейся" Вселенной убеждает в том, что там мы заметим лишь следы повторного разогрева Вселенной. О том, что было раньше, может сказать пока только теория.

А она подсказывает нам удивительные вещи! Например, единая теория "суперполя" становится замечательно последовательной и изящной, если допустить, что на расстояниях порядка 10 33 сантиметра, а именно такой была Вселенная в возрасте 10 43 секунды, пространство-время становится десятии одиннадцатимерным. "Лишние"

шесть-семь измерений имеют очень большую кривизну, и размеры Вселенной по этим направлениям чрезвычайно малы. Эти направления замыкаются в микромире, и мы их не замечаем.

Образно говоря, наш мир представляет собой поверхность длинного и тонкого десяти- или одиннадцатимерного стержня, точнее, проволоки, растянутой по четырем известным нам пространственно-временным измерениям и очень тонкой по остальным.

Более того, вследствие квантовых флуктуаций размерность мира может изменяться. В принципе (страшно сказать!) стать дробной, иррациональной и даже комплексной.

Вселенная необычайно сложна по своей структуре: многоэтажная, возможно, с переменной размерностью, взрывающаяся и плавно эволюционирующая из одной своей формы в другую. Здесь нас ждет еще немало непознанного и диковинного.

Граница Вселенной отодвигается

До последнего времени самой дала кой из галактик считалась носящая на романтическое имя ЗС 324, открыте несколько лет назад югославским ас рономом Станиславом Дьорговским его американским коллегой Хайроно Спинрадом. Расстояния до таких обектов обычно определяются так называемым красным смещением, то если изменением длины волны спектральной линии излучения, "долетающего"

до нас. Так вот, у ЗС 324 коэффициент смещения составлял 1,2. А это означает, что в более привычных земляна единицах измерения нас разделяет несколько миллиардов световых лет!

Недавно те же ученые, работая со местно на четырехметровом оптичв ском телескопе Китт-Пикской обсерватории в американском штате Аризоина открыли существование сразу шесть неизвестных дотоле галактик, каждый из которых еще более удалена от и шей. У одной из них - ей присвое"- наименование ЗС 256-коэффициент красного смещения достигает 1,82.

Новый "рекордсмен", находящий* от нас уже на расстоянии 12 миллиад дов световых лет, продолжает удаляется от нашей Галактики с гигантской скоростью, составляющей 72 проценскорости света. Это открытие не только расширяет пределы известного человеку мира, но и дает некоторое представление о той скорости, с какой происхдит расширение Вселенной.

Существуют ли "галактики-каннибалы"!

Учеными обнаружено, что некоторые галактики имеют в своем центре не одно, а несколько ядер. Такие необычные экземпляры встречаются вблизи центра скопления галактик, где велика плотность этих звездных систем. Поэтому вскоре возникло предположение, что многоядерные галактики образовались в этих перенаселенных районах путем поглощения при столкновениях одной более крупной галактикой двух-трех других, меньших. Дополнительные ядра - это просто их "непереваренные остатки". Такие многоядерные галактики стали называть галактиками-каннибалами. Правда, тогда же возникли сомнения в этой гипотезе.

Некоторые астрономы указывали, что времени существования Вселенной недостаточно для того, чтобы процесс столкновения двух-трех галактик дошел до наблюдаемой нами теперь стадии.

Недавние наблюдения показали, что, во всяком случае, одна из галактикканнибалов, причем считавшаяся типичной представительницей этого типа, не заслуживает такого названия. Обработка изображения этой галактики с помощью ЭВМ показала, что "лишние"

ядра не имеют к ней никакого отношения и принадлежат другим галактикам, лежащим дальше от нас в том же направлении. Это открытие заставляет серьезно усомниться в самом существовании таких "галактик-каннибалов".

Наш новый сосед

Магеллановы облака, Большое и Малое,- это сравнительно небольшие звездные системы, наименее удаленные от нашей Галактики. Их открытие приписывают одному из спутников знаменитого мореплавателя. Каждое из них удалено от нас примерно на 180 тысяч световых лет. В 1984 году астрономы составляли с помощью радиотелескопа размером 64 метра карту этой области пространства на волне 21 метр.

Неожиданно они обнаружили там третью звездную систему, которую назвали Магеллановым мини-облаком. Предполагают, что оно отделилось от Малого Магелланова облака 20 миллионов лет назад, когда с тем соприкоснулось Большое Магелланово облако. С тех пор мини-облако удалилось от своего родителя на 20 тысяч световых лет, и они расходятся теперь со скоростью 30 километров в секунду. Раньше миниоблако не могли обнаружить потому, что его заслоняло от нас Малое Магелланово облако.

В центре Млечного Пути

Вблизи центра Млечного Пути обнаружено загадочное образование огромная дуга горячего ионизированного газа длиной в 150 световых лет. Она состоит из многих полос меньшего размера. Что удерживает эти массы газа в виде упорядоченной структуры, подобной которой ранее не наблюдали? Напоминают они протуберанцы - языки светящихся газов, которые извергает Солнце. Исследователи пришли к выводу, что Галактика обладает, как Солнце, Земля и некоторые другие планеты, магнитным полем с двумя выраженными полюсами. Возможно, что это поле возникает в результате вращения Галактики. Иначе говоря, здесь действует "динамо-эффект", тот, что приводит к появлению магнитного поля вокруг ротора обычной динамо-машины. Если эта гипотеза подтвердится, она может стать ключом к пониманию многих астрономических явлений.

Во Вселенной открыто немало парных звезд, обращающихся вокруг общего центра. Немезида (по имени древнегреческой богини, которая карала всех возвысившихся за надменность,- намек на динозавров), полагают астрономы, если она существует, должна совершать оборот по своей орбите за 26 миллионов лет, сейчас она далеко, а вот через 15 миллионов лет должна подойти на близкое расстояние...

Планета X, по мнению авторов другой гипотезы, совершает один оборот вокруг Солнца за тысячу лет, и примерно раз в 28 миллионов лет планета сильно будоражит кометный пояс.

Что там, на космических трассах!

Палеонтологи установили: 247, 220 и 65 миллионов лет назад 95 процентов представителей всей жизни на Земле погибали (в последний раз вымерли гигантские динозавры). Известны еще семь случаев массового вымирания - от двадцати до пятидесяти процентоввидов. Ученые сошлись на том, что причина должна быть внеземной. Но какой?

Многие исследователи полагают, что время от времени рой комет срывается со своего "законного" места, расположенного на краю Солнечной системы, и направляется к Солнцу, захватывая Землю. На Земле резко изменяются условия жизни, наступает сильное похолодание от экранирования Солнца "кометными дождями", от поднятой пыли и т. п.

Но вот дальше ученые не столь единодушны. Одни считают, что кометы возмущаются Немезидой - нашим вторым Солнцем, другие - планетой X. Оба объекта, конечно, пока гипотетические.

Встреча с кометой Галлея

Рассказывает академик Р. Сагдеев

Проект "Вега" ("Венера - комета Галлея") был одним из самых сложных в истории исследований Солнечной системы при помощи космических аппаратов. Он состоял из трех частей: изучение атмосферы и поверхности Венеры при помощи посадочных аппаратов, изучение динамики атмосферы Венеры посредством аэростатных зондов (аэростаты были впервые в мире запущены в атмосферу другой планеты), пролет через Газопылевую атмосферу (кому)

и плазд.енную оболочку кометы Галлея.

Автоматическая межпланетная станция "Вега-1 " стартовала с космодрома Байконур 15 декабря 1984 года, через 6 дней за ней последовала "Вега-2".

Курс был взят на планету Венера. В июне 1985 года они друг за другом прошли вблизи Венеры. Перед пролетом планеты от них отделились спускаемые аппараты, которые вошли на второй космической скорости в атмосферу Венеры, и каждый из них разделился на две части - посадочный аппарат и аэростатный зонд. С помощью посадочного аппарата была проведена серия экспериментов по исследованию атмосферы и поверхности планеты.

Аэростатные зонды дрейфовали на высоте около 54 километров, и в течение двух суток их перемещение фиксировалось сетью наземных радиотелескопов. Успешно были выполнены первые две части программы, посвященные исследованиям Венеры.

Но самой интересной была все же третья часть проекта - исследования кометы Галлея. Это небесное тело оставило глубокий след в памяти человечества, на протяжении двух тысячелетий около тридцати раз приблизившись к Солнцу. А начиная со смелой гипотезы, выдвинутой Э. Галлеем, оно было объектом систематических исследований в астрономии. Неумолимой логикой космической эры и кометы должны были стать объектами прямых исследований.

Космическим аппаратам впервые предстояло "увидеть" ядро кометы, неуловимое для наземных телескопов. Встреча "Веги-1 " с кометой произошла 6 марта, а "Веги-2" - 9 марта 1986 года. Они прошли на расстоянии 8 900 и 8 000 километров от ее ядра.

Проект был осуществлен при широкой международной коопера"

ции и с участием научных организаций многих стран-СССР, Австрии, НРБ, ВНР, ГДР, ПНР, Франции, ФРГ, ЧССР.

Чем объясняется, что комете Галлея было оказано такое внимание? Отвечу, что, кроме "Веги-1" и "Веги-2", к ней направились и другие космические аппараты - "Джотто", снаряженный Европейским космическим агентством, и два маленьких японских аппарата "Суисей" ("Комета") и "Сакигаке" ("Пионер").

Почему вообще вдруг так возрос интерес к кометным исследованиям? За последние 20 лет СССР и США направили к планетам более тридцати межпланетных автоматических станций. Их полеты расширили представления о планетах и их спутниках. Но пришла пора вспомнить и о других членах солнечной семьи, в частности о кометах.

Кометы - это гости, прибывшие с очень далеких окраин Солнечной системы. Предполагается, что около 100 миллиардов комет постоянно "прописано" в кометном облаке, окружающем Солнце на расстоянии, в десять тысяч раз большем, чем от Солнца до Земли. Судьба их различна. Большинство их остается там миллиарды лет, некоторые покидают Солнечную систему, а некоторые переходят в ее внутреннюю часть и даже попадают на орбиты с относительно небольшим периодом, подобно комете Галлея.

Кометное облако, по-видимому, образовалось вместе с Солнечной системой. В этом случае, исследуя вещество комет,. мы получим сведения о первичном материале, из которого 4,5 миллиарда лет назад сформировались планеты и спутники.

В свойствах комет много загадочного. Комета становится хорошо видимой, когда она приближается к Солнцу на расстояние, примерно втрое большее, чем радиус земной орбиты. Она вначале выглядит как круглое светлое пятнышко (голова или кома), потом в сторону от Солнца вытягивается хвост. В самом центре головы находится невидимое тело, которое называется ядром. В ядре сосредоточена почти вся масса кометы. Главной особенностью ядра является то, что оно содержит много "летучего", то есть легкоиспаряющегося вещества. Это обычно водный лед с вкраплением других молекул. Летучий материал перемешан с тугоплавкими частицами - силикатными, углистыми, металлическими. По мере приближения к Солнцу испарение льда идет все сильнее и сильнее, потоки газа покидают ядро, увлекая за собой пыль. Как будто бы многое ясно, но до сих пор не было ответа на главный вопрос какова физическая структура ядра кометы, единое ли это тело, рой из многих тел, связанных тяготением или просто летящих рядом. Ученые отдавали предпочтение первой модели, но не было оснований решительно отвергать и другие.

Поэтому самой важной задачей в проекте "Вега" было исследование физических характеристик ядра кометы.

"сметные ядра наблюдались ранее с Земли, но только как звездообразные объекты (далеко за орбитой Юпитера, когда активность отсутствует), да и таких наблюдений очень мало. В проекте "Вега" впервые ядро кометы исследовалось как пространственно разрешенный объект, определены его строение, размеры, инфракрасная температура, получены оценки его состава и характеристик поверхностного слоя.

Мы не имели и долго еще не будем иметь технической возможности совершить посадку аппарата, на ядро кометы.

Слишком велики скорости встречи - в случае кометы Галлея это 78 километров в секунду. Опасно и пролетать на слишком близком расстоянии, так как кометная "пыль" очень опасна для космического аппарата. Расстояние пролета (чуть меньше десяти тысяч километров) было выбрано с учетом существовавших ранее представлений о количественных характеристиках кометной пыли. Как же исследовать ядро с такого расстояния? Использовалось два подхода: во-первых, дистанционные измерения при помощи оптических приборов и, во-вторых, прямые измерения вещества (газа и пыли), покидающего ядро и пересекающего траекторию, по которой движется аппарат.

Оптические приборы были размещены на специальной платформе, которая поворачивалась во время полета и автоматически отслеживала направление на ядро. Эта платформа была разработана совместно с чехословацкими и советскими специалистами и изготовлена в ЧССР. Три научных эксперимента выполнялись при помощи приборов, установленных на платформе. Один из них это телевизионная съемка ядра. Специальный сложный телевизионный комплекс ТВС разработан для этого советскими, венгерскими и французскими специалистами. Различные его узлы изготовлены в СССР, ВНР и Франции.

Другой прибор - это инфракрасный спектрометр ИКС, при помощи которого одновременно проводилось два разных эксперимента - измерялись поток инфракрасного излучения от ядра (тем самым определялась температура его поверхности) и спектр инфракрасного излучения внутренних "околоядерных" частей комы на длинах волн от 2,5 до 12 микрометров с целью определения ее состава. Научное руководство этими исследованиями осуществляли советские и французские специалисты, прибор был изготовлен во Франции.

Третий инструмент на платформе - трехканальный спектрометр ТКС, который получал спектр излучения внутренней ко.лы на длинах волн от 2800 до 18 тысяч ангстрем-был разработан и изготовлен совместно специалистами СССР, Болгарии и Франции.

Итоги исследований ядра кометы Галлея, проведенных при помощи оптических приборов, можно сформулировать следующим образом. Это монолитное тело, вытянутое, форма неправильная, размеры 14 километров большой оси, около 7 километров в поперечнике. Каждые сутки его покидает несколько миллионов тонн водяного пара. Вычисления показывают, что такая "производительность" требует, чтобы испарение шло по всей поверхности. Этим свойством могла бы обладать Поверхность ледяного тела. Но вместе с тем приборы "Веги" установили, что она черная (отражательная способность менее 5 процентов) и горячая (примерно 100 тысяч градусов Цельсия). Эта, казалось бы, невероятная, противоречивая картина укладывается в простую модель, которую можно сравнить с мартовским сугробом: конгломератом льда и тугоплавких частиц, отдаленным от внешнего пространства слоем черного пористого вещества с низкой теплопроводностью.

Этот слой принимает солнечное излучение, часть его переизлучает в инфракрасном диапазоне, часть передает ледяному конгломерату. Молекулы водяного пара, образующиеся в результате испарения, диффундируют сквозь поры вверх и покидают комету. При этом они увлекают отдельные более мелкие частицы пыли. Поверхностный слой в отдельных местах поверхности время от времени взламывается (если слой становится слишком толстым и поры закупориваются), тогда образуется активная область с особо мощным истечением вещества. Толщина пористого слоя невелика - от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров.

Слой этот обновляется очень быстро, за время порядка суток. Верхние его частицы отрываются и уносятся газом, а внизу прилипают новые.

Важные данные о составе ядра получены при помощи прямых измерений химического состава пыли, газа и плазмы в коме вдоль траектории полета.

Химический состав и концентрация ионов плазмы измерялись спектрометром кометной плазмы ПЛАЗМАГ. Эти измерения показали, что по относительному содержанию в потоке газа, уходящего от кометы, больше всего водяного пара, но есть также много других компонентов - атомных (водород, кислород, углерод) и молекулярных (моноокись и двуокись углерода, гидроксил, циан и др.). Полосы излучения примерно десятка молекулярных компонентов - этих же и других - зарегистрированы во внутренней коме при помощи инфракрасного и трехканального спектрометров. Особый интерес представляет вопрос о том, какие молекулы принадлежат к числу "родительских", то есть входящих непосредственно в состав ядра.

По-видимому, среди них главные - вода и углекислота, но многое указывает и на присутствие в ядре других молекул, в том числе и органических.

Вещество ядра скорее всего представляет собой так называемый "клатрат", то есть обычный водный лед, в кристаллическую решетку которого, как уже говорилось, "вкраплены" другие молекулы. С клатратом перемешаны частицы метеоритного состава, каменистые и металлические. Химический состав таких твердых частиц, которые входили в состав ядра, но покинули его под давлением газовых потоков, измерялся на траектории полета "Веги-1 " и "Веги-2" при помощи пылеударного масс-спектрометра ПУМА. В этом хитроумном устройстве химическому анализу подвергается облачко плазмы, возникающее при ударе пылинок со скоростью около 80 километров в секунду. Всего был измерен химический состав около 2000 индивидуальных частиц. Он оказался очень сложным и неоднородным. Есть частицы с преобладанием металлов, таких, как натрий, магний, кальций, железо и других, с примесью силикатов. На спектрах масс чисто видны пики кислорода и водорода, указывающие на присутствие молекул воды. Наконец, есть пылинки, в которых наряду с металлами присутствует значительное количество углерода.

Наличие разнородных пылинок указывает на сложную тепловую историю первичного материала Солнечной системы.

В результате экспедиции "Вега" ученые впервые увидели кометное ядро, получили большой объем данных о его составе и физических характеристиках, сделали выбор в пользу одной из теоретических моделей и существенно уточнили ее. Грубая схема заменена картиной реального природного объекта, ранее никогда не наблюдавшегося. Внешне он несколько напоминает спутники Марса - Фобос и Деймос, но еще более близким аналогом могут оказаться некоторые малые спутники Сатурна и Урана. Это укладывается в рамки гипотезы, предполагающей, что кометные ядра образовались сравнительно недалеко от Солнца, примерно там, где находятся планеты-гиганты от Юпитера до Нептуна, и были отброшены на большие расстояния при формировании этих планет.

Помимо исследований химического состава пылинок, измерялись количественные характеристики пылевого потока - специальные счетчики определяли количество ударов частиц разной массы (один из счетчиков был создан совместно с учеными из Чикагского университета). Эксперименты с пылевыми счетчиками показали, что около миллиона тонн космической пыли покидает кометное ядро ежесуточно. Поток ее неоднороден - он больше над активными областями ядра, кроме того, имеются эффекты, связанные с различным влиянием светового давления на движение частиц разных масс и размеров. Весьма неожиданным оказался характер распределения частиц по размерам: было обнаружено аномально большое количество малых частиц размером порядка сотой доли микрометра.

Газ, испаряющийся с ядра кометы и распространяющийся в межпланетную среду со скоростью около одного километра в секунду, в конечном счете полностью ионизируется солнечным излучением. В результате возникает гигантское плазменное образование размером около одного миллиона километров, создающее препятствие на пути сверхзвукового потока солнечного ветра - плазмы из нагретой солнечной короны. Даже магнитосфера Земли, взаимодействие которой с солнечным ветром изучается уже более четверти века с начала космической эры, имеет в 10-15 раз меньшие размеры.

Перед кометой в сверхзвуковом потоке солнечной плазмы образуется своеобразная ударная волна, не похожая по своей структуре на хорошо изученные ударные волны перед Землей и другими планетами. Она была обнаружена

и изучена приборами плазменного комплекса аппаратов "Вега", в состав которого входят энергоспектрометр плазмы, магнитометр, анализаторы низкочастотных заряженных частиц.

Прямые измерения плазмы и плазменных волн во внутренней части комы с аппаратов "Вега" могут понять особенности образования плазмы и излучения газа не только в кометах, но и в ряде других астрофизических объектов, в которых взаимодействие плазм играет большую роль.

Смерть звезды порождает... звезды!

((Сверхновые" или "сверхстарые")

Заметить какие-либо изменения в мире звезд удается крайне редко.

"Звездой-гостьей" назвали китайские летописцы яркое светило, появившееся на небосводе в 1054 году и вновь погасшее через несколько месяцев: в наше время за такими событиями утвердилось довольно нелепое название "сверхновые" звезды. Дело в том, что "сверхновые" в действительности являются умирающими объектами, вспыхивающими в предсмертных конвульсиях. Поэтому точнее было бы назвать их "сверхстарыми" звездами.

В отличие от бурных предсмертных мгновений, когда слабенькая звездочка вдруг становится ярчайшей звездой небосвода, процесс рождения звезд выглядит совсем не ярко. Только в последние годы, используя радио- и ин-, фракрасные телескопы, астрономы смогли частично понять процессы, происходящие в толще непрозрачных для света облаков межзвездного газа и пыли. Закрытый от излучения горячих; звезд пеленой межзвездной пыли, газ остывает почти до абсолютного нуля (-273°С), сжимается, уплотняется и разбивается силами гравитации на части - протозвезды. Долгое время температура протозвезды остается очень низкой, и состоит она в основном из молекул водорода и других химических элементов, способных излучать радиоволны. На этом этапе их уже могут изучать радиоастрономы.

Когда центральная часть протозвезды сжимается и достаточно сильно разогревается, молекулы разрушаются, их радиоизлучение пропадает, но горячая газопылевая оболочка протозвезды становится источником теплового излучения - на этом этапе основную информацию астрономы получают с помощью инфракрасных телескопов.

Впрочем, проследить все этапы эволюции какой-либо конкретной протозвезды никогда не удается, процесс формирования длится миллионы лет. Поэтому астрономы изучают в одних областях Галактики холодные газовые облака, в других областях - фрагментацию этих облаков на отдельные сгусткипротозвезды, в третьих - различные этапы сжатия протозвезд и их превращение в нормальные звезды. И лишь затем на основе собранных данных воссоздается полная картина рождения звезды.

Эпидемия в созвездии Ориона

Один из ближайших к нам очагов недавнего звездообразования находится в направлении созвездия Орион.

Туманность Ориона удалена от нас на расстояние в 1500 световых лет. Область, заполненная молодыми яркими звездами и нагретым их излучением горячим газом, расположилась на краю гигантского холодного облака, занимающего почти все созвездие. В глубине холодного облака не заметно признаков звездообразования, но, чем ближе к яркой Туманности Ориона, тем яснее они проявляются. Сначала становятся заметными небольшие газовые конденсации, о которых еще нельзя сказать наверняка, что они станут звездами:

в них идет борьба сил гравитации и газового давления - если победит гравитация, эти конденсации станут протозвездами, а затем и звездами. Но вблизи границы между холодным облаком и Туманностью Ориона ситуация уже более ясная: здесь, без сомнения, рождаются звезды. Об этом говорят обнаруженные там группы инфракрасных источников - молодые группировки звезд, не успевшие сбросить с себя пылевые оболочки, а также найденные радиоастрономами необычайно мощные источники излучения - мазеры.

Это небольшие газовые конденсации в окрестности молодых звезд, где радиоволны усиливаются примерно так же, как свет в наших лазерах.

В холодном газовом облаке процесс звездообразования развивается не хаотически, а как эпидемия: возникает на краю облака, а затем постепенно захватывает внутренние его части. Волна звездообразования как бы прокатывается по облаку, и там, где она прошла, начинают рождаться звезды.

Но какая причина вызывает эту волну?

Ускоритель звездообразования

Причин может быть несколько. Это и взаимные столкновения облаков, и встреча их со спиральными рукавами Галактики, и некоторые другие события, приводящие к уплотнению газа в облаках. Но, пожалуй, нам более интересен случай, когда волну звездообразования "запускает" внутрь облака взорвавшаяся рядом с ним умирающая звезда-сверхновая. Наблюдения показывают, что группировки молодых звезд часто бывают связаны с остатками вспышек сверхновых. Например, группа горячих звезд в созвездии Большого Пса находится на краю гигантской газовой оболочки - остатка сверхновой, вспыхнувшей около 500 тысяч лет назад.

Аналогичная ситуация наблюдается в созвездии Единорога-здесь сверхновая разрушила массивное облако и "заставила" часть его газа превратиться в звезды. Впрочем, вовсе не обязательно, чтобы рядом со сверхновой заранее существовало газовое облако.

Разлетаясь с большой скоростью, оболочка сверхновой, как бульдозер, сгребает впереди себя межзвездный газ, уплотняет его и превращает в облака, в которых тут же может начаться процесс звездообразования. Таким образом, смерть одних звезд стимулирует рождение других.

Конечно, и без сверхновых звезды в Галактике рождались бы. Но вспышка сверхновой как бы ускоряет все события: разреженный газ она нагревает и заставляет расширяться и становиться еще более разреженным, а плотные газовые облака уплотняет, делает непрозрачными, заставляет охлаждаться и быстро превращаться в звезды или целые звездные скопления.

Происхождение Солнечной системы

Итак, с одной стороны, эти вспышки "подстегивают" волну звездообразования и заставляют ее двигаться дальше, в глубь облака. Однако с другой - они становятся одной из главных причин разрушения звездных скоплений.

Дело в том, что процесс звездообразования, подгоняемый вспышками сверхновых, приводит к тому, что молодые звезды в момент своего рождения имеют немалые скорости: ведь оболочка сверхновой не только сжимает, но и расталкивает в разные стороны облака газа. Звезды при этом рождаются на больших расстояниях друг от друга и не могут удержаться вместе силами взаимного притяжения. Но даже если в рождении звезд сверхновые и не участвовали и облако сжалось само, все равно наиболее массивные из образовавшихся звезд быстро пройдут свой жизненный путь и начнут взрываться, как сверхновые. Эти взрывы нагреют остатки газа, который быстро расширится и покинет область звездообразования.

Лишившись газа, молодой звездный агрегат существенно "потеряет в весе", притяжение его ослабнет, и значительная доля молодых звезд сразу же убежит из скопления. Образуется расширяющаяся звездная ассоциация. Именно в таких ассоциациях содержится солидная доля молодых звезд.

Разгадка основных закономерностей в судьбах умирающих и рождающихся звезд, взаимосвязь этих судеб имеет чрезвычайно важное значение для познания жизни Вселенной. Полученные представления позволяют, в частности, искать здесь ответ на один из фундаментальных вопросов естествознания происхождение нашей Солнечной системы. Так, изучение химического состава метеоритов показало, что незадолго до ее возникновения ее вещество было обогащено некоторыми радиоактивными изотопами из числа тех, что образуются при взрывах массивных звезд. Поэтому вполне вероятно, что причиной рождения Солнца и всей нашей планетной системы был близкий взрыв сверхновой.

Вихри рождают излучение

В последние годы приборы, установленные на искусственных спутниках Земли, обнаруживают новые источники гамма-излучения, которые до сих пор не удавалось "привязать" к уже известным астрономическим объектам.

Были предположения, что большинство этих источников гамма-излучения не что иное, как гигантские молекулярные облака. Такие облака известны астрономам довольно давно, это огромные скопления газа, в основном молекулярного водорода. Протяженность их - несколько десятков парсек, а масса водорода в одном облаке равна сотне масс Солнца. Сейчас в нашей Галактике известны несколько тысяч молекулярных облаков.

Сотрудники Физического Института АН СССР имени П. Н. Лебедева провели расчеты и нашли условия, при которых галактические облака становятся источником гамма-волн. Иными словами, ученые предложили новую модель, согласно которой вновь обнаруженными источниками гамма-излучения могут быть галактические молекулярные облака. Излучения порождают вихри в облаках газа. Турбулентное движение молекулярного газа в галактических облаках работает как своеобразный ускоритель частиц: в переменных магнитных полях энергия нейтрального газа преобразуется в энергию ускоренных частиц - молекул, ядер, электронов.

Взаимодействие таких частиц между собой, их ускорение или торможение как раз и приводят к излучению электромагнитных волн в гамма-диапазоне.

Согласно новой модели, предложенной советскими астрофизиками, плотность космических лучей в галактических облаках может быть в тысячи раз больше, чем плотность их в межзвездном пространстве. Этот вывод еще предстоит подтвердить или опровергнуть, тем не менее уже сейчас модель турбулентности нейтрального газа поможет объяснить многие астрофизические наблюдения. Например, по-новому осветить вопрос о происхождении космического излучения.

В глубины вещества

Используя установки для улавливания приходящих из космоса частиц гигантских энергий в эксперименте "Памир", ученые получили новые данные об их взаимодействиях с ядрами атомов вещества.

Как предполагают физики, в космосе и в изредка вспыхивающих сверхновых звездах действуют электромагнитные поля, которые ускоряют частицы до энергий в сотни тысяч и даже миллионы раз больших, чем те, что получаются в земных условиях.

В горах Памира на высоте почти пять тысяч метров на ровной площадке уложено нечто вроде слоеного "пирога" из свинца и специальной рентгеновской пленки, упакованной в свето- и водонепроницаемые пакеты. Такой "пирог" покрывает территорию почти в тысячу квадратных метров. Одной рентгеновской пленки используется около гектара. Частицы, попадая в рентгеноэмульсионную камеру, образуют на пленке пятна, по которым можно судить об их энергии и о характере взаимодействия с ядрами атомов вещества.

В эксперименте участвует несколько институтов Академии наук СССР, институты академий наук Грузии, Казахстана, Таджикистана и Узбекистана. С советскими учеными сотрудничают физики социалистических стран, а также Японии. Кстати, последние проводят аналогичные исследования на склонах знаменитого вулкана Фудзияма.

Пульсация Солнца:

новая гипотеза

Строение Солнечной системы определяется равномерными пульсациями Солнца, считает советский астрофизик Альберт Чечельницкий. Эти пульсирующие движения, которые открыли советские астрофизики, повторяются практически через каждые полтора часа.

В результате меняются яркость Солнца и его размеры. Пульсирующие движения Солнца передаются окружающей его плазме. Чечельницкий считает, что этот ритм сохраняется в Солнечной системе в течение миллиардов лет. На ранних стадиях развития Солнечной системы, когда вещество планет находилось в распыленном состоянии, пульсации Солнца способствовали концентрации межпланетной материи и образованию планет. Орбиты планет Солнечной системы также во многом зависят от солнечных пульсации.

Эхо солнечных бурь

О новом космическом проекте "ИНТЕРШОК"

Наше светило ежеминутно расходует 240 миллионов тонн своей массы. Долгое время понятие "светит и греет" считалось достаточным для определения воздействия Солнца на Землю. Затем выяснилось, что оно посылает в пространство не только тепловые и световые лучи, но и радиоволны. Полеты за пределы Земли позволили получить еще больше сведений о так называемом дальнем ультрафиолетовом и рентгеновском излучениях Солнца. В 1959 году советские "лунники" обнаружили солнечный ветер, движение масс, но не воздушных, а частиц плазмы. Порождает этот ветер не само Солнце, а его корона - серебристо-жемчужная плазменная сфера, простирающаяся на десятки миллионов километров за пределы солнечного диска.

Земля - грандиозный магнит, и солнечный ветер активно влияет на формирование ее магнитосферы, которая со стороны Солнца оказывается "поджатой" к Земле, а в "заветренной" стороне растягивается на многие десятки и даже сотни миллионов километров, образуя длинный магнитный шлейф. Под воздействием возмущений солнечного поля магнитное поле Земли испытывает ответные возмущения, которые проявляются в виде магнитных бурь, полярных сияний.

Гипотез и догадок о причинах и следствиях солнечно-земных связей появилось, особенно за последние годы, немало. Но, чтобы поставить предположения на твердый научный фундамент, требовалось накопить достаточно данных не только для создания стройной и обоснованной теории, но и для практического их использования.

Уже первый спутник, запущенный в 1969 году по программе "Интеркосмос", имел ярко выраженную солнечную "ориентацию". За ним в солнечную серию вошли "Интеркосмос"-4,-7-11, -16. Все они проводили исследования в диапазоне волн, недоступном для земных обсерваторий. Приборы космических лабораторий помогли разобраться в механизме генерации коротковолнового излучения при вспышках и других активных процессах на Солнце, а также воздействии такого излучения на плотность и состав верхних слоев атмосферы Земли. В свою очередь, i это послужило основой для построения более точной теории ионосферных возмущений.

Исследования были продолжены на качественно новой основе-с бортау автоматических станций "Прогноз".

Орбита этих станций "вытянута" навстречу Солнцу и достигает в апогее двухсот тысяч километров. Это позволяет в течение большей части периода обращеиия проводить исследования из районов, расположенных вне воздействия магнитного поля Земли. В таких условиях становится возможным наблюдение солнечного ветра, не возмущенного земным полем. Основная задача проекта "Интершок" - изучение так называемых ударных волн.

Дело в том, что частицы солнечного ветра движутся от Солнца с постоянно нарастающей скоростью - их "подталкивает" более горячий газ. Еще задолго до подхода к Земле она достигает скорости звука. Когда такой сверхзвуковой поток плазмы налетает на нашу планету, перед ней возникает ударная волна, аналогично тому, как она образуется у реактивного самолета, летящего со сверхзвуковой скоростью в атмосфере.

Во время вспышек на Солнце, которые сопровождаются выбросами из , короны огромных масс плазмы, плотность, температура и скорость солнечного ветра могут намного превышать средние параметры. Рекордные их значения были зарегистрированы спутнинами "Прогноз" в 1972 году. Скорость ветра достигала 2000 километров в секунду. При этом в межпланетном пространстве наблюдалось образование дополнительных, помимо околоземной, ударных волн.

Гипотеза о существовании таких ударных волн впервые была выдвинута в 1959 году советским ученым Р. Сагдеевым, ныне академиком, директором Института космических исследований АН СССР. После обнаружения их в космосе как в СССР, так и в других странах были проведены многочисленные эксперименты, в которых изучались их свойства.

Одна из главных особенностей проекта "Интершок" - комплексный характер исследований. Совместными усилиями советских и чехословацких специалистов создана научная аппаратура, которая обеспечивает регистрацию всех основных явлений вблизи и внутри фронта ударной волны. Бортовая ЭВМ осуществляет управление программой измерений и потоком информации. Момент пересечения ударной волны распознается автоматически. Это позволяет реализовать вблизи ее фронта режим быстрой регистрации данных, что очень важно, поскольку спутник проходит через интересующие ученых районы за минуты.

Орбита спутника "Прогноз" обеспечивает исследования как околоземной ударной волны, так и межпланетных ударных волн, возникающих при солнечных вспышках. Это дает возможность проследить их характеристики в различных условиях и в зависимости от параметров потока плазмы солнечного ветра.

Исключительно высокая временная разрешающая способность комплекса научной аппаратуры, установленной на "Прогнозе-10" (она в 30-100 раз выше, чем это было достигнуто в лучших зарубежных экспериментах), позволяет хорошо разделить различные события и детально выявить, как развиваются во времени все процессы в ударных волнах, и проследить их отголоски на Земле.

Надо сказать, что изучение ударных волн играет большую роль и в познании явлений в далеком космосе. В частности, считается, например, что в них разгоняются частицы космических лучей. При этом они достигают энергий, которые пока не могут быть реализованы в самых мощных земных ускорителях заряженных частиц.

Спираль на Солнце

Наблюдения пятен на Солнце позволяют во многом прояснить природу и происхождение сравнительно холодных областей, где развивается мощное магнитное поле. Очертания всех наблюдавшихся до последнего времени солнечных пятен представляли собой более или менее правильную окружность со средним диаметром около 10 тысяч километров. Однако 19 февраля 1982 года группа сотрудников Китт-Пикской национальной обсерватории США, возглавляемая известным астрономом Уильямом Ливингстоном, впервые обнаружила на Солнце пятно, имеющее форму спирали. Размер этого необычного образования, напоминающего очертаниями спиральную галактику, также был непривычно велик: оно достигало 80 тысяч километров в поперечнике.

Пятна на Солнце нередко служат источником солнечных вспышек, и возникло опасение, что столь крупное вызовет вспышку необычной интенсивности, а за ней на Земле последуют мощные магнитные бури и нарушения радиосвязи. Однако этого не случилось. В течение примерно двух суток с момента своего рождения гигантская спираль "рассосалась", образовав несколько более мелких пятен. Астрофизики доподлинно еще не знают, как и почему возникают такие явления.

Сценарий солнечной вспышки

Солнечные вспышки занимают умы ученых уже второе столетие, однако сущность этого грандиозного явления природы еще до конца не познана. Совершенствование техники наблюдений, развитие теоретических представлений пополняют наши знания, изменяют взгляды на природу и механизм вспышек. Так, довольно долго считали, что они образуются в хромосфере Солнца небольшом слое между видимой поверхностью светила и его короной.

Но когда наблюдать Солнце стали с помощью космической техники, выяснилось, что главные события вспышки разыгрываются в солнечной короне.

Вспышки - гигантские всплески излучения во всех диапазонах электромагнитного спектра, от гамма-лучей до сверхдлинных радиоволн. Специалисты различают рентгеновские, протонные и иные вспышки. Последние исследования дают основание считать, что вспышка - это единое сложное явление, захватывающее все слои солнечной атмосферы и оказывающее разнообразное воздействие на околосолнечное пространство, Землю и другие планеты.

Вспышки обычно возникают в активных областях поверхности Солнца, где наблюдается сильное магнитное поле, откуда черпается энергия вспышек.

В ходе каждой из них различают три стадии: предвспышечную, которая длится часы и даже десятки часов, импульсную, продолжающуюся всего несколько минут, за которые быстро возрастает излучение, и плавную, во время которой всплеск излучения постепенно затухает.

Наблюдения последних лет позволили создать своего рода сценарий солнечной вспышки. Сначала, при изменении магнитного поля в активной области, на высоте в десятки тысяч километров над поверхностью Солнца /его фотосферой/ начинается медленный разогрев солнечной плазмы. Потом в плазме возникают неустойчивости, приводящие к разрыву токовых слоев /образований в виде шнуров, в которых возникает ток/, что и вызывает собственно вспышку - выделение большого количества энергии, которая тратится на дальнейший разогрев плазмы и ускорение электронов. Та часть электронов, которая движется от центра Солнца, проходит через корону в межпланетное пространство, образуя солнечный ветер, достигающий Земли и других планет.

Описывая другие "эпизоды" развития солнечной вспышки, авторы замечают, что в созданном ими сценарии еще много неясных вопросов, ответы на которые принесут новые наблюдения.

Загадки темных колец

Восемь лет назад с борта самолета, оснащенного астрономическими приборами, впервые были замечены кольца вокруг планеты Уран. И с тех пор ученые бьются над вопросом: из чего же они состоят?

Уже на Земле инфракрасные телескопы показали, что концентрические круги вокруг Урана гораздо темнее, чем у Сатурна. Более того, с помощью ЭВМ удалось определить, что кольца Урана отражают всего 2 процента падающего на них света, следовательно, состоять они должны из материала, который во много раз темнее... всех существующих в Солнечной системе. По мнению одних специалистов, речь может идти о замерзшем метане, почерневшем за миллионы лет от высокоэнергетических космических излучений. Другие склонны представить материал колец в виде каменной пыли с частицами железа и никеля.

В багаж... галактику!

Состоится ли полет человека к другим галактикам?

Очевидный для фантастов утвердительный ответ ставится наукой под сомнение. Согласно новой гипотезе, высказанной белорусским физиком Юрием Михайловым, межгалактическое путешествие возможно, если космонавты возьмут с собой в полет количество веч щества, соизмеримое... с массой нашей галактики. Иначе, как следует из это" научной версии, и звездолет, и CBMI космонавты распадутся на элементар ные частицы, едва начнут покидать пределы Галактики.

Ритмы оледенения и потепления

Многолетние исследования природрадиоактивности позволили автору гипотезы высказать предположение, что радиоактивность вещества проявляется не во всех точках пространства, а зависит от расстояния до центра Галактики. Ближе к нему, следует из гипотезы есть зоны, в которых и плутоний, и уран и следующие за ними более тяжелые вещества находятся в нерадиоактивном состоянии. Зато по мере приближена к "периферии" звездной системы разряд неустойчивых попадают все более легкие элементы. Вещество распадается на бор, бериллий, литий, альфа-частицы, отдельные протоны и электроны. Ведь именно они обнаруживаются в составе космического излучения межгалактических пространст!

- Расчеты и анализ фактов показывают, что расширение пространства процесс, затрагивающий не только макромир, но и мир молекул, атомов, считает ученый.- Причем на микро уровне расширение должно носить квантовый, то есть скачкообразный характер.

Гипотеза дает логическое объяснение некоторым непонятным прежде явлениям, позволяя предсказать их дальнейшее течение. Например, радиоактивный распад очередного вещества, сопровождающийся выделением большого количества тепла, может диктовать ритм эпох оледенения и потепления, которые много раз сменяли друг друга и ярко выражены в геологических отложениях.

Земля "растет"

Причем загадочно быстро. Подсчитано даже, что для того чтобы все материки земного шара точно сомкнулись по береговым линиям, его диаметр должен быть вдвое меньшим. Но откуда взялось столько вещества? Новые представления о характере процессов, протекающих в веществе, похоже, дают ответ и на этот вопрос. Масса Земли практически не увеличилась. Изменилась в результате постоянного "дрейфа" нашей планеты от центра Галактики плотность земного вещества, которое теперь занимает больший объем.

Весьма интересное предположение и о поведении спутников планет. Как и наша Луна, они всегда обращены к телу, вокруг которого вращаются одной и той же стороной. Логика рассуждений здесь такова. Зная об огромной роли вулканизма в эволюции нашего спутника, можно утверждать, что ядро Луны жидкое. Во всяком случае, было жидким прежде. Под действием постоянного мощного притяжения Земли и центробежных сил в нем неизбежно должна была произойти сепарация элементов, различных по атомным и молекулярным массам. Более тяжелые концентрировались в одной половине ^Лра, легкие - в противоположной.

По мере остывания и затвердевания лунных пород такое разделение фиксировалось. /О том, что плотность Луны неравномерна, свидетельствует значение так называемого безразмерного момента инерции, которое удалось определить с помощью искусственных спутников. Более того, под действием гравитационного поля Земли Луна постепенно приобретала грушеобразную форму, вытянутую к нашей планете.

Лунные "кувырки"

А дальше происходило уж совсем неожиданное. Каждый радиоактивный рубеж, который проходила Луна, двигаясь с Землей от ценра Галактики, вызывал распад все новых элементов. Последовательно превращаясь в более легкие, они нарушали устойчивость Луны. Наступал момент, когда механическое равновесие терялось, и наш спутник совершал "кувырок", поворачиваясь к Земле противоположной стороной. Разогреваясь от радиоактивного распада, ядро вновь "разжижалось", нарастал вулканизм, вновь происходило разделение элементов. И так до следующего "кувырка".

Аналогичные процессы, возможно, протекают ныне в недрах многих планет и их спутников. Причем, переворачиваясь всегда в сторону большей плотности вещества, небесные тела нарушают сложившиеся структуры в Галактике и порождают своеобразную цепную реакцию нестабильности. В результате галактики постепенно закручиваются в спиральные структуры.

Иллюстрацией к гипотезе, по мнению ее автора, может служить и то, что в последние годы у многих галактик обнаружены громадные слабосветящиеся короны. Возможно, это не что иное, как следы постепенного распада расширяющегося вещества окраин стареющих звездных систем...

Не означает ли это, что у человечества в отдаленном будущем возникнет гораздо более высокая причина для переселения в другие области Галактики, чем простая тяга к странствиям?

На пыльных перекрестках космических дорог

Летчик-космонавт Г. Гречко в свое время весьма заинтриговал журналистов, заявив, что вместе с Ю. Романенко они собственными глазами видели...

НЛО - неопознанный летающий объект. И, выдержав паузу, добавил, что через несколько минут его "опознали" - это был сверкающий в лучах Солнца контейнер с отходами. Словом, фантасты не так уж далеки от истины, когда утверждают, что "летающие тарелки" прибывают к нам из космоса.

Во всяком случае, некоторые из них...

Но, как видите, это не звездные корабли собратьев по разуму. Изготовлены они на Земле.

Отработавшие ступени ракет, топливные баки, переходные отсеки, люки, различные фрагменты космических аппаратов подолгу движутся по околоземным орбитам. А когда, наконец, они сходят с орбит и врываются с огромной скоростью в верхние слои атмосферы, то, сгорая в ней, поражают очевидцев красочными зрелищами, и легковерные люди порой принимают их за корабли "пришельцев".

Особенно яркими "тарелки" бывают в утренние и вечерние часы, когда объекты подсвечиваются лучами Солнца.

По словам летчика-космонавта, профессора К. Феоктистова, ежедневно орбиты покидают от 5 до 20 космических тел искусственного происхождения. Они не так уж и безобидны, эти космические отходы. Так, в 1983 году, когда американский корабль "Челленджер" вернулся на Землю с трещиной в лобовом стекле, инженеры вначале решили, что оно пострадало от удара метеорита. Однако анализ следов, оставленных в трещине, показал, что столкновение произошло с предметом искусственного происхождения.

Особую опасность представляют мелкие детали размером с теннисный мяч. По зарубежным данным, их в космосе около 40 тысяч. А количество совсем уж маленьких частиц вообще подсчитать трудно.

Основная доля мусора на орбитах образуется при авариях космических аппаратов или при их вынужденной ликвидации. Так, взорвавшаяся в 1961 году вторая ступень ракеты ВВС США развалилась на 260 фрагментов, которые можно было наблюдать с Земли. Около двухсот из них до сих пор находятся на орбите. Более 1400 обломков образовалось при взрывах двигателей второй ступени американских ракет "Дельта" - они тоже изрядно засорили космос.

Что же говорить о более чем миллиарде металлических иголок, которые вывели на орбиту ВВС США, чтобы проверить возможность организовать связь через искусственно созданный слой, отражающий радиоволны. Именно из-за столкновения со скоплениями иголок, как считают специалисты, развалился на части в 1975 году спутникзонд "Пагеос".

Самые опасные трассы в космосе - это орбиты, пролегающие над полюсами или вблизи них. Большинство метеорологических, американских разведывательных, а также некоторых научных спутников выводится на полярные орбиты - в этом случае они могут пролетать над каждой точкой земного шара примерно раз в две недели. Их орбиты пересекаются над полюсами, на них-то и сосредоточено большое число космических обломков.

Словом, сейчас опасность столкновения космического аппарата с обломками искусственного происхождения в два-пять раз превышает риск встречи с метеоритом.

Сегодня это кажется шуткой, но не исключено, что в будущем на орбитах появятся "уборочные машины", которые будут очищать космические "улицы" от скопившегося и столь опасного в заоблачных высях мусора.

Радиотелескоп солнечного патруля

Солнечная активность, как известно, влияет не только на околоземное космическое пространство, но и на Землю.

Вспышки на Солнце приводят к помехам в работе систем радиосвязи, навигации, вызывают необычные и особо опасные изменения погоды. Чтобы предупредить нежелательные последствия или свести к минимуму ущерб от них:

необходимо круглосуточное комплексное наблюдение Солнца. Для этогс создаются специальные станции, экспедиционные пункты наблюдений е различных регионах Земли, ведется патрульное наблюдение на научноисследовательских судах в океане.

Специалисты одного из предприятий города Горького демонстрировали на ВДНХ СССР экспедиционный радиотелескоп для патрульных наблюдений! радиоизлучений Солнца.

Он работает в автоматическом режиме и непрерывно принимает, регистрирует и оценивает радиоизлучения нашего светила в миллиметровом и сантиметровом диапазонах волн. При~ вод радиотелескопа имеет два режима работы - автоматического и полуавтоматического слежения за Солнцем.

2. О ЧЕМ ШУМИТ ЗЕМЛЯ

Луна-свидетель

Возраст нашей планеты около 4,6 миллиарда лет. О том, что происходило на Земле в начальные периоды ее развития, какую площадь занимали воды Мирового океана, а какую - континенты, как эти континенты располагались, как перемещались,- обо всем этом мы теперь можем судить лишь по косвенным данным.

Научные сотрудники Института физики Земли имени О. Ю. Шмидта АН СССР недавно предложили способ реконструкции древней геологической истории Земли, основанный на анализе эволюции орбиты земного спутника - Луны.

По современным представлениям, возраст Луны близок к возрасту Земли. Она в наши дни находится на расстоянии 60,3 земных радиуса /такое измерение дает более наглядное представление о расстоянии, чем традиционное-в тысячах километров/, но расстояние это непрерывно меняется.

Луна удаляется от нас. С помощью лазерной локации установлено, что она отодвигается со скоростью 3,8 сантиметра в год. Ученые считают, что расстояние между Землей и Луной 4 миллиарда лет назад было в 3 раза меньше современного: Луна была удалена примерно на 20 земных радиусов.

Однако скорость "убегания" Луны не остается постоянной. Если бы это было не так, то Луне для того, чтобы отодвинуться с расстояния 20 земных радиусов на расстояние более 60 земных радиусов /сегодняшнее/, потребовалось бы не менее 6 миллиардов лет. А мы знаем, что возраст Земли и Луны - 4,6 миллиарда лет.

Если принять, что механический момент количества движений для системы Земля - Луна оставался постоянным в течение длительного времени, то, опираясь на законы механики, можно рассчитать, как за последние 4 миллиарда лет изменилась орбита Луны.

Эти же расчеты дают возможность определить и периоды вращения Земли:

число дней в году и продолжительность земных суток в разные периоды истории планеты. /Заметим, что эти расчетные величины есть с чем сравнивать: слои роста ископаемых кораллов, двустворчатых моллюсков, водорослей позволяют определить число дней в году почти на 3 миллиарда лет назад.

Расчет, проведенный сотрудниками Института физики Земли, показал, например, что 2,6 миллиарда лет назад, когда Луна была удалена на расстояние 23,2 земных радиуса, сутки на Земле длились всего 8,4 часа; в более близкое к нам время, когда Луна отстояла от Земли на 50 земных радиусов, продолжительность земных суток составляла 22,4 часа.

Расчет изменений лунной орбиты позволил получить интересные данные о соотношении площади континентов и океана на древней Земле. Как в наши дни, так и в далеком прошлом Мировой океан испытывал действие приливов. Уровень океанских вод периодически поднимался и опускался под действием лунного притяжения. При этом запаздывание приливных явлений по фазе было тем больше, чем больше океанские волны рассеивались, выходя на берег, то есть чем больше на поверхности Земли было мелких краевых морей. И наоборот, меньшее запаздывание приливов должно говорить о том, что территории, занятые мелководными бассейнами, составляют малую долю. Такой подход и расчет величины запаздывания позволили судить о расположении континентов в древние геологические эпохи. Из расчетных данных следует, что был на Земле период, когда континенты были сгруппированы в один суперконтинент-Пангею. Затем в эпоху, отстоящую от нас на 2,5-1,5 миллиарда лет, началось раздвижение континентов.

Оно сопровождалось сильным ростом площади краевых мелководных бассейнов. В этом же промежутке времени Луна отодвигалась от Земли гораздо быстрее, чем в настоящее время. Проведенные расчеты дают возможность проследить, как постепенно возрастала площадь земной суши. Примерно 1,6 миллиарда лет назад территория континентов была почти в 3 раза меньше, чем нынешняя, а 0,6 миллиарда лет назад континенты занимали площадь, которая лишь на 20 процентов меньше современной.

Размышления о будущем геологии

Рассказывает академик А. Яншин

С начала каменного века и до середины XX столетия человек искал, разведывал и добывал только те полезные ископаемые, которые он находил на поверхности Земли. Так было во всех странах мира, так было и у нас. Угли Донбасса, Кузбасса и Караганды, железные руды Кривого Рога и Нижнего Тагила, золотые россыпи Урала и Колымы, полиметаллические руды Алтая и Забайкалья - все это было найдено по выходам полезных ископаемых на поверхность Земли, причем обычно не геологами, а крестьянами, пастухами, охотниками, штейгерами и рабочимирудознатцами горных заводов. Геологи приходили лишь потом - изучать и оценивать сделанные открытия.

За последние три десятилетия наша страна вступила на принципиально новый путь поисков, разведки и эксплуатации месторождений полезных ископаемых, невидимых с поверхности, залегающих на глубине. Каковы закономерности размещения в земной коре полезных ископаемых? По этой важной проблеме теоретические исследован). ведутся в двух направлениях.

Первое из них - разработка ученых о геологических формациях, ОСНОЕ которого были заложены трудами ак демика Н. С. Шатского. Формациям ученый называл естественные сообщ, ства горных пород, которые возникаь при определенном тектоническом pi жиме и обладают определенны только им свойственным набором п лезных ископаемых. Н. Шатский из чал формации осадочных и вулкаьческих пород, а его идеи были ПОДХЕ чены сибирскими геологами и переь сены на породы магматического прохождения. Эти исследования увенчались открытием новых месторожден богатых железных руд в горах вокр Кузбасса и полиметаллических месрождений на востоке Сибири. За серию монографий, в которых были описа результаты этих исследований, большой группе сибирских ученых в 1983 ду была присуждена Государственой премия.

Другое направление. С учением формациях связано выяснение многих закономерностей размещения в земной коре различных полезных ископ мых. Оказалось, что даже одинаков или близкие по составу пород фор ции могут содержать разные компп сы полезных ископаемых в зависи. сти от времени своего образование наоборот, однотипные полезные ископаемые в разные периоды геологической истории Земли свойственны ным формациям. Характерный гмер - оолитовые железные руды, тоящие из маленьких шариков, женных чередованием концентре окислов и силикатов железа. Мы хс шо изучили условия их образован отложениях последних 150 миллис лет. Их место залегания мелкое ные прибрежные песчано-глинис формации, и возникли они за счет ветривания богатых железом вулк ческих пород в условиях жаркогвлажного климата.

Однако в более древних слоях ной коры оолитовые железные руды образовывались в совершенно других условиях: они связаны с глубоководными морскими вулканогенно-осадочными формациями, а источником железа для них служили подводные выходы горячих термальных вод.

Такие примеры оказались многочисленными, и возникла необходимость изучения эволюции состава и рудоносности геологических формаций в истории Земли. В разработке этой важной проблемы советские геологи оказались пионерами, что особенно ярко выявилось на прошедшем в Москве в 1984 году Международном геологическом конгрессе. Изучение эволюции геологических процессов и связанных с ними геологических формаций сейчас довольно широко развернулось.

В результате этих работ выявлены интервалы геологической истории Земли, когда по тем или иным причинам существовали особенно благоприятные условия для образования определенного типа полезных ископаемых.

Для поисков богатых железных руд, содержащих магнетит, большое значение имеет изучение магнитного поля поверхности Земли. Именно с помощью такого изучения были открыты месторождения районов Курской магнитной аномалии, а в послевоенные годы - в Кустанайской области Казахстана и некоторые из месторождений Ангаро-Илимского района Восточной Сибири.

Большое значение приобрели сейсмометрические и электрометрические методы геофизики, особенно метод отраженных волн общей глубинной точки. До глубин 2-3 километров этот метод не только дает сведения об условиях залегания слоев, выявляет все их поднятия и прогибы, что очень важно для выбора мест заложения поисковых скважин, но и позволяет видеть изменение состава пород каждого слоя. Теперь указанный метод получил особенное развитие при поисках нефти и газа в наших морских акваториях.

Сейчас он с успехом применяется и для поисков новых нефтяных залежей на равнинах Западной Сибири.

Слои известняков и песков, насыщенные нефтью или газом, обладают высоким электросопротивлением, а там, где эти слои погружаются и насыщены подпирающей нефть минерализованной водою, они становятся хорошими проводниками. На этом основано применение электроразведки для поисков месторождений нефти и газа в благоприятных условиях их скопления, а также для оконтуривания обнаруженных залежей.

До недавнего времени при разведке нефтяных и газовых месторождений большой объем бурения затрачивался для установления их точных контуров, без чего невозможен подсчет запасов.

Сейчас для этого с успехом стала применяться недорогая электроразведка.

В 1983 году туркменские геологи были награждены Государственной премией за открытие и разведку крупного Даулетабад-Донмезского месторождения газа, а в 1984 году Государственную премию получили тюменские геологи за открытие Ямбургского месторождения газа и конденсата. В обоих случаях для оконтуривания залежей применялась электроразведка, лишь кое-где проверенная скважинами, что позволило дать экономию в сотни тысяч рублей.

Руды металлов, если они залегают не в виде вкраплений в горную породу, а сплошными массивами, обладают хорошей электропроводностью. На этом основан один из геофизических методов их поиска, успешно применяемый в последнее десятилетие в ряде районов нашей страны, в частности в Рудном Алтае.

Определенные успехи имеют и разрабатываемые в нашей стране геохимические методы поисков. Фильтрация подземных вод, частично растворяя находящееся на глубине рудное тело, создает вокруг него "ореол рассеяния"

его атомов, которые могут быть обнаружены в почве над рудным телом или в золе растений чувствительными химическими методами, ибо многие из них имеют способность концентрировать определенные химические элементы. Именно так были открыты актюбинскими геологами новые крупные месторождения сульфидов меди в бассейне реки Обь, а бурятскими геологами - новые залежи полиметаллических руд в Забайкалье.

Сейчас космическое землеведение - использование космических снимков и наблюдений из космоса для изучения рельефа и природных ресурсов суши и океана - превратилось в мощную отрасль науки и производства.

Большое значение имеет космическое землеведение и для поисков скрытых месторождений полезных ископаемых.

С поднимавшимися по разломам из глубин Земли расплавами и горячими водами связано образование многих рудных месторождений, в частности большинства руд вольфрама, молибдена и ртути. Далеко не с каждым разломом связаны месторождения этих металлов, но если мы знаем такое месторождение, попадающее на космическом снимке в зону разлома, то поиски других месторождений этого типа можно уверенно вести не вообще вокруг, а именно вдоль этого разлома.

Космические снимки равнинных пространств иногда позволяют обнаружить скрытую под наносами структуру, которая проявляет себя особым характером растительности. Так, на полуострове Бузачи, к востоку от Каспийского моря, было известно нефтяное месторождение, которому на космических снимках соответствовало темное пятнышко. Однако такое же пятнышко имелось на снимках и в восточной части полуострова Бузачи, где никто поисков нефти не производил. Проверочное бурение показало, что и здесь под пластом недавних осадков Каспийского моря есть купольная структура, а в ней залежи нефти.

И наконец, немного об экспериментальной минералогии. Эта область науки и техники до войны у нас вообще не существовала, сейчас она развивается все более интенсивно. Она позволяет создавать вещества с заданными свойствами, в том числе и превосходящими в этом отношении свойства природных минералов /более высокая чистота, совершенная структура и т. д. Разработку технологии синтеза каждого нового промышленно ценного минерала можно приравнять к открытию его новых месторождений. При этом в отличие от природных месторождений, запасы которых истощаются, а эксплуатация удорожается,- усовершенствование технологии искусственных минералов приводит к снижению их себестоимости.

Мы научились делать рубины, бирюзу, мелкие алмазы, крупные изумруды, новый драгоценный минерал фианит, получивший название от Физического института Академии наук СССР, где он был впервые синтезирован, а также горный хрусталь, прустит.

Научно-технический прогресс позволяет нам открывать, разведывать и эксплуатировать новые месторождения, залегающие в глубине земной коры и на дне наших акваторий, а при необходимости и синтезировать нужные нашему народному хозяйству минералы.

Круглый уголь

Польша стала третьей страной в мире, на территории которой был обнаружен уголь шарообразной формы. Это произошло во время пробного бурения в новой шахте Катовицкого воеводства.

Угольные шарики очень хрупкие, имеют глянцевую черную поверхность и диаметр от 1 до 4 сантиметров. Ученые полагают, что необычная форма угля возникла при температурах от 400 до 600 градусов Цельсия.

Крупнейший на земле химический реактор

"Слой вещества, создающий давление всего в 1 кг/см2,- вот та среда, в которой мы живем и работаем, которая проводит звуки к нашему уху, пропускает свет Солнца. Десять миллиграммов углекислого газа из каждого килограмма этого вещества, взаимодействуя с солнечным светом, непрерывно поддерживают жизнь на Земле, 300 мкг озона защищают эту жизнь от губительного ультрафиолета, миллионная микрограмма электронов создает возможность общаться по радио. Эта среда, которая позволяет нам летать друг к другу, которой мы дышим, наконец, она тоже живет, живет физически: это не только бурный воздушный океан, но и газовый химический реактор..."

Такое образное определение земной атмосферы дал член-корреспондент АН СССР Виктор Львович Тальрозе.

В настоящее время, как сообщается в "Вестнике Академии наук СССР", лишь в Институте химической физики АН СССР (В. Тальрозе - заместитель директора этого института) и в Институте химической кинетики и горения Сибирского отделения АН СССР ведутся на должном уровне экспериментальные исследования химических реакций, протекающих в атмосфере.

Трудно переоценить значение этих исследований: без знания механизма и скорости химических процессов в атмосфере невозможно прогнозировать, как влияют на нее природные и антропогенные вещества, то есть появившиеся в результате деятельности человека, невозможно строить глобальные модели ее эволюции.

Советские ученые внесли большой вклад в изучение химии атмосферы. В частности, сотрудники Института Химической физики АН СССР оценили вс можное влияние на атмосферу "топл ва будущего" - водорода. Этот гчасто называют "чистым топливом"

Между тем расчеты показали, что случае утечки водорода 95 процент его окислятся до воды в тропосфер а остальные 5 процентов достиги стратосферы, где станут катализаторе гибели озона. Поэтому в случае масс вого перехода на водородную энерг тику придется особенно вниматель следить за утечками газа из баллонОЕ сосудов Дьюара - ведь гибель ел озона приведет к гибели всего живсх ча Земле.

Как выяснилось, успехи в изучен химической кинетики атмосферы нес делимы от знания скоростей хими"- ских реакций, а диапазон этих скорс тей чрезвычайно широк, особенно п участии в реакциях атомов и свобс ных радикалов - независимых част". состоящих из атомов и атомных групя неспаренными электронами. Свободные радикалы очень реакционно сгсобны, они возникают во многих химических реакциях, особенно в цепнь при полимеризации, при взрывах и исрении, с их участием идут важнейшие биохимические процессы, например, ферментативное окисление.

Делом исключительной сложное считается создание лабораторных делей ситуаций, в которых исключав ся гибель свободных радикалов на сте ках реакторов, и точно известно распределение частиц во времени и прозанстве.

В Институте химической физ"-ч АН СССР сконструированы две yiкальные установки для измерения с"- рости реакций радикалов. По чувств тельности они превышают по крайи мере на два-три порядка известно имеющиеся всего в нескольких зар бежных лабораториях.

Где граница биосферы!

На высоте 84 километра - так утверждает академик А. Имшенецкий, заведующий отделом физиологии мутантов и микроорганизмов Института микробиологии АН СССР (ИНМИ).

Знать количественный и качественный состав микроорганизмов в атмосфере и границы их распространения, особенно в высоту, весьма важно не столько в теоретическом отношении, сколько в практическом: какая, например, микрофлора может быть занесена с высоты, что можно ждать от нее, как при необходимости противостоять ей - вопросы далеко не праздные и прямо связаны со здоровьем жителей Земли.

Однако насколько полно охарактеризована микрофлора приземного слоя атмосферы, настолько бедны сведения из области стратосферы и мезосферы, то есть с высоты до 85 километров.

Подъему микроорганизмов до таких высот и сохранению при этом жизнеспособности препятствуют многие факторы в их числе уменьшение плотности среды, отсутствие достаточно сильных восходящих потоков воздуха, низкие температуры, пагубное для живых организмов биологически активное коротковолновое излучение Солнца, смертоносное для бактерий гамма-излучение, которое обнаруживается на больших высотах.

Академик А. Имшенецкий стал инициатором создания оригинальной аппаратуры, которая устанавливалась на ракетах и позволяла получать пробы воздуха из стратосферы и мезосферы.

Анализ показал, что микрофлора беднее с высотой, а выявленные микроорганизмы имеют характерную особенность - пигментацию: все, за редким исключением, содержали черный, зеленый, коричневый, серый или иной пигмент. А это, как в свое время доказал А. Имшенецкий, означает, что микроорганизмы обладают повышенной устойчивостью к губительным ультрафиолетовым лучам, не боятся высушивания и воздействия отрицательныхдо минус 196 градусов-температур.

Выше 84 километров над уровнем моря микроорганизмы вообще не обнаружены: это и есть граница биосферы.

Изучение высотной флоры показало, что верхние слои атмосферы - это хорошая селективная среда для отбора устойчивых к неблагоприятным воздействиям форм микроорганизмов.

Смерч

Он всегда обрушивается внезапно, заставая людей врасплох. Тяжелая грозовая туча вдруг, подобно пиявке, присасывается к горизонту темным щупальцем, и сметающий все на своем пути смерч проносится по земле, оставляя за собой разрушенные здания и мосты, скрученные в узел стальные рельсы, унося в своем вихре деревья, автомобили, людей... По масштабам разрушений такой катастрофический смерч - торнадо - сравним с ядерным взрывом... Но что все же это такое?

"Проклятые вопросы"

Может показаться невероятным, но, принося столько бед человечеству, смерч сумел уберечь от него свою тайну. О нем по сей день почти ничего не известно. А то немногое, что знают ученые об этом феномене, никак не согласуется с логикой.

Смерч - детище грозы и ветра.

Часть громадной энергии грозового облака в тропосфере почему-то вдруг концентрируется в объеме воздушного вихря диаметром несколько сот метров. Таково сегодня представление большинства ученых о свирепом "пыльном дьяволе", мчащемся порой со скоростью 150 километров в час и ревущем, как сотня реактивных двигателей. Однако это представление никак не объясняет главные загадки смерча.

Вот они.

Почему вихрь вдруг падает вниз с огромной высоты? Воздух, ставший вдруг тяжелее... воздуха?

Что собой представляет воронка смерча?

Что придает ей стремительное вращение и чудовищную разрушительную силу?

Откуда смерч черпает свою энергию, позволяющую ему существовать по нескольку часов, не ослабевая.

Теория гравитационно-тепловых процессов в смерчах, разработанная в Институте теоретической и экспериментальной физики (ИТЭФ) доктором технических наук Виктором Кушиным, позволяет раскрыть физическую природу этого грозного явления. Она не только снимает все "проклятые" для исследователей вопросы, но приводит к столь неожиданному практическому выводу, что он, вероятно, может стать ключом к решению одной из самых острых проблем сегодняшнего, а тем более завтрашнего дня - энергетической.

300 000 бешено вращающихся тонн

Итак, как уже говорилось, смерч всегда зарождается в грозовом облаке, а затем обрушивается вниз в виде вращающейся воронки. Эта воронка - ее физическая сущность - пожалуй, и есть одна из главных загадок смерча.

Виктор Кушин утверждает: смерч вовсе не "пыльный дьявол", а его воронка-это скрученный дождь. Мощный вращающийся поток дождя и града, свернутый в спираль, "давит" плотным слоем на коническую или цилинд

рическую поверхность, образуя тем самым стенки смерча. Центробежные силы, действующие на стенки, создают во внутренней полости смерча значительное разрежение. Как только в стенках соберется такое количество воды, что несмотря на разрежение внутри воронки, она окажется тяжелее вытесненного воздуха, воронка падает на землю и начинает свой ужасающий путь.

Виктор Кушин создал теоретический портрет смерча средней силы: диаметр воронки - 200 метров, толщина ее стенок - 20 метров, скорость их вращения-100-150 метров в секунду, масса воды в стенках - 300 тысяч тонн.

Естественно, измерения явлений, происходящих в смерче, возможны лишь на расстоянии от него. И они подтверждают, что скорость вращения внешней стенки воронки - 150 метров в секунду.

Между тем косвенные свидетельства (скажем, соломинка, глубоко воткнувшаяся при прохождении смерча в ствол дерева) говорят об околозвуковых и даже сверхзвуковых скоростях внутреннего, невидимого извне вихря.

Виктор Кушин объясняет это тем, что из-за разрежения, созданного вращением стенок, внутрь воронки с околозвуковой скоростью врывается извне поток воздуха.

По расчетам Виктора Кушина, мощность потока в смерче достигает 30 гигаватт, что равно мощности 10 крупнейших электростанций.

За чем охотится смерч!

Но почему он так устойчив? Ведь для длительного его существования требуется колоссальная энергия. Объяснить все первоначальным запасом невозможно. Необходим источник, питающий смерч энергией все время.

Кушин утверждает: "Виновником рождения и жизни смерча, источником его поразительной мощи является фазовый переход "вода - лед", при котором выделяется огромное количество тепловой энергии.

Где и как происходит этот фазовый переход?

Известно, что появлению смерча обязательно предшествует образование мезоциклона - воздушного вихря диаметром 5-10 километров. Возникающий при столкновении холодных и теплых фронтов мезоциклон принимает вертикальное положение и уходит в верхние слои атмосферы на высоту 12-15 километров. Однако при этом нижняя его кромка находится в двух-трех километрах от земли. И если она вторгается в область, где уже созрела грозовая обстановка и скопилось много дождевой воды, то обычно мирный мезоциклон порождает смерч:

нижняя горловина мезоциклона засасывает скопившиеся массы воды, забрасывает их в верхние слои тропосферы, закручивает и сбрасывает вниз в виде вращающегося потока очень холодной воды и тающего града, которые и образуют воронку.

Итак, первый импульс, начало фазового перехода происходит на высоте 10-15 километров.

Если вода в мезоциклоне иссякнет, воронка станет легче воздуха и уйдет в облака. Чтобы этого не произошло, смерч в дальнейшем должен сам добывать воду с земли и доставлять к нижней горловине мезоциклона. И здесь вода начинает проявлять себя в совершенно неожиданной роли - топлива. Поскольку на высоте 2-3 километра температура воздуха всегда ниже нуля, распыленная вихрем вода быстро замерзает и выделяет при этом теплоту фазового перехода "вода - лед".